JP2021532547A - 高輝度ｘ線反射源 - Google Patents

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Abstract

Ｘ線ターゲット、Ｘ線源、およびＸ線システムを提供する。Ｘ線ターゲットは、表面を含む熱伝導性基板と、表面の少なくとも一部の上の、または表面の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造とを含む。少なくとも１つの構造は、基板と熱的に連通する熱伝導性の第１の材料を含む。第１の材料は、表面の一部に平行な第１の方向に沿った、１ミリメートル超の範囲の長さと、表面の一部に平行であり第１の方向に垂直な第２の方向に沿った幅とを有する。幅は０．２ミリメートル〜３ミリメートルの範囲である。少なくとも１つの構造はさらに、第１の材料の上に少なくとも１つの層を含む。少なくとも１つの層は第１の材料とは異なる少なくとも１つの第２の材料を含む。少なくとも１つの層は２ミクロン〜５０ミクロンの範囲の厚みを有する。少なくとも１つの第２の材料は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射するとＸ線を発生させるように構成される。

Description

優先権主張
本願は、２０１８年７月２６日に出願された米国仮出願第６２／７０３，８３６号に対する優先権の利益を主張し、その全体を本明細書に引用により援用する。
背景
分野
本願は、概してＸ線源に関する。
関連技術の説明
実験用のＸ線源は、一般に、電子によって金属ターゲットに衝撃を与え、これらの電子の減速により、ゼロから電子の運動エネルギーまでのすべてのエネルギーの制動放射Ｘ線が生成される。さらに、金属ターゲットはターゲット原子の内側コア電子軌道に正孔を作ることによってＸ線を生成し、正孔はその後、内側コア電子軌道よりも低い結合エネルギーを有するターゲットの電子で充填され、ターゲット原子に特徴的なエネルギーを有するＸ線が付随して発生する。ターゲットを照射する電子のパワーの大半は熱（たとえば約６０％）および後方散乱電子（たとえば約３９％）に変換され、Ｘ線に変換される入射パワーは約１％に過ぎない。この熱に起因するＸ線ターゲットの溶融は、Ｘ線源が達成可能な最終輝度（たとえば、光子／秒／面積／ステラジアン）の制限因子となり得る。
マイクロフォーカスまたはナノフォーカスＸ線ビームを発生させるように構成された透過型Ｘ線源は、一般に、熱伝導性の低密度基板材料（たとえばダイヤモンド）の上の薄いスパッタ金属層（たとえばタングステン）を含むターゲットを利用する。ターゲットの片側の金属層に電子を照射し、Ｘ線ビームはターゲットの反対側から放出されるＸ線を含む。Ｘ線のスポットサイズは電子ビームのスポットサイズに依存し、さらに、ターゲット内の電子ブルームのために、発生しターゲットから放出されるＸ線は、入射電子ビームの焦点サイズよりも大きい有効焦点サイズを有する。この結果、マイクロフォーカスまたはナノフォーカスＸ線ビームを発生させる透過型Ｘ線源は、一般に、非常に薄いターゲットおよび非常に良好な電子ビーム集束を必要とする。
従来の反射型Ｘ線源は、バルクターゲット金属（たとえばタングステン）の表面を照射し、照射したターゲット表面からの透過Ｘ線を照射したターゲット表面に対する取り出し角度（たとえば６〜３０度）で集光し、取り出し角度は、ターゲット内に生成されるＸ線の自己吸収とのバランスを取りつつＸ線の蓄積を最適化するように選択される。反射型Ｘ線源では、ターゲットにおける電子ビームスポットは事実上傾斜して見えるので、Ｘ線源スポットサイズを透過型Ｘ線源における電子ビームスポットサイズよりも小さくすることができる。
概要
本明細書に記載の特定の実施形態は、Ｘ線ターゲットを提供する。上記Ｘ線ターゲットは、表面を含む熱伝導性基板と、上記表面の少なくとも一部の上の、または上記表面の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造とを含む。上記少なくとも１つの構造は、上記基板と熱的に連通する熱伝導性の第１の材料を含む。上記第１の材料は、上記表面の上記一部に平行な第１の方向に沿った、１ミリメートル超の範囲の長さと、上記表面の上記一部に平行であり上記第１の方向に垂直な第２の方向に沿った幅とを有する。上記幅は０．２ミリメートル〜３ミリメートルの範囲である。上記少なくとも１つの構造はさらに、上記第１の材料の上の少なくとも１つの層を含む。上記少なくとも１つの層は上記第１の材料とは異なる少なくとも１つの第２の材料を含む。上記少なくとも１つの層は２ミクロン〜５０ミクロンの範囲の厚みを有する。上記少なくとも１つの第２の材料は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射するとＸ線を発生させるように構成される。
本明細書に記載の特定の実施形態は、Ｘ線源を提供する。上記Ｘ線源は、表面を含む熱伝導性基板と、上記表面の少なくとも一部の上の、または上記表面の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造とを含むＸ線ターゲットを含む。上記少なくとも１つの構造は、上記基板と熱的に連通する熱伝導性の第１の材料を含む。上記第１の材料は、上記表面の上記一部に平行な第１の方向に沿った、１ミリメートル超の範囲の長さと、上記表面の上記一部に平行であり上記第１の方向に垂直な第２の方向に沿った幅とを有する。上記幅は０．２ミリメートル〜３ミリメートルの範囲である。上記少なくとも１つの構造はさらに、上記第１の材料の上の少なくとも１つの層を含む。上記少なくとも１つの層は上記第１の材料とは異なる少なくとも１つの第２の材料を含む。上記少なくとも１つの層は２ミクロン〜５０ミクロンの範囲の厚みを有する。上記少なくとも１つの第２の材料は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射するとＸ線を発生させるように構成される。上記Ｘ線源はさらに、少なくとも１本の電子ビームにおける電子を発生させ、上記少なくとも１本の電子ビームを上記少なくとも１つの構造に当たるように方向付けるように構成された電子源を含む。
本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線ターゲットの一部を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線ターゲットの一部を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線ターゲットの一部を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従う互いに別個の複数の構造を有する例示的なＸ線ターゲットの一部を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従う互いに別個の複数の構造を有する例示的なＸ線ターゲットの一部を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線システムの例示的なＸ線源を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従うＸ線源の他の例を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従うＸ線源の他の例を概略的に示す図である。 本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線ターゲットを概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。 図５Ａの例示的なＸ線ターゲットの一種からの輝度のシミュレーション結果を概略的に示す図である。
詳細な説明
本明細書に記載の特定の実施形態は、透過型Ｘ線源で用いられる電子ビームスポットサイズよりも大きい電子ビームスポットサイズを用いつつ（たとえば、透過型Ｘ線源で用いられる電子ビーム集束ほど厳密でない電子ビーム集束を利用しつつ）小さいＸ線スポットサイズを有利に達成する反射型Ｘ線源を提供する。
