KR102259859B1 - 이온 내충격성을 가진 전자 방출 구조물 - Google Patents

Abstract

X-레이 에미터 장치의 전자 방출 구조물 설계는 X-레이 스펙트럼에서의 방출을 용이하게 하도록 구성되고 또한 고압 용례에서 냉음극가 이온 충돌에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 방출 구조물에 의해 방출된 전자 빔은 집속되고 전자 빔을 관련된 초점 스폿으로 끌어당기도록 가동되는 전자 애노드 타겟을 향하여 전기장에 의해 가속화되며, 상기 발생된 이온은 전자 애노드 타겟의 표면에 대해 평행한 전기장에 대해 수직한 궤적을 따라 가속화된다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 에미터 영역에 의해 둘러싸여진 또는 에미터 영역 사이에 설정되는 넌-에미터 구역의 설정에 의해, 고압 용례에서 이온 충돌 손상을 회피하기 위한 견고한 냉음극를 실현하는 것에 관한 것이다. 상기 시스템은 이온 충돌 손상을 더 감소시키기 위해 각진 타겟 애노드 또는 스텝형 타겟 애노드를 제공하도록 추가로 구성된다.

Description

이온 내충격성을 가진 전자 방출 구조물{ELECTRON EMITTING CONSTRUCT CONFIGURED WITH ION BOMBARDMENT RESISTANT}

본 개시는 X-레이 소스용 전계 에미터 및 전계 방출형 전자 소스들을 포함하는, 영상 포착 장치 또는 X-레이 에미터와 같은 장치를 위한 전자 방출 구조물을 제공하는 것에 관한 것이다. 특히, 전자 방출 구조물은 X-레이 스펙트럼에서의 방사를 용이하게 하도록 구성되고 또한 고압 인가시 냉음극가 이온 충돌(bombardment)에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전형적으로, 전계 방출형 전자 소스들의 어레이와 조합되는 광전자 층을 사용하는 영상화 장치는 패시브 매트릭스 활성화 또는 액티브 매트릭스 활성화를 채용한다. 소정의 공지된 액티브 매트릭스 활성화 방법에서, 특별한 전자 소스는 두 개의 라인, 컬럼(column) 선택 라인(예를 들면, 컬럼 스캐닝 드라이버로부터) 및 로(row) 선택 라인(예를 들면, 로 스캐닝 드라이버로부터)의 사용을 통하여 활성화되고, 신호 라인들 중 하나의 라인은 또한 선택된 전자 소스에 동력을 제공하기 위한 전압 소스로서 기능한다. 이 같은 활성화 시스템을 이용하는 전계 방출형 전자 소스 어레이의 경우, 선택/전압 소스 라인은 수십 볼트의 전압을 취급하는 성능을 요구한다. 이 같은 고전압이 신호 선택 회로에서 사용될 때, 스위칭 작업에 의한 동작에 의한 전력의 소모가 과도하게 커지는데, 이는 전기 소모의 수준이 전압의 제곱의 함수이기 때문이다. 또한, 신호 라인 내의 전압이 클 때, 신속 응답 시간 하에서 작동하기 위한 스위칭 회로의 능력은 전압 파형의 변형에 의해 악영향을 일으킨다.

액티브 매트릭스 활성화를 사용하는 특정의 홀딩 타입 디스플레이 장치에서, 전압 소스는 두 개의 선택 라인(컬럼 및 로)으로부터 분리된다. 즉, 특별한 전자 소스는 전자 소스를 활성화하기 위한 전압이 제 3 전압 공급 라인을 통하여 제공되는 것에 부가하여, 제 1 신호 라인 및 제 2 신호 라인의 활성화를 통하여 활성화된다. 전형적으로, 두 개의 신호 라인들 중 하나의 신호 라인은 전자 소스 활성화의 길이 및 이에 따른 총 전자 방출의 수준을 제어하기 위해(예를 들면, 화소 디스플레이 세기를 제어하기 위해) 전압을 변화시키는 신호를 제공한다. 결론적으로, 화소 세기 신호를 운반하는 신호 라인의 전압은 클 수 있고, 예를 들면 15 볼트일 수 있고 이는 높은 에너지 소모 및 스위칭 회로의 응답 시간 성능의 저하를 초래한다. 또한, 활성화 트랜지스터의 스위칭 시간은 관련된 커패시터의 충전 시간 및 충전 성능에 의해 제한된다. 이러한 이유 때문에, 이 같은 시스템은 도트(dot) 단위 (또는 라인 단위) 순차적 활성화와 같은 고속 작용에 매우 적합하지 않다.

또한, X-레이는 전형적으로 X-레이 발생기에 의해 발생되는, 전자기 방사선의 형태이다. X-레이 발생기는 대상의 내부를 나타내는 X-레이 영상을 취득하기 위해 전형적으로 방사선 촬영시 사용되는, X-레이를 발생시키기 위해 사용된 장치이며, 예를 들면 진단을 위한 인체의 영상화를 가능하게 하거나 의학적 문제를 취급한다. X-레이 기술은 의료 외에 비 파괴 검사, 살균, 형광 등과 같은 분야에서 추가로 사용될 수 있다.

X-레이 튜브는 전형적으로 전자들을 진공 내로 방출하도록 구성된 음극 조립체 및 전자들을 수집하도록 구성된 애노드 조립체 및 튜브 하우징을 포함하여, 튜브를 통해 전자 빔으로서 공지된 전류의 유동을 설정한다. 고 전압 동력은 음극 및 애노드에 걸쳐 연결되어 전자들을 가속화시켜, 가속화된 후 고속으로 타겟에 충돌시킨다. 전자 빔은 초점 스폿에 애노드 타겟에 집속되어 충돌한다. 이에 따라, 음극로부터의 전자들은 텅스텐, 몰리브덴 또는 구리와 같은, 애노드 물질과 충돌하여 애노드 물질에서의 다른 전자들, 이온 및 핵을 가속화한다. 발생된 약 1%의 에너지가 X-레이로서, 통상적으로 전자 빔의 경로에 대해 수직하게 방출/방사된다. 에너지의 나머지는 열로서 발산된다.

전형적인 X-레이 소스는 필라멘트를 통과하는 전류에 의해 가열되는 이의 에미터에 대해 필라멘트 타입 고온 음극를 가진다. 필라멘트에 의해 전기적으로 가열되지 않는 다른 타입의 음극는 고온 음극에 대한 대체물로서 사용될 수 있는 냉음극이다. 그러나, 냉음극 X-레이 소스들은 고 전압 용례에서 견고성이 부족하다.

X-레이 소스와 같이 에미터를 사용하는 고 전압 용례에서, 애노드로부터의 (탈)가스 모듈 중 일부는 이온화되고 방출 음극를 향하여 이온 빔에서 가속화된다. 이러한 빔은 고 에너지 이온 충돌에 의해 에미터에 심각한 손상을 일으킬 수 있다.

고 전압 용례에서 이 같은 이온 충돌에 탄성적인 견고한 냉음극에 대한 요구가 있다. 현 개시는 이러한 요구를 해결한다.

여기서 개시된 요지의 하나의 양태에 따라, 전자 방출 구조물은:

전자 소스들을 제어하기 위해 구성된 전계 방출형 전자 소스들의 어레이와 복수의 제어 컨택트들;

상기 어레이의 위에 전압을 인가하기 위해 구성된 포커스 전극; 및

상기 제어 컨택트들 위에 배치되는 쉴드를 포함한다.

상기 쉴드는 포커스 전극의 일부를 구성할 수 있다.

전자 소스들은 나노-스핀트 에미터(nano-Spindt emitter)일 수 있다.

전자 방출 구조물은 전기 절연 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 세라믹 물질로 제조될 수 있다.

