특허청구의 범위

전체 글

(1)

(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A)

(11) 공개번호 10-2013-0141790 (43) 공개일자 2013년12월27일 (51) 국제특허분류(Int. Cl.)

H01J 35/14 (2006.01) H01J 35/04 (2006.01) (21) 출원번호 10-2012-0064759

(22) 출원일자 2012년06월18일 심사청구일자 없음

(71) 출원인

한국전자통신연구원

대전광역시 유성구 가정로 218 (가정동) (72) 발명자

최성열

울산광역시 중구 태화동 886-1번지 송윤호

대전광역시 서구 정림동 우성아파트 127-405 (74) 대리인

권혁수, 송윤호, 오세준 전체 청구항 수 : 총 15 항

(54) 발명의 명칭 전계 방출 엑스선원 및 이를 이용한 전자 빔 집속 방법

(57) 요 약

전계 방출 엑스선원이 제공된다. 이 엑스선원은 진공 용기의 일 단부에 구비되되, 전계 방출 에미터를 포함하는 캐소드 전극, 캐소드 전극에 인접하도록 진공 용기의 내부에 구비되되, 제 1 개구를 갖는 게이트 전극, 게이트 전극과 전기적으로 연결되면서, 캐소드 전극으로부터 게이트 전극보다 먼 상기 게이트 전극의 일 면 상에 구비되 되, 제 1 개구보다 넓은 폭을 갖는 제 2 개구를 갖는 집속 전극, 및 진공 용기가 연장되는 방향의 타 단부 측의 진공 용기의 내부에 구비되는 애노드 전극을 포함한다. 집속 전극의 높이는 제 2 개구의 폭과 동일하고, 그리고 제 1 개구의 폭은 제 2 개구의 폭의 1/3 이하이다.

대 표 도

- 도1

(2)

이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 10035553 부처명 지식경제부

연구사업명 산업원천기술개발사업

연구과제명 다방향 강내형 X-선 영상시스템용 초소형 X선 튜브개발 기 여 율 1/1

주관기관 한국과학기술원

연구기간 2010.04.01 ~ 2014.03.31

(3)

특허청구의 범위

청구항 1

진공 용기의 일 단부에 구비되되, 전계 방출 에미터를 포함하는 캐소드 전극;

상기 캐소드 전극에 인접하도록 상기 진공 용기의 내부에 구비되되, 제 1 개구를 갖는 게이트 전극;

상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되면서, 상기 캐소드 전극으로부터 상기 게이트 전극보다 먼 상기 게이트 전극의 일 면 상에 구비되되, 상기 제 1 개구보다 넓은 폭을 갖는 제 2 개구를 갖는 집속 전극; 및

상기 진공 용기가 연장되는 방향의 타 단부 측의 상기 진공 용기의 내부에 구비되는 애노드 전극을 포함하되, 상기 집속 전극의 높이는 상기 제 2 개구의 폭과 동일하고, 그리고

상기 제 1 개구의 폭은 상기 제 2 개구의 폭의 1/3 이하인 전계 방출 엑스선원.

청구항 2 제 1항에 있어서,

상기 집속 전극은 상기 게이트 전극의 상기 일 면과 물리적으로 접촉된 전계 방출 엑스선원.

청구항 3 제 1항에 있어서,

상기 집속 전극의 외주는 상기 게이트 전극의 외주보다 작은 전계 방출 엑스선원.

청구항 4 제 1항에 있어서,

상기 제 1 개구의 평단면은 원형 또는 다각형인 전계 방출 엑스선원.

청구항 5 제 1항에 있어서,

상기 제 1 개구의 상기 폭은 상기 전계 방출 에미터의 평단면의 최대 폭보다 큰 전계 방출 엑스선원.

청구항 6 제 1항에 있어서,

상기 제 1 개구는 상기 게이트 전극을 관통하는 형태를 갖는 전계 방출 엑스선원.

청구항 7 제 1항에 있어서,

상기 전계 방출 에미터의 평단면은 원형 또는 다각형인 전계 방출 엑스선원.

