(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2018-0080106 (43) 공개일자 2018년07월11일 (51) 국제특허분류(Int. Cl.)
H01J 35/14 (2006.01) H01J 35/06 (2006.01) H01J 35/08 (2006.01)
(52) CPC특허분류
H01J 35/14 (2013.01) H01J 35/065 (2013.01)
(21) 출원번호 10-2017-0172652 (22) 출원일자 2017년12월14일 심사청구일자 없음
(30) 우선권주장
1020170000888 2017년01월03일 대한민국(KR)
(71) 출원인
한국전자통신연구원
대전광역시 유성구 가정로 218 (가정동) (72) 발명자
박소라
서울 동대문구 한천로10길 44-16216-36호 송윤호
대전광역시 서구 정림서로 162-15우성아파트 127-405호
(뒷면에 계속) (74) 대리인
특허법인 고려 전체 청구항 수 : 총 15 항
(54) 발명의 명칭 전자 방출원 및 이를 이용한 엑스선 발생 장치 (57) 요 약
그의 상부에 형성된 리세스 영역을 갖는 캐소드 전극, 및 상기 캐소드 전극의 상기 리세스 영역 내에 제공되는 팁 형상의 전자방출 얀(yarn)을 포함하는 전자 방출원을 제공하되, 상기 전자방출 얀은 상기 캐소드 전극의 상기 리세스 영역의 내측면으로부터 이격될 수 있다.
대 표 도 - 도1
(52) CPC특허분류
H01J 35/08 (2013.01) (72) 발명자
정진우
대전 유성구 지족동 반석마을 101-1503
강준태
대전 유성구 신성로 63 럭키하나아파트 110동 110 9호
이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 B551179-12-04-00 부처명 국가과학기술연구회
연구관리전문기관 한국전자통신연구원 연구사업명 융합연구사업
연구과제명 영상기반 초미세 실시간 검사 및 결함 분리 시스템 개발 기 여 율 1/1
주관기관 한국전자통신연구원 연구기간 2016.07.01 ~ 2017.06.30
명 세 서 청구범위 청구항 1
그의 상부에 형성된 리세스 영역을 갖는 캐소드 전극; 및
상기 캐소드 전극의 상기 리세스 영역 내에 제공되는 팁 형상의 전자방출 얀(yarn)을 포함하되, 상기 전자방출 얀은 상기 캐소드 전극의 상기 리세스 영역의 내측면으로부터 이격되는 전자 방출원.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 전자방출 얀은 상기 리세스 영역의 바닥면으로부터 상기 캐소드 전극의 상면에 수직한 방향으로 연장되는 전자 방출원.
청구항 3
제 1 항에 있어서,
상기 전자방출 얀은 상기 캐소드 전극의 상면으로부터 돌출되는 전자 방출원.
청구항 4
제 1 항에 있어서,
단일 홀을 가지고, 상기 전자방출 얀과 일정 거리를 유지한 채, 상기 전자방출 얀의 상부에 위치하는 게이트 전 극을 더 포함하는 전자 방출원.
청구항 5
제 4 항에 있어서,
상기 게이트 전극의 일면에 배치되어, 상기 게이트 전극의 홀을 덮는 전자 빔 투과층을 더 포함하는 전자 방출 원.
청구항 6
제 4 항에 있어서,
상기 캐소드 전극으로부터 상기 게이트 전극보다 먼 위치에 제공되고, 단일 홀을 갖는 집속 전극을 더 포함하는 전자 방출원.
청구항 7
제 6 항에 있어서,
상기 집속 전극의 홀의 직경은 상기 게이트 전극의 홀의 직경보다 큰 전자 방출원.
청구항 8
제 1 항에 있어서,
상기 전자방출 얀은 탄소 나노 튜브(carbon nano tube: CNT)를 포함하는 전자 방출원.
청구항 9
제 4 항에 있어서,
상기 게이트 전극의 홀의 직경은 상기 전자방출 얀의 폭보다 큰 전자 방출원.
청구항 10 제 1 항에 있어서,
상기 캐소드 전극은 상기 리세스 영역의 바닥면으로부터 상기 캐소드 전극의 내부를 향하여 형성되는 홈을 갖고,
상기 전자방출 얀은 상기 홈에 삽입되어, 상기 캐소드 전극과 기계적으로 결합되는 전자 방출원.
