JP2001035427A - Ｘ線源及びその製造方法 - Google Patents

Ｘ線源及びその製造方法

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JP2001035427A JP2000167648A JP2000167648A JP2001035427A JP 2001035427 A JP2001035427 A JP 2001035427A JP 2000167648 A JP2000167648 A JP 2000167648A JP 2000167648 A JP2000167648 A JP 2000167648A JP 2001035427 A JP2001035427 A JP 2001035427A
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Leif Smith
レイフ・スミス
Klas Hjort
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の程度の強さを有するＸ線放射線を発生
させることのできる、治療目的用の極小型の放射線源を
提供すること。 【解決手段】 本発明は、第一の支持部材１０と、第二
の支持部材１２とを備え、上記第一及び第二の支持部材
が、該部材の間にキャビティ１７を形成し、またこれら
の部材が互いに電気的に絶縁されるように共に接続され
たＸ線源に関する。陰極１８及び陽極１９は上記キャビ
ティ１７内で且つ互いに反対側に配置されている。陰極
１８はダイヤモンド又はダイヤモンド状材料で適宜に形
成され、少なくとも１つの尖った要素を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療目的のためＸ
線を発生させること、特に、身体組織の病変部の血管内
治療を行うため、特に、冠状血管の狭窄症及び癌性腫瘍
の治療のための極小型のＸ線源に関する。
【０００２】
【従来の技術】放射線治療法は、癌を含む、幾つかの病
気を治療するための十分に確立した方法である。極小型
のＸ線源が有用であることは明らかである。かかるＸ線
源を血管又は体腔内に挿入すれば、投与した薬剤を小さ
い組織領域に封じ込めることが可能となる。極小型のＸ
線源を備えるカテーテルは、心臓の血管組織を照射する
ために使用することが可能であろう。狭窄症冠状動脈
は、バルーンの拡張により、すなわち、経皮的経管的冠
状血管形成法（ＰＴＣＡ）にて治療されることがしばし
ば生ずる。プラスチック製カテーテルの頂部に設けられ
た小さいバルーンを大腿部動脈内に挿入し、狭窄箇所ま
で血管内を案内し且つ膨張させる。狭窄部分をバルーン
にて押すと、動脈は公称内径まで拡がる。しかしなが
ら、患者の約１／３にて、ＰＴＣＡ法の後、再狭窄症が
生ずる。再狭窄症の発生率を少なくする１つの手段は、
ＰＴＣＡ法と共に、血管壁を局部的に、ガンマー放射線
又はベータ放射線にて治療することである。幾つかの試
験において、カテーテルを備えるガンマー及びベータ線
源からの照射量の約１０乃至５０Ｇｙを吸収するなら
ば、再狭窄症の発生率を減少させることが分かった。
【０００３】放射線源と異なり、本発明が提案するＸ線
源は、電子的に作動、不作動を切り換えることが可能で
ある。更に、その放射線エネルギは、電極間の電圧によ
り提供される。組織中での当該Ｘ線の範囲は、Ｘ線エネ
ルギに依存するから、対応する電極電圧を印加すること
により、最適な範囲を得ることができる。
【０００４】その内容の全体を引用して本明細書に含め
た、当該出願人自身の米国特許出願第０８／８０５，２
９６号（国際出願第９８／３６７９６号に対応）には、
一対の板と、該板の一つに形成された密閉的に密封した
マイクロキャビティと、陰極及び陽極の形態をした一対
の電極であって、少なくとも１つの電極がマイクロキャ
ビティ内に配置され、他方の電極が他方の板内に配置さ
れ、陽極が少なくとも一部分比較的大きい原子量を有す
る金属である、一対の電極と、陰極及び陽極に接続され
た導電性導線とを備える、イオン化電磁放射線の極小型
の供給源が開示されている。
【０００５】上記装置の陰極は、セシウム、バリウム及
びマグネシウムを含む、原子周期律表の第ＩＩ族の金属
の酸化物のような材料から成る尖った先端として提供さ
れることが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】開示された装置は、放
射線源の技術にて著しい改良ではあるものの、特定の短
所を有している。
【０００７】尖った先端の形状とされた陰極であること
を考えるとき、実現可能な電流密度は極めて大きくはな
く、従って、陽極に衝突する電子数は、比較的少なく、
このため、発生されたＸ線の強さは極めて大きくはな
