JP2021089892A - Ｘ線チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧でも安定的に駆動するＸ線チューブの構造を提供する。
【解決手段】本発明の概念に係るＸ線チューブはカソード電極、前記カソード電極と垂直に離隔するアノード電極、前記カソード電極上のエミッタ、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置し、前記エミッタと対応される位置に開口部を含むゲート電極、及び前記ゲート電極とアノード電極との間に提供されるスペーサー（Ｓｐａｃｅｒ）を含む。前記スペーサーは絶縁体及び前記絶縁体内にドーピングされた伝導性ドーパントを含む。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明はＸ線チューブに係る。

Ｘ線チューブは真空容器の内部で電子を発生させ、電子を高電圧が印加されたアノード電極方向に加速させてアノード電極上の金属ターゲットに衝突させることによって、Ｘ線を発生させる。この時、アノード電極とカソード電極との間の電圧差が電子を加速する加速電圧として定義される。Ｘ線チューブの用度に応じて、数乃至数百ｋＶの加速電圧で電子を加速する。アノード電極とカソード電極との間にはゲート電極等が提供される。

米国特許公開第２０１６／００８６７６１号明細書 米国特許第７，２３６，５６８号公報

本発明で解決しようとする課題は高電圧でも安定的に駆動するＸ線チューブの構造を提供することにある。

本発明の概念に係るＸ線チューブはカソード電極、前記カソード電極と垂直に離隔するアノード電極、前記カソード電極上のエミッタ、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置し、前記エミッタと対応される位置に開口部を含むゲート電極、及び前記ゲート電極とアノード電極との間に提供されるスペーサー（Ｓｐａｃｅｒ）を含み、前記スペーサーは絶縁体及び前記絶縁体内にドーピングされた伝導性ドーパントを含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記スペーサーは１０^９Ω・ｃｍ以上１０^１３Ω・ｃｍ未満の体積抵抗率（Ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を有することができる。

一部の実施形態によれば、前記絶縁体は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含み、前記伝導性ドーパントは二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記スペーサーは１．６４ｗｔ％超過２．４４ｗｔ％未満の前記伝導性ドーパントを含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記絶縁体は１０^１３Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する第１金属酸化物を含み、前記伝導性ドーパントは１０^８Ω・ｃｍ以下の比抵抗を有する第２金属酸化物を含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記アノード電極に印加される電圧は７０ｋＶ以上である。

一部の実施形態によれば、前記ゲート電極は前記アノード電極に向かって延長される突出部をさらに含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記スペーサーは１．６４ｗｔ％超過２．４４ｗｔ％未満のチタニウム酸化物（Ｔｉ_ｘＯ_ｙ、ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜３）を含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記スペーサーは９３ｗｔ％乃至９６ｗｔ％のアルミニウム酸化物を含むことができる。

本発明の概念に係るＸ線チューブはカソード電極、前記カソード電極と垂直に離隔するアノード電極、前記アノード電極の一面上に配置されるターゲット、前記アノード電極の一面は前記カソード電極と対向し、前記カソード電極上のエミッタ、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置し、前記エミッタと対応される位置に開口部を含むゲート電極、及び前記ゲート電極とアノード電極との間に提供されるスペーサー（Ｓｐａｃｅｒ）を含み、前記スペーサーは前記ゲート電極及び前記アノード電極の間で第１領域及び第２領域及びこれらの間の第３領域を含み、前記第１領域は前記ゲート電極と隣接し、前記第２領域は前記アノード電極と隣接し、前記第１領域乃至前記第３領域は絶縁体を含み、前記第１領域及び第２領域は前記絶縁体内にドーピングされた伝導性ドーパントをさらに含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記第１領域の体積抵抗率及び前記第２領域の体積抵抗率は、前記第３領域の体積抵抗率より小さいことができる。

一部の実施形態によれば、前記第１領域及び前記第２領域の体積抵抗率は１０^６Ω・ｃｍ以上１０^９Ω・ｃｍ未満であり、前記第３領域は１０^１３Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有することができる。

一部の実施形態によれば、前記第１領域及び前記第２領域は３ｗｔ％以上の伝導性ドーパントを含むことができる。

一部の実施形態によれば、前記第３領域は絶縁体内の伝導性ドーパントを含み、前記第１領域は前記カソード電極から前記アノード電極に向かう第１の方向に沿って、前記伝導性ドーパントの濃度が減少し、前記第２領域は前記第１の方向に沿って、前記伝導性ドーパントの濃度が増加し、前記第３領域は前記第１の方向に沿って、前記伝導性ドーパントの濃度が徐々に減少し、その次に徐々に増加することができる。

一部の実施形態によれば、前記第１領域の前記カソード電極から前記アノード電極に向かう第１の方向に沿う第１長さ及び前記第２領域の前記第１の方向第２長さの各々は前記第３領域の前記第１の方向第３長さより小さいことができる。