청구항 11
제 10 항에 있어서,
상기 캐소드 전극은 수평으로 서로 분리되고, 상기 전자방출 얀을 기준으로 대칭되는 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖되,
상기 홈은:
상기 제 1 부분에서 상기 리세스 영역과 연결되는 제 1 홈; 및
상기 제 2 부분에서 상기 리세스 영역과 연결되고, 상기 제 1 홈에 대응되는 제 2 홈을 갖고, 상기 전자방출 얀은 상기 제 1 홈 및 상기 제 2 홈에 결합되는 전자 방출원.
청구항 12 전자 방출원;
상기 전자 방출원에서 발생한 전자 빔이 진행하는 진공 관;
상기 전자 빔의 진행 경로 상에 배치되도록 상기 진공 관에 부착되고, 상기 전자 빔과의 충돌에 의해 엑스선을 방출하는 타겟; 및
상기 진공 관 외측에 배치되어, 상기 전자 빔의 진행 경로를 제어하는 자기 렌즈를 포함하되, 상기 전자 방출원은:
지지부 및 상기 지지부 상에 배치되는 전위 제어부를 갖는 캐소드 전극; 및
상기 전위 제어부를 수직 관통하는 관통홀 내에 제공되는 팁 형상의 전자방출 얀을 포함하는 엑스선 발생장치.
청구항 13
제 11 항에 있어서,
상기 전자 방출원과 상기 자기 렌즈 사이에 배치되는 정렬 코일을 더 포함하는 엑스선 발생장치.
청구항 14
제 11 항에 있어서,
상기 전자 방출원과 상기 자기 렌즈 사이에서 전자 빔의 진행 경로 상에 배치되는 전자 빔 제어층을 더 포함하 는 엑스선 발생장치.
청구항 15
제 11 항에 있어서,
상기 하우징의 내부는 진공인 엑스선 발생장치.
발명의 설명 기 술 분 야
본 발명은 전자 방출원 및 이를 이용한 엑스선 발생 장치에 관한 것으로, 상세하게는 전자방출 얀(yarn)을 이용 [0001]
한 전자 방출원 및 이를 이용한 엑스선 발생 장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
나노 물질을 이용한 전계 방출 장치에서, 탄소 나노 튜브(CNT) 또는 탄소 나노 와이어 등은 전자 방출 물질로서 [0002]
각광받고 있다. 탄소 나노 튜브는 벌집 구조의 1차원 판이 튜브 모양으로 말린 구조물로 매우 우수한 전기적, 기계적, 화학적, 열적 특성을 가지며, 이는 여러 분야에 응용되고 있다. 그리고 높은 종횡비를 갖는 탄소 나노 튜브는 그 우수한 기하학적 특성으로 낮은 포텐셜의 전계에서도 전자를 쉽게 방출할 수 있다.
나노 물질의 얀(yarn)은 나노물질이 반데르발스(Van der Waals) 힘에 의해 서로 결합되어 있으며, 실과 같은 형 [0003]
태를 갖는다. 나노 물질 얀은 얇고 길게 형성될 수 있다. 나노 물질 얀은 전계 방출 소자로 사용할 경우, 팁 형 태를 갖는 나노 물질 얀은 극소면적에서 전자 방출이 이루어지고, 그 기하학적 구조에 의해 전계가 집중될 수 있다. 따라서, 나노 물질 얀은 초소형 소자나 마이크로 포커싱 소자와 같이 고효율, 고밀도의 전자 빔 특성이 필요한 소자 제작에 유리하다. 또한 나노 물질 얀은 전계 방출 과정에서 개별적으로 탈착되기 어려워 전류를 안 정적으로 발생시킬 수 있다.
발명의 내용 해결하려는 과제
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 집속도가 향상된 전자 빔을 생성하는 전자 방출원 및 이를 이용한 고해상도 [0004]
엑스선 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 구동 시 발생하는 누설 전류가 감소된 전자 방출원 및 이를 이용한 엑 [0005]
스선 발생 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전자방출 얀의 교체가 용이한 전자 방출원 및 이를 이용한 엑스선 [0006]
발생 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 집속도가 향상된 전자 빔을 생성하는 전자 방출원 및 이를 이용한 [0007]
엑스선 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 [0008]
아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
과제의 해결 수단
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원은 그의 상부에 형성된 리세스 [0009]
영역을 갖는 캐소드 전극, 및 상기 캐소드 전극의 상기 리세스 영역 내에 제공되는 팁 형상의 전자방출 얀 (yarn)을 포함할 수 있다. 상기 전자방출 얀은 상기 캐소드 전극의 상기 리세스 영역의 내측면으로부터 이격될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전자방출 얀은 상기 리세스 영역의 바닥면으로부터 상기 캐소드 전극의 상면에 수직 [0010]
한 방향으로 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전자방출 얀은 상기 캐소드 전극의 상면으로부터 돌출될 수 있다.