い。治療の状況において、このことは、長時間の治療に
つながり、望ましくないことである。
【０００８】米国特許第５，８５４，８２２号には、低
温の陰極を有するＸ線装置が開示されている。この陰極
は、ダイヤモンド粉末とゲッターとの混合体から成って
おり、回転可能な左右対称の円錐体の全体的な形状をし
ている。この特許は、具体的に、ダイヤモンド粉末系陰
極はダイヤモンドで被覆した陰極よりも優れた性能を発
揮することを開示している。
【０００９】国際出願第９８／４８８９９号には、電子
の放出を制御する目的のため、ゲート電極と共に、Ｍｏ
のような顕微鏡的金属先端を使用することが開示されて
いる。これにより、局部的に高電界が実現される。更
に、十分に短い治療時間を実現するため、固有Ｘ線の透
過性窓部が使用される。ゲート電極を設け且つ固有Ｘ線
の透過性窓部を追加することは、構造体の複雑さを増す
ことになり、このことは、寸法が小さいことを考えるな
らば、取り扱い難く且つ高価なものとなる。特に、ゲー
トの接触及び電気的制御を行うことは難しい。
【００１０】このように、所望の程度の強さを有するＸ
線放射線を発生させることのできる、治療目的用の極小
型の放射線装置が必要とされている。
【００１１】このため、本発明の目的は、上記の条件を
満足させるべく従来技術の装置を改良することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１に
記載した極小型のＸ線放射線源により実現される。
【００１３】これにより、陰極は、ダイヤモンドから成
る層又はダイヤモンド状の構造を有し且つ複数の先端を
呈する炭素系材料から成る層として提供される。該層
は、所望の幾何学的形態を有する適当な基板上に蒸着さ
せることができる。
【００１４】先端は、連続的で且つ覆うダイヤモンドの
多結晶層を蒸着することにより形成することができ、こ
の場合、先端はナノメートルの範囲とし、又は、これら
の先端は、角錐体の形状の先端に対して「テンプレー
ト」を提供し得るように単一の結晶シリコン内にて異方
性エッチングすることにより、ダイヤモンドを凹所内に
蒸着することで形成することができる。一度ダイヤモン
ドが上記凹所内に蒸着されたならば、角錐体がシリコン
基部から外方に伸長するように露出させるのに十分にマ
トリックスシリコンがエッチング除去される。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明を添付図面に関して以下に
説明する。
【００１６】本発明の第一の実施の形態による極小型の
Ｘ線源の原理が図１に概略図的に図示されている。
【００１７】該極小型のＸ線源は、基部要素１０と、絶
縁部材１４を介して該基部要素１０に接続されたカバー
要素１２とを備えている。該基部要素１０は、Ｓｉ又は
他の半導体材料、ガラス、セラミック材料又は金属にて
形成することができ、また、当該基部要素内に形成され
た凹所１６を有している。これにより、上記基部要素１
０とカバー１２との間にキャビティ１７が形成される。
カバーは、例えば、Ｓｉ又はその他の半導体材料、ガラ
ス、セラミック又は金属或いは金属／半導体の組み合わ
せ体にて形成することができる。キャビティは排気され
る。
【００１８】該凹所は、平坦な底部を有し、該凹所の底
部には、ダイヤモンドであるのが好ましい適当な材料の
連続層の形態にて電界放出陰極１８が設けられており、
この陰極１８は、多数の微少先端を有している。カバー
内にて陰極１８と反対側に陽極１９が配置されている。
このため、陽極と陰極との間に適当な大きさの電圧が印
加されるならば、電子が陰極から放出され且つ陽極に向
けて加速される。これらの電子は、電界中にて加速され
且つ陽極に衝突する。電子が衝突したとき、その運動エ
ネルギは熱及び放射、固有放射及び制動放射（Ｂｒｅｈ
ｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ）に変換される。Ｗ、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ｉｒ等のような原子番号の大きい材料で出来た陽極
は、原子番号の小さい元素と比べて、Ｘ線放出体として
より効率的であることが一般に公知である。
【００１９】この実施の形態は、垂直構造と称される。
【００２０】本発明の第二の実施の形態による一つの代
替的な原理が、図２ａに概略図的に示してある。
【００２１】この場合、該装置もまた基部要素２０を備
えている。しかしながら、この場合、基部要素は、絶縁
体であり、その表面に設けられた陰極２２及び陽極２４
の双方を有している。この構造体の頂部には、基部２０
とカバー２６とのサンドイッチ構造を形成し得るように
第二の絶縁体要素２６が設けられている。外周近辺に又