一部の実施形態によれば、前記第１領域の体積及び前記第２領域の体積の和は前記第３領域の体積の和より小さいことができる。

一部の実施形態によれば、前記第１領域の最上部のレベルは前記ゲート電極の最上部のレベルより高く、前記第２領域の最下部のレベルは前記アノード電極の最下部のレベルより低い。

一部の実施形態によれば、前記ゲート電極及び前記アノード電極の間の少なくとも１つの集束電極をさらに含み、前記第１領域の最上部のレベルは前記集束電極の中で最上部のレベルより高い。

本発明の概念に係るＸ線チューブは絶縁体及び前記絶縁体内に一定比率にドーピングされた伝導性ドーパントを含むことによって、高電圧でも安定的に駆動が可能である。

図１Ａは本発明の概念に係るＸ線チューブの構造を示す断面図である。 図１Ｂは一部の実施形態に係るＸ線チューブの構造を示す断面図である。 図２は比較例によるＸ線チューブを示す断面図である。 図３は一部の実施形態に係るＸ線チューブを示す断面図である。 図４Ａは一部の実施形態に係るＸ線チューブを示す断面図である。 図４Ｂは一部の実施形態に係るＸ線チューブを示す断面図である。 図５は一部の実施形態に係るＸ線チューブを示した断面図である。 図６は比較例１によるＸ線チューブの印加電圧に応じる放出電流を示したグラフである。 図７は比較例２及び比較例３にＸ線チューブの印加電圧に応じる第２スペーサーを流れる電流を示したグラフである。 図８Ａは実験例１のＸ線チューブの印加電圧に応じる放出電流を示したグラフである。 図８Ｂは実験例１のＸ線チューブの印加電圧に応じる放出電流を示したグラフである。 図９は実験例１及び実験例２のＸ線チューブの印加電圧に応じる第２スペーサーを流れる電流を示したグラフである。

本発明の構成及び効果を十分に理解するために、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されることではなく、さまざまな形態に具現されることができ、多様な変更を加えることができる。単なる、本実施形態の説明を通じて本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されているものである。添付された図面で構成要素は説明の便宜のためにそのサイズが実際より拡大して示したことであり、各構成要素の比率は誇張されるか、或いは縮小されることができる。

また、本発明の実施形態で使用される用語は異なりに定義されない限り、該当技術分野で通常の知識を有する者に通常的に公知された意味として解釈されることができる。以下、添付した図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１Ａは本発明の一実施形態に係るＸ線チューブを示す断面図である。

図１Ａを参照すれば、本発明の一実施形態に係るＸ線チューブ１１００はカソード電極１１、エミッタ１２、アノード電極１４、ターゲット１５、ゲート電極１３、第１スペーサーＳＰ１、及び第２スペーサーＳＰ２を含むことができる。

カソード電極１１及びアノード電極１４は互いに対向するように位置し、第１の方向Ｄ１に沿って離隔することができる。本明細書で第１の方向Ｄ１はカソード電極１１の上面と垂直になる方向を示す。又は第１の方向Ｄ１はカソード電極１１からアノード電極１４に向かう方向を称する。第２方向Ｄ２はカソード電極１１の上面と平行である方向を示す。

カソード電極１１、アノード電極１４、及びゲート電極１３は外部電源（図示せず）と電気的に連結されることができる。例えば、カソード電極１１には正電圧又は負電圧が印加されるか，或いは接地電源と連結されることができる。アノード電極１４及びゲート電極１３にはカソード電極１１よりさらに高い電位を有する電圧が印加されることができる。

アノード電極１４、カソード電極１１、及びゲート電極１３は伝導性物質を含むことができ、一例として伝導性物質は銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びモリブデン（Ｍｏ）等の金属物質を含むことができる。アノード電極１４は一方向に回転する回転型アノード電極又は固定型アノード電極である。

ゲート電極１３はエミッタ１２及びアノード電極１４の間に位置することができる。ゲート電極１３はアノード電極１４よりエミッタ１２に隣接するように配置されることができる。ゲート電極１３はカソード電極１１の上部に位置し、エミッタ１２と対応される位置に開口部ＯＰを含むことができる。カソード電極１１上に複数のエミッタが形成される場合、ゲート電極１３は複数の開口部ＯＰを含むことができる。一例として、ゲート電極１３はメッシュ形状を有することができる。

エミッタ１２は、一例として炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）を含むことができる。エミッタ１２はドットアレイ（Ｄｏｔ ａｒｒａｙ）形状に配列されるか、或いは炭素ナノチューブがねじることによって形成されたヤン（ｙａｒｎ）の形状を有することができる。

アノード電極１４の下部にはターゲット１５が提供されることができる。ターゲット１５の下部面、即ちカソード電極１１と対向する表面１５Ｓは傾斜されることができる。ターゲット１５は、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）の中で少なくともいずれか１つを含むことができる。