[0011]
일 실시예에 따르면, 단일 홀을 가지고, 상기 전자방출 얀과 일정 거리를 유지한 채, 상기 전자방출 얀의 상부 [0012]
에 위치하는 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 게이트 전극의 일면에 배치되어, 상기 게이트 전극의 홀을 덮는 전자 빔 투과층을 더 [0013]
포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 캐소드 전극으로부터 상기 게이트 전극보다 먼 위치에 제공되고, 단일 홀을 갖는 집 [0014]
속 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 집속 전극의 홀의 직경은 상기 게이트 전극의 홀의 직경보다 클 수 있다.
[0015]
일 실시예에 따르면, 상기 전자방출 얀은 탄소 나노 튜브(carbon nano tube: CNT)를 포함할 수 있다.
[0016]
일 실시예에 따르면, 상기 게이트 전극의 홀의 직경은 상기 전자방출 얀의 폭보다 클 수 있다.
[0017]
일 실시예에 따르면, 상기 캐소드 전극은 상기 리세스 영역의 바닥면으로부터 상기 캐소드 전극의 내부를 향하 [0018]
여 형성되는 홈을 가질 수 있다. 상기 전자방출 얀은 상기 홈에 삽입되어, 상기 캐소드 전극과 기계적으로 결합 될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 캐소드 전극은 수평으로 서로 분리되고, 상기 전자방출 얀을 기준으로 대칭되는 제 1 [0019]
부분 및 제 2 부분을 가질 수 있다. 상기 홈은 제 1 부분에서 상기 리세스 영역과 연결되는 제 1 홈, 및 상기 제 2 부분에서 상기 리세스 영역과 연결되고, 상기 제 1 홈에 대응되는 제 2 홈을 가질 수 있다. 상기 전자방출 얀은 상기 제 1 홈 및 상기 제 2 홈에 결합될 수 있다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 엑스선 발생장치는 전자 방출원, 상기 전자 [0020]
방출원에서 발생한 전자 빔이 진행하는 진공 관, 상기 전자 빔의 진행 경로 상에 배치되도록 상기 진공 관에 부 착되고, 상기 전자 빔과의 충돌에 의해 엑스선을 방출하는 타겟, 및 상기 진공 관 외측에 배치되어, 상기 전자 빔의 진행 경로를 제어하는 자기 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 전자 방출원은 지지부 및 상기 지지부 상에 배치 되는 전위 제어부를 갖는 캐소드 전극, 및 상기 전위 제어부를 수직 관통하는 관통홀 내에 제공되는 팁 형상의 전자방출 얀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전자 방출원과 상기 자기 렌즈 사이에 배치되는 정렬 코일을 더 포함할 수 있다.
[0021]
일 실시예에 따르면, 상기 전자 방출원과 상기 자기 렌즈 사이에서 전자 빔의 진행 경로 상에 배치되는 전자 빔 [0022]
제어층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 하우징의 내부는 진공일 수 있다.
