CN103779158B - 用于x射线球管的场发射电子源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于X射线球管的场发射电子源，包括阳极、栅极和阴极，所述阴极采用纳米线结构，由第一阴极和第二阴极组成，所述第二阴极呈阵列排布并与所述第一阴极相连；所述栅极采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二阴极在行列方向相间隔排列，所述栅极与所述第一阴极间设有绝缘层。本发明能够产生较大的发射面积，减少栅极对电子流的阻挡，阴极可以的更充分的感受到电场的作用并具有较大的场发射增强因子，最大程度的避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

Description

用于X射线球管的场发射电子源

技术领域

本发明涉及一种用于X射线球管的场发射电子源。

背景技术

传统的阴极电子源采用Spindt-type结构，这种结构采用平面多孔结构作为场发射栅极，但这种结构对电子流有一定的阻挡作用，其阻挡率约为20％。在这种强电流的冲击下，会产生高温蒸发及电子束溅射等多种不良影响。对于很多需要强电流的应用，栅极常常会因为高热而融化变形，同时真空环境也会受到严重地破坏而导致场发射性能受到严重地影响，导致场发射电子器件的寿命降低。

现有技术中采用Spindt-type型的场发射阴极，其组成部分由阳极，阴极和栅极，栅极处于阴极的上方。工作时利用栅极的电场将阴极的电子拉出，在阳极电压的加速下形成场发射电流。一般来讲这种平面网孔状的栅极会对电子有20％左右的阻挡率，电子对栅极的溅射会导致栅极发热而产生形变、蒸发等不利结果。为了解决这个问题，很多研究人员提出了侧栅极以及背栅极等构想。Choi等人设计了一种具有背栅极结构的碳纳米管场发射显示器(Diamond and Related Materials，2001，10，1705)；Lan等人模拟了一种平面型栅极和背栅极CNT薄膜场发射性质(J.Vac.Sci.Technol.B，2004，22，1244)；Furuta等人也获得了平面型CNT场发射薄膜(J.Vac.Sci.Technol.B，2010，28，878)。公开号为“CN102498539A”、发明名称为“用于聚焦场发射的碳纳米管阵列”公开日为2012年6月13日的中国专利申请，公开了一种具有聚焦结构的类似侧栅极结构的场发射电子源，但其碳纳米管屏蔽效应很大，不能使每个电子源充分的释放出电子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于X射线球管的场发射电子源，能够产生较大的发射面积，减少栅极对电子流的阻挡，阴极可以的更充分的感受到电场的作用并具有较大的场发射增强因子，最大程度的避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

为解决上述问题，本发明提供一种用于X射线球管的场发射电子源，包括阳极、栅极和阴极，

所述阴极采用纳米线结构，由第一阴极和第二阴极组成，所述第二阴极呈阵列排布并与所述第一阴极相连；

所述栅极采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二阴极在行列方向相间隔排列，所述栅极与所述第一阴极间设有绝缘层。

进一步的，在上述场发射电子源中，所述栅极与所述第二阴极按M：N的比例间隔排列，其中M，N的取值为自然数。

进一步的，在上述场发射电子源中，所述纳米线结构的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物材料中的一种或任意组合。

本发明还提供另一种用于X射线球管的场发射电子源，

包括阳极、栅极和阴极，

所述栅极采用纳米线结构，由第一栅极和第二栅极组成，所述第二栅极呈阵列排布并与所述第一栅极相连；

所述阴极采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二栅极在行列方向相间隔排列，所述阴极与所述第一栅极间设有绝缘层。

进一步的，在上述场发射电子源中，所述阴极与所述第二栅极按M：N的比例间隔排列，其中M，N的取值为自然数。

进一步的，在上述场发射电子源中，所述纳米线结构的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物材料中的一种或任意组合。

与现有技术相比，本发明通过采用纳米线结构的阴极和栅极,成阵列状排布，能够产生较大的电子发射面积，减少栅极对电子流的阻挡，阴极可以更充分的感受到电场的作用并具有较大的场发射增强因子。

