A Study on Optimized Design of Wideband Pulsed Gamma-ray Detectors

광대역 펄스감마선 탐지센서 최적화설계에 관한 연구

In this paper, we propose and demonstrate an optimal design of wideband pulsed gamma-ray detectors. Pulsed gamma-ray detectors are designed to operate in a dose rate of $1{\times}10^6{\sim}1{\times}10^8rad(Si)/s$. The input parameter was derived based on the energy ratio of pulse gamma-ray spectrum and the time of the energy. The sensor output current was calculated based on the dose rate control circuit. Using the N-type Epi Wafer, the optimum condition detection sensor was designed based on TCAD. The simulation results show that the optimal Epi layer thickness is 45um when applied voltage 3.3V. The doping concentrations are as follows : N-type is an Arsenic as $1{\times}10^{19}/cm^3$, P-type is a Boron as $1{\times}10^{19}/cm^3$ and Epi layer is Phosphorus as $3.4{\times}10^{12}/cm^3$. Pulse gamma-ray detector diameter is the 1.3mm.

본 연구에서는 광대역 펄스감마선 탐지센서 최적화설계에 관한 연구를 수행하였다. 펄스감마선 탐지센서는 $1{\times}10^6{\sim}1{\times}10^8rad(Si)/s$의 방사선량에서 동작할 수 있도록 설계하였다. 에너지에 따른 펄스감마선 스펙트럼과 시간에 따른 에너지 비율을 기반으로 탐지센서 입력변수를 도출하고, 탐지감도 제어회로를 기반으로 탐지센서 출력전류를 도출하였다. N-type Epi Wafer를 이용하여 최적조건 탐지센서를 TCAD기반으로 설계하였다. 시뮬레이션 결과 인가전압 3.3V에서 최적 Epi층 두께는 45um다. 도핑농도는 N-type은 Arsenic으로 $1{\times}10^{19}/cm^3$, P-type은 Boron으로 $1{\times}10^{19}/cm^3$, Epi 층은 Phosphorus로 $3.4{\times}10^{12}/cm^3$다. 마지막으로 탐지센서는 원형으로 지름이 1.3mm 이다.