[0023]
발명의 효과
본 발명에 따른 전자 방출원은 캐소드 전극의 기하학적 형상에 따라 전자 방출원 주위의 국소 등전위분포 라인 [0024]
이 조절될 수 있다. 캐소드 전극의 전위 제어부의 전위에 의하여, 등전위분포 라인은 전위 제어부의 상면 상으 로 끌어올려질 수 있다. 등전위분포 라인이 왜곡이 완화될 수 있으며, 전자 빔이 좁은 발산각으로 방출될 수 있 다. 이에 따라, 전자방출 얀에서 방출되는 전자들의 발산각이 작을 수 있으며, 전자 방출원에서 생성되는 전자 빔의 집속이 용이할 수 있다. 따라서, 집속도가 높고, 고전류 특성이 향상된 전자 빔을 생성할 수 있다. 또한, 전자방출 얀에서 방출되는 전자들 중 외측으로 누설되는 전자의 양이 적을 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출원은 전자방출 얀(200)이 캐소드 전극(100)의 홈(C)에 삽입되어 기계적으로 결합됨에 [0025]
따라 안정적으로 고정될 수 있으며, 전자 방출원(10)의 동작 시 전자방출 얀(200)의 이동 없이 안정적으로 전자 빔을 방출할 수 있다. 즉, 전자 방출원(10)의 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 또한, 캐소드 전극의 제 1 부분 및 제 2 부분의 결합에 따라 전자방출 얀이 고정될 수 있으며, 이에 따라 전자방출 얀의 결합, 분리 및 교체가 용이할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출원은 집속도가 향상된 전자 빔을 생성할 수 있으며, 이를 이용한 엑스선 발생장치는 [0026]
미세한 엑스선을 생성할 수 있으며, 엑스선의 해상도가 높아질 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 사시도이다.
[0027]
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 전자방출 얀의 전자 빔 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 엑스선 발생장치를 설명하기 위한 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 [0028]
설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이 다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것 을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명 [0029]
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 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또 [0030]
는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하 [0031]
기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단 지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.
따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2 막질로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참 조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 [0032]
자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 전자 방출원 및 엑스선 발생장치를 설명한다.
[0034]
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따 [0035]
른 전자 방출원을 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 전자 방출원(electron emission source, 10) 이 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들 [0036]
에서, 전자 방출원(10)은 전계(electric field) 안에서 전자를 방출할 수 있다. 전자 방출원(10)은 전계 전자 방출원 또는 전계 전자 에미터로 지칭될 수 있다. 전자 방출원(10)은 캐소드 전극(100) 및 전자방출 얀(yarn, 200)을 포함할 수 있다.
캐소드 전극(100)은 지지부(110) 및 전위 제어부(120)를 가질 수 있다. 전위 제어부(120)는 지지부(110)의 상면 [0037]
상에 배치되되, 지지부(110)의 외주를 따라 제공될 수 있다. 전위 제어부(120)는 그의 중심을 수직 관통하는 관 통홀을 가질 수 있다. 전위 제어부(120)의 관통홀의 내벽 및 지지부(110)의 상면은 리세스 영역(R)을 정의할 수 있다. 예를 들어, 리세스 영역(R)은 캐소드 전극(100)의 상면으로부터 캐소드 전극(100)의 내부를 향하여 연장 될 수 있다. 즉, 캐소드 전극(100)은 그의 상면의 중심이 내부를 향하여 오목하게 함몰된 컨케이브(concave) 형 상을 가질 수 있다. 캐소드 전극(100)은 원 기둥 형상을 가질 수 있다. 리세스 영역(R)은 원 기둥 형상을 가질 수 있다. 다만, 캐소드 전극(100)의 형태 및 리세스 영역(R)의 형태에 대한 상기 개시는 예시적인 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 캐소드 전극(100)은 금속 또는 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다. 캐소 드 전극(100)은 전자방출 얀(200)이 전자를 방출하기 위한 전계를 생성할 수 있다.
