도쿄 2025년 4월 10일 -- Orbray주식회사는 독자 기술인 고품질 대구경 단결정 다이아몬드를 이용한 방사선 검출기를 개발했습니다. 다이아몬드는 물성이 뛰어나고 방사선에 대한 높은 내성을 가지고 있기 때문에 다른 재료로 만들어진 방사선 검출기로는 파괴되어 버리는 고방사능 환경에서도 사용이 가능합니다. 또 생체학적 조직의 구성과 거의 동일하기 때문에 방사선에 의한 진단이나 치료 계획 입안 시의 진단하는 의료 용도에 적합합니다. 이러한 장점을 활용하여 낮은 에너지의 진단용 X선부터 높은 에너지의 치료용 X선까지 고도의 정밀 측정이 가능하다는 사실을 실증해냈습니다.

다이아몬드는 높은 열적•화학적 안정성과 고속 응답성 등 방사선 검출기에 이상적인 물성을 가진 반도체 재료입니다. 또한, 다이아몬드는 원자 번호가 6인 탄소로 구성되어 있어 생체 조직과 등가의^*1재료입니다. 이러한 특징으로 다이아몬드는 원자력공학이나 핵융합, 고에너지 물리학, 방사선 치료 분야의 방사선 검출기로서 연구되어 왔습니다. 1990년대까지는 연구에서 천연 다이아몬드를 선별해서 사용했지만, 2000년대 이후에는 화학 기상 성장법(CVD)으로 고순도 다이아몬드 합성 기술이 확립됨에 따라 검출기 특성은 큰 폭으로 향상되었습니다. 호모 에피택셜 성장법^*2으로 제작된 단결정 CVD 다이아몬드는 감도가 높고 분광 특성도 뛰어납니다. 한편, 유감 면적을 늘리기 위해 대면적화해서 높은 감도를 얻고 싶은 경우에는 다결정 CVD 다이아몬드가 사용되어 왔지만, 단결정 다이아몬드에 비해 감도나 분광 특성이 떨어집니다.

Orbray주식회사는 독자적인 스텝플로 성장법^*3을 이용해서 직경 2인치의 고품질(100) 다이아몬드 자립 기판(상품명: KENZAN Diamond™)을 개발했다고 2021년 9월 9일자 보도 자료^*4를 발표했습니다. 이 다이아몬드를 이용해서 도쿄도립대학, 도호쿠대학, 도호쿠공업대학, 오사카대학과 공동으로 그림 1에 나타내는 다이아몬드 방사선 검출기를 개발했습니다. 의료 현장에서 사용되는 X선 조사 장치를 이용한 평가에서 방사선 검출기의 감도가 높고 분광 특성도 뛰어나다는 사실이 입증되었습니다. 또 그림 2에 나타내는 세계 최대의 사방 20mm 대면적 다이아몬드를 이용한 초고감도 검출기를 시험 제작했습니다. 앞으로는 사용자 평가를 진행하면서 제품을 개발해 나갈 예정입니다.

4월 10-13일에 개최되는 일본의학물리학회 학술대회에서는 다이아몬드 제조 방법과 검출기의 평가 결과에 대해 발표하고, 동시에 개최하는 국제 의료 영상 기술 전시회에서는 방사선 검출기 실제 기계를 전시할 예정입니다.

연구 성과 공표 매체

2025년 4월 10-13일 제129회 일본의학물리학회 학술대회

• 4월 12일 'Charge Collection Characteristics of Heteroepitaxial Diamond Solid-State Ionization Chambers in the Diagnostic X-Ray Region' 도쿄도립대학 신쇼 기요미츠 교수
• 4월 13일 'The Cutting Edge and Future of Lab-Grown Diamond' Orbray주식회사 김성우 집행임원
• 4월 13일 'The promise of large-diameter diamond detectors' 도호쿠대학 히토미 게이타로 부교수

2025년 4월 10-13일 국제 의료 영상 기술 전시회(ITEM2025)에서 방사선 검출기 실제 기계를 전시

<용어 설명>

1. 생물학적 조직의 구성과 거의 동일
   다이아몬드가 원자번호 6인 탄소로 구성되어 있고 생체조직의 평균 원자량(7.2-7.4)과 등가이기 때문에 생체의 피폭 선량을 정확하게 산출할 수가 있다. 현재는 원자번호 14인 실리콘이나 원자번호 32인 게르마늄을 이용한 검출기가 주류.
2. 호모 에피택셜 성장법
   다이아몬드를 씨드로 하여 그 위에 다이아몬드를 성장시키는 방법. 씨드의 크기 이상으로 면적을 늘리기는 대단히 어렵다. 이에 반해 다이아몬드 이외의 재료를 씨드로 해서 그 위에 다이아몬드를 성장시키는 방법을 헤테로 에피택셜 성장법이라고 하며, 원리적으로는 대구경 씨드을 이용함으로써 대구경 다이아몬드를 얻을 수가 있다.
3. 스텝 플로우 성장법
   기판 표면을 미세하게 경사지게 함으로써 원자 수준의 계단 구조 기판을 다이아몬드 성장에 이용하는 결정 성장 방법.
4. 보도 자료
   직경 2인치 다이아몬드 기판의 양산 기술 개발에 성공. 파워 반도체 디바이스의 기업 연구개발에 박차( https://orbray.com/magazine_en/archives/1401 )

Orbray주식회사의 개요

본사 주소: 도쿄도 아다치구 신덴 3초메 8번 22호
설립: 1953년 8월 28일. 자본금: 1억 엔. 종업원: 1,000명(2025년 1월 1일 현재)
1939년 창업. 전기 측정기 베어링 보석 제조로 출발.
보석 가공 기술(절삭 연마)을 핵심으로 항상 첨단 기술을 융합시켜 시대를 앞서가는 다양한 제품을 개발해 왔고, 현재는 정밀 보석 부품과 광통신 부품, 소형 DC 모터, 의료기기 등을 제조 판매. https://www.orbray.com/

【본건에 관한 문의처】

Orbray주식회사 다이아몬드사업총괄본부 기판영업본부
TEL: +81-3-3919-0101
E-mail: diamond-sales@orbray.com