Ｘ射线电子束产生器及其阴极制造技术

本发明专利技术提供一种Ｘ射线电子束产生器及其阴极。该Ｘ射线电子束产生器包含该阴极、一聚焦装置、一阳极靶以及一玻璃容器。该阴极包含一容器及一电子束发射体。该容器具有一基座及一侧壁，该侧壁环绕该基座，且该基座及该侧壁界定一凹槽。该电子束发射体包含至少一金属单元，各该至少一金属单元被以化学气相沉积法成长一碳膜层，且各该至少一金属单元被置放于该凹槽的一底部。该至少一金属单元与该Ｘ射线电子束产生器的一外部金属单元呈电性连接。该玻璃容器依序置放有该阴极、该聚焦装置及该阳极靶。各该至少一碳膜层面向该阳极靶。该玻璃容器具有一阀门及一窗口，该阀门用以将该玻璃容器抽成真空，该窗口用以射出一Ｘ射线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种X射线电子束产生器(X-ray generation device)及其阴极。 更具体而言，本专利技术的X射线电子束产生器及其阴极包含一电子束发射体，该电子束发射体 具有至少一金属单元，该至少一金属单元被以化学气相沉积法(chemical-vapor-d印osit) 成长一为一多重壁(multiple-walls)的形式的碳膜层。
技术介绍
一 X射线电子束产生器根据场电子发射量子理论产生场发射电子。场发射电子的 基本原理是，于不施加电场时，一导体的电子必须具有足够的能量方能有机会穿过势能垒 (potential energy barrier)而到达真空侧。当施加一电场时,能带(energyband)发生弯 曲，使得电子无需具有巨大能量便可穿过势能垒而到达真空侧。当所施加的电场增大时，电 子所要穿过的势能垒减小，且所产生电流的强度增大。根据电磁理论，一物体的一尖端相较 该物体的一钝端积聚更多的电荷。换言之，一物体的一尖端相较该物体的一钝端具有一更 强的电场。因此，一场发射阴极(即X射线电子束产生器)的电子发射部被设计成尖端形 状，进而无需施加高电压便可产生一较强的电场。目前，X射线电子束产生器通常是于一微波元件、传感器、面板显示器等等中用作 一电子来源。电子发射的效率主要取决于一场发射阴极(即X射线电子束产生器)的元件 结构、材质以及形状。场发射阴极是由诸如硅、金刚石及碳纳米管(carbon nano tube)等 金属制成。这些材质当中，碳纳米管尤其重要，原因在于碳纳米管的开口极细且稳定、具有 低的传导场及高的发射电流密度、并且非常稳定。由于具有这些特性，碳纳米管非常适用于 场发射阴极。因此，碳纳米管将极有可能取代其它材料而成为下一代场发射材料。场发射阴极可用作一 X射线电子束产生器(例如X射线管)的一阴极。一 X射线 电子束产生器是封装一阴极、一电磁透镜光圈(electromagnetic-lens aperture)以及一 阳极靶于一玻璃容器内。现有的热离子阴极氖管(thermionic cathode neontube)可由碳 纳米管取代。当于一 X射线电子束产生器中利用一热离子阴极氖管时，约99%的电能被转 变成热量。因此，须以冷却水冷却热离子阴极氖管。相反，碳纳米管可于较小的电场强度下 发射电子束，因而将电能转变成电子束的效率高于热离子阴极氖管。另外，当于一 X射线电 子束产生器中使用碳纳米管时，无需使用冷却过程。^iou等人所提交的美国专利第6，533，096号揭露一种采用碳纳米管的X射线电子 束产生器。aiou等人利用具有纳米结构的材料作为阴极场发射的一发射源。此外，据aiou 等人宣称，可获得4A/cm2的电流密度。Zhou等人所揭露的技术须首先通过强酸净化碳纳米管，以使碳纳米管短于0. 5微 米并呈单壁(single-wall)的形式。然后，沉积这些碳纳米管于一基板上。其优点在于，碳 纳米管无需通过黏合剂固定于该基板上。为产生lOmA/cm2的电流密度，Zhou等人所揭露的 技术需要2. 4V/um至5V/um的起始电压。当需要一更高的电流密度(例如lOOmA/cm2)时， 电场须增大至4V/um至7V/um。Zhou等人称，其场发射阴极(于阴极中利用碳纳米管)所需的起始电压远低于现 有的场发射阴极(其需要50V/um至lOOV/um的起始电压并具有MO或硅尖端)所需的起 始电压。利用石墨粉末材质的一场发射阴极需要lOV/um至20V/um的起始电压，此亦不及 Zhou等人的技术。尽管利用纳米金刚石的场发射阴极可降低起始电压至3-5V/um，但其在 电流密度高于30mA/cm2时不稳定。