청구항 8 제 1항에 있어서,

상기 제 2 개구의 평단면은 원형 또는 다각형인 전계 방출 엑스선원.

청구항 9 제 1항에 있어서,

상기 제 2 개구는 상기 집속 전극을 관통하는 형태를 갖는 전계 방출 엑스선원.

(4)

청구항 10 제 1항에 있어서,

상기 전계 방출 에미터는 나노 물질을 포함하는 전계 방출 엑스선원.

청구항 11 제 1항에 있어서,

상기 애노드 전극은 상기 캐소드 전극에 대해 기울어져 있는 전계 방출 엑스선원.

청구항 12

제 1항의 구조를 갖는 전계 방출 엑스선원의 전자 빔 집속 방법에 있어서,

상기 집속 전극의 상기 높이를 조절하거나, 또는 상기 제 1 개구의 상기 폭을 변화시키는 단계를 포함하는 전자 빔 집속 방법.

청구항 13 제 12항에 있어서,

상기 전계 방출 에미터와 상기 게이트 전극 사이의 거리를 변화시키는 단계를 더 포함하는 전자 빔 집속 방법.

청구항 14 제 12항에 있어서,

상기 집속 전극을 상기 게이트 전극의 상기 일 면과 물리적으로 접촉시키는 전자 빔 집속 방법.

청구항 15 제 12항에 있어서,

상기 애노드 전극은 상기 캐소드 전극에 대해 기울어져 있는 전자 빔 집속 방법.

명 세 서 기 술 분 야

본 발명은 엑스선원 및 이를 이용한 전자 빔 집속 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 전계 방출 엑스선원 및 [0001]

이를 이용한 전자 빔 집속 방법에 관한 것이다.

배 경 기 술

의료용, 산업용, 연구용 등으로 널리 이용되고 있는 엑스선(X-ray)은 금속 타겟(target) 애노드(anode) 전극에 [0002]

전자들을 고에너지로 충돌시켜 얻으며, 이에 사용되는 전자원(electron source)은 금속 물질을 가열하여 전자 방출을 유도하는 열 전자원(thermionic source)과 나노(nano) 물질을 이용하는 전계 방출(field emission) 전 자원이 있다.

열 전자원은 수명이 비교적 짧으며, 크기를 줄이기가 쉽지 않고, 2극형으로 전자 방출을 시켜야하기 때문에, 엑 [0003]

스선의 세기 조절, 집적화, 소형화 등을 이루기 어려운 문제점들을 수반하고 있다. 반면, 나노 물질을 이용하는 전계 방출 전자원의 경우에는 3극형으로 전자를 방출시킬 수 있으며, 다양한 전기적, 물리적 형태를 가질 수 있 으며, 열 전자원에 비해 높은 출력의 엑스선 발생이 가능하며, 그리고 엑스선의 세기 조절, 집적화, 소형화 등 을 이루기 용이하다. 이러한 전계 방출 전자원의 장점들을 이용하여 산업용 결함 및 품질 검사 시스템(system), 의료용 근접 치료 및 3차원 디지털(digital) 진단 영상 시스템 등에 적용하고자 하는 많은 연구가 이루어지고 있다.

하지만, 현재까지의 기술로는 나노 물질 기반의 전계 방출 전자원이 가지고 있는 문제점들을 해결하지 못하고 [0004]

있다. 전계 방출이 일어날 때, 가장 우선적으로 해결해야 할 문제점은 전자 빔(electron beam) 집속(focusing) 이다. 전자 빔 집속이 이루어지지 않아 파생되어 발생하는 문제점은 절연을 위하여 사용되는 세라믹(ceramic)

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등의 측벽 등에서 발생하는 전하 축적 문제로 전자 빔이 애노드 전극까지 도달하지 못하여 엑스선 발생이 일어 나지 않거나, 아킹(arcing)으로 인하여 전자원이 손상 및 파괴되는 것, 그리고 고출력, 고해상도 엑스선 이미지 (image) 등을 얻기 위한 수 마이크로(μm) 또는 나노(nm) 크기의 초점(focal spot)을 형성할 수 없다는 것이다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해서 새로운 개념의 전자 빔 집속 기능이 포함된 게이트 전극 구조 도입이 필요 [0005]

하며, 엑스선원(X-ray tube) 등의 엑스선 발생 장치의 제작을 위한 진공 밀봉 기술이 필요하다.