상기 전자 방출 구조물은 상기 기판의 상향 칩-장착 표면에 장착되는 에미터 칩을 더 포함할 수 있고, 상기 어레이 및 제어 컨택트들은 상기 에미터 칩의 상측에 배치된다.

상기 기판은 상기 제어 컨택트들 각각에 대응하는 컨트롤 비아를 포함할 수 있고, 각각의 비아의 상단은 상기 쉴드 아래 배치된다.

상기 에미터 칩은 상기 제어 컨택트들 각각이 대응되는 컨트롤 비아와 전기적으로 연결되는 것을 용이하게 하도록 구성된 복수의 비아를 포함할 수 있다.

상기 전자 방출 구조물은 상기 제어 컨택트들 각각과 대응하는 컨트롤 비아 사이를 연결하는 복수의 외부 컨덕터들을 더 포함할 수 있다.

상기 기판은 상기 에미터 칩의 저면을 상기 기판의 저면과 전기적으로 연결되는 것을 용이하게 하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 비아를 포함할 수 있다.

상기 기판은 포커스 기판을 상기 기판의 저면과 전기적으로 연결시키도록 구성될 수 있다.

여기서 개시된 요지의 또 다른 양태에 따라, 전술된 바와 같이 전자 방출 구조물을 포함하는 이미지 캡쳐 장치가 제공된다.

여기서 개시된 요지의 또 다른 양태에 따라, 전술된 바와 같이 전자 방출 구조물을 포함하는 X-레이 방출 장치가 제공된다.

여기서 개시된 요지의 또 다른 양태에 따라, X-레이 에미터 장치가 제공되며, 이는

표면에 인접하는 전기장을 생성하는 전자 애노드 타겟; 및

상기 전자 애노드 타겟을 향하여 전자들을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 전자 방출 구역을 가진 냉음극 전자 소스를 포함한다.

상기 X-레이 에미터 장치는

상기 전자 애노드 타겟의 표면에 인접한 전기장에 수직한 라인을 따라 배치되는 적어도 하나의 이온 충돌 구역(ion bombardment zone)을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 이온 충돌 구역은 상기 냉음극 전자 소스의 상기 전자 방출 구역과 구별된다.

상기 X-레이 에미터 장치는 상기 전자들이 전자 초점 스폿과 일 각도(an angle)로 충돌하도록 상기 전자들을 상기 전자 애노드 타겟을 향하게 하도록 구성된 포커스 구조(focus structure)를 더 포함한다.

적절하게는, X-레이 에미터 장치의 적어도 하나의 충돌 구역은 상기 전자 초점 스폿에서 상기 전자 애노드 타겟의 표면에 대해 수직한 라인을 따라 배치된다.

적절하게는, X-레이 에미터 장치의 적어도 하나의 이온 충돌 구역은 전자 초점 스폿보다 더 큰 치수를 가진다.

X-레이 에미터 장치의 적어도 하나의 이온 충돌 구역은 기본 물질(elemental material)로 코팅될 수 있다. 기본 물질은 순금속 및 탄소를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

X-레이 에미터 장치의 적어도 하나의 이온 충돌 구역은 냉음극 전자 소스의 전자 방출 구역에 의해 둘러싸이는 중심 구역을 포함할 수 있다.

X-레이 에미터 장치의 넌-에미터 구역(non-emitter zone)은 냉음극 전자 소스의 방출 구역들의 구조물들 사이에 설정된다.

X-레이 에미터 장치의 상기 전기 절연 에미터 기판은 상기 전기 절연 에미터 기판의 상향 칩-장착 표면에 장착되는 에미터 칩을 더 포함한다.

X-레이 에미터 장치의 전자 애노드 타겟은 전자 방출 소스에 대해 일 각도를 형성하도록 구성된 각진 전자 애노드 타켓(angled electron anode target)을 포함할 수 있다. 적절하게는, 각진 전자 애노드는 스텝형 전자 애노드를 형성하도록 스텝부를 더 포함할 수 있다.

X-레이 에미터의 포커스 구조는 전자들을 스텝부에 근접한 초점 스폿으로 향하게 할 수 있다.

X-레이 에미터 장치의 각진 전자 애노드 타겟의 각도는 이온 충돌 구역이 냉음극 전자 소스의 에미터 영역 외부에 위치하도록 선택될 수 있다.

X-레이 에미터 장치의 전자 방출 구역은 복수의 전계 방출형 전자 소스들을 포함할 수 있다.

X-레이 에미터 장치의 전계 방출형 전자 소스는 스핀트-타입 전자 소스(Spindt-type electron source)일 수 있다.

X-레이 에미터 장치는 상기 전계 방출 유형의 전자 소스와 음극 사이에 배치되는 저항 층을 더 포함할 수 있다.

X-레이 에미터 장치의 기판은 실리콘계 또는 실리콘-카바이드계일 수 있다.

본 발명을 더 잘 이해하도록 그리고 본 발명이 실제로 수행될 수 있는 방법을 보여주기 위하여, 지금부터 순전히 비 제한적인 예로서, 첨부된 도면을 참조할 것이다.
지금부터 도면을 상세하게 구체적으로 참조하면, 예로서 그리고 단지 본 발명의 바람직한 실시예의 예시적인 논의를 위해 특별히 도시되고 본 발명의 원리 및 개념적 양태들의 설명을 가장 유용하고 용이하게 이해되는 것으로 보여지는 것을 제공하기 위해 제시되는 점이 강조된다. 이에 대해, 본 발명의 기초적 이해를 위해 필요한 것보다 본 발명의 구조적 상세를 더 상세하게 보여주는 것이 시도되지 않으며, 상기 설명은 본 발명의 수 개의 형태가 실제로 실시될 수 있는 방법을 당업자에게 명확하게 하는 도면을 취한다. 도면은 아래와 같다.
도 1은 여기서 개시된 요지에 따른 장치의 개략적인 도면이며;
도 2a 및 도 2b는 도 1에 예시된 이미지 캡쳐 장치의 전자 방출 구조물의 예의 측 단면도이며;
도 3은 도 2a 및 도 2b에 예시된 전자 방출 구조물의 에미터 칩의 평면도이며;
도 4a는 도 2a 및 도 2b에 예시된 전자 방출 구조물의 기판의 칩-장착 표면의 일부의 평면도이며;
도 4b는 기판의 저면의 일부의 평면도이며;
도 5a는 여기서 개시된 요지에 따른 반사-타입 장치의 일 예의 개략적인 도면이며;
도 5b는 여기서 개시된 요지에 따른 투과-타입 장치의 일 예의 개략적인 도면이며;
도 6a는 내충격성 냉음극 X-레이 에미터 장치의 일 실시예의 개략도이며;
도 6b는 전자 빔이 애노드 타겟을 향하여 가속화되고 타겟으로부터 방출된 금속 증기가 부분적으로 이온화될 때, X-레이 에미터 장치의 애노드 타겟과 전자 방출 음극 사이의 이온 압력 분포의 개략적인 도면이며;
도 7은 방출 구역에 의해 둘러싸인 넌-에미팅(non-emitting) 이온 수집 구역을 가진 X-레이 에미터의 전자 방출 음극의 제 1 실시예의 위에서 바라본 횡단면도이며;
도 8a는 방출 구역에 의해 둘러싸인 정사각형 넌-에미팅 이온 수집 구역을 가진 정사각형 에미터 구성의 평면도이며;
도 8b는 두 개의 방출 구역들 사이에 배열된 직사각형 넌-에미팅 이온 수집 구역을 가진 직사각형 에미터 구성의 평면도이며;
도 8c는 원형 방출 구역에 의해 둘러싸인 원형 넌-에미팅 이온 수집 구역을 가진 원형 에미터 구성의 평면도이며;
도 9는 각진 타겟 애노드를 포함하는 내충격성 냉음극 X-레이 에미터 장치의 제 2 실시예를 예시하며;
도 10a는 각진 애노드의 예시이며;
도 10b는 스텝형 애노드의 예시이며;
도 11은 빔 랜딩 시뮬레이션 구성의 예시이며;
도 12a는 시스템의 가능한 에미터 칩을 나타내며;
도 12b는 1 mm 직경의 전자 빔 초점 스폿 치수를 사용하여 상이한 애노드-음극 거리에 대한 이온 랜딩 시물레이션을 보여주는 시물레이션의 결과를 나타내는 그래프이며;
도 13a 및 도 13b는 상이한 애노드 표면 각도에 대한 선택된 전자 빔 시뮬레이션을 예시하며;
도 14a는 다양한 전자 애노드 각도에 대한 빔 랜딩 시뮬레이션 결과의 개략적인 표현이며;
도 14b는 1 mm 직경의 전자 빔 초점 스폿 치수를 사용하여 다양한 애노드-음극 거리에 대한 빔 랜딩 시물레이션의 결과를 나타내는 그래프이며;
도 15a 및 도 15b는 각진 애노드와 스텝형 애노드 사이의 이온 궤적 차이를 예시하며;
도 16a 및 도 16b는 각진 전자 애노드와 스텝형 전자 애노드 사이의 이온 랜딩 스폿 차이를 예시하며;
도 17은 스텝부를 갖든 갖지 않던, 각진 애노드를 사용하여 이온 랜딩 스폿의 시프트를 보여주는 시물레이션의 결과를 나타내는 그래프이다.

