CN113690120A - 一种图案化透射阳极平板x射线源器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板及其制备方法，所述阳极基板包括阳极衬底、设置于阳极衬底上的阳极电极，所述阳极电极上依次设置有图案化透射阳极过渡层、图案化透射阳极靶层及图案化抗氧化保护层。通过图案化的透射阳极可直接精确控制X射线微焦斑的尺寸和数量，实现可控数量的X射线焦斑均匀辐射，并提升剂量利用率，降低总辐射剂量。有望提高平板X射线源的投影成像分辨率。

Description

一种图案化透射阳极平板X射线源器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及X射线技术领域，更具体地，涉及一种图案化透射阳极平板X射线源器件及其制备方法。

背景技术

X射线源是产生X射线的装置，在医疗成像、安检、无损检测、静电消除、消毒和环境净化等方面有着不可或缺的重要应用。其结构主要包括阴极电子源和阳极靶两部分。常用的X射线源器件是热阴极X射线源，阴极发射电子方式为热电子发射。一般来说，热阴极X射线管有着响应速度慢、工作温度高、能耗大、寿命短、体积笨重等缺点，冷阴极X射线源有望克服上述缺点。

冷阴极X射线源可分为单焦点X射线源和平板X射线源。与热阴极X射线管相比，平板X射线源具有无需阴极加热、响应速度快、功耗低等优点，而且拥有多个X射线出射点，产生的束状X射线缩短了工作距离、避免了成像失真。平板X射线源无需冷却装置，有利于构建小型、便携的X射线辐照和成像系统，在移动成像、野外生物危害净化、静电中和及环境消毒等方面有应用前景。

目前为止，平板X射线源主要包括作为阴极的二维场发射冷阴极电子源阵列(例如碳纳米管阴极阵列)和透射阳极靶层，二维场发射冷阴极电子源阵列和阳极靶层平行相对设置，放置在定制的真空腔体中，其原理是通过电压控制二维场发射冷阴极电子源阵列发射电子，轰击阳极靶层产生X射线。由于微焦斑的X射线易于实现高分辨率投影成像，平板X射线源的设计需考虑产生微焦斑X射线，并精确控制微焦斑的尺寸。现有的平板X射线源通常采用整面透射阳极，X射线焦斑的尺寸主要设计由图案化的阴极实现，例如文献(Wang L,Xu Y,Cao X,et al.Diagonal 4-in ZnO Nanowire Cold Cathode Flat-Panel X-RaySource:Preparation and Projection Imaging Properties[J].IEEE Transactions onNuclear Science,2021,PP(99):1-1.)，但是阴极在发射电子时，由于阴极针尖具有一定的角度或电子有横向速度，产生的电子束具有一定的角度而呈现放射状。现有解决阴极电子束发散的问题是通过在阴极制作带栅聚焦结构，通过聚焦极控制电子束尺寸，从而控制阳极出射的X射线微焦斑的尺寸。但此方法结构复杂，制备工艺繁琐，而且由于带栅聚焦结构制作工艺与纳米线冷阴极电子源的工艺兼容性差，会导致纳米线冷阴极电子源性能降低。因此，即使阴极设计为图案化的微尺寸电子源，也无法有效控制阳极出射的X射线微焦斑的尺寸；而带栅聚焦结构的阴极电子源也存在多种缺点，在X射线成像和辐照系统上的应用受到了一定的限制。

发明内容

本发明为克服上述无法有效控制X射线微焦斑的尺寸的缺陷，提供一种图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板。

本发明的另一目的在于提供所述图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，所述阳极基板包括阳极衬底、设置于阳极衬底上的阳极电极，其特征在于，所述阳极电极上依次设置有图案化透射阳极过渡层、图案化透射阳极靶层及图案化抗氧化保护层。

本发明采用纳米线冷阴极电子源发射的电子束轰击图案化透射阳极靶层产生X射线，通过图案化的透射阳极可直接精确控制X射线微焦斑的尺寸和数量，实现可控数量的X射线焦斑均匀辐射，提高平板X射线源的投影成像分辨率，并提升剂量利用率，降低总辐射剂量。