발명의 내용 해결하려는 과제

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전하 축적을 방지하는 동시에 마이크로 이하의 전자 빔 스팟을 형성할 수 있 [0006]

는 전계 방출 엑스선원을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전계 방출 에미터로부터 방출되는 전자 빔을 집속하여 애노드 전극에 [0007]

마이크로 이하의 전자 빔 스팟을 형성할 수 있는 전자 빔 집속 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들 [0008]

은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

과제의 해결 수단

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전계 방출 엑스선원을 제공한다. 이 엑스선원은 진공 용기의 일 단 [0009]

부에 구비되되, 전계 방출 에미터를 포함하는 캐소드 전극, 캐소드 전극에 인접하도록 진공 용기의 내부에 구비 되되, 제 1 개구를 갖는 게이트 전극, 게이트 전극과 전기적으로 연결되면서, 캐소드 전극으로부터 게이트 전극 보다 먼 상기 게이트 전극의 일 면 상에 구비되되, 제 1 개구보다 넓은 폭을 갖는 제 2 개구를 갖는 집속 전극, 및 진공 용기가 연장되는 방향의 타 단부 측의 진공 용기의 내부에 구비되는 애노드 전극을 포함할 수 있다. 집 속 전극의 높이는 제 2 개구의 폭과 동일하고, 그리고 제 1 개구의 폭은 제 2 개구의 폭의 1/3 이하일 수 있다.

집속 전극은 상기 게이트 전극의 상기 일 면과 물리적으로 접촉될 수 있다.

[0010]

집속 전극의 외주는 게이트 전극의 외주보다 작을 수 있다.

[0011]

제 1 개구의 평단면은 원형 또는 다각형일 수 있다.

[0012]

제 1 개구의 폭은 전계 방출 에미터의 평단면의 최대 폭보다 클 수 있다.

[0013]

제 1 개구는 게이트 전극을 관통하는 형태를 가질 수 있다.

[0014]

전계 방출 에미터의 평단면은 원형 또는 다각형일 수 있다.

[0015]

제 2 개구의 평단면은 원형 또는 다각형일 수 있다.

[0016]

제 2 개구는 집속 전극을 관통하는 형태를 가질 수 있다.

[0017]

전계 방출 에미터는 나노 물질을 포함할 수 있다.

[0018]

애노드 전극은 캐소드 전극에 대해 기울어져 있을 수 있다.

[0019]

또한, 상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전자 빔 집속 방법을 제공한다. 이 방법은 상기한 구조를 갖 [0020]

는 전계 방출 엑스선원에 있어서, 집속 전극의 높이를 조절하거나, 또는 제 1 개구의 폭을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.

전계 방출 에미터와 게이트 전극 사이의 거리를 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

[0021]

집속 전극을 게이트 전극의 일 면과 물리적으로 접촉시킬 수 있다.

[0022]

애노드 전극은 캐소드 전극에 대해 기울어져 있을 수 있다.

[0023]

발명의 효과

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 집속 전극의 높이가 집속 전극의 개구의 폭과 동일하 [0024]

고, 그리고 게이트 전극의 개구의 폭이 집속 전극의 개구의 폭의 1/3 이하임으로써, 전하 축적 없이 마이크로

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또는 나노 크기의 스팟을 형성하도록 전자 빔이 집속될 수 있다. 이에 따라, 전하 축적을 방지하는 동시에 마이 크로 이하의 전자 빔 스팟을 형성할 수 있는 전계 방출 엑스선원이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 집속 전극의 높이를 조절하거나, 또는 게이트 전극의 폭을 변화시 [0025]

킴으로써, 전하 축적 없이 마이크로 또는 나노 크기의 스팟을 형성하도록 전자 빔이 집속될 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 에미터로부터 방출되는 전자 빔을 집속하여 애노드 전극에 마이크로 이하의 전자 빔 스팟이 형 성될 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원을 설명하기 위한 구성 단면도이다.