전자방출 얀(200)은 캐소드 전극(100)의 리세스 영역(R) 내에 배치될 수 있다. 전자방출 얀(200)은 팁(tip) 형 [0038]
상을 가질 수 있다. 전자방출 얀(200)은 리세스 영역(R)의 바닥면(이는 캐소드 전극(100)의 지지부(110)의 상면 과 동일할 수 있다.)으로부터 캐소드 전극(100)의 상면에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 이때, 전자방출 얀
(200)은 캐소드 전극(100)의 리세스 영역(R)의 내측면(이는 캐소드 전극(100)의 전위 제어부(120)의 내측면과 동일할 수 있다.)으로부터 이격될 수 있다. 전자방출 얀(200)이 캐소드 전극(100)의 리세스 영역(R)의 상기 내 측면으로부터 이격된 거리는 방향에 따라 일정할 수 있다. 예를 들어, 전자방출 얀(200)이 팁 형상을 가질 경우, 리세스 영역(R)은 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 전자방출 얀(200)은 평면적 관점에서 리세스 영역(R)의 중앙에 배치될 수 있다. 전자방출 얀(200)은 캐소드 전극(100)에 의해 고정될 수 있다. 전자방출 얀(200)의 일 부는 캐소드 전극(100)의 리세스 영역(R)의 상기 바닥면으로부터 캐소드 전극(100)의 내부를 향하여 매립될 수 있다. 예를 들어, 전자방출 얀(200)은 캐소드 전극(100)의 리세스 영역(R)의 상기 바닥면에 형성된 홈(C)에 삽 입되어 고정될 수 있다. 전자방출 얀(200)이 캐소드 전극(100)의 홈(C)에 삽입되어 기계적으로 결합됨에 따라, 전자방출 얀(200)이 안정적으로 고정될 수 있으며, 전자 방출원(10)의 동작 시 전자방출 얀(200)의 이동 없이 안정적으로 전자 빔을 방출할 수 있다. 즉, 전자 방출원(10)의 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 전자방출 얀 (200)은 캐소드 전극(100)의 상면으로부터 돌출될 수 있다. 즉, 전자방출 얀(200)의 상면은 캐소드 전극(100)의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전자방출 얀(200)은 필요 에 따라 그의 상면이 캐소드 전극(100)의 상면과 동일한 레벨에 위치하거나, 캐소드 전극(100)의 상면보다 낮은 레벨에 위치하도록 배치될 수 있다. 전자방출 얀(200)은 도전성 나노 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 방출 얀(200)은 탄소 나노 튜브(carbon nanotube: CNT)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 전자방출 얀(200)은 기 판에 수직으로 성장시킨 나노 와이어 또는 나노 튜브에서 실을 인출 및 꼬아서(yarning) 형성할 수 있다. 전자 방출 얀(200)이 전계 내에 제공될 경우, 전자방출 얀(200)은 전자를 방출할 수 있다. 이때, 전계의 크기를 제어 하여, 전자방출 얀(200)의 전자방출 여부를 조절할 수 있다.
도 3은 전자방출 얀의 전자 빔 형성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 2의 A 영역을 확대한 확대도로, 본 [0040]
발명의 전자 방출원의 전자방출 얀에서 방출되는 전자의 궤적을 시뮬레이션한 도면이다.
도 3을 참조하여, 캐소드 전극(100)은 전계를 생성할 수 있다. 이때, 전자방출 얀(200)의 기하학적 형상에 따라 [0041]
등전위분포 라인(EL)이 왜곡될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전자방출 얀(200)은 기하학적으로 얇고 긴 팁 형상을 갖고 있으며, 전자방출 얀(200)의 형상에 따라, 전계는 전자 빔이 방출되는 전자방출 얀(200)의 일단 에서 굴곡지게 형성될 수 있다. 전자는 인가된 전계에 의해 힘을 받아 움직이고, 전기장은 등전위분포 라인(E L)에 수직하게 형성되므로, 전자는 등전위분포 라인(EL)에 수직한 방향으로 힘을 받아 움직이게 된다. 전자방출 얀(200)에서 생성된 전자는 등전위분포 라인(EL)에 수직한 방향으로 진행하는 전자 빔(EB)을 형성할 수 있다.
즉, 전자 빔(EB)은 굴곡진 전계를 따라 발산하는 형상으로 방출될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 캐소드 전극(100)의 기하학적 형상에 따라 등전위분포 라인(EL)이 조절될 수 [0042]
있다. 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원(10)은 전자방출 얀(200)이 캐소드 전극(100)의 리세스 영역(R) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전자방출 얀(200)의 외측에 캐소드 전극(100)의 전위 제어부(120)가 배치될 수 있다. 캐소드 전극(100)의 전위 제어부(120)의 전위에 의하여, 등전위분포 라인(EL)은 전위 제어부(120)의 상면 상으로 끌어올려질 수 있다. 등포텐셜 라인(EL)은 전자방출 얀(200)의 모서리에서 큰 굴곡으로 휘어지지 않고, 전위 제어부(120)의 상면 상으로 연장되어 완만한 굴곡을 가질 수 있다. 즉, 등전위분포 라인(EL)이 왜곡 이 완화될 수 있으며, 전자 빔(EB)이 좁은 발산각으로 방출될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원(10)은 전자방출 얀(200)에서 방출되는 전자들의 발산각이 작을 수 있으 [0043]
며, 전자 방출원(10)에서 생성되는 전자 빔(EB)의 집속이 용이할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 사시도이다.