另外，本发明通过所述栅极呈阵列排布，并与所述第二阴极在行列方向相间隔排列；或通过所述阴极呈阵列排布，并与所述第二栅极在行列方向相间隔排列，以使所述阴极有更大面积的发射电子，并能够最大程度的减小栅极对电子束的阻挡，从而避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

附图说明

图1是本发明实施例一的用于X射线球管的场发射电子源的示意图；

图2是本发明实施例一的第二阴极和栅极的第一种相对位置的示意图；

图3是本发明实施例一的第二阴极和栅极的第二种相对位置的示意图；

图4是本发明实施例一的第二阴极和栅极的第三种相对位置的示意图；

图5是本发明实施例一的第二阴极和栅极的第四种相对位置的示意图；

图6是本发明实施例二的用于X射线球管的场发射电子源的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种用于X射线球管的场发射电子源，包括：

阳极4、栅极2和阴极，所述栅极2和阴极绝缘，

所述阴极由第一阴极11和第二阴极12组成，采用纳米线结构，所述第二阴极12呈阵列排布，并与所述第一阴极11相连；

所述栅极2采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二阴极12在行列方向相间隔排列，所述栅极2与所述第一阴极间11设有绝缘层。

具体的，阴极和栅极均采用纳米线结构，并且阴极的第二阴极呈阵列排布，与所述栅极间隔平行排布，阴极可以的更充分的感受到电场的作用，从而具有较大的发射面积，具有较大的场发射增强因子，所述纳米线可为平面纳米线。所述绝缘层3位于所述第一阴极11和栅极2之间，所述第二阴极12穿过所述绝缘层3位于所述栅极2的侧面，所述栅极2和穿过所述绝缘层3的第二阴极12位于所述阳极4与所述绝缘层3之间，采用纳米线结构作为侧栅极，可以减少栅极对电子流的阻挡，侧栅极结构的电子源由于其栅极的几何位置处于第二阴极的侧面，能够最大程度的避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

所述栅极2与所述第二阴极12按M：N的比例间隔排列，其中M，N的取值为自然数。如图2和3所示，所述栅极2与所述第二阴极12在行方向上可按1：1的比例间隔排列；如图4所示，所述栅极2与所述第二阴极12在行和列方向上可按1：1的比例间隔排列；所述栅极2与所述第二阴极12可按在行方向上按1：2的比例间隔排列，所述栅极2与所述第二阴极12在列方向上按1：1的比例间隔排列。

所述纳米线结构的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物材料中的一种或任意组合。

如图1所示，所述第一阴极11处于所述绝缘层3的下方，所述栅极2处于所述绝缘层3的上方，所述栅极2与穿过所述绝缘层3的第二阴极12互相间隔分布，这种情况下所述栅极2处于所述绝缘层3上方，所述第二阴极12的纳米线穿过所述绝缘层3。具体的，第二阴极和栅极的相对位置关系可按照如图2到5所示的形式进行变换，当然图2到5中的第二阴极和栅极的位置可以根据实际需要进行互换。

形成所述阴极的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物类材料中的一种或任意组合。

形成所述栅极2的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物类材料中的一种或任意组合。

本实施例的场发射电子源可用于X射线球管上。

综上，本实施例通过采用纳米线结构的阴极和栅极，能够产生较大的发射面积，减少栅极对电子流的阻挡，阴极可以的更充分的感受到电场的作用并具有较大的场发射增强因子；另外，本实施例通过所述栅极呈阵列排布并与所述第二阴极在行列方向相间隔排列，以使所述第二阴极穿过所述绝缘层位于所述栅极的侧面，能够最大程度的避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

实施例二

如图6所示，本发明还提供另一种用于X射线球管的场发射电子源，包括阳极4、栅极和阴极1，所述栅极和阴极1绝缘，

所述栅极采用纳米线结构，由第一栅极21和第二栅极22组成，所述第二栅极22呈阵列排布并与所述第一栅极21相连；

所述阴极1采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二栅极22在行列方向相间隔排列，所述阴极1与所述第一栅极21间设有绝缘层3。