[0026]

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전계 방출 엑스선원의 일부 구성을 설명하기 위한 입체도들이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원을 설명하기 위한 구성 단면도이다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원을 이용한 전자 빔 집속 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특 [0027]

징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확 해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수 도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명 [0028]

세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다 (comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다 른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것 이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 [0029]

설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들 은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시 된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원을 설명하기 위한 구성 단면도이다.

[0030]

도 1을 참조하면, 전계 방출 엑스선원은 진공 용기(150), 진공 용기(150)의 일 단부에 구비되되, 전자(e)를 방 [0031]

출하는 전계 방출 에미터(120)를 포함하는 캐소드 전극(110), 캐소드 전극(110)에 인접하도록 진공 용기(150)의 내부에 구비되되, 제 1 개구(135)를 갖는 게이트 전극(130), 게이트 전극(130)과 전기적으로 연결되면서, 캐소 드 전극(110)으로부터 게이트 전극(130)보다 먼 게이트 전극(130)의 일 면 상에 구비되되, 제 1 개구(135)보다 넓은 폭을 갖는 제 2 개구(145)를 갖는 집속 전극(140), 및 진공 용기(150)가 연장되는 방향의 타 단부 측의 진 공 용기(150)의 내부에 구비되는 애노드 전극(160)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(130) 및 집속 전극(140)은 결합 구조 전극(200)을 구성할 수 있다. 도시되지 않았지만, 진공 용기(150) 내부의 진공 상태 유지 및 개선을 위한 게터(getter) 등을 더 포함할 수 있다.

애노드 전극(160)이 캐소드 전극(110)에 대해 일정 각도로 기울어져 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 전 [0032]

계 방출 엑스선원은 반사형 전계 방출 엑스선원일 수 있다. 반사형 전계 방출 엑스선원은 애노드 전극(160)에서 발생한 엑스선을 외부로 방출하기 위해, 베릴륨(Be), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 물질을 포함하는 창(window)을 더

(7)

포함할 수 있다. 이와는 달리, 애노드 전극(160)이 금속 물질 및 전도성이 있는 세라믹 등의 물질을 포함할 경 우, 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원은 투과형 전계 방출 엑스선원일 수 있다.

캐소드 전극(110)의 에미터(120)로부터의 전자(e-)의 방출 및 전자 빔(화살표들)의 집속은 전계에 의해 이루어 [0033]

지며, 게이트 전극(130) 및 집속 전극(140)이 전자(e-)의 방출 및 전자 빔(화살표들)의 집속을 수행한다. 캐소 드 전극(110)은 금속을 포함할 수 있다. 전계 방출 에미터(120)는 탄소 나노튜브(carbon nanotube) 등과 같은 나노 물질을 포함할 수 있다. 게이트 전극(130) 및 집속 전극(140)은 알루미늄(Al), 스테인리스강(stainless steel), 코바(Kovar) 합금 등의 금속 물질을 포함할 수 있다.

전계 방출 엑스선원의 진공 용기(150)의 구조 및 크기, 그리고 게이트 전극(130) 및 접속 전극(140)의 위치와 [0034]

크기는 전자 빔(화살표들)의 용도에 따라 변경될 수 있다. 진공 용기(150)는 세라믹(ceramic) 등과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 전계 방출 엑스선원을 제조하기 위한 진공 밀봉법은 브레이징(brazing)법, 화학적 접합 물질인 프릿(frit) 등을 이용한 방법 등일 수 있다.

일반적인 전계 방출 엑스선원은 진공 용기(150) 내부에 구비되는 메쉬(mesh) 형태의 게이트 전극을 사용한다.

[0035]

이와는 달리, 본 발명의 실시예에 따른 게이트 전극(130)은 하나의 개구를 갖는 형태일 수 있다. 이는 캐소드 전극(110)의 에미터(120)로부터의 전자(e-)의 방출은 전계에 의해 이루어지기 때문에, 게이트 전극(130)이 하나 의 개구를 가져도 전자(e-)의 방출이 가능할 수 있다.