优选地，所述图案化透射阳极靶层为可对称的图形，其边长或直径为1～500μm，相邻所述图案化透射阳极靶层的间距为所述图案化透射阳极靶层边长或直径的0.1～10倍。

优选地，所述阳极电极为Cr、Al、Ti、Cu、ITO、IZO、AZO、FTO或LTFO中的一种或多种。

优选地，所述图案化透射阳极靶层为钨、钼、铑、银、铜、金、铬、铝、铌、钽或铼中的一种或多种组合的金属薄膜。

优选地，所述阳极衬底的厚度为0.1～50mm。

优选地，所述阳极电极的厚度在0.01～1mm。

优选地，所述图案化透射阳极过渡层的厚度为20～200nm。

优选地，所述图案化透射阳极靶层的厚度为0.01～1mm。

所述图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板的制备方法，包括以下步骤：

制作阳极基板：

在阳极衬底上制作阳极电极；在所述阳极电极上制作图案化透射阳极过渡层、图案化透射阳极靶层及图案化抗氧化保护层，得到阳极基板。

一种图案化透射阳极平板X射线源器件，包括上述所述的阳极基板、阴极基板、排气结构及绝缘隔离体；所述阳极基板和所述阴极基板相对平行设置，所述绝缘隔离体设置于所述阳极基板和所述阴极基板之间以将两者密封、隔离开形成一个高真空区；

所述阴极基板包括阴极衬底、设置于所述阴极衬底上的阴极电极、设置于所述阴极电极上的生长源薄膜、制作在所述生长源薄膜上的纳米线冷阴极电子源，所述纳米线冷阴极电子源设于所述高真空区内的阴极电极朝向所述阳极基板的一侧；

所述阴极基板的下表面还连接有排气结构。

优选地，所述绝缘隔离体为高压绝缘隔离体，所述高压指10kV以上的高压。

优选地，所述纳米线冷阴极电子源的结构为无栅结构、带栅结构或带栅聚焦结构。

优选地，所述纳米线冷阴极电子源的结构为无栅结构。

优选地，所述生长源薄膜的形状为可对称操作的图形，其边长或直径为1～500μm，相邻所述生长源薄膜之间的间距为所述生长源薄膜边长或直径的0.1～10倍。

优选地，所述纳米线冷阴极电子源的纳米线为氧化锌纳米线、氧化铜纳米线、氧化钨纳米线、氧化钼纳米线、氧化铁纳米线、氧化钛纳米线或者氧化锡纳米线中的一种或多种。

优选地，所述阴极衬底和阳极衬底为铍片、硅片、玻璃、石英玻璃、陶瓷基片或者耐高温的平板塑料，所述阴极电极为Cr、Al、Ti、Cu、ITO、IZO、AZO、FTO、LTFO中的一种或多种。

优选地，所述图案化透射阳极过渡层和图案化抗氧化保护层为铝膜或抗高温氧化的合金薄膜。

所述绝缘隔离体为玻璃、石英、陶瓷或者绝缘塑料。

优选地，所述所述阴极衬底的厚度为0.1～50mm；所述所述阴极电极的厚度范围均在0.01～1mm；所述生长源薄膜的厚度范围在0.1～5μm；所述绝缘隔离体的高度为0.5～200mm。

优选地，所述阳极电极与外部高压电源连接，所述阴极电极接地。

优选地，所述图案化透射阳极平板X射线源器件还包括密封层，所述密封层覆盖在所述绝缘隔离体与阴极基板和阳极基板的接触缝隙上。

所述排气结构包括排气管和吸气剂管，所述排气管和吸气剂管穿过阴极基板将所述高真空区与外界连通，所述吸气剂管内放置有吸气剂。

优选地，所述图案化透射阳极平板X射线源器件是处于高真空环境的非封装平板X射线源器件或者真空封装平板X射线源器件。

所述图案化透射阳极平板X射线源器件的制备方法，包括以下步骤：

S1.制作阴极基板和阳极基板：

阴极基板的步骤为：在阴极衬底上制作阴极电极；在所述阴极电极上沉积生长源薄膜；热氧化法生长源薄膜以生长纳米线冷阴极电子源，得到阴极基板；

阳极基板的步骤为：在阳极衬底上制作阳极电极；在所述阳极电极上制作图案化透射阳极过渡层、图案化透射阳极靶层及图案化抗氧化保护层，得到阳极基板。

S2.组装：

将经上述步骤制备好的阳极基板和阴极基板相对平行设置，所述阳极基板上的图案化透射阳极靶层朝向所述阴极基板上的纳米线冷阴极电子源，采用所述绝缘隔离体将所述阳极基板和所述阴极基板两者隔离开并固定，经低熔点玻璃粉涂覆平板X射线源器件缝隙并烧结固化。将所述平板X射线源器件安装在排气系统抽真空并封离。