[0045]
도 5를 참조하여, 캐소드 전극(100)은 수평으로 분리되는 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)을 가질 수 있다.
[0046]
상세하게는, 캐소드 전극(100)의 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)은 평면적 관점에서 전자방출 얀(200)을 기준으로 대칭될 수 있다. 캐소드 전극(100)의 홈(C)은 각각 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)을 따라 제 1 홈(C1) 및 제 2 홈(C2)으로 분리될 수 있다. 필요에 따라, 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)은 결합 및 분리 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)은 그들을 관통하여 연장되는 나사(미도시)를 통해 상호 고정될 수 있다. 전자방출 얀(200)은 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)의 결합 시, 제 1 홈(C1) 및 제 2 홈(C2)에 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출원(10)은 캐소드 전극(100)의 제 1 부분(100a) 및 제 2 부분(100b)의 결합에 따라 전 [0047]
자방출 얀(200)이 캐소드 전극(100)에 기계적으로 고정될 수 있으며, 이에 따라 전자방출 얀(200)의 결합, 분리 및 교체가 용이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 방출원을 설명하기 위한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예들에 따 [0049]
른 전자 방출원을 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 전자 방출원(20)은 게이트 전극(300) 및 집속 전극(400)을 더 포함할 수 있다.
[0050]
게이트 전극(300)은 캐소드 전극(100) 상에 배치될 수 있다. 게이트 전극(300)은 전자방출 얀(200)과 일정 거리 [0051]
이격되도록, 전자방출 얀(200)의 상방에 위치할 수 있다. 게이트 전극(300)은 제 1 홀(H1)을 가질 수 있다. 제 1 홀(H1)은 단일 홀 형태로, 게이트 전극(300)을 수직 관통할 수 있다. 이때, 제 1 홀(H1)의 직경(D1)은 전자방 출 얀(200)의 직경보다 클 수 있다. 게이트 전극(300)의 제 1 홀(H1)은 전자방출 얀(200)에서 방출되는 전자 빔 (EB)의 경로 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 평면적 관점에서, 전자방출 얀(200)은 제 1 홀(H1) 내부에 배치 될 수 있다. 이에 따라, 전자방출 얀(200)으로부터 방출되는 전자 빔(EB)은 제 1 홀(H1)을 통과할 수 있다. 게 이트 전극(300)은 도전 물질(예를 들어, 금속)을 포함할 수 있다. 도시된 바와는 다르게, 게이트 전극(300)은 단일 홀 형태의 제 1 홀(H1)을 갖지 않을 수도 있다. 이때, 게이트 전극(300)은 메쉬 형태의 도전체일 수 있다.
집속 전극(400)은 게이트 전극(300)상에 배치될 수 있다. 집속 전극(400)은 게이트 전극(300)과 일정 거리 이격 [0052]
될 수 있다. 집속 전극(400)은 제 2 홀(H2)을 가질 수 있다. 제 2 홀(H2)은 단일 홀 형태로, 집속 전극(400)을 수직 관통할 수 있다. 이때, 제 2 홀(H2)의 직경(D2)은 게이트 전극(300)의 제 1 홀(H1)의 직경(D1)보다 클 수 있다. 집속 전극(400)의 제 2 홀(H2)은 전자방출 얀(200)에서 방출되는 전자 빔(EB)의 경로 상에 위치할 수 있 다. 전자방출 얀(200)으로부터 방출되는 전자 빔(EB)은 제 1 홀(H1) 및 제 2 홀(H2)을 통과할 수 있다. 집속 전 극(400)은 자기 집속 렌즈(magnetic condenser lens)일 수 있다. 일 예로, 집속 전극(400)은 내부가 관통되는 홀을 갖는 코어 및 코어에 감긴 코일로 구성될 수 있다. 집속 전극(400)은 자기장에 의해 전자 빔(EB)을 편향시 킬 수 있다.
