CN109273337B - 一种片上微型x射线源及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种片上微型X射线源及其制造方法，该X射线源基于片上微型电子源，该片上微型电子源可以采用微加工技术加工得到。因此，相较于现有技术中采用传统机械加工技术制成的片上微型X射线源，本申请提供的片上微型X射线源可以采用微加工技术加工得到，因此，其尺寸能够进一步减小，而且能够降低制备成本。而且，该片上微型X射线源具有X射线剂量稳定、工作真空要求低、开关响应快、可集成、可批量加工等优点，可应用于小型便携的各类X射线检测分析和治疗设备。
Description
技术领域
本申请涉及X射线源领域，尤其涉及一种片上微型X射线源及其制造方法。
背景技术
X射线广泛应用于健康检查、癌症放疗、安全检查、工业探伤、材料分析等领域。
目前，X射线主要是通过热阴极X射线管产生，其主要包括一个热发射阴极和阳极，电子从热阴极发射后被加速，高能电子轰击到阳极并在阳极发生韧致辐射和原子内壳层电子跃迁，从而产生X射线。
由于热发射阴极具有体积大、功耗高、开关延迟时间长等特点，热阴极X射线管一般也具有较大的体积、较高的功耗和较长的开关响应时间。这些问题限制了传统热发射X射线管在很多场景的应用。另一方面，轻小型X射线医学成像系统、近距离电学X射线放疗设备、便携式X射线检测和分析装置等新型X射线仪器的应用需求越来越大，这些仪器的关键核心部件就是微型X射线源，因此，微型X射线源是一种重要的、需求越来越大的电子元器件。
微型X射线源的研究始于2000年左右，目前已研制成功了基于热发射电子源和纳米材料场发射电子源的小型或微型X射线源。
其中，基于热发射电子源的小型X射线源的技术比较成熟，其虽然具有更小巧紧凑的尺寸，但由于仍使用热发射电子源且具有和传统X射线管非常相似的结构，基于热发射电子源的小型X射线源仍具有开关响应时间长的问题，难以应用在移动对象的动态X射线成像等场合。
相比于基于热发射电子源的小型X射线源，基于碳纳米管、氧化锌纳米线等纳米材料场发射电子源的微型X射线源具有更小的尺寸、更低的功耗、更短的开关响应时间，被认为是一种非常有前景的微型X射线源技术。
然而，目前所有片上的微型X射线源均具有尺寸难以进一步减小、批量制备成本高等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种片上微型X射线源及其制造方法，以进一步减小片上微型X射线源的尺寸，降低其成本。
为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：
一种片上微型X射线源，包括：
片上微型电子源；
位于所述片上微型电子源发射电子一侧的第一绝缘间隔体，所述第一绝缘间隔体为腔体结构；
位于所述第一绝缘间隔体上的阳极；
其中，所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体。
可选地，所述片上微型电子源包括：
衬底；
覆盖所述衬底一表面的阻变材料薄膜层；
位于所述阻变材料薄膜层上的至少一个电极对；所述电极对包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间存在间隙；
其中，所述间隙下面的阻变材料薄膜层区域内形成有遂穿结。
可选地，所述电极对为多个，多个所述电极对为指型交叉电极对。
可选地，所述衬底由具有导热性能的材料制成，所述阻变材料薄膜层上设置有至少一个与所述衬底连通的通孔；
所述电极对中的至少一个电极通过所述通孔与所述衬底接触连接。
可选地，所述X射线源还包括位于所述阳极上的第一散热部件。
可选地，所述X射线源还包括位于所述衬底下面的第二散热部件。
可选地，所述第一绝缘间隔体为中空腔体结构。
可选地，所述第一绝缘间隔体为设置有顶盖的腔体结构，所述顶盖上设置有导电插塞；
所述阳极位于所述顶盖的下面，且通过所述导电插塞与位于所述第一绝缘间隔体上面的电极之间形成电连接。
可选地，所述X射线源还包括：
位于所述第一绝缘间隔体和所述片上微型电子源之间的中空聚焦电极，所述中空聚焦电极靠近所述片上微型电子源的一侧表面上设置有第二绝缘间隔体；所述第二绝缘间隔体为中空腔体结构；
其中，所述第二绝缘间隔体与所述片上微型电子源连接在一起。
可选地，所述封闭真空腔体内设置有吸气部件，所述吸气部件用于吸收所述封闭真空腔体内的气体，以调节或维持所述封闭真空腔体内的真空。
可选地，所述阳极包括靶层和用于支撑所述靶层的支撑层；
所述靶层位于靠近电子轰击一侧，所述支撑层位于远离电子轰击一侧。
可选地，所述靶层由重金属材料制成，所述支撑层由铜或铝制成。
可选地，所述阳极的厚度在0.1-1000微米。
一种片上微型X射线源的制造方法，包括：
制备片上微型电子源；
制备阳极，所述阳极的一表面上设置有第一绝缘间隔体，所述第一绝缘间隔体为腔体结构；
将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧，从而使得所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体。
可选地，所述将所述片上微型电子源和所述第一绝缘间隔体连接在一起之前，还包括：
制备中空聚焦电极，所述中空聚焦电极的一表面上设置有第二绝缘间隔体；所述第二绝缘间隔体为中空腔体结构；
所述将所述片上微型电子源和所述第一绝缘间隔体连接在一起之前，还包括：
将所述第二绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧；
所述将所述片上微型电子源和所述第一绝缘间隔体连接在一起，具体包括：
将所述第一绝缘间隔体连接在所述中空聚焦电极背离所述第二绝缘间隔体的一侧。
可选地，所述将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧，从而使得所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体之前，还包括：
在即将形成的封闭真空腔体中置入吸气部件，所述吸气部件用于吸收所述封闭真空腔体内的气体，以调节或维持所述封闭真空腔体内的真空。
可选地，所述方法还包括：
在所述阳极上面形成第一散热部件。