优选地，所述阳极电极和阴极电极通过金属阴罩掩膜和真空镀膜技术制备，或者通过光刻、刻蚀工艺、真空镀膜和剥离技术制备，或者通过丝网印刷或者喷墨打印制备。

所述真空镀膜技术包括磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发，所述光刻技术可以采用紫外光光刻。

所述刻蚀工艺制备，可以采用湿法刻蚀，反应离子刻蚀等通用刻蚀方法。

所述生长源薄膜制备，可通过磁控溅射法、热蒸发法、电子束蒸发法制备。

优选地，所述热氧化法包括升温过程和保温过程，升温过程的升温速率为1～30℃/min；保温过程的保温温度为300～600℃，保温时间为1～600min，保温结束后自然冷却至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用纳米线冷阴极电子源发射的电子束轰击图案化透射阳极靶层产生X射线，通过图案化的透射阳极可直接精确控制X射线微焦斑的尺寸和数量，实现可控数量的X射线焦斑均匀辐射，提高平板X射线源的投影成像分辨率，并提升剂量利用率，降低总辐射剂量。

附图说明

图1是本发明实施例2的平板X射线源器件的结构示意图；

图2是本发明实施例3的平板X射线源器件的结构示意图；

图3是本发明实施例4的平板X射线源器件的结构示意图；

图4是本发明实施例5的平板X射线源器件的结构示意图；

图5是实施例5的图案化透射阳极实物的电镜照片；

图6是实施例5对实物的投影成像效果图；

图7是实施例5的X射线的能谱图；

图8是对比例1的平板X射线源器件的结构示意图。

附图标记说明：10.阳极基板、20.阴极基板、30.排气结构、40.绝缘隔离体、11.阳极衬底、12.阳极电极、13.图案化透射阳极过渡层、14.图案化透射阳极靶层、15.图案化抗氧化保护层、21.阴极衬底、22.阴极电极、23.生长源薄膜、24.纳米线冷阴极电子源、31.排气管、32.吸气剂管、33.密封层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

请参阅图1，本发明利用电子束轰击透射阳极靶层产生X射线这一特性，通过将整面透射阳极靶层改进为图案化的透射阳极靶层以直接控制X射线光束尺寸。对于整面的阴极和不同尺寸的图案化的阴极产生的电子束，均可在电子束轰击下实现精确可控的微焦斑X射线均匀辐射，提高平板X射线源的投影成像分辨率，并提升剂量利用率，降低总辐射剂量。由于本发明原理为通过图案化的透射阳极靶层精准控制X射线光束尺寸，则可进一步通过制备不同尺寸的图案化透射阳极靶层来精准控制产生不同尺寸的X射线光束。

实施例1

实施例1提供一种图案化透射阳极的平板X射线源器件的阳极基板，所述阳极基板10包括阳极衬底11、设置于阳极衬底11上的阳极电极12，所述阳极电极12上依次设置有图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14及图案化抗氧化保护层15。

实施例2

实施例2提供一种图案化透射阳极的平板X射线源器件，如图2所示，所述平板X射线源器件包括阳极基板10、阴极基板20、排气结构30、绝缘隔离体40。所述阳极基板10和阴极基板20平行相对设置，所述绝缘隔离体40设置于阳极基板10和阴极基板20之间的边缘，并将阳极基板10和阴极基板20隔离开并固定。所述绝缘隔离体40与所述阳极基板10和阴极基板20形成一个高真空区，所述阴极基板20的下表面还连接有排气结构30。

所述阳极基板10包括阳极衬底11、阳极电极12、图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14和图案化抗氧化保护层15，所述图案化透射阳极过渡层13可有效提升图案化透射阳极靶层14与所述阳极电极12的附着力，使所述图案化透射阳极靶层14不易脱落且可有效提升其散热速率；所述图案化抗氧化保护层15可有效防止所述图案化透射阳极靶层14的氧化，有效提升其工作稳定性；所述阳极电极12设置于所述高真空区内的阳极衬底11朝向阴极基板20的一侧；所述阳极电极为ITO，所述图案化透射阳极过渡层13设置于所述阳极电极12朝向阴极基板20的一侧，所述的图案化透射阳极过渡层13为Al金属薄膜，所述图案化透射阳极靶层14设置于所述图案化透射阳极过渡层13朝向阴极基板20的一侧，所述的图案化透射阳极靶层14为Mo金属薄膜，所述图案化抗氧化保护层15设置于所述图案化透射阳极靶层、14朝向阴极基板20的一侧，所述图案化抗氧化保护层15为Al膜。