エミッタ１２から放出された電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）は真空状態で発生及び加速されることができる。エミッタ１２から放出された電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）はゲート電極１３の開口部ＯＰを通過してターゲット１５に集束されることができる。電子ビームはターゲット１５に衝突してＸ線（ｘ−ｒａｙ）を発生させる。

真空状態を作るために、Ｘ線チューブ１０００は完全に密封された状態に製作されることができる。又は製作される方法に応じて、Ｘ線チューブ１０００は外部に連結された真空ポンプ（図示せず）を通じてその内部が真空状態になることができる。

第１スペーサーＳＰ１及び第２スペーサーＳＰ２は各々のチューブ（ｔｕｂｅ）形状を有することができる。第１スペーサーＳＰ１はカソード電極１１及びゲート電極１３の間に介在されることができる。第２スペーサーＳＰ２はゲート電極１３及びアノード電極１４の間に介在されることができる。

第１スペーサーＳＰ１及び第２スペーサーＳＰ２は真空状態でも強固な材質を含むことができる。第１スペーサーＳＰ１は後述する高抵抗絶縁体、中抵抗絶縁体、及び低抵抗絶縁体の中でいずれか１つを含むことができる。一例として、第１スペーサーＳＰ１は中抵抗絶縁体１６Ｍを含むことができる。

第２スペーサーＳＰ２は中抵抗絶縁体１６Ｍを含むことができる。本明細書で低抵抗絶縁体、中抵抗絶縁体、高抵抗絶縁体は体積抵抗率（Ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）（又は比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ））のサイズに応じて定義される。

低抵抗絶縁体は１０^６Ω・ｃｍ以上１０^９Ω・ｃｍ未満の比抵抗を有する物質、中抵抗絶縁体は１０^９Ω・ｃｍ以上１０^１３Ω・ｃｃｍ未満の比抵抗を有するは物質、高抵抗絶縁体は１０^１３Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する物質として定義される。

第２スペーサーＳＰ２は絶縁体と前記絶縁体内に分散された伝導性ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を含むことができる。伝導性ドーパントは前記絶縁体内で均一に分布されていることができる。第２スペーサーＳＰ２の中抵抗絶縁体１６Ｍの特性は絶縁体に伝導性ドーパントが一定比率にドーピングされることによって形成されることができる。一例として、第２スペーサーＳＰ２内で絶縁体は９４ｗｔ％乃至９８ｗｔ％である。第２スペーサーＳＰ２内で伝導性ドーパントの量は１．６４ｗｔ％乃至２．４４ｗｔ％である。第２スペーサーＳＰ２は添加剤及びその他の不純物をさらに含むことができる。第２スペーサーＳＰ２内で添加剤の量の総和は１ｗｔ％乃至４ｗｔ％である。第２スペーサーＳＰ２内で不純物の量の総和は２ｗｔ％未満である。

絶縁体は第１金属酸化物を含み、伝導性ドーパントは第２金属酸化物を含むことができる。第２金属酸化物の比抵抗は第１金属酸化物の比抵抗より小さいことができる。一例として、第１金属酸化物は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むことができ、第２金属酸化物はチタニウム酸化物（Ｔｉ_ｘＯ_ｙ、ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜３）を含むことができる。一例として、第２金属酸化物はＴｉＯ_２、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯの中で少なくともいずれか１つを含むことができる。他の一例として、第２金属酸化物は酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を含むことができる。

添加剤はシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）及び二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）のように、第２スペーサーＳＰ２の剛性を増加させ、後述するブレイジング工程の時の電極との接着力を増加させる物質を含むことができる。不純物は炭素及びその他の酸化物を含むことができる。

酸化アルミニウムの比抵抗は１０^１４Ω・ｃｍであり、二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の比抵抗は〜１０^９Ω・ｃｍである。Ｔｉ_２Ｏ_３の比抵抗は〜１０−１Ω・ｃｍであり、ＴｉＯの比抵抗は〜１０^−４Ω・ｃｍである。

エミッタ１２から放出された電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）の一部の電子はゲート電極１３と衝突して散乱されることができる。前記散乱された電子は第２スペーサーＳＰ２と衝突することができる。電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）の一部の電子は正常の軌道で外れて第２スペーサーＳＰ２と衝突することができる。

高電圧条件で、三重点（ｔｒｉｐｌｅ ｐｏｉｎｔ）Ｐ１で電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）以外の電子が放出されることができる。三重点Ｐ１は真空、ゲート電極１３の金属、第２スペーサーＳＰ２の絶縁体が出会う点であって、電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）が強く印加され、金属から電子が放出されることができる。前記放出された電子は第２スペーサーＳＰ２と衝突することができる。