本明細書に記載の特定の実施形態は、ターゲットの過度の加熱の有害な影響を回避しつつ、Ｘ線の高輝度を有する反射型Ｘ線源を有利に提供する。冷却された基板と、当該基板と熱的に連通し、第２の材料のターゲット層が上に堆積されている高熱伝導率の第１の材料（たとえばダイヤモンド）とを用いることによって、バルクターゲット材料を介して熱を除去することにより達成される速度よりも速い速度でターゲット層から熱を有利に除去することができる。
本明細書に記載の特定の実施形態は、「密閉管」源の内部に複数のターゲット材料を有する反射型Ｘ線源を有利に提供する。電子ビームを用いて複数のターゲット材料のうちの選択されたターゲット材料を照射するようにＸ線源を構成し、各ターゲット材料が、異なる特徴的なＸ線エネルギーを有する対応するＸ線スペクトルを有するＸ線を発生させることによって、反射型Ｘ線源は、毎回Ｘ線源を開けてターゲットを変更する、およびＸ線源をポンプダウンする必要なしにＸ線源を異なる用途に最適化できるように、複数の選択可能なＸ線スペクトルを有利に提供することができる。
図１Ａ〜図１Ｃは、本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線ターゲット１０の一部を概略的に示す。図１Ａ〜図１Ｃの各々において、Ｘ線ターゲット１０は、表面２２を含む熱伝導性基板２０と、表面２２の少なくとも一部の上の、または表面２２の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造３０とを含む。少なくとも１つの構造３０は、基板２０と熱的に連通する熱伝導性の第１の材料３２を含む。第１の材料３２は、表面２２の一部に平行な第１の方向３４に沿った長さＬを有し、長さＬは１ミリメートル超の範囲である。第１の材料３２はまた、表面２２の一部に平行であり第１の方向３４に垂直な第２の方向３６に沿った幅Ｗを有し、幅Ｗは０．２ミリメートル〜３ミリメートル（たとえば０．２ミリメートル〜１ミリメートル）の範囲である。少なくとも１つの構造３０は、第１の材料３２の上に少なくとも１つの層４０をさらに含み、少なくとも１つの層４０は、第１の材料３２とは異なる少なくとも１つの第２の材料４２を含む。少なくとも１つの層４０は、１ミクロン〜５０ミクロンの範囲の厚みＴ（たとえば、１ミクロン〜２０ミクロンの範囲；１ミクロン〜４ミクロンの範囲のタングステン層の厚み；２ミクロン〜７ミクロンの範囲の銅層の厚み）を有し、少なくとも１つの第２の材料４２は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射するとＸ線を発生させるように構成される。
特定の実施形態では、ターゲット１０は少なくとも１つの構造３０から熱を逃がすように構成される。たとえば、基板２０の表面２２は、少なくとも１つの熱伝導性材料を含むことができ、基板２０の残部は、同一の少なくとも１つの熱伝導性材料および／または別の１つ以上の熱伝導性材料を含むことができる。少なくとも１つの熱伝導性材料の例としては、金属（たとえば、銅、ベリリウム、ドープグラファイト）、金属合金、金属複合物、および電気絶縁性であるが熱伝導性の材料（たとえば、ダイヤモンド、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、シリコン、窒化ホウ素、炭化ケイ素、サファイア）が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、少なくとも１つの熱伝導性材料は、２０Ｗ／ｍ−Ｋ〜２５００Ｗ／ｍ−Ｋ（たとえば、１５０Ｗ／ｍ−Ｋ〜２５００Ｗ／ｍ−Ｋ、２００Ｗ／ｍ−Ｋ〜２５００Ｗ／ｍ−Ｋ、２０００Ｗ／ｍ−Ｋ〜２５００Ｗ／ｍ−Ｋ）の範囲の熱伝導率を有し、１４以下の原子番号の元素を含む。基板２０の表面２２は、特定の実施形態では導電性を有し、電位（たとえば電気的な接地）と電気的に連通するように構成され、ターゲット１０の電子照射による表面２２の充電を防止するように構成される。特定の実施形態では、ターゲット１０は、基板２０と熱的に連通してターゲット１０から熱を逃がすように構成された伝熱構造を含む。伝熱構造の例としては、ヒートシンク、ヒートパイプ、および、流体冷却液（たとえば、液体、水、脱イオン水、空気、冷媒、ベルギーのブリュッセルのSolvay社が販売するガルデン（登録商標）パーフルオロポリエーテルフッ素系流体などの伝熱流体）を自身に流して、（たとえば、電子照射からのターゲット１０のパワーローディング速度と同様の速度で）基板２０から熱を逃がすように構成された流体流導管が挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施形態では、熱伝導性の第１の材料３２は、第１の材料３２が基板２０と熱的に連通するように、基板２０の表面２２に接着される（たとえば、接合される、固定される、ろう付けされる、はんだ付けされる）ように構成される。たとえば、第１の材料３２を、熱伝導性のはんだ付けまたはろう付け材料を用いて表面２２上にはんだ付けまたはろう付けすることができ、当該材料の例としては、イギリスのバークシャーのウィンザーのMorgan Advanced Materials社が販売するCuSil-ABA（登録商標）またはNioro（登録商標）ろう付け用合金；金／銅ろう付け合金が挙げられるが、これらに限定されない。図１Ａおよび図１Ｂに概略的に示されるように、特定の実施形態では、第１の材料３２は表面２２の上にあり、第１の材料３２の少なくとも一部に沿って延在して第１の材料３２および表面２２の両方に機械的に結合されるはんだ付けまたはろう付け材料（図示せず）によって表面２２に接着される。はんだ付けまたはろう付け材料は、第１の材料３２と表面２２との間の熱伝導率を高める（たとえば、改善する、促進する）ことができる。特定の他の実施形態では、第１の材料３２は表面２２の上にあり、はんだ付けまたはろう付け材料は、第１の材料３２の少なくとも一部に沿って第１の材料３２と表面２２との間に延在し、第１の材料３２および表面２２の両方に機械的に結合され、第１の材料３２と表面２２との間の熱伝導率を高める（たとえば、改善する、促進する）。特定の実施形態では、図１Ｃに概略的に示されるように、表面２２は凹部２４を含み、凹部２４は、構造３０が表面２２の少なくとも一部に埋め込まれるように第１の材料３２を凹部２４に部分的に挿入するように構成される。第１の材料３２の少なくとも一部に沿って延在し、第１の材料３２および表面２２の両方に機械的に結合され、第１の材料３２と表面２２との間の熱伝導率を高める（たとえば、改善する、促進する）はんだ付けまたはろう付け材料（図示せず）によって、第１の材料３２を表面２２に接着することができる。
第１の材料３２の例としては、ダイヤモンド、炭化ケイ素、ベリリウム、およびサファイア、のうちの少なくとも１つが挙げられるが、これに限定されない。図１Ａは、実質的に真っ直ぐな辺を有する半円筒状、角柱状、または平行六面体状の第１の材料３２（たとえば、リボン、バー、ストリップ、ストラット、フィンガー、スラブ、プレート）を概略的に示しているが、真っ直ぐな、湾曲した、および／または不規則な辺を有するその他の形状（たとえば、規則的、不規則的、幾何学的、非幾何学的）も本明細書に記載の特定の実施形態と適合する。特定の実施形態では、第１の材料３２の長さＬは、第１の方向３４における第１の材料３２の最大の大きさであり、第１の材料３２の幅Ｗは、第２の方向３６における第１の材料３２の最大の大きさである。長さＬは、１ミリメートル超、５ミリメートル超、１ミリメートル〜４ミリメートル、１ミリメートル〜１０ミリメートル、または１ミリメートル〜２０ミリメートルの範囲であり得る。幅Ｗは、０．２ミリメートル〜３ミリメートル、０．２ミリメートル〜１ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、０．２ミリメートル〜０．８ミリメートル、または０．２ミリメートル〜０．６ミリメートルの範囲であり得る。特定の実施形態では、第１の材料３２の厚みＴは、表面２２の一部に垂直な方向における第１の材料３２の最大の大きさであり、０．２ミリメートル〜１ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、０．２ミリメートル〜０．８ミリメートル、または０．２ミリメートル〜０．６ミリメートルの範囲であり得る。