所述阴极基板20包括阴极衬底21、阴极电极22、生长源薄膜23及纳米线冷阴极电子源24，所述阴极电极22设置于所述高真空区内的阴极衬底21朝向阳极基板10的一侧，所述阴极电极为ITO，所述生长源薄膜23设置于所述阴极电极22朝向阳极基板10的一侧，所述纳米线冷阴极电子源24生长于所述高真空区内的生长源薄膜23朝向所述阳极基板10的一侧。所述纳米线冷阴极电子源24的结构为无栅结构，所述无栅结构仅包含纳米线，所述纳米线冷阴极电子源24的纳米线为氧化锌纳米线。

所述的阳极衬底11和所述阴极衬底21的厚度为3mm；所述阳极电极12和所述阴极电极22的厚度范围为500nm；所述图案化透射阳极过渡层的厚度为130nm；所述图案化透射阳极靶层的厚度为1.35μm；所述图案化抗氧化保护层的厚度为130nm；所述生长源薄膜的厚度为1.30μm。所述绝缘隔离体的高度为6mm。

所述排气结构30包括排气管31和吸气剂管32，所述排气管31放置于所述阴极基板相对高真空区域的外侧，用于抽出所述阳极基板10和所述阴极基板20之间的空气形成高真空区域。所述吸气剂管32放置于所述阴极基板相对高真空区域的外侧，所述吸气剂管32内部含有吸气剂，用于维持所述阳极基板10和所述阴极基板20之间的高真空。

所述绝缘隔离体40为玻璃。

上述基于图案化透射阳极的二极平板X射线源器件的制作方法，包括阳极基板制作、阴极基板制作和平板X射线源组装。具体步骤如下：

S1、制作阳极基板10：

制作阳极基板10，其具体制作步骤如下：

清洁并吹干所述阳极衬底11；所述阳极衬底11为大面积玻璃。

在所述阳极衬底11上制作阳极电极12；所述阳极电极12为ITO。所述底部阳极电极12的厚度为500nm，其形状为正方形。所述阳极电极12通过荫罩掩膜、真空镀膜技术制备。所述真空镀膜技术为磁控溅射。

在所述阳极电极12上制作图案化透射阳极过渡层13；所述图案化透射阳极过渡层13为Al，所述图案化透射阳极过渡层13的厚度为130nm；在所述图案化透射阳极过渡层13上制作图案化透射阳极靶层14，所述图案化透射阳极靶层14为Mo，所述图案化透射阳极靶层14的厚度为1.35μm；在所述图案化透射阳极靶层14上制作所述图案化抗氧化保护层15，所述图案化抗氧化保护层15为Al，所述图案化抗氧化保护层15的厚度为130nm。所述图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14、图案化抗氧化保护层15的图案通过光刻、真空镀膜技术及剥离工艺制备。所述真空镀膜技术为磁控溅射，所述光刻技术为紫外光光刻。所述图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14、图案化抗氧化保护层15的图案为50μm边长的正方形，相邻所述正方形图案中心的间距为150μm，所述正方形图案组成320×320的矩形阵列。

制作阴极基板20：

制作阴极基板20，其具体制作步骤如下：

清洁并吹干所述阴极衬底21；所述阴极衬底21为大面积玻璃。

在所述阴极衬底21上制作阴极电极22；所述阴极电极22为ITO。所述底部阴极电极12的厚度为600nm，其形状为正方形。所述阴极电极22通过荫罩掩膜、真空镀膜技术制备。所述真空镀膜技术为磁控溅射。

在所述阴极电极22上制作整面均匀的生长源薄膜23；所述生长源薄膜23为Zn，所述生长源薄膜23的厚度为1.50μm，所述生长源薄膜23通过荫罩掩膜真空镀膜技术制备。所述真空镀膜技术为真空电子束蒸发。所述生长源薄膜面积为48×48mm。