本発明の概念によれば、電子が第２スペーサーＳＰ２と衝突しても、中抵抗絶縁体１６Ｍは高電圧条件で一定水準の低い導電性を有することによって、衝突の後、別の２次電子を発生させない。電子は第２スペーサーＳＰ２を通じてアノード電極１４に向かって移動することができる。

本発明の概念に係る第２スペーサーＳＰ２は以下のような方法を通じて形成される。一例として、添加剤が含まれた酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）絶縁体の総量を基準にして、２ｗｔ％超過２．５ｗｔ％未満の二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を添加して焼結することができる。水素気体の雰囲気で、高温の熱処理をすることによって、第２スペーサーＳＰ２の比抵抗を下げることができる。二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の少なくとも一部は水素気体の雰囲気で還元されてＴｉ_２Ｏ_３及び／又はＴｉＯを形成することができる。

下の表１は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）ドーパントを４ｗｔ％添加した場合の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）絶縁体の電気的特性及びこれを水素気体の雰囲気で、１３００℃の温度条件で３０分間に熱処理した後の電気的特性を示した。

前記表１を参照すれば、絶縁体にドーパントを添加する場合、体積抵抗が減少し、その後、水素雰囲気で熱処理する場合、体積抵抗がさらに減少することが分かることができる。追加的に、第２スペーサーＳＰ２のアノード電極１４と接触する部分、及びゲート電極１３と接触する部分にメタライジング（Ｍｅｔａｌｌｉｚｉｎｇ）工程が行われることができる。メタライジング工程を通じて真空状態で第２スペーサーＳＰ２とアノード電極１４及びゲート電極１３の接着力が増加することができる（ブレイジング接合）。

（実施形態２）
図１Ｂは一部の実施形態に係るＸ線チューブの構造を示す断面図である。以下では説明することを除けば、図１Ａで説明したものと同一であるので、詳細な説明を省略する。

図１Ｂを参照すれば、ゲート電極１３は開口部ＯＰの周辺でアノード電極１４に向かって突出された突出部１３Ｕをさらに含むことができる。突出部１３Ｕは第２スペーサーＳＰ２と第２方向Ｄ２に沿って離隔されることができる。突出部１３Ｕは開口部ＯＰを通過した電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）がターゲットに向くように電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）を集束する役割をすることができる。

高電圧条件で、突出部１３Ｕのエッジ（ｅｄｇｅ）Ｐ２で電界が強く印加されることによって、電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）以外の電子が放出されることができる。放出された電子は第２スペーサーＳＰ２と衝突することができる。衝突の後、別の２次電子を発生させなく、電子はアノード電極１４に向かって移動することができる。

（比較例）
図２は比較例によるＸ線チューブを示す断面図である。

比較例によるＸ線チューブ２０００は高抵抗絶縁体１６Ｈで構成された第２スペーサーＳＰ２を含むことができる。高抵抗絶縁体１６Ｈは伝導性ドーパントを含まない。既存の発明の場合、７０ｋＶ以上の高い加速電圧（アノード電極とカソード電極との間の電圧差）でも安定的な駆動のために、既存の第２スペーサーＳＰ２は高抵抗絶縁体１６Ｈを使用するのが一般的である。

散乱電子、正常軌道から外れた電子、三重点Ｐ１から放出された電子は第２スペーサーＳＰ２と衝突することができる。衝突によって２次電子が発生され、第２スペーサーＳＰ２は正電荷に帯電（ｅｘ：チャージング（ｃｈａｒｇｉｎｇ）現象）され、アーク（ａｒｃ）が発生する危険があった。

再び図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、本発明に係るＸ線チューブ１１００、１２００は第２スペーサーＳＰ２が中抵抗絶縁体１６Ｍを含むことによって、電子との衝突にも拘らず、２次電子を発生させなく、電子をアノード電極１４方向に移動させることができる。また、中抵抗絶縁体１６Ｍは三重点Ｐ１の付近での電界の強さを減少させ、三重点Ｐ１での電子放出を減少させることができる。したがって、本発明の概念に係るＸ線チューブは高電圧状態でも安定的に駆動するようになることによって、信頼性が向上されることができる。

（実施形態３）
図３は一部の実施形態に係るＸ線チューブを示す断面図である。以下では説明することを除けば、図１Ａで説明したものと同一であるので、詳細な説明を省略する。

図３を参照すれば、一部の実施形態に係るＸ線チューブ１３００は少なくとも１つの集束電極１７（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）をさらに含むことができる。

集束電極１７はゲート電極１３及びアノード電極１４の間に位置することができる。集束電極１７はアノード電極１４よりゲート電極１３に隣接するように配置されることができる。集束電極１７はゲート電極１３と類似な形状を有することができる。