可选地，所述制备片上微型电子源，具体包括：
提供衬底；
形成覆盖所述衬底一表面的阻变材料薄膜层；
在所述阻变材料薄膜层上形成至少一个电极对；所述电极对包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间存在间隙；
所述将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧，从而使得所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体之前或之后，所述制备片上微型电子源，还包括：
控制所述间隙下面的阻变材料薄膜层被软击穿并呈现阻变特性，以在所述间隙下面的阻变材料薄膜层区域内形成遂穿结。
可选地，所述衬底为具有导热性能的衬底，形成阻变材料薄膜层之后，形成至少一个电极对之前，还包括：
在所述阻变材料薄膜层上形成至少一个与所述衬底连通的通孔；
其中，所述电极对中的至少一个电极通过所述通孔与所述衬底接触连接。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
基于以上技术方案可知，本申请提供的片上微型X射线源基于片上微型电子源，该片上微型电子源可以采用微加工技术加工得到。因此，相较于现有技术中采用传统机械加工技术制成的片上微型X射线源，本申请提供的片上微型X射线源可以采用微加工技术加工得到，因此，其尺寸能够进一步减小，而且能够降低制备成本。而且，该片上微型X射线源具有X射线剂量稳定、工作真空要求低、开关响应快、可集成、可批量加工等优点，可应用于小型便携的各类X射线检测分析和治疗设备。
附图说明
图1(1)是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图1(2)是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源的立体结构示意图；
图1(3)是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源中片上微型电子源的立体结构示意图；
图2(1)是本申请实施例一提供的片上微型电子源的结构原理示意图；
图2(2)是本申请实施例一提供的片上微型电子源中的遂穿结能带结构示意图；
图3是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源中垂直结构隧穿电子源的剖面结构示意图；
图4是本申请实施例一提供的另一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图5是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源制造方法的流程示意图；
图6是本申请实施例一提供的片上微型电子源制造方法的流程示意图；
图7(1)至图7(4)是本申请实施例一提供的一种片上微型电子源制造方法一系列制程对应的剖面结构示意图；
图8是本申请实施例一提供的制备阳极步骤对应的剖面结构示意图；
图9(1)是本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图9(2)是本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源的立体结构示意图；
图9(3)是本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源中片上微型电子源的立体结构示意图；
图10是本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源制造方法的流程示意图；
图11是本申请实施例二提供的片上微型电子源制造方法的流程示意图；
图12(1)至图12(5)是本申请实施例二提供的一种片上微型电子源制造方法一系列制程对应的剖面结构示意图；
图13是本申请实施例三提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图14是本申请实施例三提供的一种片上微型X射线源制造方法的流程示意图；
图15是本申请实施例三提供的制备第一散热部件步骤对应的剖面结构示意图；
图16是本申请实施例四提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图17是本申请实施例四提供的一种片上微型X射线源制造方法的流程示意图；
图18(1)至图18(2)是本申请实施例四提供的一种片上微型X射线源制造方法一系列制程对应的剖面结构示意图；
图19是本申请实施例五提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图20是本申请实施例五提供的另一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；
图21是本申请实施例五提供的一种片上微型X射线源制造方法的流程示意图；
图22(1)至图22(2)是本申请实施例五提供的一种片上微型X射线源制造方法一系列制程对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
现有的微型X射线源是利用传统的机械加工技术得到，因此具有尺寸难以进一步减小、批量制备成本高等问题。而微加工技术广泛应用于大规模集成电路、微机电系统、微流体系统等片上微型器件的加工，是实现微型器件的主流加工技术，具有加工器件尺寸小、批量加工成本低、加工工艺可靠等优点。
因此，为了解决现有微型X射线源存在的问题，本申请提供了一种片上微型X射线源，该片上微型X射线源基于片上微型电子源，其中，片上微型电子源可以采用微加工技术加工得到。因而，相较于现有技术中采用传统机械加工技术制成的片上微型X射线源，本申请提供的片上微型X射线源可以采用微加工技术加工得到，因此，其尺寸能够进一步减小，而且能够降低制备成本。而且，该片上微型X射线源具有X射线剂量稳定、工作真空要求低、开关响应快、可集成、可批量加工等优点，可应用于小型便携的各类X射线检测分析和治疗设备。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