전자 방출 구조물:

도 1에 개략적으로 예시된 바와 같이, 전체적으로 "10"으로 표시되는 장치가 제공된다. 상기 장치(10)는 에미터의 냉음극를 구성하는 전자 방출 구조물(12), 및 에미터의 애노드를 구성하는 전자 수용 구조물(14)을 포함한다. 전자 방출 구조물(12)은 전자 수용 구조물(14)을 향하여 전자 빔을 방출하기 위해 구성되고 이어서 상기 전자 수용 구조물은 아래에서 설명된 바와 같이 미리 결정된 스펙트럼에서 방사선을 발생시킨다. 상기 장치는 예를 들면 X-레이 에미터, 이미지 캡쳐 장치, 등일 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 전자 방출 구조물(12)은 에미터 칩(18)을 포함하며, 상기 에미터 칩으로 전계 방출형 전자 소스들(22)의 어레이(20)가 장착된다. 에미터 칩(18) 위에 부분적으로 배치되고 개구(28)가 형성되는 돌출부(26)를 포함하는 포커스 전극(24)은 전자 방출 구조물(12) 위에 배치된다. 특히, 돌출부(26)는 에미터 칩(18)의 여유 영역(30) 위에 배치되는 반면, 개구(28)는 전계 방출형 전자 소스들(22)의 어레이(20) 위에 배치된다. 전자 방출 구조물(12) 및 포커스 전극(24)은 전기적으로 절연된 기판(32) 상에 장착된다.

상기 전자 소스들(22)은 예를 들면 양자 역학적 터널링에 의해, 전자 빔을 선택적으로 발생시키기에 적합한 임의의 요소일 수 있다. 적절한 전자 소스들(22)의 비제한적인 예는 나노-스핀트 에미터, 탄소 나노튜브 타입 전자 소스들, 금속-절연기-금속 타입 전자 소스들, 금속-절연기 반도체 타입 전자 소스들을 포함한다. 대안적으로, 어레이는 상이한 타입의 전자 소스들(22)의 조합을 포함할 수 있다.

기판(32)은 전기 절연을 제공하는 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 기판은 세라믹으로 제조될 수 있다.

에미터 칩(18)에 동력을 공급하기 위하여, 기판(32)에는 하나 또는 둘 이상의 칩 비아(34)가 제공되고, 상기 비아는 기판(32)의 상향 칩-장착 표면(36)을 이의 저면(38)과 전기적으로 연결된다. (본 개시에서, 용어 "상부", "최상부", "하부", "저부", 및 유사한 용어는 도면을 참조하여 예시된 배향을 참조하여 사용된다.) 전기 전도성 접촉 판(40)은 저면(38)에 제공된다. 이에 따라, 동력원은 접촉 판(40) 및 칩 비아(34)를 이용하여 에미터 칩에 연결함으로써 에미터 칩(18)에 필요한 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

도 3에 개략적으로 예시된 바와 같이, 에미터 칩(18)은 이의 일 측을 따라 복수의 로(row) 제어 컨택트들(42), 및 이의 인접한 측을 따라 컬럼(column) 제어 컨택트들(44)을 포함한다. 제어 컨택트들(42, 44)은 에미터 칩(18)의 여유 영역(30) 내에 배치되고, 이에 따라 포커스 전극(24)의 돌출부(26)에 의해 쉴딩된다(shielded). 제어 컨택트들은 그 위에 전계 방출형 전자 소스들(22)이 배열되는 그리드를 형성한다. 전자 소스들(22) 각각은 각각의 로 제어 컨택트들(42) 및 컬럼 제어 컨택트들(44) 둘 모두를 작동시킴으로써 제어된다. 예를 들면, 22a에 표시된 전자 소스(22)는 42a로 표시된 로 제어 컨택트들 및 44a로 표시된 컬럼 제어 컨택트들을 작동시킴으로써 제어될 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(32)의 칩-장착 표면(36)에는 예를 들면 에미터 칩(18)의 로 제어 컨택트들(42)에 대응하는 라인에 배열되는 복수의 로 제어 패드(46) 및 예를 들면 에미터 칩의 컬럼 제어 컨택트들(44)에 대응하는, 로 제어 패드의 라인에 대해 실질적으로 수직한 라인으로 배열되는 복수의 컬럼 제어 패드(48)가 제공된다. 도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 제어 패드(46, 48)들 각각은 컨트롤 비아(50)(도 2a 및 도 2b에 예시됨)에 의해 기판(32)의 저면(38)(도 4b에 예시됨)에 전기적으로 연결된다. 각각의 제어 밸브(50)는 이의 상단에 있는 제어 패드(46, 48)들 사이로 연장하고 에미터 구동 패드(52)는 이의 저부 단부에 있는, 구동 회로 또는 에미터 칩(18)의 동작을 향하게 하도록 구성되는 다른 유사 장치와 같은 제어기(도시 안됨)에 연결하기 위해 구성된다.

도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 에미터 칩(18)의 상부 측에 위치하는 로 및 컬럼 제어 컨택트들(42, 44)은 각각 열 및 컬럼 제어 패드(46, 48)에 연결된다. 일 예에 따라, 도 2a에 예시된 바와 같이, 각각의 컨택트들(42, 44)은 외부 컨덕터(54)를 통해 각각의 제어 패드(46, 48)에 전기적으로 연결될 수 있다. 컨덕터들(54)은 와이어, 솔리드 리드, 또는 임의의 다른 적합한 연결 요소일 수 있다. 다른 예에 따라, 도 2b에 예시된 바와 같이, 에미터 칩(18)에는 제어 컨택트들(42, 44)의 각각과 관련된 관통-실리콘 비아(TSV)(54)가 제공될 수 있다. 제어 컨택트들(42, 44) 각각과 관련된 TSV(54)는 각각의 제어 패드(46, 48)에 연결된다.

상기 예들은 에미터 구동 패드(52)와 제어 컨택트들(42, 44) 사이의 전기적 경로가 포커스 전극(24)의 돌출부(26)에 의해 완전히 쉴딩되는 것을 보장한다.