は基部とカバーとの間の端縁に絶縁要素が設けられて、
陽極及び陰極がその内部に配置される封入物を形成する
ことができる。このように、カバーと基部との間にキャ
ビティ２８が形成され、このキャビティは排気される。
陽極と陰極との間に適当な電圧が印加されるならば、電
子は陽極に向けて加速され、この場合、電子の放出方向
は、基部要素の平面に対して平行となる。
【００２２】この実施の形態は、横構造と称する。
【００２３】次に、垂直及び横構造のそれぞれ好ましい
実施の形態に関して、詳細に説明する。
【００２４】図１に図示した実施の形態は、色々な仕方
にて具体化することができる。第一の形態にて、これ
は、基本的に、概略図的に図示した構造を有する装置を
製造することが可能である。
【００２５】しかしながら、基部１０及びカバー１２の
それぞれの材料の厚さのため、主として、カバー材料中
の吸収及び／又は散乱に起因して、強度が不可避的に多
少失われる。このため、治療用放射線の強さを最大する
ため、装置のこの部分を可能な限り薄く形成することが
望ましい。しかしながら、基部及びカバーの材料は、ろ
過目的のためにも都合良く使用することもできる。例え
ば、１０ｋｅＶにて基本的に特徴的なピーク値のみを提
供することを望むと想定する。この場合、その値以下の
制動放射線は、カバー及び／又は基部の厚さ及び／又は
材料を適宜に選択することにより遮断することができ
る。
【００２６】更に、前文部分に記載したように、鋭利な
先端の形態をした単一の陰極は、所望の高強度の放射線
を提供するのに十分な電界放出電流を発生させない。こ
のため、陰極は、複数の微少先端として提供される。こ
れにより、全体の電流密度を増すことができ、従って、
全体のＸ線強度を大きくすることができる。装置、特
に、微少先端を製造する方法について、以下に詳細に説
明する。
【００２７】図３には、基部３０及びカバー３２の要素
の全ての材料が陽極３４及び陰極３６の裏側からそれぞ
れ除去されることが好ましい、一つの代替的な実施の形
態が示してある。これにより、陽極及び陰極は、自己支
持型膜であり、該膜は、同膜を取り巻く堅固なフレーム
構造内に設けられ、該フレームは、基部及びカバーのそ
れぞれの他の部分により形成されることを特徴としてい
る。
【００２８】図４には、図１の実施の形態の変更例が図
示されている。基部要素４０は、図１の要素と同様であ
るが、カバー要素４２には、中央穴が形成されている。
この穴には、蒸着により陽極材料４４が充填されてお
り、又、カバー要素４２の上面の一部分は、陽極材料に
より覆われている。この上側部分は、外部の電源に接続
するための適当な接点面を提供することになる。
【００２９】図５には、一つの代替的な実施の形態が図
示されている。この実施の形態は、基本的に図３の実施
の形態と同一であるが、基部５０及びカバー５２の構造
の全体が除去されており（除去した材料は破線で図
示）、ダイヤモンド膜５４、５６は、それ自体、絶縁材
料５８により分離された基部及びカバーとして機能す
る。勿論、陽極として機能する膜は、上述した原子番号
の大きい適当な金属の層５９が蒸着されている。この実
施の形態は、勿論、図３の実施の形態よりも弱体である
が、他方、この実施の形態はより薄いので利用可能なス
ペースが狭い特定の場合にて好都合であろう。
【００３０】図６には、更に別の実施の形態が図示され
ている。この場合、基部６０とカバー６２のそれぞれの
間に形成されたキャビティは、凹状カバーを提供し且つ
平坦な基部材を取り付けることにより形成され、この形
態は、図１の実施の形態の逆の形態である。
【００３１】図１乃至図６の全ての実施の形態におい
て、陰極は、例えば、ＨＦＣＶＤ（高フィラメント化学
的気相成長法）により蒸着された多結晶質又は非晶質の
ダイヤモンドで出来ている。このことは、装置が機能す
るために必須である、極めて小さいダイヤモンドの鋭利
な先端を多数備える表面構造を提供することになる。陰
極の好ましい組成は、薄膜の形態によるホウ素をドープ
した多結晶質ダイヤモンドである。膜の厚さは、その他
の厚さも可能ではあるが、約２０μｍとし、また、特定
の用途における特定の条件に従って選択することができ
る。
【００３２】陽極もまた、ＨＦＣＶＤにより薄膜の形態
のホウ素をドープした多結晶質ダイヤモンドにて形成さ
れる。しかしながら、陽極の表面には、薄い金属層が蒸
着される。適当な金属は、Ｎｉ及びＣｕであるが、Ｗ、
Ａｕ等のようなその他の金属も採用可能である。
【００３３】図３に矢印にて概略図的に示すように（勿
論、全ての実施の形態について同一の状況が該当する
が）、Ｘ線（固有放射）は、全ての方向に放出され、ダ
イヤモンド膜はＸ線に対して透過性であるため、これら
の膜が強さを失わせることはない。