Ｘ線チューブ１３００は第１スペーサーＳＰ１、第２スペーサーＳＰ２、及び第３スペーサーＳＰ３を含むことができる。第１スペーサーＳＰ１はアノード電極１１及びゲート電極１３の間に介在されることができる。第２スペーサーＳＰ２はゲート電極１３及び集束電極１７の間に介在されることができる。第３スペーサーＳＰ３は集束電極１７及びアノード電極１４の間に介在されることができる。第１及び第２スペーサーＳＰ１、ＳＰ２は低抵抗絶縁体、中抵抗絶縁体、及び高抵抗絶縁体の中でいずれか１つを含むことができる。一例として、第１及び第２スペーサーＳＰ１、ＳＰ２は中抵抗絶縁体１６Ｍを含むことができる。

第３スペーサーＳＰ３は中抵抗絶縁体１６Ｍを含むことができる。三重点Ｐ１は第３スペーサーＳＰ３、集束電極１７及び真空が会う点で形成されることができる。高電圧条件で、三重点Ｐ１で電子ビーム（Ｅ−ｂｅａｍ）以外の電子が放出されることができる。前記放出された電子は第３スペーサーＳＰ３と衝突することができる。衝突の後、電子は第３スペーサーＳＰ３を通じてアノード電極１４に向かって移動することができる。

（実施形態４、５）
図４Ａは一部の実施形態に係るＸ線チューブを示した断面図である。図４Ｂは一部の実施形態に係るＸ線チューブを示した断面図である。以下では説明することを除けば、図１で説明したことと重複される構成は省略する。

図４Ａを参照すれば、一部の実施形態に係るＸ線チューブ１３００は第１の方向Ｄ１に沿って配置される第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３を含む第２スペーサーＳＰ２を含むことができる。

第１領域Ｒ１はゲート電極１３と隣接する部分であり、第２領域Ｒ２はアノード電極１４と隣接する部分である。第３領域Ｒ３は第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の間に介在されることができる。

第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は図１Ａで説明した散乱電子、正常軌道から外れた電子、三重点Ｐ１から放出された電子が相対的に多く衝突する第２スペーサーＳＰ２の部分である。

第１領域Ｒ１の最上部Ｒ１Ｕのレベルはゲート電極１３の最上部のレベルより高い。第２領域Ｒ２の最下部Ｒ２Ｂのレベルはターゲット１５の下部面１５Ｓのレベルより低い。

第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は各々第１の方向Ｄ１に沿う第１長さ、第２長さ、及び第３長さを有することができる。第３長さは第１長さ及び第２長さより大きい。

第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は低抵抗絶縁体１６Ｌを含むことができる。第３領域Ｒ３は高抵抗絶縁体１６Ｈを含むことができる。第１領域Ｒ１の第１体積抵抗率及び第２領域Ｒ２の第２体積抵抗率は第３領域Ｒ３の第３体積抵抗率より小さい。

第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は絶縁体と前記絶縁体内に分散された伝導性ドーパントを含むことができる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は各々３ｗｔ％を超過する伝導性ドーパントを含むことができる。第３領域Ｒ３は絶縁体を含み、伝導性ドーパントを実質的に含まないことがあり得る。即ち、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は選択的に伝導性ドーパントを含むことができる。一部の実施形態によれば、第３領域Ｒ３は伝導性ドーパントを１ｗｔ％未満に含むことができる。

絶縁体は第１金属酸化物を含み、伝導性ドーパントは第２金属酸化物を含むことができる。一例として、第１金属酸化物は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むことができ、第２金属酸化物はチタニウム酸化物（Ｔｉ_ｘＯ_ｙ、ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜３）を含むことができる。第２金属酸化物はＴｉＯ_２、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯの中で少なくともいずれか１つを含むことができる。

第１乃至第３領域Ｒ３が全てチタニウム酸化物（Ｔｉ_ｘＯ_ｙ、ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜３）を含む場合、
第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の各々の内のＴｉ_２Ｏ_３、及び／又はＴｉＯの濃度は第３領域Ｒ３内のＴｉ_２Ｏ_３、及び／又はＴｉＯの濃度より大きいことができる。

本発明の概念によれば、図１Ａで説明した散乱電子、正常軌道から外れた電子、三重点Ｐ１から放出された電子は、図４Ａの第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と衝突しても図２次電子の発生が減少されることができる。また、第１領域Ｒ１は低抵抗絶縁体１６Ｌを含むことによって、三重点Ｐ１での電子の放出が減少することができる。

図４Ｂのように、一部の実施形態によれば、ゲート電極１３は突出部１３Ｕをさらに含むことができる。第１領域Ｒ１の最上部Ｒ１Ｕのレベルは突出部１３Ｕの最上部のレベルより高い。突出部１３Ｕのエッジ（ｅｄｇｅ）Ｐ２から放出された電子は第１領域Ｒ１及び／又は第２領域Ｒ２で相対的に多く衝突することができ、衝突しても２次電子の発生が減少されることができる。