포커스 전극(24)은 원하지 않는 궤적에서 방출되는 전자의 최소 손실 동안 전자 소스들(22)로부터 방출된 전자의 궤적을 정정하도록 구성된다. 따라서, 이에 의해 형성된 개구(28)를 가로질러 포커스 전압을 인가하도록 구성되고, 이 개구를 통해 전자 소스들(22)에 의해 방출된 전자가 전자 수용 구조물(14)에 도달한다.

이에 따라, 제어기에 연결되기 위해 구성된, 포커스 패드(56)가 기판(32)의 저면(38) 상에 제공된다. 포커스 전극(24)과 포커스 패드(56)를 전기적으로 연결하는 포커스 비아(58)가 제공된다. 포커스 전극(24)은 전기 전도성 물질로 제조되어, 개구(28)에서 포커스 전압을 인가하는 것을 가능하게 한다.

수정(예시안됨)에 따라, 포커스 전극(24)의 저면(60)과 개구-지향 표면(62)을 서로 전기적으로 연결시키도록, 이의 상향 표면(64) 및 하향 표면(66) 중 하나 이상 또는 둘 모두가 전기 절연 물질을 포함한다.

전자 수용 구조물(14)은 임의의 적절한 설계에 따라 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 예시된 바와 같이, 당업계에서 공지된 바와 같이, 페이스플레이트(68), 애노드(70), 및 X-레이 에미터의 경우 금속 타겟 또는 이미지 캡쳐 장치의 경우 포트컨덕터와 같은 하향 방사선 소스(72)를 포함할 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 여기서 개시된 장치(10)가 필요한 일부만 약간 수정하여, 여기서 개시된 요지의 범위로부터 벗어나지 않으면서 임의의 적합한 전자 수용 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 5a에 예시된 바와 같이, 장치(10)는 반사 타입일 수 있다. 이러한 예에 따라, 전자 수용 구조물(14)은 전자 방출 구조물(12)과 출력 통공(76) 사이로 향하는 각진 표면(74)을 포함한다. 전자 방출 구조물(12)로부터 방출된 전자 빔은 전자 수용 구조물(14)과 충돌할 때, 방사선 소스(72), 예를 들면 X-레이의 구성에 의해 결정된 미리 결정된 스펙트럼의 방사선이 발생된다. 출력 통공(76) 및 전자 방출 구조물(12)에 대해 각진 표면(74)의 배치는 방사선이 출력 통공을 통해 나가도록 선택된다.

도 5b에 예시된, 다른 예에 따라, 장치(10)는 투과 타입이다. 이러한 예에 따라, 전자 수용 구조물(14)은 전자 방출 구조물(12)이 전자를 방출하는 방향에 대해 실질적으로 수직하게 배치된다. 이러한 예에 따라, 전자 방출 구조물(12)로부터 방출된 전자 빔이 전자 수용 구조물(14)과 충돌할 때, 전자 수용 구조물(14)의 방사선 소스(72)가 전자 방출 구조물(12) 반대쪽에 위치하고, 방사선 소스(72), 예를 들면 X-레이의 구성에 의해 결정된 미리 결정된 스펙트럼의 방사선이 발생된다.

여기서 개시된 요지에 따라, 포커스 전극(24)은 제어 컨택트들(42, 44)에 대한 쉴드 및 에미터 구동 패드(52)로의 각각의 연결부로서 기능한다. 이는 X-레이 소스와 같은 에미터를 활용하는 예를 들면 고 전압 용례에서 특히 유용할 수 있으며, 이의 작동 전에 (예를 들면, 진공을 생성하기 위한) 요구된 번-인(burn-in) 공정은 에미터 칩에 대한 손상을 유발할 수 있는 배출을 초래할 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 전술된 설명이 촬성 장치 또는 X-레이 에미터에 대한 전자 방출 구조물을 향하게 되었지만, 당업자는 필요한 변경을 가하여, 다른 용레에서의 사용을 위해 이의 다용도를 즉시 인정할 것이다.

여기서 형성된 구조는 예를 들면 X-레이 필드를 발생시키기 위해, 냉음극 기술의 사용을 용이하게 할 수 있다.

여기서 개시된 요지에 관련되는 당업자는 다양한 변화, 변경 및 수정이 필요한 변경을 가하여 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 용이하게 인정될 것이다.

본 개시의 다른 양태는 전자 빔이 전자 애노드 타겟 상의 초점을 향하여 전기장에 의해 집속되고 가속화되는 적어도 하나의 전자 빔을 방출하도록 할 수 있는 전자 방출 구조물에 관한 것이다. 전자 방출 구조물은 냉음극 기판에 대한 이온 충돌 손상을 회피하도곡 구성될 수 있다. 따라서, 냉음극는 전자 방출 구역 및 전자 넌-에미팅(non-emitting) 구역들을 구별할 수 있다.

냉음극와 같은 X-레이 소스의 에미터는 전자 애노드 타겟을 향하여 전자 빔을 방출하도록 할 수 있다. 타겟에 충돌할 때 고 전류의 전자(의료용 X-레이를 위한 30 내지 500 mA)는 타겟이 2,000 ℃까지 가열되도록 할 수 있고, 따라서 X-레이는 전자 애노드 타겟으로부터 방출된다. 이 같은 전자 애노드 타겟이 예를 들면 텅스텐 또는 물리브덴 등으로부터 제조될 수 있다.

포함된 고온 및 저압에 의해 타겟의 물질은 전자의 초점 지점 주위에서 기화될 수 있다. 전자 애노드 타겟에 인접한 전자 빔의 경로에 기화 금속 원자는 고 에너지 전자에 의해 용이하게 이온화될 수 있다. 전자 애노드 타겟과 음극 사이의 약 30 kV 내지 150 kV일 수 있는 고 전압은 이온화가 발생하는 특히 양으로 하전된 전자 애노드 타겟에 인접한 구역에 강한 전기장으로 상승될 수 있다.

따라서, 전자 애노드 타겟에 인접한 구역에 발생된 금속 음이온은 국부 전기장에 대해 수직한 라인을 따라 전자 애노드 타겟으로부터 멀리 강하게 가속화될 수 있으며, 이는 전형적으로 전자 애노드 타겟의 표면에 대해 평행하다. 가속화된 이온은 전자 애노드 타겟에 인접한 전기장에 수직한 궤적을 따라 향하는 이온 빔을 형성한다. 냉음극가 이온 빔의 궤적을 따라 배치될 때, 이온 충돌 손상에 취약하다.

현 개시는 이온 빔을 취약한 냉음극로부터 떨어져 그리고 미세 구조가 손상되지 않도록 전용 및 구별되는 이온 수집 구역을 향하여 이탈시킴으로써 고 전압 진공 내의 이온이 냉음극와 충돌하는 것을 방지하도록 구성된 냉음극 X-레이 에미터의 실시예를 도입한다. 이 같은 설계는 의료용 X-레이 소스들에서 냉음극의 용례에 대해 결정적일 수 있다.

현 개시의 다양한 양태는 이온 충돌의 손상을 감소하도록 냉음극의 방출 구역으로부터 떨어져 이온 궤적을 추가로 향하게 할 수 있는 구별되는 방출 및 넌-에미팅 구역들, 각진 전자 애노드 타겟, 스텝형 전자 애노드 타겟 등을 가지는 세그먼트형 음극를 포함한다.

전자 빔 분포:

도 6a에 개략적으로 예시된 바와 같이, 도면은 X-레이 에미터, 이미지 캡쳐 장치 등과 같은 내충격성 장치(600A)를 위한 가능한 기술적 구성을 보여준다.

상기 내충격성 장치(600A)는 에미터의 냉음극를 포함하는 전자 방출 구조물(12), 및 에미터의 전자 애노드 타겟을 포함하는 전자 수용 구조물(14)을 포함한다. 전자 방출 구조물(12)은 기판(32), 냉음극(22) 및 전자 빔(80)을 전자 수용 구조물(14)을 향하여 방출하기 위해 구성된 포커스 구조(42)를 포함하는데, 상기 전자 빔은 이어서 미리 결정된 스펙트럼에서 방사선을 발생시킨다.