特定の実施形態では、少なくとも１つの層４０の少なくとも１つの第２の材料４２は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射すると予め定められたエネルギースペクトル（たとえば、Ｘ線エネルギーの関数としてのＸ線強度分布）を有するＸ線を発生させるように選択される。少なくとも１つの第２の材料４２の例としては、タングステン、クロム、銅、アルミニウム、ロジウム、モリブデン、金、白金、イリジウム、コバルト、タンタル、チタン、レニウム、炭化ケイ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ホウ素、およびそれらの１つ以上を含む合金または組み合わせ、のうちの少なくとも１つが挙げられるが、これに限定されない。特定の実施形態では、第２の材料４２の厚みｔは、表面２２の一部に垂直な方向３８における第２の材料４２の最大の大きさであり、２ミクロン〜５０ミクロン、２ミクロン〜２０ミクロン、２ミクロン〜１５ミクロン、４ミクロン〜１５ミクロン、２ミクロン〜１０ミクロン、または２ミクロン〜６ミクロンの範囲であり得る。特定の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔは層４０の全領域にわたって実質的に均一であるが、特定の他の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔは層４０の領域にわたって変化する（たとえば、層４０の第１の端は少なくとも１つの第２の材料４２の第１の厚みを有し、層４０の第２の端は少なくとも１つの第２の材料４２の第２の厚みを有し、第２の厚みは第１の厚みよりも大きい）。
特定の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔは、少なくとも１つの構造３０を照射する少なくとも１本の電子ビームの運動エネルギーの関数として選択される。材料の内部の電子の電子侵入深さは、材料および電子の運動エネルギーに依存し、特定の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔは、少なくとも１つの第２の材料４２の内部の電子の電子侵入深さよりも小さいように選択され得る。たとえば、連続減速近似（ＣＳＤＡ）は、少なくとも１つの第２の材料４２に入射する選択された運動エネルギーの電子の電子侵入深さの推定値を提供することができ、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔはＣＳＤＡ推定値の５０％〜７０％の範囲であるように選択され得る。
特定の実施形態における少なくとも１つの第２の材料４２は、電位（たとえば電気的な接地）と電気的に連通するように構成され、電子照射による少なくとも１つの第２の材料４２の充電を防止するように構成される。たとえば、導電性のはんだ付けまたはろう付け材料（図１Ａ〜図１Ｃには図示せず）を用いて構造３０を表面２２に接着する（たとえば、接合する、固定する、ろう付けする、はんだ付けする）ことができ、このはんだ付けまたはろう付け材料の少なくとも一部は、第１の材料３２の辺のうちの１つの少なくとも一部に沿って表面２２から少なくとも１つの第２の材料４２まで延在することによって、少なくとも１つの第２の材料４２と表面２２との間に導電性を提供することができる。
特定の実施形態では、図１Ｂに概略的に示されるように、少なくとも１つの層４０は、第１の材料３２と少なくとも１つの第２の材料４２との間に少なくとも１つの第３の材料４４をさらに含み、少なくとも１つの第３の材料４４は第１の材料３２および少なくとも１つの第２の材料４２とは異なる。少なくとも１つの第３の材料４４の例としては、窒化チタン（たとえば、ダイヤモンドを含む第１の材料３２およびタングステンを含む第２の材料４２とともに用いられる）、イリジウム（たとえば、ダイヤモンドを含む第１の材料３２ならびにモリブデンおよび／またはタングステンを含む第２の材料４２とともに用いられる）、クロム（たとえば、ダイヤモンドを含む第１の材料３２および銅を含む第２の材料４２とともに用いられる）、ベリリウム（たとえば、ダイヤモンドを含む第１の材料３２とともに用いられる）、ならびに酸化ハフニウム、のうちの少なくとも１つが挙げられるが、これに限定されない。特定の実施形態では、第３の材料４４の厚みは、表面２２の一部に垂直な方向における第２の材料４４の最大の大きさであり、２ナノメートル〜５０ナノメートル（たとえば２ナノメートル〜３０ナノメートル）の範囲であり得る。特定の実施形態では、少なくとも１つの第３の材料４４は、少なくとも１つの第２の材料４２（たとえばタングステン）が第１の材料３２（たとえばダイヤモンド）内に拡散するのを回避する（たとえば、防止する、減少させる、抑制する）ように構成された拡散バリア層を提供するように選択される。たとえば、拡散バリア層を、ダイヤモンドの第１の材料３２との界面における炭化物材料から少なくとも１つの第３の材料４４に向かって傾斜させることができる。特定の実施形態では、少なくとも１つの第３の材料４４は、少なくとも１つの第２の材料４２と第１の材料３２との間の接着力を高める（たとえば、改善する、促進する）ように、および／または、少なくとも１つの第２の材料４２と第１の材料３２との間の熱伝導率を高める（たとえば、改善する、促進する）ように構成される。
特定の実施形態では、第１の材料３２の長さＬおよび幅Ｗは、異種の第１の材料３２と少なくとも１つの第２の材料４２との間の、異種の第１の材料３２と少なくとも１つの第３の材料４４との間の、および／または異種の少なくとも１つの第２の材料４２と少なくとも１つの第３の材料４４との間の界面応力を回避する（たとえば、防止する、減少させる、抑制する）ことができるほど小さいように選択され得る。たとえば、第１の材料３２の長さＬおよび幅Ｗの各々は２ミリメートル未満であり得る。
特定の実施形態では、第１の材料３２（たとえばダイヤモンド）をウェハまたは他の構造から（たとえば細片に）切断（たとえばレーザー切断）することができる。図１Ａ〜図１Ｃは、第１の材料３２が互いに直角の真っ直ぐで滑らかな頂面、底面、および側面を有する特定の実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態では、第１の材料３２の頂面、底面、および／または側面は、粗く、不規則であり、もしくは湾曲しており、および／または互いに非直角である。特定の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２および／または少なくとも１つの第３の材料４４を、（たとえば、マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリング処理によって）第１の材料３２の頂面の上に堆積することができる。図１Ａ〜図１Ｃは、少なくとも１つの第２の材料４２および少なくとも１つの第３の材料４４が、第１の材料３２の辺と面一である真っ直ぐで滑らかな頂面、底面、および側面および側面を有する特定の実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２および／または少なくとも１つの第３の材料４４は、粗い、不規則な、もしくは湾曲した表面であり、および／または側面は第１の材料３２の頂面を越えて延在し（たとえば、第１の材料３２の頂面の下方で第１の材料３２の辺に沿って下向きに延在し）、および／または第１の材料３２の側面のうちの１つ以上を越えて延在する（たとえば、少なくとも１つの第２の材料４２および／または少なくとも１つの第３の材料４４の長さおよび／または幅が第１の材料３２よりも大きいように、表面２２の一部に平行な１つ以上の方向において外向きに延在する）。図１Ａ〜図１Ｃは、少なくとも１つの第２の材料４２の頂面が表面２２の一部に平行である特定の実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２の頂面は表面２２の一部に非平行である。
図２Ａおよび図２Ｂは、本明細書に記載の特定の実施形態に従う互いに別個の複数の構造３０を有する例示的なＸ線ターゲット１０の一部を概略的に示す。図２Ａでは、ターゲット１０は、互いに分離して直線構成で配置された３つの構造３０ａ、３０ｂ、３０ｃを含み、当該構造の各々は、対応する第１の材料３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、対応する第１の材料３２ａ、３２ｂ、３２ｃの上の少なくとも１つの対応する層４０ａ、４０ｂ、４０ｃとを含み、かつ、対応する第１の材料３２ａ、３２ｂ、３２ｃとは異なる少なくとも１つの対応する第２の材料４２ａ、４２ｂ、４２ｃを含む。図２Ｂでは、ターゲット１０は、互いに分離して直線的なアレイ構成で配置された１２個の構造３０を含み、当該構造の各々は、対応する第１の材料３２と、対応する第１の材料３２の上の少なくとも１つの対応する層４０とを含み、かつ、対応する第１の材料３２とは異なる少なくとも１つの対応する第２の材料４２を含む。他の数の構造３０（たとえば、２個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、またはそれ以上）も本明細書に記載の特定の実施形態と適合する。