参见图1(1)和图1(3)，图1(1)是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；图1(2)是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源的立体结构示意图；图1(3)是本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源中片上微型电子源的立体结构示意图。需要说明，图1(2)实际上不是完整结构示意图，为了看见内部结构，阳极只画出部分。
本申请实施例一提供的一种片上微型X射线源，包括：
片上微型电子源10；
位于片上微型电子源10发射电子一侧的第一绝缘间隔体11，该第一绝缘间隔体11为腔体结构；
位于第一绝缘间隔体11上面的阳极12；
其中，片上微型电子源10和阳极12之间形成封闭真空腔体。
需要说明的是，为了提高片上微型电子源10的发射效率，作为一示例，该片上微型电子源10可以为具有一种平面多区结构的表面隧穿电子源，其具体可以包括：
衬底101；
覆盖衬底101一表面的阻变材料薄膜层102；
位于阻变材料薄膜层102上的多个电极对，其中，每个电极对包括第一电极1031和第二电极1032，每个第一电极1031和每个第二电极1032之间均存在间隙104；
每个间隙104下面的阻变材料薄膜层102区域内均形成有隧穿结105(如图1(1)所示)。
上述所谓阻变材料是指最初是电学绝缘的材料，在对其施加电压进行软击穿，可以呈现阻变状态并具有电子发射能力，完成阻变材料的激活后，从电学绝缘材料转变成导电材料。
为了清楚的理解表面隧穿电子源的工作原理，图2(1)示出了本申请实施例提供的表面隧穿电子源的原理结构图。如图2(1)所示，在第一电极1031和第二电极1032之间施加电压，使得间隙104下面的阻变材料薄膜层102被软击穿，如此，间隙104下面的阻变材料薄膜层由绝缘态转变到导电态，然后又经历低阻态到高阻态的转变后，导电细丝断裂，在间隙104下面的阻变材料薄膜层102区域内形成如图2(1)所示的遂穿结105，该遂穿结105自第一电极1031到第二电极1032，依次包括连接的第一导电区域1051、绝缘区域1052和第二导电区域1053。
形成于该间隙104下面的阻变材料薄膜层102区域内的遂穿结105的能带图如图2(2)所示。如此，如图1(3)所示，当在第一电极1031和第二电极1032上施加上电压V1后，电子从电势低的第一导电区域1051隧穿到绝缘区域1052，并在绝缘区域1052加速获得越过真空能级的能量，在到达电势高的第二导电区域1053后发射出来。
需要说明的是，衬底101可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，Silicon On Insulator)或GOI(绝缘体上锗，Germanium On Insulator)等。
其中，为了提高该片上微型电子源的散热能力，衬底101还可以选择具有导热性能的材料，或者选择同时具有良好导电性能和导热性能的材料，当以具有良好导电性能和导热性能的材料作为衬底101时，该衬底101还可以作为电极。在本申请实施例中，将以同时具有良好导电性能和导热性能的材料形成的衬底101为例进行说明。
作为一示例，用于形成具有良好导电性能和导热性能的衬底101的材料可以为金属或重掺杂半导体。
另外，阻变材料薄膜层102可以选自下列材料中的一种或多种：氧化硅、氧化钽、氧化铪、氧化钨、氧化锌、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化镍、氧化锗、金刚石和无定形碳。上述材料在被软击穿后，均可以实现由低阻态到高阻态的转变并具有电子发射能力。
需要说明的是，在本申请实施例中，以在阻变材料薄膜层102上形成多个电极对作为示例，实际上，也可以只形成一个电极对。
另外，在阻变材料薄膜层102上形成的多个电极可以为不同结构的电极对，在该实施例中，以指型交叉电极对作为示例进行说明。
另外，第一电极1031和第二电极1032可以为制作电极的任意材料，作为示例，第一电极1031和第二电极1032可以选自下列材料中的一种或多种：金属、石墨烯和碳纳米管。
另外，作为一示例，第一电极1031和第二电极1032之间的间隙104宽度可以小于或者等于10μm，较小的间隙104宽度有利于控制隧穿结105中形成较小宽度的绝缘区域1052，从而保证在施加大于导电区域表面势垒的电压后，能发生显著的电子隧穿和电子发射，绝缘区域1052不被电压击穿。
作为一示例，该第一绝缘间隔体11为中空腔体结构，如此，可以使更多的电子能轰击到阳极12，产生X射线，提高X射线的发射效率。此外，第一绝缘间隔体11可以选择绝缘性较好的材料，作为示例，第一绝缘间隔体11可以选自下列材料中的一种或多种：玻璃、石英、陶瓷、塑料。
需要说明的是，为了使第一绝缘间隔体11起到很好的绝缘隔绝作用，其厚度可以为0.1-20毫米。为了更好的起到绝缘作用，第一绝缘间隔体11的厚度可以随着施加在其两侧电压的增高而增加厚度。
作为另一示例，阳极12可以为金属材料制成，作为更具体示例，阳极材料可以选自下列材料中的一种或多种：钨、钼、金、银、铜、铬、铑、铝、铌、钽、铼。此外，为了保证X射线能够有效穿透阳极12，阳极12的厚度不宜过厚。作为一示例，阳极厚度可以在0.1-1000微米。
以上为本申请实施例提供的片上微型X射线源的结构，该片上微型X射线源的工作原理如下：
在指型交叉电极对之间施加电压V1，使片上微型电子源10发射电子，同时在第一电极1031和阳极12上施加电压V2，使片上微型电子源10发射出的电子被加速，并以高速轰击到阳极12，在阳极12内部由于韧致辐射和原子内层能级跃迁产生X射线，X射线穿透阳极12辐射到外部空间。
以上为本申请实施例提供的片上微型X射线源的具体实现方式。在该具体实现方式中，上述片上微型X射线源是基于片上微型电子源10，该片上微型电子源10可以采用微加工技术加工得到，因此，基于该片上微型电子源10的X射线源也可以采用微加工技术加工得到。从而，本申请实施例提供的片上微型X射线源的尺寸能够进一步减小，而且能够降低制造成本。并且，该片上微型X射线源具有X射线剂量稳定、工作真空要求低、开关响应快、可集成、可批量加工等优点，可应用于小型便携的各类X射线检测分析和治疗设备。