전자 방출 구조물(12)은 도 13a에서 아래 예시된 바와 같이 에미터 칩을 더 포함한다.

전자 수용 구조물(14)은 임의의 적절한 구성에 따라 제공될 수 있다. 도 6a에 예시된 바와 같이, 전자 수용 구조물(14)의 일 실시예는 페이스플레이트(68), 애노드(70), 및 당업계에서 공지된 바와 같이 X-레이 에미터의 경우 금속 타겟과 같은 방사선 소스(72)를 포함할 수 있다. 전자는 타겟의 초점 스폿(92)으로 향하는다.

기화된 금속은 이온화될 수 있어 초점 스폿으로부터 방출하고 타겟으로부터 떨어져 지향되는 이온 빔(90)을 형성한다. 이온 충돌은 종래의 X-레이 에미터의 종래의 금속 필라멘트 음극에 조차 손상을 유발할 수 있다. 냉음극 에미터가 특히 치명적이고 충돌이 냉음극의 마이크로 구조를 심하게 파손될 수 있다는 것에 특히 주목된다. 이 같은 손상을 회피하기 위하여 내충격성 에미터의 냉음극(22)는 아래에서 설명되는 바와 같이 전자 방출 구역 및 전자 넌-에미터 구역을 포함할 수 있다. 넌-에미터 구역(23)은 애노드와 음극 사이의 고전압 전기장에 의해 가속화된, 이온화된 중금속을 수용하도록 전자 빔 타겟의 표면에 대해 수직한 초점스폿으로부터 연장하는 라인을 따라 배치될 수 있다.

후술된 바와 같이 냉음극 및 타겟 애노드에 인가되는 본 개시의 양태는 치명적인 냉음극의 방향으로부터 고전압 진공의 이온 빔을 이탈시켜 미세 구조가 손상되지 않도록 충돌 구역을 향하여 충돌될 것이다. 이에 따라, 현 개시의 실시는 의료용 X-레이 소스들에서의 냉음극의 적용을 용이하게 할 수 있다.

도 6b에서 개략적으로 예시된 바와 같이, 도면은 장치 구성의 저온 캐소오드(22)와 전자 애노드 타겟(70) 사이의 가능한 압력 분포(600B)를 보여준다.

장치 구성(600A, 도 6a)의 압력 분포는 냉음극(22)의 근처에 구역(602B)에서의 낮은 가스 압력을 제공하여 구역(604B)에서 증가하여 애노드(70)의 근처 구역(606B)에서 더 높은 가스 압력을 초래한다.

가스 분자의 일부가 전자 충돌에 의해 이온화되고 발생된 이온이 전기장에 의해 초점 스폿으로부터 라인을 따라 다시 에미터를 향하여 전기장에 의해 가속화되는 점에 주목하다.

에미터 가능 구성:

도 7에 예시된 바와 같이, 전자 에미터(700)에 대한 가능한 냉음극 구성이 상부에서 본 횡단면도로 도시하며, 이 전자 에미터(700)는 X-레이 에미터 장치의 에미터 구역(704)에 의해 둘러싸인 중심의 정사각형 넌-에미터 구역(706)을 가진다.

전자 에미터(700)는 기판(702)(단면도), 에미터 구역(704) 및 넌-에미터 구역(706)을 포함한다. 넌-에미터 구역(706)은 에미터 구역(704)에 의해 둘러싸이도록 구성되어 이온 충돌이 에미터 영역(704) 상에 발생하지 않으며 따라서 이에 대한 충돌 손상을 방지한다.

넌-에미터 구역(706) 물질이 산소를 포함하지 않는 순금속, 탄소 또는 예를 들면, C:H 층과 같은 다양한 탄소 요소와 같은 물질로 제조될 수 있거나 이 물질들에 의해 코팅될 수 있는 것에 특히 주목한다.

또한, 넌-에미터 구역(706)의 치수가 전자 초점 스폿의 치수보다 더 클 수 있다. 따라서 초점 스폿으로부터 방출하는 확산하는 이온 빔은 방출 구역(704) 내로 많이 확산되지 않고 넌-에미터 구역(706) 내에 수집될 수 있다.

적절하게는 포커스 구조(42)(도 6a)는 에미터 구역과 방출 기구를 둘러쌀 수 있는 전자 애노드 타겟 사이에 배치되어야 한다. 따라서, 전자 빔은 타겟으로부터 넌-에미터 구역(702)까지 수직한 라인을 따라 정렬된 초점 스폿을 향하여 방출 구역으로부터 집속될 수 있다. 전자가 포커스 구조물에 의해 지향될 수 있어 전자가 수직선에 대해 일 각도로 초점 스폿에 충돌하도록 전자를 지향시킬 수 있는 것이 인정될 것이다.

냉음극 기판의 정사각형의 단면도가 단지 예로서 제공될 수 있지만 다양한 다른 구성이 적용가능할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 이 같은 예들은 아래에서 설명되는 바와 같이 도 8a 내지 도 8c에서 추가로 상세하게 설명된다. 선택적으로, 에미터 구역은 부가 방출 요소로 제조될 수 있어, 넌-에미터 구역이 에미터 구역 요소들을 완전히 둘러싸거나 에미터 구역 요소들 사이에 배치되는 것을 허용한다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c에서 예시된 바와 같이, 이 도면들은 여기서 개시된 요지에 따라, X-레이 소스로서 가동되는 방출 구조물의 다양한 냉음극 구성의 개략적인 도면들이다. 다양한 설계는 예를 들면 X-레이 튜브와 같은, X-레이 에미터 장치에서 전자 애노드 타겟 근처에 발생된, 가능한 이온 충돌 손상을 실질적으로 감소시키는 것이 의도된다.

도 8a는 정사각형 방출 구역(802A) 및 정사각형 넌-에미팅 구역(804A)을 가지는, 냉음극의 직사각형 구성의 평면도(800A)를 예시한다.

도 8b는 정사각형 방출 구역(802B) 및 정사각형 넌-에미팅 구역(804B)을 가지는, 냉음극의 직사각형 구성의 평면도(800B)를 예시한다.

도 8c는 원형 방출 구역(802B) 및 원형 넌-에미팅 구역(804A)을 가지는, 냉음극의 원형 구성의 평면도(800C)를 예시한다.

도 8a 내지 도 8c에서 설명된 바와 같이, 다양한 냉음극 기판 설계가 예로서 제공된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 다양한 다른 설계가 적용될 수 있어 적절한 구역 치수를 가지고, 일정 형상으로 이루어진 에미팅 구역(a shaped emitting zone) 및 일정 형상으로 이루어진 넌-에미팅 구역(a shaped non-emitting zone)을 제공한다.

802A(도 8A)의 치수와 같은 임의의 넌-에미팅 구역 치수가 에미터 구역에 의해 둘러싸이거나 에미터 구역들 사이에 설정되는 전자 초점 스폿의 치수보다 크다는 점에 주목한다.

스텝형/각진 애노드:

지금부터 내충격성 장치 구성(900)의 제 2 실시예를 도시하고 가능한 전자 빔 및 이온 빔 시뮬레이션을 나타내는 도 9를 참조한다. 상기 장치 구성(900)은 X-레이 에미터, 이미지 캡쳐 장치 등과 같은 장치들에 대해 적용가능할 수 있다.