特定の実施形態では、構造３０のうちの２つ以上の第１の材料３２は互いに同一であってもよく（たとえば、すべての第１の材料３２は互いに同一であってもよく）、構造３０のうちの２つ以上の第１の材料３２は互いに異なっていてもよく、構造３０のうちの２つ以上の第２の材料４２は互いに同一であってもよく、および／または構造３０のうちの２つ以上の第２の材料４２は互いに異なっていてもよい（たとえば、すべての第２の材料４２は互いに異なっていていてもよい）。構造３０のうちの少なくとも２つによって発生するＸ線は、互いに異なるスペクトル（たとえば、Ｘ線エネルギーの関数としての強度分布）を有してもよい（たとえば、異なる構造３０からのすべてのスペクトルは互いに異なっていてもよい）。特定の実施形態では、構造３０の一部またはすべては、第１の材料３２と第２の材料４２との間に少なくとも１つの第３の材料４４を含んでもよく、構造３０のうちの２つ以上の第３の材料４４は互いに同一であってもよく、および／または構造３０のうちの２つ以上の第３の材料４４は互いに異なっていてもよい。
特定の実施形態では、構造３０の各々は、表面２２の一部に平行な第１の方向３４ａ、３４ｂ、３４ｃに沿った対応する長寸法（たとえば、長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ）と、第１の方向３４ａ、３４ｂ、３４ｃに垂直であり表面２２の一部に平行な第２の方向３６ａ、３６ｂ、３６ｃに沿った対応する短寸法（たとえば、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ）とを有する。構造３０のうちの２つ以上の長寸法は互いに等しくてもよく（たとえば、すべての長寸法は互いに等しくてもよく）、構造３０のうちの２つ以上の長寸法は互いに等しくなくてもよく、構造３０のうちの２つ以上の短寸法は互いに等しくてもよく（たとえば、すべての短寸法は互いに等しくてもよく）、および／または構造のうちの２つ以上の短寸法は互いに等しくなくてよい。特定の実施形態では、層４０の各々は、表面２２の一部に垂直な方向３８において対応する厚み（たとえば、ｔａ、ｔｂ、ｔｃ）を有する。構造３０のうちの２つ以上の厚みは互いに等しくてもよく（たとえば、すべての厚みは互いに等しくてもよく）、および／または構造３０のうちの２つ以上の厚みは互いに等しくなくてもよい（たとえば、すべての厚みは互いに等しくなくてもよい）。特定の実施形態の隣接する構造３０同士は、表面２２の一部に平行な方向において分離距離だけ互いに離間しており、分離距離は、０．０２ミリメートル超、０．０２ミリメートル〜４ミリメートル、０．２ミリメートル〜４ミリメートル、０．４ミリメートル〜２ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、または１ミリメートル〜４ミリメートルの範囲である。第１の２つの隣接する構造３０同士の間の分離距離、および第２の２つの隣接する構造３０同士の間の分離距離は、互いに等しくてもよいし、互いに等しくなくてもよい。
図２Ａに概略的に示されるように、例示的な構造３０は直線構成で配置され、構造３０は互いに位置合わせされる（たとえば、第１の方向３４ａ、３４ｂ、３４ｃに沿ったそれらの長寸法は互いに平行であり、第２の方向３６ａ、３６ｂ、３６ｃに沿ったそれらの短寸法は互いに平行である、および／または一致する）。特定の他の実施形態では、構造３０は互いに位置合わせされない（たとえば、第１の方向３４ａ、３４ｂ、３４ｃに沿ったそれらの長寸法は互いに非平行であり、ならびに／または第２の方向３６ａ、３６ｂ、３６ｃに沿ったそれらの短寸法は互いに非平行および／もしくは不一致である）。図２Ｂに概略的に示されるように、例示的な構造３０は直線的なアレイ構成で配置され、第１の組の構造３０は互いに位置合わせされ（たとえば、第１の方向３４に沿ったそれらの長寸法は互いに平行であり、第２の方向３６に沿ったそれらの短寸法は互いに平行である、および／または一致する）、第２の組の構造３０は互いに、かつ第１の組の構造３０と位置合わせされる（たとえば、第１の方向３４に沿ったそれらの長寸法は第１の組の構造３０の長寸法に平行である、および／または一致する）。特定の他の実施形態では、アレイの構造３０は互いに位置合わせされない（たとえば、非平行のおよび／または不一致の長寸法および／または短寸法）。構造３０のアレイのさまざまな他の構成も本明細書に記載の特定の実施形態と適合する（たとえば、非直線的である、位置合わせされない、等しくない分離距離、等）。たとえば、第１の組の構造３０は第１の周期性を有してもよく、第２の組の構造３０は第１の周期性とは異なる（たとえば、表面２２の一部に平行な１方向または２方向において異なる）第２の周期性を有してもよい。別の例として、第１の組および第２の組の一方または両方は、（たとえば、表面２２の一部に平行な１方向または２方向において）非周期的であってもよい。
図３は、本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なＸ線システム２００の例示的なＸ線源１００を概略的に示す。Ｘ線源１００は、本明細書に記載のようなＸ線ターゲット１０と、少なくとも１本の電子ビーム５２における電子を発生させ、少なくとも１本の電子ビーム５２を、スポットサイズを有する電子ビームスポット５４においてＸ線ターゲット１０の少なくとも１つの構造３０に当たるように方向付けるように構成された電子源５０とを含む。電子源５０は、少なくとも１つの構造３０に当たるように方向付けられる電子を（たとえば、熱電子放出または電界放出を介して）放出するように構成されたディスペンサーカソード（たとえば、タングステンまたは六ホウ化ランタンを含む）を有する電子エミッタを含むことができる。特定の実施形態のディスペンサーカソードは、少なくとも１つの構造３０に当たる電子ビームスポット５４のアスペクト比に等しいアスペクト比を有する。本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なディスペンサーカソードは、カリフォルニア州ワトソンビルのSpectra-Mat社が販売している（たとえば、アルミン酸バリウムを含浸させた多孔質タングステンマトリックスを含む熱電子エミッタ）。
電子源５０は、電子エミッタから放出された電子を受け取り、当該電子を（たとえば０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶの範囲の）予め定められた電子運動エネルギーまで加速し、少なくとも１本の電子ビーム５２を形成し（たとえば、成形し、および／または集束させ）、少なくとも１本の電子ビーム５２をターゲット１０上に方向付けるように構成された電子光学部品（たとえば、偏向電極、グリッド、等）をさらに含む。本明細書に記載の特定の実施形態に従う電子光学部品の例示的な構成は２グリッド構成および３グリッド構成を含むが、これらに限定されない。特定の実施形態では、Ｘ線ターゲット１０は、電子ビーム５２を加速する、および／またはそうでなければ修正するためのアノード（たとえば、電子源５０に対して正の電圧に設定される）として用いられるように構成される。
特定の実施形態では、少なくとも１本の電子ビーム５２の運動エネルギーは、少なくとも１つの第２の材料４２の内部の少なくとも１本の電子ビーム５２の電子の電子侵入深さが少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔよりも大きいように選択される。たとえば、少なくとも１本の電子ビーム５２の運動エネルギーは、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔよりも大きい電子侵入深さのＣＳＤＡ推定値（たとえば、少なくとも１つの第２の材料４２の厚みｔの１．５倍〜２倍の範囲の電子侵入深さのＣＳＤＡ推定値）に対応するように選択され得る。