需要说明的是，在上述实施例中，片上微型电子源10是以表面隧穿电子源作为示例进行说明的。实际上，本申请实施例所述的片上微型电子源10不限于表面遂穿电子源，其还可以为垂直结构的隧穿电子源。图3示出了垂直结构的隧穿电子源的剖面结构，如图3所示，该垂直结构的遂穿遂穿电子源包括：
衬底30；
位于衬底30之上的第一导电层31；
位于第一导电层31之上的绝缘层32；
位于绝缘层32之上的第二导电层33。
该垂直结构的隧穿电子源工作原理：在第二导电层33上施加一个相对于第一导电层31的正偏压，且偏压值大于第二导电层33的表面势垒值(以电子伏特为单位)；由于绝缘层32很薄(与电子平均自由程相当)，第一导电层31中的电子会发生量子隧穿效应通过绝缘层32并进入第二导电层33，电子在隧穿通过绝缘层32的过程中能量被增加到第二导电层33的真空能级以上；由于第二导电层33的厚度很薄，部分隧穿通过绝缘层32的电子可以无散射地进一步穿过第二导电层33，并从第二导电层33表面发射到真空中。
需要说明的是，垂直结构的隧穿电子源可以为基于金属(M)-绝缘层(I)-金属(M)的垂直结构，还可以为基于半导体(S)-绝缘体(I)-金属(M)的垂直结构或半导体(S)-绝缘体(I)-半导体(S)的垂直结构。
另外，在上述图1(1)至图1(3)所示的片上微型X射线源中，第一绝缘间隔体11是以中空腔体结构为例进行说明的，如此，可以使更多的电子能轰击到阳极12，产生X射线，提高X射线的发射效率。
作为本申请实施例的扩展，参见图4所示，第一绝缘间隔体11还可以为设置有顶盖111的腔体结构，该顶盖111上设置有导电插塞112。其中，阳极12位于顶盖111的下面，导电插塞112与第一绝缘间隔体11上面的电极113之间形成电连接。设置有顶盖111的第一绝缘间隔体11可以增加封闭真空腔体的密封性，有利于避免环境中杂质对电子发射的干扰。
基于上述实施例一提供的一种片上微型X射线源的实现方式，相应的，本申请还提供了该片上微型X射线源制造方法的具体实现方式。
参见图5，实施例一提供的片上微型X射线源的制造方法，包括：
S51：制备片上微型电子源10。
作为示例，以表面遂穿电子源作为片上微型电子源10的示例描述S51的具体实现方式。具体参见图6，制备该片上微型电子源10的步骤可以具体为：
S511：提供衬底101。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图7(1)所示。
S512：形成覆盖衬底101一表面的阻变材料薄膜层102。
该步骤可以具体为：利用本领域惯用的薄膜沉积工艺或者热氧化的工艺，在衬底101的一表面上形成一层阻变材料薄膜层102。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图7(2)所示。
S513：在阻变材料薄膜层102上形成多个电极对，其中，每个电极对包括第一电极1031和第二电极1032，每个第一电极1031和每个第二电极1032之间均存在间隙104。
作为一示例，该步骤可以具体为：利用本领域惯用的电极沉积工艺在阻变材料薄膜层102上沉积一层电极材料层，其具体包括旋涂电子束光刻胶、电子束曝光、显影定影、金属薄膜沉积、溶脱剥离等工艺步骤，形成覆盖部分阻变材料薄膜层102表面的第一电极1031和第二电极1032以及第一电极1031和第二电极1032之间的间隙104。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图7(3)所示。
S514：控制间隙104下面的阻变材料薄膜层102被软击穿并呈现阻变特性，以在间隙104下面的阻变材料薄膜层102区域内形成遂穿结105。
本步骤可以具体为：在第一电极1031和第二电极1032上施加电压，并逐渐增大电压值，同时监测电流大小，并设置限制电流在某一电流值，例如100μA，当电流突然陡峭增加时停止电压增加，此时间隙104下面的阻变材料薄膜层102被软击穿并呈现阻变特性。如此，在该阻变材料薄膜层102区域内形成有横穿整个间隙104下面的阻变材料薄膜层102的导电细丝，使得该阻变材料薄膜层102区域由绝缘态转变到导电态，然后又经历低阻态到高阻态的转变后，导电细丝断裂，在间隙104下面的阻变材料薄膜层102区域内形成如图2(1)所示的遂穿结105，该遂穿结105自第一电极1031到第二电极1032，依次包括连接的第一导电区域1051、绝缘区域1052和第二导电区域1053。
执行完该步骤对应的剖面意图如图7(4)所示。
至此，形成了图1(1)至图1(3)中的表面隧穿电子源。该表面隧穿电子源在工作时，电子在发射时无需穿过多层材料，因此可以具有更高的发射效率，此外，该表面隧穿电子源可以通过微加工工艺技术得到，因此可以具有较小的尺寸，并且能够降低制造成本。
S52：制备阳极12，该阳极12的一表面上设置有第一绝缘间隔体11，其中，第一绝缘间隔体11为腔体结构。
该步骤可以具体为：选择厚度在0.1-20毫米之间的一绝缘层，利用本领域惯用的物理气相沉积、化学气相沉积方法或者旋涂的方法，先在绝缘层的一个表面上覆盖一层金属材料，并将该金属材料层的厚度控制在0.1-1000毫米之间。以该金属材料层作为阳极12。接着，采用干法刻蚀或湿法刻蚀的工艺，从未设置阳极12的一个表面上刻蚀绝缘层，直至露出阳极12。将绝缘层刻蚀成中空腔体结构的第一绝缘间隔体11。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图8所示。
S53：将第一绝缘间隔体11连接在片上微型电子源10发射电子一侧，从而使得片上微型电子源10和阳极12之间形成封闭真空腔体。
该步骤可以具体为：在真空中，通过胶粘合或键合的方式，将第一绝缘间隔体11连接在片上微型电子源10发射电子一侧，使得片上微型电子源10和阳极12之间紧密连接，形成一个封闭的真空腔体。
执行完该步骤对应的结构示意图如图1(1)所示。
需要说明的是，本申请对S51和S52的顺序并不做限定，此外，本申请中，S514可以在S53之前或之后执行。
以上为实施例一提供的片上微型X射线源的制造方法的一种具体实现方式，通过该方式制成的片上微型X射线源具有图1提供的片上微型X射线源相同的优点，为简要起见，在此不再赘述。