제 2 실시예의 장치 구성(900)은 포커스 구조(906)를 통해 궤적(908) 내의 전자 빔을 각진 타겟 애노드(904)로 방출하기 위해 구성된, 전자 에미터(902)를 포함한다. 각진 타겟 애노드(904)가 각진 타겟(904)의 표면에 주로 평행한 국부적 전기장(912)을 발생시키는 점에 주목한다. 따라서, 이온은 국부적 전기장에 대해 수직하고 전자 에미터로부터 멀리 궤적(910)을 따라 가속화되어 에미터 기판이 충돌하지 않아서 가능한 이온 충돌 손상을 방지한다.

X-레이 소스에 대한 냉음극 전자 건이 타겟 애노드 초점 스폿을 향하여 전자 빔을 향하는 포커스 구조를 포함할 수 있다. 본 개시의 제 2 실시예는 이온 빔이 전자 방출 구조물로부터 멀리 지향되도록 구성된 각진 타겟 애노드(904)를 포함할 수 있다. 따라서, 타겟 애노드와 캐스드 사이의 거리, 및 타겟 각도는 이온 빔의 충돌 지점(911)이 에미터 구역들(902) 또는 포커스 구조(906)로부터 떨어져 놓이도록 선택된다.

이하의 도면에서, 다양한 시뮬레이션은 다양한 각진 애노드의 충돌 및 이온 궤적으로부터 벗어난 시프팅의 관련 충돌을 예시하는 것을 나타낸다.

애노드가 방출 기판 면에 대해 일 각도로 기울어지도록 구성될 수 있어, 방출된 전자 빔이 수직선에 대해 일 각도로 초점 스폿에 충돌하는 전자로 각진 타겟 애노드 영역 상의 초점 스폿에 충돌하는 점에 특히 주목한다.

전자가 가속화되고 타겟 애노드와 충돌할 때, 초점 스폿의 온도가 실질적으로 증가하고(2000 ℃ 까지) 애노드 물질이 부분적으로 기화된다. 또한, 증기 원자들 중 일부는 전자 빔에 의해 이온화될 수 있다. 타겟 애노드 표면 근처에 발생되는 이온은 낮은 초기 속도를 가지고 경사진 애노드 면에 대해 평행한 국부적 전기장에 대해 수직한 궤적을 따라 가속화될 수 있어, 이온 빔은 에미터 구역의 외부에 랜딩한다.

타겟 애노드, 냉음극 에미터 및 포커스 구조의 위치, 그 사이의 각도 및 거리는 이온 충돌 손상이 에미터 구역에 대해 방지하는 방식으로 선택될 수 있다.

도 10a 및 도 10b에서 예시된 바와 같이, 각진 애노드(404, 도 9)를 포함하는 수용 구조물(전자 애노드 타겟)은 전자 방출 기판 표면(402, 도 9)에 대해 각진 표면일 수 있다.

도 10a는 가능한 설계(1000A)를 도시하고 이 같은 각진 애노드(1002A)를 예시하고, 여기서 표면의 각도는 애노드의 각진 표면에 대해 주로 평행한 각진 타겟 애노드의 표면에 대해 인접한 국부적 전기장에 대해 수직한 이온 궤적(910)(도 9)을 결정한다.

도 10b는 가능한 설계(1000B)를 도시하고 여기서 각진 표면은 스텝형 애노드를 형성하는 각진 애노드의 표면 내에 스텝부를 가지도록 구성된 스텝형의 각진 표면(1002B)을 포함한다.

놀랍게도 심지어 1 mm 치수의 작은 스텝부를 가진 경우 조차, 애노드의 각진 표면을 따른 스텝부는 전자 타겟 애노드 근처의 전기장을 더 비대칭으로 만들어 이온이 더 큰 편향 각도를 가진 궤적을 따라 가속화되는 것을 유발하여 이온이 스텝부 없이 각진 애노드에 의해 편향된 것보다 외측으로 더 시프트되도록 하는 것이 발견되었다.

직선 측면의 스텝형 표면이 도 10b에 나타나지만 단지 예시적인 목적을 위한 것으로 인정될 것이다. 다른 실시예(도시안됨)는 필요에 따라 직선형 또는 곡선형 스텝부를 가질 수 있다. 이 같은 스텝부는 요구 사항에 따라 오목형 표면 섹션, 볼록형 표면 섹션, 물결형 표면 스텝부, 톱니형 표면 섹션 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 가지는 스텝부를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

타겟 애노드 초점 스폿에 근접하게 위치된 경우, 스텝부 위치가 이온 빔을 벗어나는데 더 큰 효과를 가질 수 있다는 점을 추가로 주목한다.

따라서, 스텝형 애노드로 구성된 X-레이 에미터 장치는 아래와 같은 특징을 가질 수 있다: 애노드는 적어도 하나의 스텝부로 구성될 수 있다. 상기 스텝부는 전자 애노드 타겟 초점 스폿에 근접하게 위치될 수 있으며, 이 초점을 향하여 전자 빔은 포커스 구조물에 의해 향하는다. 넌-에미터 구역 또는 포커스 구조는 Mo 또는 W와 같은 애노드 물질과 동일한 물질일 수 있는 순금속으로 제조되거나 이 순금속으로 코팅된다. 넌-에미터 구역 또는 포커스 구조는 탄소, 탄소 나노튜브(CNT) 또는 다이아몬드형 탄소(DLC) 코팅으로 제조되거나 이것으로 코팅된다.

빔 랜딩 시뮬레이션:

지금부터 빔 랜딩 시뮬레이션(1100) 구성을 보여주는 도 11을 참조한다. 빔 랜딩 시뮬레이션은 20 mm의 거리에서 타겟 애노드(1104)를 향하게 된 전자 빔(1110)을 형성하는 3 mm의 포커스 게이트를 가진 냉음극(1102)를 포함하는 방출 구조물을 가진 장치에 대해 수행된다.

지금부터 에미터 칩(1212)을 가진 에미터 실시예(1200A)가 기판(1210) 상에 장착되어 도시되는 도 12a를 참조한다. 에미터 칩(1212)은 3 x 3 어레이로 배열된 9개의 구별 구역들(Ell, E12, E13, E21, E22, E23, E31, E32, E33)을 포함한다. 이러한 구역들은 에미터 칩(1214)의 로 및 컬럼 제어 컨택트들(도시안됨)에 대응할 수 있다. 에미터 칩(1212)의 칩-장착 표면은 3 mm x 3 mm의 치수를 가질 수 있다. 에미터 칩이 전자 방출 구역 및 구별되는 넌-에미팅 이온 충돌 구역을 포함한다. 방출 구역은 예를 들면 8개의 주변 구역들(Ell, E12, E13, E21, E23, E31, E32, E33)을 포함할 수 있는 반면, 중앙 구역(E22)은 전용 넌-에미팅 이온 충돌 구역일 수 있다.

도 12b에 예시된 바와 같이, 3 mm x 3 mm 발광 영역으로부터 빔 랜딩 프로파일(1200B)의 그래프가 두 개의 플롯, 마이크로미터 단위(수직 축선(1222))로 플로팅된 빔 랜딩 폭(1230) 및 볼트로 측정된 포커스 전압(1220)의 수평 축선에대해 플로팅되고 퍼센티지(수직 축선(1224))로 측정된 빔 영역 압축부(1240)에 의해 나타난다.

빔 시뮬레이션 구성 및 결과:

지금부터 전자 에미터의 다양한 구성에 대한 빔 시물레이션이 예시되는 도 13a 및 도 13b가 참조된다. 특히, 도 13a는 16도에서 구성된 각진 애노드의 시뮬레이션을 도시하며, 도 13b는 7도로 구성된 각진 애노드의 시뮬레이션을 도시한다.

도 13a는 각진 애노드에 대해 빔 시뮬레이션 구성(1300A)을 예시하며, 이온 충돌 손상의 효과를 감소시키는 이온 궤적을 초래한다. 빔 시뮬레이션(1300A)은 에미터(1302A)를 포함하여, 방출 전자 빔(1306A)을 각진 애노드(1304A)로 방출한다.