게이트 전극(300) 및 집속 전극(400)은 전자방출 얀(200)으로부터 방출되는 전자 빔(EB)을 집속할 수 있다. 게 [0053]
이트 전극(300)과 캐소드 전극(100) 사이에 전위차가 발생하면, 전자방출 얀(200)의 단부에서 게이트 전극(30 0)을 향해 전자 빔(EB)이 방출될 수 있다. 전자방출 얀(200)로부터 방출된 전자 빔(EB)은 게이트 전극(300)의 제 1 홀(H1) 및 집속 전극(400)의 제 2 홀(H2)을 통과하여 애노드 전극(600)에 도달할 수 있다. 이때, 전자 빔 (EB)은 게이트 전극(300) 및 집속 전극(400) 사이의 상대적인 전위차 및 이로 인해 형성되는 홀 주변의 국소전 위분포 왜곡에 의해 경로가 휘어지며, 상대적인 전위 및 전극 형태 제어를 통해 가속 및 집속될 수 있다. 전자 빔(EB) 인출을 위해, 게이트 전극(300)의 전위는 캐소드 전극의 전위보다 높을 수 있으며, 집속 전극(400)의 전 위는 전자 빔(EB) 집속을 위해 두 전극에 대해 상대적으로 높거나 낮을 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자방출 얀(200)에서 발산각이 작은 전자 빔(EB)이 생성되기 때문에, 게이트 전극(300) 및 [0054]
집속 전극(400)에서의 전자 빔(EB)의 누설이 적고, 게이트 전극(300) 및 집속 전극(400)에 의한 전자 빔(EB)의 집속도가 높을 수 있다. 따라서, 전자 방출원(20)은 애노드 전극(600)에 전자 빔(EB)을 집속하기가 용이하고, 집속 특성 및 고전류 특성이 향상된 전자 빔(EB)을 생성할 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 게이트 전극(300)의 일면에 배치되는 전자 빔 투과층(500)을 더 포함할 수 있다. 전자 [0055]
빔 투과층(500)은 게이트 전극(300)의 제 1 홀(H1)을 덮을 수 있다. 즉, 전자 빔 투과층(500)은 전자 빔(EB)이 지나는 경로 상에 위치할 수 있다. 전자 빔 투과층(500)은 2차원 결정 구조를 갖는 전도성 물질을 포함할 수 있 다. 여기서, 2차원 결정구조는 구성 원자들 간의 결합이 2차원 평면 상에서만 형성되며, 구성 원자들이 원자층 을 형성하는 물질들의 결정구조를 의미한다. 예를 들어, 2차원 결정 구조를 갖는 전도성 물질은 그래핀 (Graphene)을 포함할 수 있다. 또는, 2차원 결정 구조를 갖는 전도성 물질은 이황화몰리브데넘(MoS2) 또는 황화 텅스텐(WS2)을 포함할 수도 있다. 전자 빔 투과층(500)은 전자 빔(EB)의 발산 각도를 감소시킬 수 있다. 전자 빔 투과층(500)은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 엑스선 발생장치를 설명하기 위한 단면도로, 엑스선 발생장치를 개략적으로 [0057]
도시한 도면이다.
도 8을 참조하여, 하우징(30)이 제공될 수 있다. 하우징(30)은 그의 내부가 진공으로 유지될 수 있다. 예를 들 [0058]
어, 외부의 진공 펌프(34)가 하우징(30)의 내부와 연결되어, 하우징(30) 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다.
하우징(30) 내에 전자 방출원(20)이 제공될 수 있다. 전자 방출원(20)은 도 5 및 6을 참조하여 설명한 것과 동 [0059]
일/유사할 수 있다. 전자 방출원(20)은 하우징(30)의 일단에 배치될 수 있다. 전자 방출원(20)은 전력부(22)로 부터 외부 전력을 인가 받아 하우징(30) 내에 전자 빔(EB)을 생성할 수 있다.
전자 방출원(20)의 일 측에 진공 관(32)이 배치될 수 있다. 진공 관(32)은 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 [0060]
수 있다. 진공 관(32)는 전자 방출원(20)에서 생성된 전자 빔(EB)이 진행하는 경로일 수 있다. 진공 관(32)는 진공 상태일 수 있다.
진공 관(32)의 일단에 애노드 전극(40)이 제공될 수 있다. 애노드 전극(40)이 배치되는 위치는 전자 빔(EB)이 [0061]
도착하는 진공 관(32) 타단일 수 있다. 전자 방출원(20)에서 생성된 전자 빔(EB)은 애노드 전극(40)에 도달할 수 있다. 전자 빔(EB)의 수집을 용이하게 하기 위하여, 애노드 전극(40)의 전위는 전자 방출원(20)의 전위(일 예로, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 캐소드 전극(100), 게이트 전극(300) 및 집속 전극(400)의 전위)보다 높 을 수 있다. 애노드 전극(40)은 애노드 전극(40)을 수직 관통하는 제 3 홀(H3)을 가질 수 있다. 애노드 전극 (40)의 제 3 홀(H3)은 전자 빔(EB)의 경로 상에 위치할 수 있다.