所述生长源薄膜通过热氧化法在生长源薄膜23上生长纳米线冷阴极电子源24，得到阴极基板20。所述热氧化法生长过程在管式炉中进行，热氧化法过程的升温速率为2.35℃/min。热氧化过程的保温温度范围在470℃，保温时间范围在180min，最后自然冷却至室温即可所得到的纳米线为氧化锌纳米线。

S2.平板X射线源组合：

组合的平板X射线源，其具体制作步骤如下：

所述阳极基板10和所述阴极基板20相对平行设置，所述阳极基板10上的图案化透射阳极靶层朝向所述阴极基板上的纳米线冷阴极电子源，采用所述绝缘隔离体40将所述阳极基板10和所述阴极基板20两者隔离开并固定。所述排气管31放置于所述阴极基板相对高真空区域的外侧，用于抽出所述阳极基板10和所述阴极基板20之间的空气形成高真空区域。所述吸气剂管32放置于所述阴极基板相对高真空区域的外侧，所述吸气剂管32内部含有吸气剂，用于维持所述阳极基板10和所述阴极基板20之间的高真空。

将所述阳极基板10、阴极基板20、排气结构30、绝缘隔离体40组装的平板射线源固定，使用低熔点玻璃粉涂覆平板X射线源器件缝隙并烧结固化。将所述平板X射线源器件安装在排气系统抽真空并封离。

所述基于图案化透射阳极的二极平板X射线源器件采用了图案化的透射阳极。透射阳极的图案采用了边长50μm、中心间距150μm、数量320×320的正方形图案组成的矩形阵列。利用电子束轰击透射阳极靶层产生X射线这一特性，通过所述50μm尺寸的图案化的透射阳极可以直接精确控制X射线光束尺寸，实现可控数量的X射线光束均匀辐射。有效控制了X射线光束的尺寸和数量，通过X射线光束尺寸的精确控制有望提升X射线源的投影成像分辨率。透射阳极靶中图案化面积为总面积的11.11％，经理论计算，预测X射线辐射剂量率约为整面透射阳极结构器件的11.11％，同时间条件下总辐射剂量也约为整面透射阳极结构器件的11.11％。实施例1结构可提升器件的剂量利用率，降低总辐射剂量。

实施例3

实施例3提供一种基于图案化透射阳极的二极平板X射线源器件，所述阳极基板10及图案化的透射阳极阵列与实施例1基本相同，制备方法同实施例1，如图3所示，不同之处在于，阴极基板20采用图案化的薄膜23，生长源薄膜23分为相等面积的三块区域，分别采用边长为20、50、80μm边长的正方形图案，不同尺寸的图案组成的阵列中心间距均为150μm，所述不同尺寸的正方形图案组成320×320的矩形阵列，所述图案化的生长源薄膜23制备出与生长源薄膜图案一致的氧化锌纳米线冷阴极电子源24。

本实施例中阴极生长源薄膜23和氧化锌纳米线冷阴极电子源24采用了图案化的设计，相比较阳极基板10的图案化透射阳极靶层14的边长为50μm的正方形图案，阴极图案化的氧化锌纳米线冷阴极电子源24中一部分边长为20μm的正方形图案尺寸小于图案化透射阳极靶层14的图案尺寸；阴极图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源中一部分边长为50μm的正方形图案尺寸与图案化透射阳极靶层14的图案尺寸相同；阴极图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源中一部分边长为80μm的正方形图案尺寸大于图案化透射阳极靶层14的图案尺寸。但由于电子束轰击透射阳极靶层产生X射线这一特性，阴极基板中的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源的图案尺寸虽然不同，但由于图案化透射阳极靶层的图案尺寸相同，最终在阳极基板10出射的X射线的范围大小是基本相同的。

对于三块不同图案尺寸的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源阵列，其图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源的面积分别约为总面积的1.8％、11.11％、28.44％，但通过所述图案化的透射阳极基板10最终均可实现与阳极透射靶14的50μm正方形图案尺寸相当的X射线光束的均匀辐射。对应三块不同尺寸的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24的透射阳极靶14中图案化面积为总面积的11.11％，经理论计算，对于三块面积比分别为1.8％、11.11％、28.44％的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源，X射线辐射剂量率基本相当，约为整面透射阳极结构器件的11.11％，同时间条件下的总辐射剂量也约为整面透射阳极结构器件的11.11％。实施例2说明透射阳极的图案对器件的剂量率和总辐射剂量起决定性作用。