빔 시뮬레이션 구성(1300A)의 설정 매개변수는 16도의 애노드 표면 각도, 25 mm의 에미터-애노드 거리 및 3 mm의 에미터-포커스 거리를 지칭한다.

전자 빔(1306A)은 각진 애노드(1304A) 상의 초점(1305A)을 향하여 포커스 구조(1308A)를 통해 지향되고 이에 의해 이온 랜딩 영역(1313A)에서 에미터의 평면에 충돌하는 각진 애노드에 인접한 국부적 전기장에 대해 수직한 궤적을 따라 이온 빔(1310)을 유발하여 발생한다.

도 13b는 각진 애노드에 대해 다른 빔 시뮬레이션 구성(1300B)을 예시하며, 이온 충돌 손상의 효과를 감소시키는 이온 궤적을 초래한다. 빔 시뮬레이션 구성(1300B)은 에미터(1302B)를 포함하여, 방출 전자 빔(1306B)을 각진 애노드(1304B)로 방출한다.

빔 시뮬레이션 구성(1300B)의 구성 매개변수는 7도의 애노드 표면 각도, 50 mm의 에미터-애노드 거리 및 3 mm의 에미터-포커스 거리를 지칭한다.

전자 빔(1306B)은 각진 애노드(1304B) 상의 초점 스폿(1305B)을 향하여 포커스 구조(1308B)를 통해 지향되고 이에 의해 이온 랜딩 영역(1314B)에서 에미터의 평면에 충돌하는 각진 애노드에 인접한 국부적 전기장에 대해 수직한 궤적을 따라 이온 빔(1310A)을 유발하여 발생한다.

음극 표면에 대한 애노드 표면 각도 및 캐스드로부터 애노드까지의 거리의 각각의 구성이 이후 도면에서 묘사된 바와 같이 특성 이온 랜딩 스폿을 발생시킨다는 점에 주목한다. 이온 랜딩 영역(1314A, 1314B)이 전자 방출 구역 외부에 놓이도록 구성의 매개변수가 선택되는 것을 현 개시의 이러한 실시예의 특징이다.

도 14a에 예시된 바와 같이, 결과 서머리(1400A)가 각진 타겟 애노드의 빔 시뮬레이션이 제공된다. 결과 서머리(1400A)는 0도 내지 20도의 다양한 각진 타겟 애노드 표면, 5도의 스텝부들, 및 애노드와 음극 사이의 30 mm의 거리에 대한 이온 랜딩 시뮬레이션 구성을 포함하며 이의 음극 중심으로부터 떨어진 이온 빔 랜딩을 예시한다.

서머리 결과 세트(1400A)의 각각의 플롯은 특정 애노드 각도(1402)에서 이온 랜딩 거리 결과를 제공한다. 냉음극 중심으로부터 떨어진 mm의 거리는 관련된 수평 거리 축선(1416A) 상에 표시된다. 서머리 결과 세트(1400A)는 에미터 영역 표시(1410A), 포커스 개구 표시(1412A) 및 이온 랜딩 영역 표시(1414A)를 제공하고, 여기서 각각의 표시는 에미터 영역(1410A)의 중심으로부터 밀리미터 거리로 측정된다.

음극의 면에 대해 애노드의 각도가 클수록, 냉음극 중심으로부터 이온 빔 랜딩 영역이 멀어진다.

제공된 서머리 결과 세트(1400A)가 30 mm의 음극와 애노드 사이의 고정 거리에 대해 플로팅되는 반면, 애노드 표면 각도는 각각의 이온 랜딩 측정에 대해 상이한 각도로 설정된다.

도 14b에 예시된 바와 같이, 이온 랜딩 시뮬레이션 결과가 음극와 각진 애노드 사이의 다양한 거리 값에 대해 제공된다.

도 14b의 이온 랜딩 시뮬레이션 결과(1400B)는 전자 빔 초점 스폿 치수의 1 mm 직경을 사용하여, 다양한 애노드-음극 거리 구성을 지칭한다. 이온 랜딩 시물레이션 결과(1400B)의 플롯은 mm로 측정된, 중심(1412B)으로부터 각도 대 이온 랜딩 에지로 측정된, 애노드 각도(1410B)의 수평 축선 상에 플로팅된다.

도 14b에 예시된 바와 같이, 플롯(A)은 10 mm의 애노드-음극 거리에 대해 이온 랜딩을 제공하며, 플롯(B)은 20 mm의 애노드-음극 거리에 대해 이온 랜딩 거동을 제공하며, 플롯(A)은 30 mm의 애노드-음극 거리에 대해 이온 랜딩 거동을 제공한다.

지금부터 도 15a 및 도 15b에 대해 참조하면, 시뮬레이션의 놀라운 결과는 스텝형 애노드와 관련하여 제공된다. 이 같은 소형 스텝부 조차가 이온 궤적의 시프트가 외부로 영향을 미치는 것을 보여주는, z 축선을 따른 1 mm 방향의 단차 높이를 구비한 스텝형 애노드를 가지는 구성이 시뮬레이션된다.

도 15a 및 도 15b는 매끄러진 각진 타겟 애노드와 스텝형의 각진 타겟 애노드 사이의 이온 궤적 차이를 예시한다.

도 15a는 전자 수용 구조물(전자 애노드 타겟)의 전자 각도식 애노드를 구비한 X-레이 에미터 장치(1500A)를 나타낸다. 에미터 장치(1500A)는 애노드의 표면에 인접한, 전기장에 대해 수직한 궤적을 따라 가속화된 이온을 구동하는, 포커스 구조물(1508A)을 통해 전자 빔(1506A)을 각진 애노드(1504A)로 방출하는 에미터(1502A)를 포함한다.

도 15b는 도 15a에 예시된 바와 같은 각진 애노드에 비해 부가로 개선된 설계 옵션을 허용하는 스텝형 애노드를 사용하여, 본 발명의 다른 양태를 나타낸다.

도 15b는 전자 수용 구조물의 스텝형 애노드를 구비한 X-레이 에미터 장치(1500B)를 나타낸다. 에미터 장치(1500B)는 애노드의 표면에 대해 평행한, 전기장에 대해 수직한 궤적을 따라 가속화된 이온을 구동하는, 포커스 구조물(1508B)을 통해 전자 빔(1506B)을 각진 애노드(1504B)로 방출하는 에미터(1502B)를 포함한다. 게다가, 도시된 바와 같이, 스텝형 애노드는 도 10a에 표시된 바와 같이, 궤적(1510A)에 비해 더 먼, 궤적(1510B)을 따라 가속화된 이온을 구동할 수 있다. 이에 따라, 이온 충돌에 의한 가능한 손상이 추가로 감소된다.

스텝형 타겟 애노드를 제조하는, 각진 타겟 애노드 내로 도입된 스텝부는 애노드(1504B)(도 15b) 근처의 전기장을 더 비대칭으로 형성하여 이온 궤적을 외부로 강제로 시프트한다.

더 놀랍게도 애노드 표면을 따라 스텝부의 위치가 외부에 위치하도록 구성될 수 있고 이온 빔 궤적의 큰 편향을 얻도록 전자 빔 초점 스폿(FS)에 근접할 수 있는 점에 주목한다.

지금부터 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 이온 랜딩 스폿 궤적 변이는 스텝형 애노드에 비해 각진 애노드가 제공된다. 이러한 시물레이션에 대해 구성 매개변수는 10 mm의 애노드-음극 거리, 10도로 각진 애노드 및 30 kV의 인가된 애노드 전압을 포함한다.