以上为本申请实施例一提供的片上微型X射线源及其制造方法对应的具体实现方式。为了提高片上微型X射线源中片上微型电子源的散热能力，本申请还提供了另一种片上微型X射线源的实现方式，请参见实施例二。
实施例二
参见图9(1)至图9(2)，图9(1)是本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源的剖面结构示意图；图9(2)是本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源的立体结构示意图。需要说明，图9(2)实际上不是完整结构示意图，为了看见内部结构，阳极只画出部分。
本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源，包括：
片上微型电子源90；
位于片上微型电子源90发射电子一侧的第一绝缘间隔体91，该第一绝缘间隔体91为腔体结构；
位于第一绝缘间隔体91上的阳极92；
其中，片上微型电子源90和阳极92之间形成封闭真空腔体。
需要说明，在实施例二与实施例一的结构基本相同，其不同之处仅在于片上微型电子源90的结构不同。因此，为了简要起见，本申请实施例将不再详细描述第一绝缘间隔体91和阳极92的具体结构，而仅对片上微型电子源90进行详细描述。
作为一示例，请参见图9(1)至图9(3)，片上微型电子源90，包括：
衬底901；
覆盖衬底901一表面的阻变材料薄膜层902，其中，阻变材料薄膜层902上设置有与衬底901连通的多个通孔9021；
位于阻变材料薄膜层902上面的多个电极对，每个电极对包括第一电极9031以及多个第二电极9032，其中，每个第二电极9032对应一个通孔9021，每个第二电极9032通过一个通孔9021与衬底901接触连接；不同第二电极9032之间相互隔离；
其中，第一电极9031和每个第二电极9032之间均存在间隙904；
每个间隙904下面的阻变材料薄膜层902区域内均形成有隧穿结905。
需要说明的是，衬底901、阻变材料薄膜层902、第一电极9031和第二电极9032的材料和实施一中提供的衬底101、阻变材料薄膜层102、第一电极1031和第二电极1032的材料相同，为简要起见，在此不再赘述。
另外，在本申请实施例中，形成于每个间隙904下面的阻变材料薄膜层902区域的隧穿结905与上述实施例一中的隧穿结105结构相同，为了简要起见，在此不再赘述。
需要说明，通孔9021可以设置为不同的形状，作为示例，阻变材料薄膜层902上设置有多个相互隔离的圆形通孔9021。
另外，为了方便制作，在本申请实施例中，第一电极9031可以为覆盖在阻变材料薄膜层902上的连续电极层，每个第二电极9032可以为覆盖圆形通孔9021内壁的电极岛，且该电极岛与第一电极9031之间存在电隔离。
因通孔9021的形状为圆形，所以，相应地，第一电极9031和每个第二电极9032之间的间隙904可以为圆形间隙904。因第二电极9032为多个，所以，第一电极9031与第二电极9032之间可以形成包括多个电极对的电极对阵列，相应地，多个间隙904形成间隙阵列。
需要说明，在本申请实施例中，每个间隙904的宽度可以小于或者等于10μm。
另外，在该多个第二电极9032中，每个电极通过圆形通孔9021和衬底901连接，如此，片上微型电子源工作时产生的热量可以通过第二电极9032和衬底901散发出去，从而极大的提高了片上微型电子源90的散热能力，有利于在同一衬底901上多个片上微型电子源的集成。
需要说明，本申请实施例提供的片上微型电子源90工作时，可以在第一电极9031与每个第二电极9032之间施加电压，从而使得电子能够从每个遂穿结905内发射出去，从而形成较大的发射电流。
另外，当衬底901为同时具有导热性能和导电性能的材料层时，因每个第二电极9032均与衬底901接触连接，所以，作为本申请的另一示例，为了简化施加电压的过程，可以在第一电极9031和衬底901上施加电压V1。因每个第二电极9032均与衬底901接触连接，所以，施加在衬底901上的电信号会传输到每个第二电极9032上，如此免去了需要在每个第二电极9032上均施加电压的过程。
以上为本申请实施例二提供的片上微型X射线源中的片上微型电子源90的结构。基于该片上微型电子源90的片上微型X射线源和实施例一中图1(1)和1(2)提供的片上微型X射线源工作原理相同，为简要起见，在此不再赘述。
上述为本申请实施例二提供的片上微型X射线源的另一种实现方式，在该实现方式中，片上微型电子源90选择同时具有导热性能和导电性能的材料作为衬底901，每个第二电极9032通过阻变材料薄膜层902中多个通孔9021与衬底901连接，如此，该片上微型电子源90产生的热量可以通过第二电极9032和衬底901散发出去，从而显著提高片上电子源90的散热能力，有利于在同一衬底901上多个片上微型电子源的集成。基于该片上微型电子源90的片上微型X射线源，也可以相应的获得更多的发射电子，用于轰击阳极92，从而提高X射线源的发射剂量。
需要说明，在上述实施例中，是以所有电极对中的第一电极9031为共用电极，换句话说，该第一电极9031可以作为所有电极对的第一电极。实际上，作为本申请的另一实施例，每个电极对的第一电极可以相互独立。
此外，在上述实施例二中，是以每个电极对的第二电极9032通过通孔9021与衬底901连接实现加速片上微型电子源的散热，实际上，当衬底901为由绝缘性能的材料制成时，第一电极9031和第二电极9032可以分别通过不同的通孔9021与衬底901接触连接，从而达到进一步提高片上微型电子源的散热能力的效果。
基于上述实施例二提供的一种片上微型X射线源的实现方式，相应的，本申请还提供了该片上微型X射线源制造方法的具体实现方法。
参见图10，实施例二提供的片上微型X射线源的制造方法，包括：
S101：制备片上微型电子源90。
片上微型电子源90可以选择和上述图9(3)提供的片上微型电子源90相同的表面隧穿电子源。
参见图11，制备该片上微型电子源90的步骤可以具体为：
S1011：提供衬底901。
衬底901材料可以选择和上述图9(3)提供的片上微型电子源相同的衬底901材料，为了简要起见，在此不再赘述。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图12(1)所示。