具体的，阴极1和栅极均采用纳米线结构具有较大的发射面积，阴极可以的更充分的感受到电场的作用并具有较大的场发射增强因子，所述纳米线可为平面纳米线。所述绝缘层3位于所述阴极1和第一栅极21之间，所述第二栅极22穿过所述绝缘层3位于所述阴极1的侧面，所述阴极1和穿过所述绝缘层3的第二栅极22位于所述阳极4与所述绝缘层3之间，采用纳米线作为侧栅极，可以减少栅极对电子流的阻挡，侧栅极结构的电子源由于其第二栅极的几何位置处于阴极的侧面，能够最大程度的避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

所述阴极1与所述第二栅极22按M：N的比例间隔排列，其中M，N的取值为自然数，其取值情况可参考实施例一。

所述纳米线结构的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物材料中的一种或任意组合。

如图6所示，所述第一栅极21处于所述绝缘层3的下方，所述阴极1处于所述绝缘层3的上方，所述阴极1与穿过所述绝缘层3的第二栅极22互相间隔分布，这种情况下阴极1处于绝缘层3上方，第二栅极22纳米线穿过绝缘层3。

具体的，阴极和第二栅极的相对位置关系可参照如图2到5所示的形式进行变换，当然图2到5中的阴极和第二栅极的位置可以根据实际需要进行互换。

形成所述阴极1的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物类材料中的一种或任意组合。

形成所述栅极的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物类材料中的一种或任意组合。

本实施例的场发射电子源可用于X射线球管上。

综上，本实施例通过采用纳米线结构的阴极和栅极，能够产生较大的发射面积，减少栅极对电子流的阻挡，阴极可以的更充分的感受到电场的作用并具有较大的场发射增强因子；另外，本实施例通过所述阴极呈阵列排布并与所述第二栅极在行列方向相间隔排列，以使所述第二栅极穿过所述绝缘层位于所述阴极的侧面，能够最大程度的避免电子束的冲击所产生的高温及溅射影响。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种用于X射线球管的场发射电子源，包括阳极、栅极和阴极，其特征在于：

所述阴极采用纳米线结构，由第一阴极和第二阴极组成，所述第二阴极呈阵列排布并与所述第一阴极相连；

所述栅极采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二阴极在行列方向相间隔排列，所述栅极与所述第一阴极间设有绝缘层；

所述第二阴极、栅极为朝向阳极延伸的柱状体，且所述第二阴极、栅极间隔排列；所述第二阴极穿过所述绝缘层位于所述栅极的侧面，所述栅极和穿过所述绝缘层的第二阴极位于所述阳极与所述绝缘层之间。

2.如权利要求1所述的用于X射线球管的场发射电子源，其特征在于，所述栅极与所述第二阴极按M：N的比例间隔排列，其中M，N的取值为自然数。

3.如权利要求1所述的用于X射线球管的场发射电子源，其特征在于，所述纳米线结构的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物材料中的一种或任意组合。

4.一种用于X射线球管的场发射电子源，包括阳极、栅极和阴极，其特征在于，

所述栅极采用纳米线结构，由第一栅极和第二栅极组成，所述第二栅极呈阵列排布并与所述第一栅极相连；

所述阴极采用纳米线结构，呈阵列排布，并与所述第二栅极在行列方向相间隔排列，所述阴极与所述第一栅极间设有绝缘层；

所述第二栅极、阴极为朝向阳极延伸的柱状体；所述第二栅极穿过所述绝缘层位于所述阴极的侧面，所述阴极和穿过所述绝缘层的第二栅极位于所述阳极与所述绝缘层之间。

5.如权利要求4所述的用于X射线球管的场发射电子源，其特征在于，所述阴极与所述第二栅极按M：N的比例间隔排列，其中M，N的取值为自然数。

6.如权利要求4所述的用于X射线球管的场发射电子源，其特征在于，所述纳米线结构的材料包括碳纳米管、半导体、金属材料或金属化合物材料中的一种或任意组合。