特定の実施形態では、電子源５０は、少なくとも１本の電子ビーム５２の中心が、表面２２の一部に垂直なまたは構造３０の少なくとも１つの層４０に垂直な方向３８に対して２０度超（たとえば、２０度〜５０度の範囲、３０度〜６０度の範囲、４０度〜７０度の範囲）の非ゼロの角度θ（たとえば衝突角度）で少なくとも１つの構造３０に当たるように、Ｘ線源１０に対して位置決めされる。少なくとも１本の電子ビーム５２の中心線５６は、方向３８および第１の方向３４によって規定される平面内に、方向３８および第２の方向３６によって規定される平面内に、または表面２２の一部に実質的に垂直な別の平面内にあり得る。少なくとも１本の電子ビーム５２は、矩形型のビームプロファイル、楕円型のビームプロファイル、または別の型のビームプロファイルを有し得る。
特定の実施形態では、図３に概略的に示されるように、少なくとも１本の電子ビーム５２は、電子ビームスポット５４が、表面２２の一部に平行な方向において層４０の最小寸法よりも小さい半幅全幅スポットサイズ（たとえば、少なくとも１本の電子ビーム５２が少なくとも１本の電子ビーム５２の最大強度の少なくとも半分の強度を有する電子ビームスポット５４の領域の幅）を少なくとも１つの構造３０上に有するように、少なくとも１つの構造３０の少なくとも１つの層４０の上に集束される。たとえば、少なくとも１つの構造３０上の電子ビームスポット５４の半幅全幅スポットサイズは、表面２２の一部に平行な方向における、１００ミクロン以下、７５ミクロン以下、５０ミクロン以下、３０ミクロン以下、または１５ミクロン以下の最大幅を有し得る。特定の実施形態では、半幅全幅スポットサイズは、表面２２の一部に平行な方向における（たとえば第１の方向３４における）５ミクロン〜２０ミクロンの範囲の第１の寸法と、その方向に垂直であり表面２２の一部に平行な別の方向における（たとえば第２の方向３６における）２０ミクロン〜２００ミクロンの範囲の第２の寸法とを有する（たとえば、第２の寸法は第１の寸法の４倍〜１０倍の範囲であり、電子ビームスポット５４は４：１〜１０：１の範囲のアスペクト比を有する）。
特定の実施形態では、Ｘ線システム２００は、本明細書に記載のようなＸ線源１００と、０度〜４０度の範囲（たとえば、０度〜３度の範囲、２度〜５度の範囲、４度〜６度の範囲、５度〜１０度の範囲）の取り出し角度Ψ（たとえば、少なくとも１つのＸ線光学部品６０の受光円錐の中心線６４の角度であり、当該角度は表面２２の一部に平行な方向に対して定義される）を有する伝搬方向に沿って伝搬するＸ線源１００からのＸ線６２を受けるように構成された少なくとも１つのＸ線光学部品６０とを含む。たとえば、少なくとも１つのＸ線光学部品６０は、（たとえば、Ｘ線６２を実質的に透過させる窓を通って）Ｘ線源１００から放出されたＸ線６２を受けるように構成され得、取り出し角度Ψは、電子ビーム５２の中心線５６および方向３８によって規定される平面に垂直な平面内にあり得る。特定の実施形態では、取り出し角度Ψは、電子ビームスポット５４を取り出し角度Ψで中心線６４に沿って見ると電子ビームスポット５４が短縮される（たとえば、実質的に対称であるように見える、１：１のアスペクト比を有するように見える）ように選択される。たとえば、Ｘ線６２が少なくとも１つのＸ線光学部品６０によって集光される焦点は、２０ミクロン未満、１５ミクロン未満、または１０ミクロン未満の半幅全幅焦点サイズ（たとえば、Ｘ線６２がＸ線６２の最大強度の少なくとも半分の強度を有する焦点の領域の幅）を有し得る。
少なくとも１つのＸ線光学部品６０およびＸ線システム２００のさまざまな構成が本明細書に記載の特定の実施形態と適合する。たとえば、少なくとも１つのＸ線光学部品６０は、ポリキャピラリー型またはシングルキャピラリー型光学部品のうちの少なくとも一方を含むことができ、内側反射面は二次関数の１つ以上の部分（たとえば、長円体の一部、および／または互いに対向する放物鏡面の部分）の形状を有する。Ｘ線システム２００は複数のＸ線光学部品６０を含むことができ、各Ｘ線光学部品は、対象となる特定のＸ線エネルギーの効率のために最適化され、Ｘ線ターゲット１０からＸ線６２を選択的に受けるように構成され得る（たとえば、各Ｘ線光学部品６０はＸ線ターゲット１０の対応する構造３０と対になっている）。本明細書に記載の特定の実施形態に従って本明細書に開示されるＸ線源１００とともに使用可能なさまざまな例示的なＸ線光学部品６０およびＸ線システム２００が、米国特許第９，５７０，２６５号、第９，８２３，２０３号、第１０，２９５，４８６号、および第１０，２９５，４８５号に開示されており、その各々の全体を本明細書に引用により援用する。
図４Ａおよび図４Ｂは、本明細書に記載の特定の実施形態に従うＸ線源３００の他の例を概略的に示す。Ｘ線源３００は、表面２２を含む熱伝導性基板２０と、基板２０の表面２２の少なくとも一部の上の、または表面２２の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造３０とを含む、Ｘ線ターゲット１０を含む（たとえば図１Ａ〜図１Ｃおよび図２Ａ〜図２Ｂ参照）。Ｘ線源３００は、電子源５０（たとえば図３参照）と、領域３１２を含む筐体３１０とをさらに含み、領域３１２は真空状態にあり（たとえば１Ｔｏｒｒ未満のガス圧を有し）、筐体３１０を取り囲む雰囲気から密閉されている。領域３１２は少なくとも１つの構造３０を含み、電子源５０からの少なくとも１本の電子ビーム５２は、領域３１２の一部を通って伝搬して少なくとも１つの構造３０のうちの選択された１つに当たるように構成される。
特定の実施形態では、少なくとも１つの構造３０は互いに別個の複数の構造３０（たとえば図２Ａ〜図２Ｂ参照）を含み、ターゲット１０および少なくとも１本の電子ビーム５２のうちの少なくとも一方は、複数の構造３０が密閉領域３１２に残っている間に複数の構造３０のうちの選択された１つに少なくとも１本の電子ビーム５２が当たるように、制御可能に動かされるように構成される。図２Ａ〜図２Ｂに関して本明細書に記載されるように、構造３０のうちの２つ以上の第２の材料４２は、構造３０のうちの少なくとも２つによって発生するＸ線が互いに異なるスペクトルを有する（たとえば、すべてのスペクトルが互いに異なる）ことによって、異なるＸ線スペクトルの中からの選択能力を有利に提供することができるように、互いに異なっていてもよい（たとえば、すべての第２の材料４２は互いに異なっていてもよい）。さらに、図２Ａ〜図２Ｂに関して本明細書に記載されるように、構造３０のうちの２つ以上の第２の材料４２は、互いに同一であることによって、冗長性を有利に提供することができる（たとえば、構造３０のうちの１つが損傷または劣化した場合、構造３０のうちの別の１つを代わりに用いることができる）。図４Ａおよび図４Ｂは、第１の方向３４ａ、３４ｂ、３４ｃに沿った長寸法が少なくとも１つのＸ線光学部品６０に向かう方向に垂直に向けられている構造３０を概略的に示しているが、構造３０のうちの１つ以上（たとえばすべて）は、これに代えて、（たとえば、少なくとも１つのＸ線光学部品６０に向かう方向と、少なくとも１本の電子ビーム５２の軌道方向とによって規定される平面内で）少なくとも１つのＸ線光学部品６０に向かう方向に対してその他の向きを有することもできる。少なくとも１本の電子ビーム５２は、図４Ａに概略的に示されるように、表面２２に垂直な、もしくは構造３０の少なくとも１つの層４０に垂直な方向において（たとえば０度の衝突角度）、または、表面２２に垂直な、もしくは構造３０の少なくとも１つの層４０に垂直な方向に対して非ゼロの衝突角度θ（たとえば、１０度〜８０度の範囲、１０度〜３０度の範囲、２０度〜４０度の範囲、３０度〜５０度の範囲、４０度〜６０度の範囲、５０度〜７０度の範囲、６０度〜８０度の範囲、７０度超の範囲）の方向において、構造３０に当たることができる。