【００３４】以下に「放射線チップ」と称する、本発明
による組立体の全体は、次のようにして形成することが
できる（図４の実施の形態に関して説明するが、この原
理は全ての実施の形態に当て嵌まる）。
【００３５】シリコンウェハ７０は、絶縁性二酸化珪素
の層７１を提供し得るように酸化される（図７の７
ａ）。リソグラフィ技術により、酸化物の上にマスク
（図示せず）が提供され、また、開口部７２が酸化物を
貫通してシリコンまで下方にエッチング処理される。次
に、陽極材料７３を蒸着することにより、開口部及び上
面を（少なくとも部分的に）覆う（図７の７ｂ）。その
後のステップにおいて、シリコンウェハをマスキング
し、エッチング処理してシリコンの開口部７４を形成
し、上記シリコンウェハを通じて陽極材料を露出させ得
るようにする（図７の７ｃ）。エッチング処理後に残る
シリコンウェハの部分は、完成した組立体内にキャビテ
ィを提供し得るようにスペーサ要素７５として機能す
る。このユニット体は、カバー要素と称される。
【００３６】例えば、シリコンで出来た基部要素７６に
は、多結晶質ダイヤモンド膜７７が設けられ、基部要素
及びカバー要素は、例えば、完成した放射チップを提供
し得るように接着することにより接続される。２つの要
素（基部及びカバー）を接続する前に、例えば、カバー
要素のスペーサ部分７５の底面のような１つの面に排気
通路７８が形成される。このことは、半体部分の間に形
成されたキャビティを排気することを可能にする。好ま
しい負圧レベルは、１０-4乃至１０-9トルの範囲であ
る。次に、通路は、当業者に周知の従来の技術により密
封する。
【００３７】組み立てたユニット体が図７の７ｅに図示
されている。該ユニット体は、基部７６と、多結晶質又
は非結晶質ダイヤモンド７７で出来た陰極と、スペーサ
部分７５と、陽極７３と、排気されたキャビティとを備
えている。排気通路７８は、密封状態で示してある。
【００３８】本発明の第三の変更例において、放射線源
は、図８及び図９に図示した円筒状の幾何学的形態に形
成されている。
【００３９】長手方向断面図である図８において、図示
した放射線源は、ロッド又はワイヤー８０のような薄く
且つ細長い部材を備えている。この部材は、極小の鋭利
な先端を複数有する表面構造体を備える、多結晶質又は
非結晶質のダイヤモンドで出来た薄膜陰極に対する支持
体として機能する。ロッド又はワイヤーの表面の全体を
覆うように図示されているが、薄いダイヤモンド膜は、
表面の一部分のみを覆うようにしてもよい。このこと
は、放出を制御し且つ所望の分配及び強さを正確に実現
するために必要とされ又は望ましいことである。中央に
配置されたロッド又はワイヤーの周りには、円筒状の部
材８２が設けられている。この円筒体は、両端にてカバ
ー要素８４により密閉的に密封され、これらのカバー要
素は、ロッド８０に対する支持部材としても機能する。
この円筒体は、その内面８６がＣｕ又はＮｉのような陽
極材料にて覆われたガラスにて製造することができる
が、Ｗ又はＡｕ等のような材料を使用することも考えら
れる。
【００４０】陽極材料は、例えば、メッシュ状構造体を
蒸着することにより内面の一部分のみを覆うようにする
こともできる。実際上、実際的な金属ネットを製造し、
その金属ネットを円筒体の内壁に近接して円筒体内に挿
入することも考えられる。
【００４１】図９には、中央ロッド９１が陽極材料にて
製造され、円筒体９０の内面９２が陰極を提供し得るよ
うにダイヤモンド膜にて覆われた逆の形態が図示されて
いる。
【００４２】ダイヤモンドは、該ダイヤモンドを本発明
にて使用するのに特に適したものにする極めて有利な性
質を備えている。第一に、ダイヤモンドは仕事関数が小
さい。ダイヤモンドは、非ドープ状態にて極めて優れた
絶縁体であるが、例えば、ホウ素をドープすることによ
り導電性とすることができる。ダイヤモンドは、ガスを
拡散させるための透過性が極めて小さい。この小さい透
過性の性質のため、ダイヤモンドを使用して、上述した
実施の形態の説明に開示したように、組立体の全体を封
入することが考えられる。これにより、優れた性質を有
する密閉的密封効果が得られる。更に、ダイヤモンド
は、優れた熱伝導性を有する。
【００４３】多結晶質又は非結晶質材料の薄膜としてダ
イヤモンドを提供することにより示すように、極めて小
さい鋭利な先端を多数呈する表面を得ることができる。
【００４４】より制御した形状及びより大きい寸法を有
する鋭利な先端を形成することも可能である。これは、
１つの方法に関する以下の説明のようにして実現するこ
とができる（図１０の１０ａ乃至１０ｇ参照）。勿論、
これらの形状を形成する任意の方法が適している。
【００４５】シリコン基板１００は、酸化物層１０１を
提供し得るように酸化させる。酸化物に四角の開口部１