实际上，^iou等人所揭露的技术非常复杂。首先，于作为主要材料的石墨粉末中 添加0. 6原子％的镍及/或0. 6原子％的钴，然后将其置于一石英二极管(quartzdiode) 中，其中所添加的镍及/或钴是作为活化剂(activator)。接着，加热石英二极管至1150°C。 该石英二极管被抽成真空并被进一步注入以惰性气体，以维持压力于800乇(torr)。随后， 以Nd: YAG激光烧灼石英，并接着向石英再次注入惰性气体，以使纳米碳沉积于石英二极管 的内壁。此时，所产生的单壁纳米管的体积比是50%至70%。接着，需要实施一净化工序， 例如使用20%的!1202。一个单壁碳纳米管的直径是约1.3-1. 6nm。一束碳纳米管的直径是 约IOnm至40nm。或者，该净化工序可使用体积比为3 1的硫酸及硝酸。碳纳米管的长度 是约500nm。除上述工序外，仍需一系列沉积及微影工序。综上所述，一直期望具有一种具有较低起始电压的X射线电子束产生器及其阴 极。尽管碳纳米管可达成更佳的效能及效率，但aiou等人所提供的技术非常复杂。因此， 仍亟需一种用于制造一 χ射线电子束产生器及其阴极的更简单方法。
技术实现思路
本专利技术的一目的是提供一种X射线电子束产生器。该X射线电子束产生器包含一 阴极、一聚焦装置、一阳极靶以及一玻璃容器。该玻璃容器依序置放有该阴极、该聚焦装置 及该阳极靶。该阴极包含一容器及一电子束发射体。该容器具有一基座及一侧壁，该侧壁 环绕该基座，其中该基座及该侧壁界定一凹槽。该电子束发射体包含至少一金属单元。该 至少一金属单元被以化学气相沉积法成长一碳膜层，且被置放于该凹槽的一底部。该至少 一金属单元与该X射线电子束产生器的一外部金属单元呈电性连接。各该至少一碳膜层面 向该阳极靶。该玻璃容器具有一阀门及一窗口，该阀门用以将该玻璃容器抽成真空，该窗口 用以射出一 X射线。本专利技术的另一目的是提供一种用于一 X射线电子束产生器的阴极。该阴极包含一 容器及一电子束发射体。该容器具有一基座及一侧壁，该侧壁环绕该基座，其中该基座及该 侧壁界定一凹槽。该电子束发射体包含至少一金属单元。各该至少一金属单元被以化学气 相沉积法成长一碳膜层。各该至少一金属单元被置放于该凹槽的一底部。该至少一金属单 元与该χ射线电子束产生器的一外部金属单元呈电性连接。本专利技术的又一目的是提供一种X射线电子束产生器。该X射线电子束产生器包含 一阴极、一阳极靶以及一玻璃容器。该阴极包含一容器以及一电子束发射体。该容器具有 一基座及一侧壁，该侧壁环绕该基座，其中该基座及该侧壁界定一凹槽。该容器的一顶端面 及该侧壁的一内侧处形成一缺口。该电子束发射体包含至少一金属单元。各该至少一金属 单元被以化学气相沉积法成长一碳膜层。各该至少一金属单元被置放于该凹槽的一底部。 该至少一金属单元与该X射线电子束产生器的一外部金属单元呈电性连接。该玻璃容器依 序置放有该阴极及该阳极靶。各该至少一碳膜层面向该阳极靶。该玻璃容器具有一阀门及一窗口，该阀门用以将该玻璃容器抽成真空，该窗口用以射出一 X射线。本专利技术的有益技术效果是通过使各该金属单元被以化学气相沉积法成长一碳膜 层，本专利技术的X射线电子束产生器及其阴极的起始电压及工作电压优于先前技术的。特别 地，当碳膜层直接成长于这些金属单元上并为多重壁的形式时，本专利技术的X射线电子束产 生器及其阴极可具有更佳的效能。附图说明在参阅附图及随后描述的实施方式后，此
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【技术保护点】
１．一种Ｘ射线电子束产生器，其特征在于，包含：一阴极包含：一容器具有一基座及一侧壁，该侧壁环绕该基座，该基座及该侧壁界定一凹槽；以及一电子束发射体包含至少一金属单元，各该至少一金属单元被以化学气相沉积法成长一碳膜层，各该至少一金属单元被置放于该凹槽的一底部，且该至少一金属单元与该Ｘ射线电子束产生器的一外部金属单元呈电性连接；一聚焦装置；一阳极靶；以及一玻璃容器，依序置放有该阴极、该聚焦装置及该阳极靶，各该至少一碳膜层面向该阳极靶，该玻璃容器具有一阀门及一窗口，该阀门用以将该玻璃容器抽成真空，该窗口用以射出一Ｘ射线。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李普仁，蓝文厚，
申请(专利权)人：能资国际股份有限公司，贾淑瑜，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]