本発明の概念に係る第２スペーサーＳＰ２は以下のような方法を通じて形成される。一例として、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）絶縁体の第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２内に選択的に二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を３％以上添加して焼結することができる。その後、水素還元雰囲気下で、前記第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に熱処理をすることができる。

一部の実施形態によれば、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に該当する部分のみに水素濃度を増加させるか、熱処理温度を高くするか、又は熱処理時間等を増加させて、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２内の二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の還元反応を促進させることができる。還元反応が促進されれば、Ｔｉ_２Ｏ_３及び／又はＴｉＯの濃度が増加することができる。

（実施形態６）
図５は一部の実施形態にしたがうＸ線チューブを示した断面図である。図４Ａで説明したことと重複される構成は省略する。

図５を参照すれば、一部の実施形態に係るＸ線チューブ１６００は第１の方向Ｄ１に沿って漸進的に伝導性ドーパントの量が変化する第２スペーサーＳＰ２を含むことができる。

第１領域Ｒ１乃至第３領域Ｒ３は絶縁体及び伝導性ドーパントを含むことができる。

第１領域Ｒ１は第１の方向Ｄ１に沿って比抵抗が増加することができる。第１領域Ｒ１はゲート電極１３と隣接する部分で低抵抗絶縁体１６Ｌを含み、第３領域Ｒ３と隣接する部分で中抵抗絶縁体１６Ｍを含むことができる。

第１領域Ｒ１内で、伝導性ドーパントの濃度は第１の方向Ｄ１に沿って減少することができる。即ち、第１領域Ｒ１内で伝導性ドーパントの濃度はゲート電極１３と隣接する部分で最も大きく、第３領域Ｒ３と隣接する部分で最も小さいことができる。

一部の実施形態によれば、第１領域Ｒ１内でＴｉ_２Ｏ_３、及び／又はＴｉＯの濃度はゲート電極１３と隣接する部分で最も大きく、第３領域Ｒ３と隣接する付近で最も小さい。

第２領域Ｒ２は第１の方向Ｄ１に沿って比抵抗が減少することができる。第２領域Ｒ２は第３領域Ｒ３と隣接する部分で中抵抗絶縁体１６Ｍを含み、アノード電極１４に近い部分で低抵抗絶縁体１６Ｌを含むことができる。

第２領域Ｒ２内で、伝導性ドーパントの濃度は第１の方向Ｄ１に沿って増加することができる。即ち、第２領域Ｒ２内で伝導性ドーパントの濃度は第３領域Ｒ３と隣接する部分で最も小さく、アノード電極１４と隣接する部分で最も大きいことができる。

一部の実施形態によれば、第２領域Ｒ２内でＴｉ_２Ｏ_３、及び／又はＴｉＯの濃度はアノード電極１４と隣接する部分で最も大きく第３領域Ｒ３と隣接する付近で最も小さいことができる。

第３領域Ｒ３は第１の方向Ｄ１に沿って比抵抗が徐々に増加し、次に徐々に減少する。第３領域Ｒ３は第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と近い部分で中抵抗絶縁体１６Ｍを含み、中間部分で高抵抗絶縁体１６Ｈを含むことができる。

第３領域Ｒ３内で、伝導性ドーパントの濃度は第１の方向Ｄ１に沿って徐々に減少し、その次に徐々に増加することができる。第３領域Ｒ３内で伝導性ドーパントの濃度は第１領域Ｒ１、及び第２領域Ｒ２に隣接する部分で最も大きく、中間部分で最も小さいことができる。一部の実施形態によれば、第３領域Ｒ３内でＴｉ_２Ｏ_３、及び／又はＴｉＯの濃度は第１領域Ｒ１と隣接する部分及び第２領域Ｒ２と隣接する部分で最も大きく、これらの間の部分で最も小さいことができる。

下記の表２は伝導性ドーパントの添加量に応じる第２スペーサーの体積抵抗率の実験値を示したものである。９５〜９６ｗｔ％の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）内に二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の量を異なりに添加し、成形、焼結等を通じて試片を作製した。その後、前記試片の体積抵抗率を測定した。

図６は比較例１によるＸ線チューブの印加電圧に応じる放出電流を示したグラフである。比較例１によるＸ線チューブは伝導性ドーパントを含まないＡｌ_２Ｏ_３で構成された第２スペーサーを含む。

図６を参照すれば、Ｘ線チューブに０．５ｍＡの電流を印加し、１０ｋＶから６０ｋＶに段階的に電圧を増加させた。印加電圧は３分間維持させ、０．１ｍｓＷ、１ｓＰの条件でＸ線チューブを駆動した。６０ｋＶでは矢印で示すうに電流が急激に増加してアークが発生した。上のような場合、チューブ破損の危険がある。