０２を形成する。ＫＯＨ又はその他の異方性腐食液を使
用して、いわゆる、１１１ピット１０３がシリコンに形
成され、次に、マスキング酸化物を除去する。これらの
ピットは、角錐状の幾何学的形態をしている。次に、好
ましくは、ホウ素をドープしたダイヤモンドのようなダ
イヤモンド又はダイヤモンド状材料（多結晶又は非結
晶）をピット１０３を含む表面上に蒸着する。ダイヤモ
ンドを蒸着した後、シリコンを凝集体の反対側からエッ
チング除去して角錐体を露出させ、角錐体が取り巻くシ
リコン基板から僅かに突き出るようにする。図１０の１
０ｆには、最終構造体の斜視図が図示されている。
【００４６】該開口部は、四角である必要はなく、円
形、三角形又は六角形等のような他の形状としてもよ
い。
【００４７】これと代替的に、四角の開口部を形成する
代わりに、矩形又は楕円形の形状といったような大きい
アスペクト比を有する開口部を形成してもよい。上述し
たものと同一の方法を使用する結果、シリコン基板から
突き出す複数の楔形リッジが形成されることとなる。図
１０の１０ａを参照。
【００４８】等方性エッチング法を採用することによ
り、先端の形状は、半球状又は卵形となるように制御す
ることができる。「半球状」という語により、我々は、
ドーム状又はアーチ形の形状を意味するが、必ずしも球
の幾何学的形態に厳密に適合するものではない。この方
策は、当業者に周知であり、従って、更に説明はしない
方法を採用することとなろう。
【００４９】これらの構造体の寸法は、使用するリソグ
ラフィック技術により制御することができる。先端は、
ダイヤモンドを表面の上に直接、蒸着させることにより
製造された先端ほど小さくすることはできないが、他
方、形状は、角錐形の基部に対してμｍ又は十数分の一
μｍ程度といったかなり小さい寸法まで高精度にて制御
することができる。
【００５０】上記に開示した方法により、ダイヤモンド
先端を製造するための「マスター」が製造される。勿
論、「マスター」材料としてシリコンを使用する必要は
なく、その他の材料を使用することも可能である。例え
ば、基板として石英を使用することも考えられ、タング
ステンのような金属も使用可能である。色々な異なる基
板に対し必要とされる加工方法の変更は、当業者の範囲
に属し、これらは、日常的な実験により容易に見出すこ
とができ、従って、本明細書にて更に詳細には開示しな
い。
【００５１】図１１には、例えば、上述した方法により
形成された角錐体の形態をした単一の先端形状の陰極の
みを有する放射チップの一つの実施の形態が図示されて
いる。
【００５２】該放射線チップは、上述した方法を使用し
て角錐形のダイヤモンド先端１１２が設けられた基部材
１１０を備えている。特に、この方法、すなわち、マイ
クロ機械的／マイクロ電子的技術を採用する方法は、所
望の構造体を多量に且つ高精度にて製造することを可能
にする。しかしながら、この構造体は、ダイヤモンド先
端が基部材の凹所１１４内で自己支持される点にて図１
０の１０ｇに図示した構造体と僅かに相違している。該
凹所は、該凹所を形成することを目的としない基部材の
部分をマスキングせずに、材料をダイヤモンドまで全て
エッチング除去することにより形成したものである。ダ
イヤモンド先端１１２を外部電源に接合するため、基部
材の表面は導電層１１６を形成し得るように金属で覆っ
てある。この層は、電気導線（図示せず）に対する接点
面を提供すべく使用することができる。
【００５３】例えば、シリコンのような基板１２０を提
供し、その表面にダイヤモンド膜１２２を蒸着すること
により別個のカバー部材１１８が形成され、ダイヤモン
ド膜の上には、適当な陽極材料を薄い層１２４として蒸
着することができる。最後に、陽極材料の上に絶縁材料
層１２５を蒸着する。次に、適当にマスキングし且つシ
リコン部分１２０をエッチングすることにより開口部１
２６が形成され、対応する開口部１２８は、絶縁材料に
形成される。次に、カバー部材１１８及び基部材１１０
を接続して図１１に図示した集合体を形成する。適当な
接続方法は、接着剤を使用し又は陽極接着を使用するこ
とである。
【００５４】図１２には、本発明による放射線源の更に
別の実施の形態が概略図的に図示されている。この実施
の形態は、１つの単一陰極１５２と共に作用する二重陽
極構造体１５０、１５１を備えている。該陰極は、図面
に図示するように自己支持型ダイヤモンド膜１５２とす
ることができる。キャビティを膜の両側部に形成するこ
とを可能にし得るように膜１５２を取り巻くスペーサ部
材１５４、１５５が設けられる。これらのキャビティ
は、陽極１５７、１５８を備えるカバー部材１５０、１
５１を提供することにより完成される。
【００５５】本発明によるダイヤモンド陰極の機能を確