S1012：形成覆盖衬底901一表面的阻变材料薄膜层902。
该步骤的具体实现方式与上述实施例一中S512的具体实现方式可以相同，为了简要起见，在此不再详细描述。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图12(2)所示。
S1013：在阻变材料薄膜层902上形成多个通孔9021。
通孔9021可以利用干法刻蚀或湿法刻蚀的工艺形成。作为示例，干法刻蚀可以为反应气体刻蚀或等离子体刻蚀等。
当采用湿法刻蚀在阻变材料薄膜层902形成通孔9021时，该步骤可以具体为：在阻变材料薄膜层902上旋涂电子束光刻胶，通过电子束曝光、显影定影、湿法刻蚀、去胶等工艺步骤，在阻变材料薄膜层902上形成多个圆形的通孔9021。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图12(3)所示。
S1014：在阻变材料薄膜层902上面形成第一电极9031和多个第二电极9032，其中，第一电极9031和每个第二电极9032之间均存在间隙904，且每个第二电极9032通过通孔9021与衬底901连接。
该步骤可以具体为，利用惯用的电极沉积工艺在阻变材料薄膜层902以及通孔9021内壁上沉积一层电极材料层，其具体包括旋涂电子束光刻胶、电子束曝光、显影定影、金属薄膜沉积、溶脱剥离等工艺步骤，形成第一电极9031和第二电极9032。其中，第一电极9031可以为覆盖在阻变材料薄膜层902上面的电极层，每个第二电极9032可以为覆盖一个通孔9021以及其周围阻变材料薄膜层902的电极层。
另外，在阻变材料薄膜层902上形成的多个第二电极9032中，每个第二电极通过圆形通孔9021和衬底901连接，从而极大的提高了片上微型电子源的散热能力，有利于在同一衬底901上多个片上微型电子源的集成。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图12(4)所示。
S1015：控制间隙904下面的阻变材料薄膜层902被软击穿并呈现阻变特性，以在所述间隙904下面的阻变材料薄膜层902区域内形成遂穿结905。
该步骤的具体实现方式与上述实施例一中S514的具体实现方式可以相同，为了简要起见，在此不再详细描述。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图12(5)所示。
至此，形成了表面隧穿电子源，该表面隧穿电子源具有和图9(3)中提供的表面隧穿电子源相同的有益效果，为了简要起见，在此不再赘述。
S102～S103与S52～S53相同，为了简要起见，在此不再详细描述。S102执行完对应的剖面结构示意图如图8所示，S103执行完对应的结构示意图如图9所示。
需要说明的是，本申请对S101和S102的顺序并不做限定，此外，本申请中，S1015可以在S103之前或之后执行，本申请实施例不做限定。
以上为实施例二提供的片上微型X射线源的制造方法的另一种具体实现方式，通过该方式制成的片上微型X射线源具有图9(1)和图9(2)提供的片上微型X射线源相同的优点，为简要起见，在此不再赘述。
以上为本申请实施例二提供的一种片上微型X射线源及其制造方法的实现方式。为了进一步提高片上微型X射线源整个器件的散热能力，还可以在阳极92和衬底901上形成散热部件，基于此，本申请提供了片上微型X射线源的另一种实现方式，请参见实施例三。
实施例三
需要说明，本申请实施例三提供的片上微型X射线源可以在上述实施例一或实施例二的基础上进行改进得到，作为示例，本申请实施例三是在实施例二的基础上进行改进得到。
参见图13，一种片上微型X射线源，需要说明的是，该片上微型X射线源除了包括实施二中的所有部件外，还可以包括：
位于阳极92上的第一散热部件130；
位于衬底901下面的第二散热部件131。
需要说明的是，第一散热部件130或第二散热部件131可以为具有良好散热能力的热沉或散热片。
另外，第一散热部件130和阳极92、第二散热部件131和衬底901，均紧密贴合在一起并形成良好的热接触。如此，片上微型X射线源在工作时，阳极92上产生的热量可以通过第一散热部件130很快地散去，片上微型电子源90上产生的热量可以依次通过第二电极9032、阻变材料薄膜层902和第二散热部件131高效率地散去。
以上为本申请实施例三提供的一种片上微型X射线源的实现方式，在该实现方式中，片上微型X射线源在实施例二提供的片上微型X射线源的基础上还在阳极92上和衬底901下面分别设置了散热部件，使该片上微型X射线源具有和实施例二提供的片上微型X射线源相同的有益效果之外，极大的提高了片上微型X射线源整个器件的散热能力。
基于实施例三提供的片上微型X射线源的另一种实现方式，相应的，本申请还提供了该片上微型X射线源制造方法的具体实现方式。
参见图14，实施例三提供的片上微型X射线源的制造方法，包括：
S141～S143与S101～S103相同，为了简要起见，在此不再详细描述。S143执行完对应的剖面结构示意图如图9(1)所示。
S144：在阳极92上形成第一散热部件130。
第一散热部件130和阳极92可以通过粘合或键合的方式，紧密贴合在一起并形成良好的热接触。
为了使第一散热部件130和阳极92之间可以更好的形成热接触，作为一示例，该步骤可以具体为：通过导热胶粘层连接第一散热部件130和阳极92，使第一散热部件130和阳极92紧密贴合并形成良好的热接触。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图15所示。
S145：在衬底901下面形成第二散热部件131。
第二散热部件131和衬底901可以采用和S144中相同的连接方式，为了简要起见，在此不再赘述。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图13所示。
需要说明的是，本申请对S141和S142的顺序并不做限定，对S144和S145的顺序也并不做限定。
以上为实施例三提供的片上微型X射线源的制造方法的另一种具体实现方式，通过该方式制成的片上微型X射线源具有图13提供的片上微型X射线源相同的优点，为简要起见，在此不再赘述。