도 16a는 X-레이 에미터 장치(1500A)(도 15a)의 매끄러운 각진 애노드를 사용하여 이온 랜딩 스폿(1600A)의 시뮬레이션 결과를 제공한다. 이온 랜딩 스폿 결과(1600A)는 에미터 영역(1603A), 초점 개구(1602), 및 에미터 영역(1602)의 에지를 향하는 이온 랜딩 영역(1603A)의 위치를 표시한다.

도 16b는 X-레이 에미터 장치(1000B)(도 15a)의 스텝형 애노드를 사용하여 이온 랜딩 스폿(1600B)의 시뮬레이션 결과를 제공한다. 이온 랜딩 스폿 결과(1600B)가 도 16a의 충돌 위치(1603A)보다 더 먼 이온 랜딩 영역(1603B)의 위치를 표시하는 것을 특히 주목한다.

도 17에 예시된 바와 같이, 스텝부를 구비하든 구비하지 않든 이온 랜딩 시프트가 그래프(1700) 상에 표시된다. 그래프(1700)의 데이터는 각도로 표시한 각각의 애노드 각도(애노드 각도(1710)의 축선)에 대해 중심(수직 축선(1702))으로부터 이온 랜딩 에지의 밀리미터로 표시된 거리로서 데이터 라인(1730)에 제공된다.

이에 따라, 포인트 위치(1732)는 예를 들면 에미터 영역의 중심으로부터 떨어져 1 mm의 포인트 위치를 초래하는 10도로 각진 애노드를 표시하는 반면, 포인트 위치(1734)는 치수가 1 mm인 애노드에서 스텝부를 사용하여 에미터 영역의 중심으로부터 떨어진 3 mm의 오프셋을 표시한다.

여기서 사용된 기술적 및 과학적 용어는 개시와 관련된 당업자들 중 하나에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 그럼에도 불구하고, 이러한 출원으로부터 진행된 특허의 수명 동안 다수의 관련된 시스템 및 방법들이 개발될 것이라는 것이 예상된다. 따라서, 연산 유닛, 네트워크, 디스플레이, 메모리, 서버 등과 같은 용어의 범위는 모든 이 같은 새로운 기술을 선험적으로 포함하는 것이 의도된다.

용어 "포함하는(comprises, comprising, includes, including)", "가지는(having)" 및 이들의 변형은 "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미하며 리스트된 구성요소가 포함되지만 일반적으로 다른 구성요소를 배제하지 않는 것을 표시한다. 이 같은 용어는 용어 "구성된" 및 "필수 구성으로 하는" 용어를 포함한다.

구절 "필수 구성으로 하는"은 본질적으로 이루어진 어구 조성물 또는 방법이 부가적인 성분 및/또는 단계를 포함할 수 있지만 성분 및/또는 단계가 실질적으로 상기 조성물 또는 방법의 기본적이고 신규한 특성을 변경하지 않은 경우에만 포함될 수 있다는 것을 의미한다.

본원에 사용된 바와 같이, 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태 "부정관사(a, an)" 및 "정관사(the)"는 복수의 참조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용어 "화합물" 또는 "적어도 하나의 화합물"은 이들의 혼합물을 포함하는 복수의 화합물을 포함할 수 있다.

"예시적인"이라는 단어는 "예, 예시 또는 예증으로서 제공되는"을 의미하는 것으로 사용된다. "예시"로서 설명되는 임의의 실시 형태는 반드시 다른 실시 예들보다 바람직하거나 유리한 것으로 구성되거나 다른 실시 예들에서의 기능의 결합을 배제하는 것으로 해석되는 것은 아니다.

단어 "선택적으로"는 여기서 "몇몇 실시예에서 제공되고 다른 실시예에서 제공되지 않는" 것을 의미한다. 본 개시의 임의의 관련된 실시예는 이 같은 특징과 충돌하지 않는 한 복수의 "선택적" 특징을 포함할 수 있다.

또한, 별도의 실시예의 내용에서 설명된 명료성을 위한 개시의 소정의 특징이 또한 단일 실시예의 조합으로 제공될 수 있다는 점이 인정된다. 반대로, 간단하게는 단일 실시예의 내용으로 설명된 개시의 다양한 특징이 별도로 또는 임의의 적절한 하위-조합으로 또는 개시의 임의의 다른 설명된 실시예에 적절한 것으로 제공될 수 있다. 다양한 실시예의 내용에 설명된 소정의 특징은 실시예가 상기 요소들 없이 부작동되지 않는 한, 상기 실시예의 본질적인 특징으로 고려되지 않아야 한다.

본 개시는 그 특정 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상 및 넓은 범위 내에 있는 모든 대안, 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.

각각의 개별 공보, 특허 또는 특허 출원이 참조에 의해 포함되도록 구체적으로 그리고 개별적으로 표시되는 경우, 본 명세서에서 언급된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은 참조에 의해 동일한 정도로 포함된다. 또한, 본 출원에서 임의의 참조의 인용 또는 확인은 그러한 참조가 본 개시에 대한 종래 기술로 이용 가능한 것이 인정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 섹션 제목이 사용되는 정도로, 이들이 반드시 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (32)

1. 전자 소스들을 제어하기 위해 구성된 전계 방출형 전자 소스들의 어레이와 복수의 제어 컨택트들;
   상기 어레이의 위에 전압을 인가하기 위해 구성된 포커스 전극; 및
   상기 제어 컨택트들 위에 배치되는 쉴드를 포함하고,
   상기 어레이는 이온 충돌이 발생하는 넌-에미터 구역과는 상이한 전자 방출 구역에 배치되는,
   전자 방출 구조물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉴드는 상기 포커스 전극의 일부를 구성하는,
   전자 방출 구조물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자 소스들은 나노-스핀트 에미터(nano-Spindt emitter)인,
   전자 방출 구조물.
4. 제 1 항에 있어서,
   전기 절연 기판을 더 포함하는,
   전자 방출 구조물.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 기판은 세라믹 물질로 제조되는,
   전자 방출 구조물.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 기판의 상향인 칩-장착 표면에 장착되는 에미터 칩을 더 포함하고, 상기 어레이 및 제어 컨택트들은 상기 에미터 칩의 상측에 배치되는,
   전자 방출 구조물.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 기판은 상기 제어 컨택트들 각각에 대응하는 복수의 컨트롤 비아를 포함하고, 각각의 컨트롤 비아의 상단부는 상기 쉴드 아래에 배치되는,
   전자 방출 구조물.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 에미터 칩은 상기 복수의 제어 컨택트 각각이 대응되는 컨트롤 비아와 전기적으로 연결되는 것을 용이하게 하도록 구성된 복수의 비아를 포함하는,
   전자 방출 구조물.
9. 제 7 항에 있어서,
   각각의 상기 제어 컨택트와 대응하는 컨트롤 비아 사이를 연결하는 복수의 외부 컨덕트들을 더 포함하는,
   전자 방출 구조물.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 에미터 칩의 저면이 상기 기판의 저면과 전기적으로 연결되는 것을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 비아를 포함하는,
    전자 방출 구조물.
11. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 포커스 전극을 상기 기판의 저면과 전기적으로 연결시키도록 구성되는,
    전자 방출 구조물.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉴드는 상기 어레이를 노출시키는 단일 개구를 형성하는,
    전자 방출 구조물.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 방출 구역은 상기 넌-에미터 구역 주위에 배치되는,
    전자 방출 구조물.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 넌-에미터 구역은 상기 어레이에서 방출된 전자가 조사되는 전자 애노드 타겟의 전자 초점 스폿에서 표면에 인접한 전기장에 수직한 라인을 따라 배치되는,
    전자 방출 구조물.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 전자 방출 구조물을 포함하는,
    이미지 캡쳐 장치.
16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 전자 방출 구조물을 포함하는,
    X-레이 방출 장치.
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