認するため、異なる材料に対し一連の試験を行った。
【００５６】陰極の製造 比較のための単一のタングステン先端と、シリコン先端
アレーと、本発明による２つの型式の多結晶ダイヤモン
ド陰極という４つの型式の陰極を製造した。
【００５７】タングステン陰極は、０．５ｍｍのロッド
を４０ｇ／ｌＮａＯＨ内にて電気化学的にエッチングす
ることにより（２０Ｖac内にて）製造した。約２μｍの
先端半径が得られた。
【００５８】シリコン先端アレーは、標準的なリソグラ
フィック技術により画成し、ＨＦ：ＨＮＯ3：ＨＡｃ
（１：３：８）内で湿潤エッチング処理した。使用した
シリコン（１００）は、ｎ型であり且つ顕著にドープ
（＜０．００５Ωｃｍ）したものとした。
【００５９】ダイヤモンドは熱フィラメント化学的気相
成長技術（ＨＦＣＶＤ）を使用して成長させた。成長状
態は次の通りとした：１５０ｓｃｃｍＨ2及び１．５ｓ
ｃｃｍＣＨ4ガスの混合体とし、基板の温度は約９００
℃とし、チャンバ圧力は５０ミリバールとした。基板
は、ダイヤモンド核の形成を促進し得るように１０分
間、Ｃ2Ｈ5ＯＨ内でダイヤモンド種に対して超音波振動
にて前処理した。蒸着中、基板の温度を熱電対にて監視
した。基板から５ｍｍの距離にて厚さ１ｍｍのタングス
テンワイヤーをフィラメントとして使用した。蒸着速度
は約１μｍ／時とした。形成される厚さ２０μｍのダイ
ヤモンド膜は、グレーンサイズ約５μｍの多結晶であっ
た。
【００６０】ダイヤモンド膜陰極は、ＷＣ／Ｃｏ合金試
料上のドープした多結晶ダイヤモンド膜から成ってい
る。
【００６１】ダイヤモンド先端陰極は、形成したシリコ
ン基板の上にホウ素をドープしたダイヤモンドを蒸着す
ることにより製造した。蒸着する前、角錐状ピットを７
００ｇ／ｌＫＯＨ（８０℃）を使用してシリコン基板内
でエッチングした。蒸着した後、シリコンＨＦ：ＨＮＯ
3（３：７）内で犠牲的にエッチング除去し、ダイヤモ
ンド角錐体が残るようにした。ダイヤモンドの導電率
は、４点プローブを使用して測定したとき、約０．０５
０Ωｃｍであった。
【００６２】電界の放出実験 陰極は、陽極として銀板又は金針を使用してダイオード
の形態にて組み立てた。雲母シートを使用し又は陰極を
マイクロメータのねじに取り付けることにより十分に画
成された陰極−陽極の距離が得られた。回路中に電流制
限抵抗器を含めた。放出電流を測定し、この放出電流
は、ファウラー−ノルデハイム（Ｆｏｗｌｅｒ Ｎｏｒ
ｄｈｅｉｍ）のプロットにより電界放出分から生じるこ
とが分かった。
【００６３】タングステン及びシリコン陰極は、放出電
流が大きく変動することが分かった。更に、その先端
は、使用中に劣化した。
【００６４】最高で且つ最も安定的な放出電流はダイヤ
モンド陰極にて達成された。これらの実験は、約５・１
０-8トルの圧力にて行った。低放出電流時、その変動率
は約±３０％であったが、より高電流の場合、約±３％
以下であった。電圧は、再現可能な電流と共に連続的に
数回、増加させたり低下させた。
【００６５】実験例 実験例１ 図１に開示された構造体は、５ｋｅＶの加速電圧にて励
起し、１００ｐＡの電界放出電流を発生させるようにし
た。
【００６６】制動放射線及び固有Ｘ線の双方が検出され
た。ＡＣｕＬのピーク値が判明した。
【００６７】Ｘ線検出実験用にダイヤモンド陰極を選択
した。これらの実験は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で
７・１０-6トルの圧力にて行った。陽極内で発生された
放射線は、ＳＥＭのエネルギ分散型Ｘ線分光測定（ＥＤ
Ｓ）検出器により検出した。陽極内へのＸ線の吸収を最
小にし得るように陽極の楔形又はテーパー付きの幾何学
的形態を選択した。
【００６８】実験例２ ダイヤモンド膜陰極を使用して、陽極を陰極から１００
乃至２００μｍの距離に配置した。１０００秒の間、ス
ペクトルを収集し、この時間の間、放出電流は顕著に減
少した。制動放射線、及び固有放射線のピーク値の双方
はスペクトル内で視認可能である。
【００６９】実験例３ ダイヤモンド先端陰極を使用して、陽極を３５０μｍ
（銅）又は３００μｍ（金）の距離に配置した。１００
０秒の間、Ｘ線スペクトルを収集した。捕獲する間、放
出電流は顕著に変動した。
【００７０】上記に開示した放射線チップは、冠状動脈
のような細い血管の放射線治療、特に、狭窄症及び最狭
窄症の治療への使用に適している。これにより、チップ
はガイドワイヤー又はカテーテルの末端に取り付けら
れ、該ガイドワイヤー又はカテーテルを体内に挿入し且
つ操作して病変部に達するようにする。通常、この型式
の装置は使い捨て型である。
【図面の簡単な説明】
【図１】１ａは、本発明の第一の実施の形態の図であ
る。
【図２】２ａは、本発明の第二の実施の形態の図であ