以上为本申请实施例三提供的又一种片上微型X射线源及其制造方法的实现方式。为了提高片上微型X射线源的检验质量，还可以在第一绝缘间隔体91和片上微型电子源90之间形成中空聚焦电极和第二绝缘间隔体，基于此，本申请提供了片上微型X射线源的另一种实现方式，请参见实施例四。
实施例四
需要说明，本申请实施例四提供的片上微型X射线源可以在上述实施例一至实施例三中任一实施例提供的片上微型X射线源的基础上进行改进得到，作为示例，本申请实施例四是在实施例二的基础上进行改进得到。
参见图16，一种片上微型X射线源，需要说明的是，该片上微型X射线源除了包括实施二中的所有部件外，还可以包括：
中空聚焦电极160，该中空聚焦电极160位于第一绝缘间隔体91和片上微型电子源90之间；
中空聚焦电极160靠近片上微型电子源90的一侧表面上设置的第二绝缘间隔体161，其中，第二绝缘间隔体161为中空腔体结构。
需要说明的是，中空聚焦电极160可以选择具有良好导电性的材料制成，例如，可以选择金属材料制成。
另外，为了增强对发射电子的聚焦能力，第一绝缘间隔体91和片上微型电子源90之间的中空聚焦电极160可以为单层或者多层。
另外，第二绝缘间隔体161的材料可以和第一绝缘间隔体91的材料相同，第二绝缘间隔体161的厚度也可以和第一绝缘间隔体91的厚度相同，为了简要起见，在此不再赘述。
以上为本申请实施例提供的片上微型X射线源的结构，该片上微型X射线源的工作原理如下：
在第一电极9031和衬底901上施加电压V1，使片上微型电子源90发射电子；同时在第一电极9031和阳极92上施加电压V2，使表面隧穿电子源发射出的电子被加速，并以高速轰击到阳极92，在阳极92内部由于韧致辐射和原子内层能级跃迁产生X射线，X射线穿透阳极92辐射到外部空间；在第一电极9031和中空聚焦电极160之间施加电压V3，可以对片上电子源90发射的电子进行聚焦，从而减小电子束轰击到阳极92的面积和X射线的焦点尺寸，进而有利于提高片上X射线源的检验质量。
基于上述实施例四提供的一种片上微型X射线源的实现方式，相应的，本申请还提供了该片上微型X射线源制造方法的具体实现方式。
参见图17，实施例四提供的片上微型X射线源的制造方法，还可以包括：
S171～S172与S101～S102相同，为了简要起见，在此不再详细描述。
S171执行完对应的剖面结构示意图如图9(3)所示，S172执行完对应的剖面结构示意图如图8所示。
S173：制备中空聚焦电极160，该中空聚焦电极160的一表面上设置有第二绝缘间隔体161，其中，第二绝缘间隔体为中空腔体结构。
该步骤可以具体为：选择厚底在0.1-20毫米之间的一绝缘层，利用本领域惯用物理气相沉积、化学气相沉积方法或者旋涂的方法，先在绝缘层的一个表面上形成一层聚焦电极层。接着，采用干法刻蚀或湿法刻蚀的工艺，从未设置聚集电极层的一个表面上刻蚀绝缘层直至露出聚焦电极层，从而形成中空聚焦电极160和中空结构的绝缘间隔体161。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图18(1)所示。
S174：将第二绝缘间隔体161连接在片上微型电子源90发射电子的一侧。
该步骤的具体实现方式可以和实施例一中S53的具体实现方式相同，为了简要起见，在此不再赘述。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图18(2)所示。
S175：将第一绝缘间隔体91连接在片上微型电子源90发射电子一侧，从而使得片上微型电子源90和阳极92之间形成封闭真空腔体。
该步骤可以具体为：通过胶粘合或键合的方式，将第一绝缘间隔体91连接在中空聚焦电极160背离第二绝缘间隔体161的一侧，使得第一绝缘间隔体91和中空聚焦电极160之间紧密连接，形成一个封闭的真空腔体。
执行完该步骤对应的结构示意图如图16所示。
需要说明的是，本申请对S171、S172和S173的顺序并不做限定。
以上为实施例四提供的片上微型X射线源的制造方法的一种具体实现方式，通过该方式制成的片上微型X射线源具有图16提供的片上微型X射线源相同的优点，为简要起见，在此不再赘述。
上述实施例四示出了一种片上微型X射线源的实现方式，为了提高片上微型X射线源性能，还可以对阳极进行改进并在真空腔体内放置吸气部件，基于此，本申请提供了另一种片上微型X射线源制造方法的实现方式，请参见实施例五。
实施例五
需要说明，本申请实施例五提供的片上微型X射线源可以在上述实施例一至实施例四中任一实施例提供的片上微型X射线源的基础上进行改进得到，作为示例，本申请实施例五是在实施例四的基础上进行改进得到。
另外，该片上微型X射线源和实施四中提供的片上微型X射线源具有相同的部件，为了简要起见，将只对改进的部件进行说明。
参见图19，一种片上微型X射线源，还可以包括：
位于片上微型电子源90发射电子一侧的第一绝缘间隔体190，该第一绝缘间隔体190为腔体结构；
位于第一绝缘间隔体190上的阳极191，其中，阳极191包括靶层1911和用于支撑靶层1911的支撑层1912，靶层1911位于靠近电子轰击一侧，支撑层1912位于远离电子轰击一侧；
位于封闭真空腔体内的吸气部件192。
需要说明的是，第一绝缘间隔体190的材料和厚度可以和实施例四中图16示出的第一绝缘间隔体91的材料和厚度相同，为了简要起见，在此不再赘述。
另外，靶层1911可以为重金属材料制成，作为示例，所述重金属材料可以选自钨、钼、金、银、铜、铬、铑、铝、铌、钽和铼中的至少一种。支撑层1912可以为导热性较好的材料制成，作为示例，支撑层1912材料可以为：铝或铜。由该靶层1911和支撑层1912制成的阳极191，可以有效提高阳极191的机械强度和导热性。
另外，该实施例提供的片上微型X射线源设置有中空聚焦电极160，可以减小电子轰击到阳极191的面积，因此，可以相应的减小阳极191中靶层1911的面积。
另外，为了吸收封闭真空腔体内的气体，以调节或维持封闭真空腔体内的真空，可以选择可靠性较好的吸气剂作为吸气部件192，作为示例，吸气部件192可以选自下列吸气剂中的一种或多种：锆-石墨吸气剂、锆-锆钒铁吸气剂、钼-钛吸气剂。