図７は比較例２及び比較例３にＸ線チューブの印加電圧に応じる第２スペーサーを流れる電流を示したグラフである。

図７を参照すれば、比較例２は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を２ｗｔ％添加した第２スペーサーを含む。比較例３は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を２．５ｗｔ％添加した第２スペーサーを含む。前記二酸化チタニウムの添加量は、二酸化チタニウムの添加前の第２スペーサーの総重量を基準として示した。二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の添加前の第２スペーサーは９４ｗｔ％乃至９６ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３及び１ｗｔ％乃至４ｗｔ％の添加剤を含む。図７を参照すれば、比較例２では高電圧（７０ｋＶ）下で電流が概ね流れなく、比較例３では高電圧（７０ｋＶ）で２００μＡの過量の電流が流れることが観察された。二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の添加量は２ｗｔ％超過２．５ｗｔ％未満が望ましいことが分かる。

図７及び表１を参照すれば、第２スペーサーはＴｉＯ_２が２ｗｔ％乃至３ｗｔ％の間である場合、６．８ｘ１０^１２Ω・ｃｍ乃至７．１ｘ１０^９Ω・ｃｍの体積抵抗率を有することが分かる。第２スペーサーの体積抵抗率は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を１．６４ｗｔ％乃至２．４４ｗｔ％に含む場合に、約１０^９Ω・ｃｍ以上１０^１３Ω・ｃｍ未満の体積抵抗率を有することが分かる。

図８Ａ及び図８Ｂは各々実験例１及び実験例２によるＸ線チューブの印加電圧に応じる電流を示したグラフである。

図８Ａ及び図８Ｂは各々実験例１のＸ線チューブの印加電圧に応じる放出電流を示したグラフである。実験例１は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を２．１５ｗｔ％添加した第２スペーサーを含む。二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の添加前の第２スペーサーは９４ｗｔ％乃至９６ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３及び１ｗｔ乃至４ｗｔ％の添加剤を含む。図８Ａは実験例１に２０ｍＡ、１ｍｓＷ、１００ｍｓＰ、１２０ｋＶの電圧の条件を３分間維持した時の放出電流を示した。図８Ｂは実験例１に１０ｍＡ、１００ｍｓＷ、６ｓＰ、１２０ｋＶの電圧の条件を１０分間維持した時の放出電流を示した。図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、実験例１は１２０ｋＶという高電圧条件でも放出電流が安定的に維持されることが分かる。

図９は実験例１及び実験例２のＸ線チューブの印加電圧に応じる第２スペーサーを流れる電流を示したグラフである。実験例１（Ａ）は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を２．１５ｗｔ％添加した第２スペーサーを含む。実験例２（Ｂ）は二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を２．２５ｗｔ％添加した第２スペーサーを含む。

実験例１（Ａ）及び実験例２（Ｂ）の全て二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）の添加前の第２スペーサーは９４ｗｔ％乃至９６ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３及び１ｗｔ乃至４ｗｔ％の添加剤を含む。

実験例１（Ａ）は１５０ｋＶで５分間維持した結果、０．８μＡの電流を維持した。実験例２（Ｂ）は１５０ｋＶで５分間維持した結果、２３μＡから３７μＡに電流が上昇した。実験例１（Ａ）及び実験例２（Ｂ）の全て高電圧条件で第２スペーサーは本発明で目的とする一定水準の低い導電性を有することが分かる。

前記表３は９５〜９６ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３及び約４ｗｔ％の添加剤を含む第２スペーサーの総量を基準として、２．１５ｗｔ％のＴｉＯ_２を添加して水素雰囲気下で第２スペーサーを焼結した後の第２スペーサーの成分比を示したものである。前記表３を参照すれば、２．１５ｗｔ％のＴｉＯ_２を添加する場合、最終の第２スペーサーは１．７７ｗｔ％のチタン酸化物を含むことが観察された。また、最終の第２スペーサーは９４ｗｔ％のＡｌ_２Ｏ_３を含むことが観察された。

上のような方式に２ｗｔ％のＴｉＯ_２を添加する場合に最終の第２スペーサーは約１．６４ｗｔ％のチタン酸化物、２．５ｗｔ％のＴｉＯ_２を添加する場合に最終第２スペーサーは約２．４４ｗｔ％のチタン酸化物を含む。

以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態態を説明したが、本発明はその技術的思想や必須の特徴を変形しなくとも他の具体的な形態に実施されることもできる。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なことであり、限定的ではないことと理解しなければならない。

１１ カソード電極
１２ エミッタ
１３ ゲート電極
１３Ｕ 突出部
１４ アノード電極
１５ ターゲット
１７ 集束電極
ＳＰ１ 第１スペーサー
ＳＰ２ 第２スペーサー
１１００ Ｘ線チューブ

Claims (18)