図４Ａに概略的に示されるように、電子源５０は、少なくとも１本の電子ビーム５２を、（たとえば、偏向電極などの電子光学部品を利用して）複数の構造３０のうちの選択された１つに当たるように選択された軌道に沿って選択的に方向付ける（たとえば偏向させる）ように構成される。図４Ａに示されるように、少なくとも１本の電子ビーム５２が表面２２に垂直なまたは構造３０の少なくとも１つの層４０に垂直な方向において構造３０に当たるように、Ｘ線ターゲット１０を向けることができる。図４Ａでは、少なくとも１本の電子ビーム５２の動きは両方向矢印によって概略的に示されており、複数の構造３０のうちの選択された１つに当たる少なくとも１本の電子ビーム５２に対応する少なくとも１本の電子ビーム５２の軌道の各々は、少なくとも１本の電子ビーム５２の対応する中心線５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄによって概略的に示されている。照射された構造３０から放出されて筐体３１０のＸ線透過窓３１４を透過したＸ線６２は、少なくとも１つのＸ線光学部品６０によって集光される。図４Ａでは、複数の構造３０のうちの選択された１つに当たる少なくとも１本の電子ビーム５２に対応する集光されたＸ線６２の軌道の各々は、Ｘ線６２の対応する中心線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄによって概略的に示されている。特定の実施形態では、少なくとも１つのＸ線光学部品６０の位置および／または向きを、異なる位置にあるＸ線６２の焦点に対処するように調整することができる。
図４Ｂに概略的に示されるように、Ｘ線源３００は、複数の構造３０のうちの選択された１つに少なくとも１本の電子ビーム５２が当たるようにＸ線ターゲット１０を電子源５０に対して動かすように構成されたステージ３２０をさらに含む。図４Ｂに示されるように、少なくとも１本の電子ビーム５２が表面２２に垂直なまたは構造３０の少なくとも１つの層４０に垂直な方向に対して非ゼロの衝突角度θで構造３０に当たるように、Ｘ線ターゲット１０を向けることができる。図４Ｂでは、基板２０の表面２２に平行な方向に沿ったステージ３２０によるターゲット１０の平行移動が両方向矢印によって概略的に示されている。特定の実施形態のステージ３２０は、構造３０を１方向に、（たとえば互いに垂直な）２方向に、３方向（たとえば互いに垂直な３方向）に平行移動させることができ、および／または、１つ以上の回転軸（たとえば互いに垂直な２つ以上の軸）の周りでＸ線ターゲット１０を回転させることができる。特定の実施形態では、ステージ３２０によるターゲット１０の平行移動の方向のうちの１つ以上は、少なくとも１本の電子ビーム４２に垂直な方向にあり得る。特定の実施形態では、ステージ３２０は、領域３１２の内部の構成要素（たとえば、アクチュエータ、センサ）と、少なくとも一部が領域３１２の外部にある他の構成要素（たとえば、コンピュータコントローラ、フィードスルー、モータ）とを含む。ステージ３２０は、構造３０の各々を少なくとも１本の電子ビーム５２が当たる位置に配置するのに十分な移動量を有する。
照射された構造３０から放出されて筐体３１０のＸ線透過窓３１４を透過したＸ線６２は、少なくとも１つのＸ線光学部品６０によって集光される。特定の実施形態では、Ｘ線６２の源の位置は、異なる構造３０の中からの選択時に変化しないままであり、それによって、Ｘ線焦点の異なる位置に対処するための少なくとも１つのＸ線光学部品６０の位置および／または向きの調整を有利に回避する。特定の実施形態では、選択的に方向付けられた電子ビーム５２と選択的に可動なステージ３２０との組み合わせを用いることができる。
従来の密閉管Ｘ線源は、典型的に、約１ミリメートルの焦点サイズおよび低輝度を提供するが、本明細書に記載の特定の実施形態は、それよりもはるかに小さい焦点サイズおよびはるかに高い輝度を有するＸ線源を提供することができる。本明細書に記載の特定の実施形態は、０．５μｍ〜１００μｍの範囲（たとえば、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ）のスポットサイズ（たとえば半値全幅直径）、５Ｗ〜１ｋＷの範囲（たとえば、１０Ｗ、３０〜８０Ｗ、１００Ｗ、２００Ｗ）の全パワー、および０．２Ｗ／μｍ２〜１００Ｗ／μｍ２の範囲（たとえば、０．３〜０．８Ｗ／μｍ２、２．５Ｗ／μｍ２、８Ｗ／μｍ２、４０Ｗ／μｍ２）のパワー密度で、構造３０上に集束されて入射する少なくとも１本の電子ビーム５２を利用し、Ｘ線輝度（たとえば電子ビームパワー密度に比例する）は、０．５×１０１０光子／ｍｍ２／ｍｒａｄ２〜５×１０１２光子／ｍｍ２／ｍｒａｄ２の範囲（たとえば、１〜３×１０１０光子／ｍｍ２／ｍｒａｄ２、１×１０１１光子／ｍｍ２／ｍｒａｄ２、３×１０１１光子／ｍｍ２／ｍｒａｄ２、２×１０１２光子／ｍｍ２／ｍｒａｄ２）である。
さらに、少なくとも１本の電子ビーム５２が選択的に当たる複数の構造３０を有することによって、本明細書に記載の特定の実施形態は、真空状態にありながら（たとえば、真空を破壊する必要なしに、１つのＸ線ターゲットを別のＸ線ターゲットと交換する必要なしに、およびポンプダウンして真空状態に戻る必要なしに）、少なくとも１本の電子ビーム５２および／またはＸ線ターゲット１０のコンピュータ制御された動きによって複数のＸ線スペクトルからＸ線スペクトルを選択できる柔軟性とともに、そのような小さい焦点サイズおよび高輝度を提供することができる。Ｘ線ターゲット１０を１ミクロンまたはサブミクロンの精度で動かすことによって、特定の実施形態は、少なくとも１つのＸ線光学部品６０および／またはＸ線システム２００の他の構成要素の再位置合わせを有利に回避する。
複数の選択可能なＸ線スペクトルを提供することによって、本明細書に記載の特定の実施形態を、Ｘ線顕微鏡法、Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、Ｘ線断層撮影法、Ｘ線散乱（たとえば、ＳＡＸＳ、ＷＡＸＳ）、Ｘ線吸収分光法（たとえば、ＸＡＮＥＳ、ＥＸＡＦＳ）、およびＸ線放出分光法を含むがこれらに限定されない、マイクロフォーカスＸ線スポットを利用するさまざまな種類のＸ線計測に有利に用いることができる。
図５Ａは、本明細書に記載の特定の実施形態に従う個別の構造３０を有する例示的なＸ線ターゲット１０を概略的に示し、図５Ｂ〜図５Ｉは、本明細書に記載の特定の実施形態に従う図５Ａの例示的なＸ線ターゲット１０のさまざまな種類からのさまざまな輝度のシミュレーション結果を概略的に示す。各構造３０は、銅基板２０に少なくとも部分的に埋め込まれたダイヤモンドの第１の材料３２の上に金属層４０（たとえば、タングステン、銅）を有する。図５Ｂ〜図５Ｉでは、これらの輝度のシミュレーション結果を、銅基板上の連続的なダイヤモンド層の上に堆積された連続的な金属薄膜（たとえば、タングステン、銅）を有する例示的な従来のＸ線ターゲットに対応するシミュレーション結果と比較している。図５Ｂ〜図５Ｉの輝度は、入射電子当たりの単位面積および単位立体角当たりの放出光子の数（たとえば、光子／電子／μｍ２／ステラジアン（ｐｈ／ｅ／μｍ２／ｓｒ））と定義される。
図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、および図５Ｉのシミュレーションでは、各構造３０の幅は１μｍであり、図５Ａに示されるように、構造３０は（たとえば隣接する縁同士の間が）互いに２μｍ離間している（たとえば、ピッチが３μｍであり、デューティサイクルが１：２である）。図５Ｄおよび図５Ｈのシミュレーションでは、各構造３０の幅は１μｍであり、構造３０は（たとえば隣接する縁同士の間が）互いに１μｍ離間している（たとえば、ピッチが２μｍであり、デューティサイクルが１：１である）。熱モデリング計算によれば、図５ＡのＸ線ターゲット１０は、同じ最大温度で固体銅アノード上の電子パワー密度よりも４倍高い電子パワー密度に耐えることができる（たとえば６５Ｗ対１２．５Ｗ）。図５Ｂ〜図５Ｉのシミュレーション結果では、より高い衝突角度でのより大きな割合の散乱電子に対処するために、６０度の衝突角度での電子ビーム５２のパワーを０度の衝突角度と比べて１．３倍増加させている。