일반적인 반사형 전계 방출 엑스선원은 일정 각도로 기울어진 애노드 전극(160)에 전자원인 전계 방출 에미터 [0036]

(120)로부터 방출된 전자 빔(화살표들)이 집속되어 충돌할 때 엑스선을 발생시킨다. 애노드 전극(160)은 텅스텐 (W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 등의 다결정 또는/및 단결정 금속 등을 포함할 수 있다. 전계 방출 엑스선원이 고 출력, 특성 엑스선 등을 발생시키기 위해서는, 애노드 전극(160)은 단결정 금속을 포함하는 것이 보다 바람직하 다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전계 방출 엑스선원의 일부 구성을 설명하기 위한 입체도들이다.

[0037]

도 2 내지 도 5를 참조하면, 결합 구조 전극(200)은 제 1 개구(도 1의 135 참조)를 갖는 게이트 전극(130) 및 [0038]

제 1 개구의 폭보다 큰 제 2 개구(도 1의 145 참조)를 갖는 집속 전극(140)으로 구성될 수 있다. 집속 전극 (140)은 게이트 전극(130)의 일면과 물리적으로 접촉된 형태일 수 있다. 게이트 전극(130)과 집속 전극(140)은 전기적, 화학적, 물리적 접합 등으로 연결될 수 있다. 집속 전극(140)의 외주는 게이트 전극(130)의 외주와 같 거나 이보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예들에 따른 결합 구조 전극(200)의 집속 전극(140)은 게이트 전극(130)의 외주보다 작은 외주를 가질 수 있다.

게이트 전극(130)의 제 1 개구의 평단면은 원형 또는 다각형일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예들에 [0039]

따른 제 1 개구의 평단면은 동심원 형태일 수 있다. 제 1 개구는 게이트 전극(130)을 관통하는 형태를 가질 수 있다. 집속 전극(140)의 제 2 개구의 평단면은 원형 또는 다각형일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예들 에 따른 제 2 개구의 평단면은, 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 동심원, 타원 또는 사각형 형태일 수 있다. 제 2 개구는 집속 전극(140)을 관통하는 형태를 가질 수 있다.

게이트 전극(130)의 제 1 개구는 전계 방출 에미터(도 1의 120 참조)의 평면적의 최대 폭보다 큰 폭을 가질 수 [0040]

있다. 제 1 개구의 폭은 전계 방출된 전자 빔이 제 1 개구의 가장자리로 유도되지 않을 정도일 수 있다. 이는 전자 빔이 제 1 개구의 가장자리로 유도되면 누설 전류(leakage current)가 많이 증가하는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다. 게이트 전극(130)의 두께는 얇을수록 좋지만, 게이트 전극(130)은 인가되는 전압 등에 의해서 진 동이 발생하지 않을 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

집속 전극(140)의 제 2 개구는 게이트 전극(130)의 제 1 개구를 통과하여 나온 전자 빔이 방사형으로 퍼져나가 [0041]

는 것을 고려하여 제 1 개구의 폭보다 큰 폭을 갖도록 제작될 수 있다. 이는 일정한 전압이 인가되는 좁은 영역 을 벗어난 전자 빔이 방사형으로 퍼져나가는 시점에서 더 넓은 면적을 가진 등전위 구간과 직면하게 하여, 도 1 에 되시된 것과 같이, 삼각형 형태로 전자 빔을 자연스럽게 집속되도록 하기 위한 것일 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원을 설명하기 위한 구성 단면도이고, 그리고 도 7 내지 도 [0042]

10은 본 발명의 실시예에 따른 전계 방출 엑스선원을 이용한 전자 빔 집속 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.