1. カソード電極と、
   前記カソード電極と垂直に離隔するアノード電極と、
   前記カソード電極上のエミッタと、
   前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置し、前記エミッタと対応される位置に開口部を含むゲート電極と、
   前記ゲート電極とアノード電極との間に提供されるスペーサー（Ｓｐａｃｅｒ）と、を含み、
   前記スペーサーは、絶縁体及び前記絶縁体内にドーピングされた伝導性ドーパントを含むＸ線チューブ。
2. 前記スペーサーは、１０^９Ω・ｃｍ以上１０^１３Ω・ｃｍ未満の体積抵抗率（Ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を有する請求項１に記載のＸ線チューブ。
3. 前記絶縁体は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含み、
   前記伝導性ドーパントは、二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）を含む請求項１に記載のＸ線チューブ。
4. 前記スペーサーは、１．６４ｗｔ％超過２．４４ｗｔ％未満の前記伝導性ドーパントを含む請求項１に記載のＸ線チューブ。
5. 前記絶縁体は、１０^１３Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する第１金属酸化物を含み、
   前記伝導性ドーパントは、１０^８Ω・ｃｍ以下の比抵抗を有する第２金属酸化物を含む請求項１に記載のＸ線チューブ。
6. 前記アノード電極に印加される電圧は、７０ｋＶ以上である請求項１に記載のＸ線チューブ。
7. 前記ゲート電極は、前記アノード電極に向かって延長される突出部をさらに含む請求項１に記載のＸ線チューブ。
8. 前記スペーサーは、１．６４ｗｔ％超過２．４４ｗｔ％未満のチタニウム酸化物（Ｔｉ_ｘＯ_ｙ、ｘ＝１〜３、ｙ＝１〜３）を含む請求項１に記載のＸ線チューブ。
9. 前記スペーサーは、９３ｗｔ％乃至９６ｗｔ％のアルミニウム酸化物を含む請求項８に記載のＸ線チューブ。
10. カソード電極と、
    前記カソード電極と垂直に離隔するアノード電極と、
    前記アノード電極の一面上に配置されるターゲット、前記アノード電極の一面は、前記カソード電極と対向し、
    前記カソード電極上のエミッタと、
    前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置し、前記エミッタと対応される位置に開口部を含むゲート電極と、
    前記ゲート電極とアノード電極との間に提供されるスペーサー（Ｓｐａｃｅｒ）と、を含み、
    前記スペーサーは、前記ゲート電極及び前記アノード電極の間で第１領域及び第２領域及びこれらの間の第３領域を含み、
    前記第１領域は、前記ゲート電極と隣接し、
    前記第２領域は、前記アノード電極と隣接し、
    前記第１領域乃至前記第３領域は、絶縁体を含み、
    前記第１領域及び第２領域は、前記絶縁体内にドーピングされた伝導性ドーパントをさらに含むＸ線チューブ。
11. 前記第１領域の体積抵抗率及び前記第２領域の体積抵抗率は、前記第３領域の体積抵抗率より小さい請求項１０に記載のＸ線チューブ。
12. 前記第１領域及び前記第２領域の体積抵抗率は、１０^６Ω・ｃｍ以上１０^９Ω・ｃｍ未満であり、
    前記第３領域は、１０^１３Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する請求項１０に記載のＸ線チューブ。
13. 前記第１領域及び前記第２領域は、３ｗｔ％以上の伝導性ドーパントを含む請求項１０に記載のＸ線チューブ。
14. 前記第３領域は、絶縁体内の伝導性ドーパントを含み、
    前記第１領域は、前記カソード電極から前記アノード電極に向かう第１の方向に沿って、前記伝導性ドーパントの濃度が減少し、
    前記第２領域は、前記第１の方向に沿って、前記伝導性ドーパントの濃度が増加し、
    前記第３領域は、前記第１の方向に沿って、前記伝導性ドーパントの濃度が徐々に減少し、その次に徐々に増加する請求項１０に記載のＸ線チューブ。
15. 前記第１領域の前記カソード電極から前記アノード電極に向かう第１の方向に沿う第１長さ及び前記第２領域の前記第１の方向第２長さの各々は、前記第３領域の前記第１の方向第３長さより小さい請求項１０に記載のＸ線チューブ。
16. 前記第１領域の体積及び前記第２領域の体積の和は、前記第３領域の体積の和より小さい請求項１０に記載のＸ線チューブ。
17. 前記第１領域の最上部のレベルは、前記ゲート電極の最上部のレベルより高く、
    前記第２領域の最下部のレベルは、前記アノード電極の最下部のレベルより低い請求項１に記載のＸ線チューブ。
18. 前記ゲート電極及び前記アノード電極の間の少なくとも１つの集束電極をさらに含み、
    前記第１領域の最上部のレベルは、前記集束電極の中で最上部のレベルより高い請求項１７に記載のＸ線チューブ。

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