る。
【図３】図１ａの実施の形態の一つの代替的な実施の形
態の図である。
【図４】第一の実施の形態の別の変形例を示す図であ
る。
【図５】第一の実施の形態の更なる別の変形例を示す図
である。
【図６】第一の実施の形態の更に別の変形例を示す図で
ある。
【図７】７ａは、図４の実施の形態を製造する製造ステ
ップの工程を示す図である。７ｂは、図７ａの製造ステ
ップの別の工程の図である。７ｃは、図７ａの製造ステ
ップの別の工程の図である。７ｄは、図７ａの製造ステ
ップの別の工程の図である。７ｅは、図７ａの製造ステ
ップの別の工程の図である。
【図８】本発明による装置の円筒状の変更例の断面図で
ある。
【図９】図８の実施の形態の変形例の図である。
【図１０】１０ａは、鋭利な陰極の製造を示す図であ
る。１０ｂは、鋭利な陰極の製造を示す図である。１０
ｃは、鋭利な陰極の製造を示す図である。１０ｄは、鋭
利な陰極の製造を示す図である。１０ｅは、鋭利な陰極
の製造を示す図である。１０ｆは、鋭利な陰極の製造を
示す図である。
【図１１】単一の鋭利な陰極を備える一つの実施の形態
の図である。
【図１２】本発明による放射線源の更に別の実施の形態
が概略図である。
【符号の説明】
１０ 基部要素 １２ カバー要素 １４ 絶縁部材 １６ 凹所 １７ キャビティ １８ 電界放出陰極 １９ 陽極 ２０ 基部要素 ２２ 陰極 ２４ 陽極 ２６ カバー／第二の絶縁体要素 ２８ キャビティ ３０ 基部 ３２ カバー ３４ 陽極 ３６ 陰極 ４０ 基部要素 ４２ カバー要素 ４４ 陽極材料 ５０ 基部 ５２ カバー ５４、５６ ダイヤ
モンド膜 ５８ 絶縁材料 ５９ 金属の層 ６０ 基部 ６２ カバー ７０ シリコンウェハ ７１ 絶縁性酸化シ
リコンの層 ７２ 開口部 ７３ 陽極材料 ７４ シリコンの開口部 ７５ スペーサ要素 ７６ 基部要素 ７７ ダイヤモンド
膜 ７８ 排気通路 ８０ ロッド又はワ
イヤー ８２ 円筒状の部材 ８４ カバー要素 ８６ 円筒体の内面 ９０ 円筒体 ９１ 中央ロッド ９２ 円筒体の内面 １００ シリコン基板 １０１ 酸化物層 １０２ 開口部 １０３ １１１ピッ
ト １１０ 基部材 １１２ ダイヤモン
ド先端 １１４ 基部材の凹所 １１６ 導電層 １１８ カバー部材 １２０ 基板 １２２ ダイヤモンド膜 １２４ 陽極材料の
層 １２５ 絶縁材料層 １２６、１２８ 開
口部 １５０、１５１ 二重陽極構造体／カバー部材 １５２ 単一陰極／ダイヤモンド膜 １５４、１５５ スペーサ部材 １５７、１５８ 陽
極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｄ Ｒ (72)発明者 ラルス・テネルズ スウェーデン国 756 46 ウプサラ，ビ ョルクハグスガタン 24 (72)発明者 レイフ・スミス スウェーデン国 756 45 ウプサラ，マ ルマ・スコグスヴェイグ 11 (72)発明者 クラス・ヒョルト スウェーデン国 752 37 ウプサラ，ソ ルダテムスヴェーイェン １

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陽極と、陰極とを備えるＸ線源におい
    て、該陰極が、多結晶質ダイヤモンド、ダイヤモンド状
    材料、非結晶質のダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素
    から成る群から選択された電子放出材料の均質層を備
    え、該電子放出材料の複数の尖った要素を備える、Ｘ線
    源。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のＸ線源において、 陰極用の第一の支持部材と、陽極用の第二の支持部材と
    を更に備え、該第一及び第二の支持部材が、該部材の間
    に負圧キャビティを形成し得るように且つ該第一及び第
    二の支持部材が互いに電気的に絶縁されるように結合さ
    れ、 前記陰極及び陽極が、前記負圧キャビティ内で且つ互い
    に正反対に配置される、Ｘ線源。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のＸ線源において、前記
    第一及び第二の支持部材が基本的に板形状部材である、
    Ｘ線源。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載のＸ線源において、前記
    負圧キャビティを形成し得るように第一及び第二の支持
    部材の間にスペーサ要素が提供される、Ｘ線源。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載のＸ線源において、１つ