図５Ｂでは、２５ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来のタングステンターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従うタングステン層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｂの左側には８〜１０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｂの右側には３〜２５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｃでは、３５ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来のタングステンターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従うタングステン層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｃの左側には８〜１０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｃの右側には３〜３５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｄでは、３５ｋＶの電子ビームによって発生し、デューティサイクルが１：１の本明細書に記載の特定の実施形態に従うタングステン層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｄの左側には８〜１０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｃの右側には３〜３５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｅでは、５０ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来のタングステンターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従うタングステン層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｅの左側には８〜１０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｅの右側には３〜５０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｆでは、２５ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来の銅ターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従う銅層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｆの左側には７〜９ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｅの右側には３〜２５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｇでは、３５ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来の銅ターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従う銅層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｇの左側には７〜９ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｇの右側には３〜３５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｈでは、３５ｋＶの電子ビームによって発生し、デューティサイクルが１：１の本明細書に記載の特定の実施形態に従う銅層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｈの左側には７〜９ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｈの右側には３〜３５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｉでは、５０ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来の銅ターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従う銅層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｉの左側には７〜９ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｉの右側には３〜５０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
これらのシミュレーション結果によって示されるように、本明細書に記載の特定の実施形態に従う例示的なターゲット１０は従来のターゲットよりも高い輝度を示す。衝突角度が６０度で取り出し角度が５度のタングステン層について、かつ、３つの電子ビームエネルギー（２５ｋＶ、３５ｋＶ、５０ｋＶ）について、表１Ａは８〜１０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度（光子／電子／μｍ２／ステラジアン）を示し、表１Ｂは３ｋｅＶ超のエネルギーを有するＸ線の輝度（光子／電子／μｍ２／ステラジアン）を示す。これらの結果は、例示的なターゲット１０が従来のターゲットの４倍の放熱を示すと仮定し、０度と比べて６０度の入射角でのより高い電子散乱に対処するために１．３倍の補正を行なってなされた。
Figure 2021532547
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衝突角度が６０度で取り出し角度が５度の銅層について、かつ、３つの電子ビームエネルギー（２５ｋＶ、３５ｋＶ、５０ｋＶ）について、表２Ａは７〜９ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度（光子／電子／μｍ２／ステラジアン）を示し、表２Ｂは３ｋｅＶ超のエネルギーを有するＸ線の輝度（光子／電子／μｍ２／ステラジアン）を示す。これらの結果は、例示的なターゲット１０が従来のターゲットの４倍の放熱を示すと仮定し、０度と比べて６０度の入射角でのより高い電子散乱に対処するために１．３倍の補正を行なってなされた。
Figure 2021532547
Figure 2021532547
さまざまな構成を上記に説明した。これらの具体的な構成を参照して本発明を説明したが、その説明は本発明を例示するものとして意図しており、限定するものとして意図していない。当業者は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなくさまざまな変更および応用を想起し得る。したがって、たとえば、本明細書に開示される任意の方法またはプロセスにおいて、当該方法／プロセスを構成する行為または動作は任意の適切な順序で実行することができ、いずれかの特定の開示された順序に必ずしも限定されない。上記に述べたさまざまな実施形態および実施例からの特徴または要素を互いに組み合わせて、本明細書に開示される実施形態と適合する代替的な構成を生成してもよい。実施形態のさまざまな局面および利点を適宜説明した。そのような局面または利点のすべてがいずれかの特定の実施形態に従って必ずしも達成され得るわけではないことが理解されねばならない。したがって、たとえば、さまざまな実施形態は、本明細書で教示または示唆され得る他の局面または利点を必ずしも達成しなくとも、本明細書で教示される１つの利点または一連の利点を達成または最適化するように実行され得ることが認識されねばならない。
第１の材料３２の例としては、ダイヤモンド、炭化ケイ素、ベリリウム、およびサファイア、のうちの少なくとも１つが挙げられるが、これに限定されない。図１Ａは、実質的に真っ直ぐな辺を有する半円筒状、角柱状、または平行六面体状の第１の材料３２（たとえば、リボン、バー、ストリップ、ストラット、フィンガー、スラブ、プレート）を概略的に示しているが、真っ直ぐな、湾曲した、および／または不規則な辺を有するその他の形状（たとえば、規則的、不規則的、幾何学的、非幾何学的）も本明細書に記載の特定の実施形態と適合する。特定の実施形態では、第１の材料３２の長さＬは、第１の方向３４における第１の材料３２の最大の大きさであり、第１の材料３２の幅Ｗは、第２の方向３６における第１の材料３２の最大の大きさである。長さＬは、１ミリメートル超、５ミリメートル超、１ミリメートル〜４ミリメートル、１ミリメートル〜１０ミリメートル、または１ミリメートル〜２０ミリメートルの範囲であり得る。幅Ｗは、０．２ミリメートル〜３ミリメートル、０．２ミリメートル〜１ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、０．２ミリメートル〜０．８ミリメートル、または０．２ミリメートル〜０．６ミリメートルの範囲であり得る。特定の実施形態では、第１の材料３２の厚みＴは、表面２２の一部に垂直な方向における第１の材料３２の最大の大きさであり、０．２ミリメートル〜１ミリメートル、０．４ミリメートル〜１ミリメートル、０．２ミリメートル〜０．８ミリメートル、または０．２ミリメートル〜０．６ミリメートルの範囲であり得る。