实施例4

实施例4提供一种图案化透射阳极平板X射线源器件，具体如图4所示，结构和制备方法与实施例1一致，阴极基板20采用图案化的生长源薄膜23，图案化的生长源薄膜23采用边长分别为10μm边长的正方形图案，图案组成的阵列中心间距均为50μm，所述正方形图案组成960×960的矩形阵列，所述图案化的生长源薄膜23制备出与生长源薄膜图案一致的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24。

本实施例的阳极基板10采用了图案化的设计，图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14、图案化抗氧化保护层15均采用图案化制备，透射阳极靶分为三块面积相等的区域，每块区域中的图案分别为边长5、15、25μm的正方形，不同尺寸的图案组成的阵列中心间距均为50μm，所述不同尺寸的正方形图案组成960×960的矩形阵列。

本实施例中阳极基板10中的图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14、图案化抗氧化保护层15均采用图案化设计，相比较阴极基板20的图案化生长源薄膜23和图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24的边长为10μm的正方形图案，阳极透射阳极靶层14图案阵列中一部分边长为5μm的正方形图案尺寸小于图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24的图案尺寸；图案化透射阳极靶层14图案阵列中一部分边长为15μm的正方形图案尺寸大于图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24的图案尺寸；图案化透射阳极靶层14图案阵列中一部分边长为25μm的正方形图案尺寸大于图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24的图案尺寸。但由于电子束轰击透射阳极靶层产生X射线这一特性，图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源的图案尺寸虽然相同，但最终在阳极基板10出射的X射线的范围大小是不相同的。通过所述图案化的透射阳极基板10可以直接实现可精确有效地调整了X射线光束的尺寸和数量。

实施例4中阴极基板20中的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24为10μm边长的正方形图案，图案组成的阵列中心间距均为50μm，图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源的面积分别约为阴极总面积的4％。透射阳极靶14中三块区域的图案面积分别约为总面积的1.0％、9.0％、25.0％，通过所述图案化的透射阳极基板10最终均可实现与阳极透射靶14的三块区域中图案面积相当的X射线光束的均匀辐射。经理论计算，对于面积比为4％的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源，对应透射阳极靶的三块不同图案区域产生的X射线辐射剂量率分别约为整面透射阳极结构器件的1.0％、9.0％、25.0％，同时间条件下的总辐射剂量也约为整面透射阳极结构器件的1.0％、9.0％、25.0％。实施例3说明透射阳极的图案对器件的剂量率和总辐射剂量起决定性作用。

实施例5

实施例5提供一种图案化透射阳极平板X射线源器件，如图5所示，结构和制备方法与实施例1一致，其区别点在于，阴极基板20采用图案化的生长源薄膜23，生长源薄膜23采用直径为5μm边长的圆形图案，图案组成的阵列中心间距均为30μm，所述正方形图案组成1600×1600的矩形阵列，所述图案化的生长源薄膜23制备出与生长源薄膜图案一致的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24。阳极基板采用在所述阳极电极12上制作所述图案化透射阳极过渡层13、图案化透射阳极靶层14、图案化抗氧化保护层15的图案为30μm直径的圆形阵列，相邻所述圆形图案中心的间距为80μm，所述圆形图案组成600×600的矩形阵列。

请参阅图6(a)～(c)，使用制备得到的基于图案化透射阳极的二极平板X射线源器件进行了投影成像测试，测试结果显示线对卡、海马、芯片成像效果清晰，肉眼可分辨的线对卡的对应参数为2.8lp/mm,对应分辨率约为179μm。

请参阅图7，使用制备得到的基于图案化透射阳极的二极平板X射线源器件进行了在43kV阳极电压条件下测试了出射的X射线的能谱。另外，经测试基于图案化透射阳极的二极平板X射线源在50kV阳极电压条件下距离阳极基板20cm处剂量率为27.0μGy/s。

实施例5中图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源的面积分别约为阴极总面积的2.18％。透射阳极靶14的图案面积分别约为总面积的11.04％。经理论计算，对于面积比为2.18％的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源，对应透射阳极靶的产生的X射线辐射剂量率约为整面透射阳极结构器件的11.04％，同时间条件下的总辐射剂量也约为整面透射阳极结构器件的11.04％。