    の支持部材が前記負圧キャビティを形成し得るようにそ
    の表面に形成された凹所を有する、Ｘ線源。
  6. 【請求項６】 請求項２に記載のＸ線源において、前記
    尖った要素が実質的に角錐状の形状を有する、Ｘ線源。
  7. 【請求項７】 請求項２に記載のＸ線源において、前記
    尖った要素が実質的に細長い楔状の形状を有する、Ｘ線
    源。
  8. 【請求項８】 請求項２に記載のＸ線源において、前記
    支持部材の少なくとも１つがダイヤモンドから成ってお
    り、自己支持型膜を形成する、Ｘ線源。
  9. 【請求項９】 請求項２に記載のＸ線源において、支持
    部材の少なくとも一方の部材の材料及び厚さが不所望な
    エネルギの放射線を遮断するろ過機能を提供し得るよう
    に選択される、Ｘ線源。
  10. 【請求項１０】 請求項２に記載のＸ線源において、第
    一の支持部材が実質的にロッド形状の電子放出材料の均
    質な層を有し、前記第二の支持部材が円筒状であり且つ
    第一の支持部材を同心状に包み込む陽極材料を有する、
    Ｘ線源。
  11. 【請求項１１】 請求項２に記載のＸ線源において、第
    二の支持部材が実質的にロッド形状の陽極材料を有し、
    前記第一の支持部材が円筒状であり且つ第一の支持部材
    を同心状に包み込む電子放出材料を有する、Ｘ線源。
  12. 【請求項１２】 陽極と、陰極とを有し、陰極が電子放
    出材料から成るＸ線源の製造方法において、前記電子放
    出材料を複数の尖った要素を有する均質層として提供す
    るステップを備え、前記電子放出材料が、多結晶質ダイ
    ヤモンド、ダイヤモンド状材料、非結晶質ダイヤモンド
    及びダイヤモンド状炭素又はその組み合わせから成る群
    から選択された要素から成る、方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の方法において、電
    子放出材料の前記均質な層を多結晶膜として蒸着するこ
    とと、極めて多数の尖った先端を提供することとを備え
    る、方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の方法において、電
    子放出材料の層が、尖った突出部を備え、 エッチング可能な基板を提供するステップと、 開口部が形成されたマスクを有し、該突出部の寸法及び
    形状を画成する、前記突出部に対するテンプレートを該
    エッチング可能な基板の上に提供するステップと、 前記開口部により露出された材料を異方性的にエッチン
    グ除去して、角錐体の形状の凹所を形成するステップ
    と、 前記電子放出材料を蒸着し且つこれにより凹所を充填す
    るステップと、 基板を除去するステップと、により形成される、方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１２に記載の方法において、電
    子放出材料の層が、尖った突出部を備え、 エッチング可能な基板を提供するステップと、 開口部が形成されたマスクを有し、該突出部の寸法及び
    形状を画成する、該突出部に対するテンプレートを該エ
    ッチング可能な基板の上に提供するステップと、 前記開口部により露出された材料を等方性的にエッチン
    グ除去して、半球状の形状の凹所を形成するステップ
    と、 前記電子放出材料を蒸着し且つこれにより凹所を充填す
    るステップと、及び基板を除去するステップと、により
    形成される、方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１２に記載の方法において、電
    子放出材料の均質な層が化学的又は物理的成長法により
    蒸着される、方法。
  17. 【請求項１７】 Ｘ線源用の陰極の製造方法において、 多結晶質ダイヤモンド、ダイヤモンド状材料、非結晶質
    ダイヤモンド及びダイヤモンド状炭素から成る群から選
    択された電子放出材料の均質な層を基板の上に蒸着する
    ことを備える、製造方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の方法において、自
    己支持型膜を形成し得るように基板をエッチング除去す
    ることを更に備える、方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１３に記載の方法において、電
    子放出材料の均質な層がＨＦＣＶＤにより蒸着される、
    方法。
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