도 6을 참조하면, 도시된 것과 같이, 게이트 전극(120)에서 애노드 전극(160)까지의 거리는 H, 집속 전극(140) [0043]

의 높이는 h, 집속 전극(140)의 개구(도 1의 145 참조)의 폭은 D, 게이트 전극(130)의 개구(도 1의 135 참조)의

(8)

폭은 d, 그리고 전계 방출 에미터(120)에서 게이트 전극(130)까지의 거리는 d'로 표시될 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, D와 h가 같고, d가 D의 1/3 이하이면, 전자 빔은 전하 축적 없이 애노드 전극(160)에 [0044]

최소 스팟(spot)을 형성하도록 집속될 수 있다.

도 6 및 도 8을 참조하면, h를 변화시키면, D>h인 경우에는 스팟이 d만큼의 크기로 형성되고, 그리고 도시되지 [0045]

않았지만, D<h인 경우에는 애노드 전극(160)에 도달하기 전에 최소 스팟이 형성되어 애노드 전극(160)에 방사형 으로 충돌한다.

도 6 및 도 9를 참조하면, D와 h가 같고, d를 변화시키면, d가 D의 1/3을 초과하도록 조절된 경우에는 도 8과 [0046]

같이 스팟이 d만큼의 크기로 형성되고, 그리고 도시되지 않았지만, d가 전계 방출 에미터(120)의 평단면의 최대 폭에 가깝게 조절된 경우에는 전자 빔이 게이트 전극(130)의 개구의 가장자리로 유도되어 누설 전류가 증가하고, 그리고 애노드 전극(160)에 방사형으로 충돌하여 스팟이 크게 형성된다.

도 6 및 도 10을 참조하면, d'를 변화시키면, 게이트 전극(130)이 전계 방출 에미터(120)로부터 멀어지게 조절 [0047]

된 경우에는 최소 스팟이 형성되지만, 집속 전극(130)에 인가되는 전압이 높아져야 하고, 그리고 도시되지 않았 지만, 게이트 전극(130)이 전계 방출 에미터(120)에 가까워지게 조절된 경우에는 게이트 전극(130)의 개구의 가 장자리로 유도되는 전자 빔이 늘어난다.

결과적으로, 도 7의 조건으로 진공 용기(150) 내부에 결합 구조 전극(200)을 삽입하여야 저전력, 고출력, 고해 [0048]

상도, 마이크로 크기 이하의 전자 빔 스팟을 애노드 전극(160)에 집속할 수 있는 초소형 전계 방출 엑스선원이 제공될 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예들에 따른 전계 방출 엑스선원은 집속 전극의 높이가 집속 전극의 개구의 폭과 동일하 [0049]

고, 그리고 게이트 전극의 개구의 폭이 집속 전극의 개구의 폭의 1/3 이하임으로써, 전하 축적 없이 마이크로 또는 나노 크기의 스팟을 형성하도록 전자 빔이 집속될 수 있다. 이에 따라, 전하 축적을 방지하는 동시에 마이 크로 이하의 전자 빔 스팟을 형성할 수 있는 전계 방출 엑스선원이 제공될 수 있다.

또한, 상기한 본 발명의 실시예들에 따른 전계 방출 엑스선원의 집속 전극의 높이를 조절하거나, 또는 게이트 [0050]

전극의 폭을 변화시킴으로써, 전하 축적 없이 마이크로 또는 나노 크기의 스팟을 형성하도록 전자 빔이 집속될 수 있다. 이에 따라, 전계 방출 에미터로부터 방출되는 전자 빔을 집속하여 애노드 전극에 마이크로 이하의 전 자 빔 스팟이 형성될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 전계 방출 엑스선원은 전계 방출 전자원의 손상 및 파괴 방지, 저전력, [0051]

초소형화, 고집적화, 엑스선 세기 조절 등이 가능해져 산업용 결함 및 품질 검사 시스템 등과 의료용 근접 치료 장비 및 3차원 디지털 영상 진단 시스템 등에 적용될 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 [0052]

지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이 며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

부호의 설명

110 : 캐소드 [0053]

120 : 에미터 130 : 게이트 전극 135, 145 : 개구 140 : 집속 전극 150 : 진공 용기 160 : 애노드 전극 200 : 결합 구조 전극

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도면 도면1

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도면3

도면4

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도면5

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도면10

수치

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참조

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