애노드 전극(40)의 일면 상에 타겟층(50)이 배치될 수 있다. 타겟층(50)은 애노드 전극(40)의 제 3 홀(H3)을 덮 [0062]
을 수 있다. 즉, 타겟층(50)은 전자 빔(EB)의 도착점 상에 위치할 수 있다. 타겟층(50)은 투과형 타겟 물질일 수 있다. 일 예로, 타겟층(50)은 텅스텐(W), 이트륨(Y), 몰리브데눔(Mo), 탄탈륨(Ta) 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 타겟층(50)은 일 면에서 전자 빔(EB)을 흡수하여 상기 일면과 대향하는 타면 상으로 엑스선(XR)을 생성할 수 있다. 타겟층(50)은 흡수되는 전자 빔(EB)의 집속도가 높을수록 미세한 엑스선(XR)을 생성할 수 있으며, 엑 스선(XR)의 해상도가 높아질 수 있다. 이와는 다르게, 타겟층(50)은 반사형 타겟 물질일 수도 있다. 이 경우, 타겟층(50)은 일 면에서 전자 빔(EB)을 흡수하여 상기 일면 상으로 엑스선(XR)을 생성할 수 있다. 이때, 애노드 전극(40)은 제 3 홀(H3)을 갖지 않을 수 있다.
전자 방출원(20)과 애노드 전극(40) 사이에 자기 렌즈(60)가 제공될 수 있다. 자기 렌즈(60)는 진공 관(32), 즉 [0063]
전자 빔의 진행 경로를 둘러쌀 수 있다. 자기 렌즈(60)는 진공 관(32)를 지나는 전자 빔(EB)을 집속시킬 수 있 다. 자기 렌즈(60)는 초기 집속 특성을 제어하는 콘덴서 렌즈(condenser lens, 62) 또는 최종 전자 빔의 크기를 결정하는 오브젝티브 렌즈(objective lens, 64)를 포함할 수 있다.
전자 방출원(20)과 자기 렌즈(60) 사이에 정렬 코일(70)이 제공될 수 있다. 정렬 코일(70)은 전자 빔(EB)의 진 [0064]
행 경로를 둘러쌀 수 있다. 정렬 코일(70)은 전자 방출원(20)에서 생성된 전자 빔(EB)이 진공 관(32)를 통과할 수 있도록 전자 빔(EB)의 진행 경로를 조절할 수 있다.
전자 방출원(20)과 자기 렌즈(60) 사이에 전자 빔 제어층(80)이 제공될 수 있다. 전자 빔 제어층(80)은 전자 빔 [0065]
(EB)의 진행 경로 상에 위치할 수 있다. 전자 빔 제어층(80)은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 전자 빔 투과층 (500)과 실질적으로 동일할 수 있다. 일 예로, 전자 빔 제어층(80)은 전자 빔(EB)의 발산 각도를 감소시킬 수 있다. 전자 빔 제어층(80)은 필요에 따라 제공되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 전자 방출원(20)은 집속도가 향상된 전자 빔(EB)을 생성할 수 있으며, 이를 이용한 엑스선 발생 [0066]
장치(1)는 미세한 엑스선(XR)을 생성할 수 있으며, 엑스선(XR)의 해상도가 높아질 수 있다. 즉, 엑스선 발생장 치(1)는 전자 방출원(20)으로부터 방출되는 극소 면적의 전자 빔(EB)을 자기 렌즈(60)로 집속하여 고해상도의 엑스선(XR)을 발생시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 [0068]
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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
부호의 설명 10, 20: 전자 방출원 [0069]
100: 캐소드 전극 200: 전자방출 얀
300: 게이트 전극 400: 집속 전극 500: 전자 빔 투과층
1: 엑스선 발생장치
30: 하우징 40: 애노드 전극 50: 타겟층 60: 자기 렌즈
70: 정렬 코일 80: 전자 빔 제어층
도면 도면1
도면2
도면3
도면4
도면5
도면6
도면7
도면8