对比例1

对比例1提供了一种X射线源器件，如图8所示，结构和制备方法与实施例1一致，其区别在于，阳极基板10的透射阳极靶层14采用整面的真空镀膜技术制备，阴极基板20采用图案化的生长源薄膜23，生长源薄膜23采用直径分别为5μm的圆形图案，图案组成的阵列中心间距均为30μm，所述圆形图案组成1600×1600的矩形阵列，所述图案化的生长源薄膜23制备出与生长源薄膜图案一致的图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24。

对比例中透射阳极靶层14为整面靶设计，图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24采用图案化阵列设计，电子在电压加速作用下从氧化锌纳米线尖端飞行至透射阳极靶层14的过程中，由于电子具有与电压方向不同的初始出射速度，并且在飞行过程中电子会相互排斥，导致电子轰击在透射阳极靶层14时的范围大于图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24的尺寸5μm，且无法获取具体数值。由于电子束轰击透射阳极靶层产生X射线这一特性，图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源的图案尺寸较小且一致，但最终在阳极基板10出射的X射线的范围大小不同。通过图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源24和正面的透射阳极靶13不能实现X射线光束的尺寸、数量的精确调控。另外，经测试基于图案化透射阳极的二极平板X射线源在距离阳极基板20cm处剂量率为316μGy/s。

很明显，从对比例1和实施例4看，实施例4的剂量率要远低于对比文件1的剂量率。

所述图案化透射阳极靶层的图案相对于图案化氧化锌纳米线冷阴极电子源在X射线出光位置、尺寸调控方面具有明显的优势，相对于带栅极聚焦结构在制备工艺复杂程度方面具有明显优势。通过电子束轰击透射阳极靶层产生X射线这一特性，可将透射阳极靶层设计为任意可加工的尺寸，直接有效地控制X射线的出光范围与尺寸，可直接实现微焦斑和任意图形的X射线辐照。通过的图案化的透射阳极可以直接精确控制得到尺寸更小和数量更多的X射线光束，实现可控数量的X射线光束均匀辐射，可有效调整X射线光束的尺寸和数量。有望通过X射线光束尺寸的缩小进一步提升平板X射线源的投影成像分辨率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，所述阳极基板(10)包括阳极衬底(11)、设置于阳极衬底(11)上的阳极电极(12)，其特征在于，所述阳极电极(12)上依次设置有图案化透射阳极过渡层(13)、图案化透射阳极靶层(14)及图案化抗氧化保护层(15)。

2.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述图案化透射阳极靶层(14)为可对称的图形，其边长或直径为1～500μm，相邻所述图案化透射阳极靶层(14)的间距为所述图案化透射阳极靶层(14)边长或直径的0.1～10倍。

3.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述阳极电极(12)为Cr、Al、Ti、Cu、ITO、IZO、AZO、FTO或LTFO中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述图案化透射阳极靶层(14)为钨、钼、铑、银、铜、金、铬、铝、铌、钽或铼中的一种或多种组合的金属薄膜。

5.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述阳极衬底(11)的厚度为0.1～50mm。

6.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述阳极电极(12)的厚度在0.01～1mm。

7.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述图案化透射阳极过渡层(13)的厚度为20～200nm。

8.根据权利要求1所述的图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板，其特征在于，所述图案化透射阳极靶层(14)的厚度为0.01～1mm。

9.根据权利要求1～8任一项所述图案化透射阳极平板X射线源器件的阳极基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制作阳极基板(10)：

在阳极衬底(11)上制作阳极电极(12)；在所述阳极电极(12)上制作图案化透射阳极过渡层(13)、图案化透射阳极靶层(14)及图案化抗氧化保护层(15)，得到阳极基板(10)。

10.一种图案化透射阳极平板X射线源器件，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的阳极基板(10)、阴极基板(20)、排气结构(30)及绝缘隔离体(40)；所述阳极基板(10)和所述阴极基板(20)相对平行设置，所述绝缘隔离体(40)设置于所述阳极基板(10)和所述阴极基板(20)之间以将两者密封、隔离开形成一个高真空区；

所述阴极基板(20)包括阴极衬底(21)、设置于所述阴极衬底上(21)的阴极电极(22)、设置于所述阴极电极(22)上的生长源薄膜(23)、制作在所述生长源薄膜(23)上的纳米线冷阴极电子源(24)，所述纳米线冷阴极电子源(24)设于所述高真空区内的阴极电极(22)朝向所述阳极基板(10)的一侧；

所述阴极基板(20)的下表面还连接有排气结构(30)。

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