需要说明的是，为了在封闭真空腔体中放置吸气部件192，第二绝缘间隔体161上还可以设置有放置吸气部件192的凹槽。
另外，为了提高片上微型X射线源整个器件的散热能力，作为另一示例，还可以在本申请实施例图19提供的片上微型X射线源上进行改进。可以在阳极191上形成第一散热部件200，在衬底901下面形成第二散热部件201，参见图20。
需要说明的是，第一散热部件200和第二散热部件201可以为具有良好散热能力的热沉或散热片。
以上为本申请实施例五提供的一种片上微型X射线源的实现方式，在该实现方式中，片上微型X射线源中的阳极191由靶层1911和支撑层1912组成，封闭真空腔体内还设置有吸气部件192，如此，有效的提高了阳极191的机械强度和导热性并可以调节或维持封闭真空腔体内的真空，从而极大的提高了片上微型X射线源的性能。
基于实施例五提供的片上微型X射线源的另一种实现方式，相应的，本申请还提供了该片上微型X射线源制造方法的具体实现方式。
参见图21，实施例五提供的片上微型X射线源的制造方法，包括：
S211与S171相同，为了简要起见，在此不再详细描述。S211执行完对应的剖面结构示意图如图12(5)所示。
S212：制备阳极191，该阳极191的一表面上设置有第一绝缘间隔体190，其中，第一绝缘间隔体190为腔体结构。
需要说明的是，阳极191包括靶层1911和用于支撑靶层1911的支撑层1912。
该步骤可以具体为：选择厚度在0.1-20毫米之间的一绝缘间隔体，利用本领域惯用物理气相沉积、化学气相沉积方法或者旋涂的方法，先在绝缘间隔体一个表面的中间区域覆盖一层重金属材料，以该重金属材料层作为靶层1911。接着，再利用物理气相沉积、化学气相沉积方法或者旋涂的方法，在靶层1911上沉积一层覆盖靶层1911和绝缘间隔体的导热性材料，以该导热性材料层作为支撑层1912。最后，采用干法刻蚀或湿法刻蚀的工艺，从绝缘间隔体上，和覆盖阳极191的表面相对的一表面上开始刻蚀，到靶层1911刻蚀停止。将绝缘间隔体刻蚀成从上往下逐渐缩进的中空结构腔体，使和绝缘间隔体相对的靶层1911表面能够完全暴露出来，从而形成第一绝缘间隔体190。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图22(1)所示。
S213～S214与S173～S174相同，为了简要起见，在此不再详细描述。S213执行完对应的剖面结构示意图如图18(1)所示，S214执行完对应的剖面结构示意图如图18(2)所示。
S215：在即将形成的封闭真空腔体中置入吸气部件192，该吸气部件192用于吸收封闭真空腔体内的气体，以调节或维持封闭真空腔体内的真空。
该步骤可以具体为：利用干法刻蚀工艺，在第二绝缘间隔体161的侧壁上刻蚀出至少一个凹槽，将吸气部件192放置到凹槽内。
执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图22(2)所示。
S216与S175相同，为了简要起见，在此不再详细描述。执行完该步骤对应的剖面结构示意图如图19所示。
以上为实施例五提供的片上微型X射线源的制造方法的一种具体实现方式，通过该方式制成的片上微型X射线源具有图19提供的片上微型X射线源相同的优点，为简要起见，在此不再赘述。
需要说明的是，本申请对S211、S212和S213的顺序并不做限定
以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种片上微型X射线源的制造方法，其特征在于，包括：
制备片上微型电子源；
制备阳极，所述阳极的一表面上设置有第一绝缘间隔体，所述第一绝缘间隔体为腔体结构；
将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧，从而使得所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体；
所述制备片上微型电子源，具体包括：
提供衬底；
形成覆盖所述衬底一表面的阻变材料薄膜层；
在所述阻变材料薄膜层上形成至少一个电极对；所述电极对包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间存在间隙；
所述将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧，从而使得所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体之前或之后，所述制备片上微型电子源，还包括：
控制所述间隙下面的阻变材料薄膜层被软击穿并呈现阻变特性，以在所述间隙下面的阻变材料薄膜层区域内形成遂穿结；
所述衬底为具有导热性能的衬底，形成阻变材料薄膜层之后，形成至少一个电极对之前，还包括：
在所述阻变材料薄膜层上形成至少一个与所述衬底连通的通孔；
其中，所述电极对中的至少一个电极通过所述通孔与所述衬底接触连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧之前，还包括：
制备中空聚焦电极，所述中空聚焦电极的一表面上设置有第二绝缘间隔体；所述第二绝缘间隔体为中空腔体结构；
所述将所述片上微型电子源和所述第一绝缘间隔体连接在一起之前，还包括：
将所述第二绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧；
所述将所述片上微型电子源和所述第一绝缘间隔体连接在一起，具体包括：
将所述第一绝缘间隔体连接在所述中空聚焦电极背离所述第二绝缘间隔体的一侧。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一绝缘间隔体连接在所述片上微型电子源发射电子一侧，从而使得所述片上微型电子源和所述阳极之间形成封闭真空腔体之前，还包括：
在即将形成的封闭真空腔体中置入吸气部件，所述吸气部件用于吸收所述封闭真空腔体内的气体，以调节或维持所述封闭真空腔体内的真空。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述阳极上面形成第一散热部件。
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