特定の実施形態では、第１の材料３２（たとえばダイヤモンド）をウェハまたは他の構造から（たとえば細片に）切断（たとえばレーザー切断）することができる。図１Ａ〜図１Ｃは、第１の材料３２が互いに直角の真っ直ぐで滑らかな頂面、底面、および側面を有する特定の実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態では、第１の材料３２の頂面、底面、および／または側面は、粗く、不規則であり、もしくは湾曲しており、および／または互いに非直角である。特定の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２および／または少なくとも１つの第３の材料４４を、（たとえば、マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリング処理によって）第１の材料３２の頂面の上に堆積することができる。図１Ａ〜図１Ｃは、少なくとも１つの第２の材料４２および少なくとも１つの第３の材料４４が、真っ直ぐで滑らかな頂面、底面、および側面を有し、側面が第１の材料３２の辺と面一である特定の実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２および／または少なくとも１つの第３の材料４４は、粗い、不規則な、もしくは湾曲した表面であり、および／または側面は第１の材料３２の頂面を越えて延在し（たとえば、第１の材料３２の頂面の下方で第１の材料３２の辺に沿って下向きに延在し）、および／または第１の材料３２の側面のうちの１つ以上を越えて延在する（たとえば、少なくとも１つの第２の材料４２および／または少なくとも１つの第３の材料４４の長さおよび／または幅が第１の材料３２よりも大きいように、表面２２の一部に平行な１つ以上の方向において外向きに延在する）。図１Ａ〜図１Ｃは、少なくとも１つの第２の材料４２の頂面が表面２２の一部に平行である特定の実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態では、少なくとも１つの第２の材料４２の頂面は表面２２の一部に非平行である。
図５Ｄでは、３５ｋＶの電子ビームによって発生し、デューティサイクルが１：１の本明細書に記載の特定の実施形態に従うタングステン層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｄの左側には８〜１０ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｄの右側には３〜３５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。
図５Ｆでは、２５ｋＶの電子ビームによって発生し、（ｉ）従来の銅ターゲットから、および（ｉｉ）デューティサイクルが１：２の本明細書に記載の特定の実施形態に従う銅層４０を有する構造３０を有する例示的なターゲット１０から放出されたＸ線の輝度を、取り出し角度の関数として、３つの衝突角度（０度、３０度、および６０度）について比較している。図５Ｆの左側には７〜９ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されており、図５Ｆの右側には３〜２５ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線の輝度が示されている。

Claims (26)

  1. Ｘ線ターゲットであって、
    表面を含む熱伝導性基板と、
    前記表面の少なくとも一部の上の、または前記表面の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造とを備え、前記少なくとも１つの構造は、
    前記基板と熱的に連通する熱伝導性の第１の材料を備え、前記第１の材料は、前記表面の前記一部に平行な第１の方向に沿った、１ミリメートル超の範囲の長さと、前記表面の前記一部に平行であり前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿った幅とを有し、前記幅は０．２ミリメートル〜３ミリメートルの範囲であり、前記少なくとも１つの構造はさらに、
    前記第１の材料の上に少なくとも１つの層を備え、前記少なくとも１つの層は前記第１の材料とは異なる少なくとも１つの第２の材料を含み、前記少なくとも１つの層は２ミクロン〜５０ミクロンの範囲の厚みを有し、前記少なくとも１つの第２の材料は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射するとＸ線を発生させるように構成される、Ｘ線ターゲット。
  2. 前記表面は銅を含む、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  3. 前記第１の材料は前記基板にろう付けされる、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  4. 前記第１の材料は、ダイヤモンド、炭化ケイ素、ベリリウム、およびサファイア、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  5. 前記第１の材料は、２０Ｗ／ｍ−Ｋ〜２５００Ｗ／ｍ−Ｋの範囲の熱伝導率を有し、１４以下の原子番号の元素を含む、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  6. 前記第１の材料は、前記表面の前記一部に垂直な方向における、０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲の厚みを有する、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  7. 前記少なくとも１つの第２の材料は、タングステン、クロム、銅、アルミニウム、ロジウム、モリブデン、金、白金、イリジウム、コバルト、タンタル、チタン、レニウム、炭化ケイ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ホウ素、およびそれらの１つ以上を含む合金または組み合わせ、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  8. 前記少なくとも１つの層は、前記第１の材料と前記少なくとも１つの第２の材料との間に少なくとも１つの第３の材料をさらに含み、前記少なくとも１つの第３の材料は前記第１の材料および前記少なくとも１つの第２の材料とは異なる、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  9. 前記少なくとも１つの第３の材料は、窒化チタン、イリジウム、および酸化ハフニウム、のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のＸ線ターゲット。
  10. 前記少なくとも１つの第３の材料は、２ナノメートル〜５０ナノメートルの範囲の厚みを有する、請求項８に記載のＸ線ターゲット。
  11. 前記少なくとも１つの構造は、互いに別個の複数の構造を含む、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  12. 前記複数の構造は、前記第２の方向に沿って０．０２ミリメートル超の分離距離だけ互いに離間している、請求項１１に記載のＸ線ターゲット。
  13. 前記構造のうちの２つ以上の前記少なくとも１つの第２の材料は互いに異なる、請求項１１に記載のＸ線ターゲット。
  14. 前記構造のうちの２つ以上の前記第１の材料は互いに同一である、請求項１１に記載のＸ線ターゲット。
  15. 前記構造のうちの２つ以上によって発生する前記Ｘ線は、互いに異なるエネルギーの関数としての強度分布を有する、請求項１１に記載のＸ線ターゲット。
  16. 前記少なくとも１つの第２の材料は導電性であり、電位と電気的に連通し、前記少なくとも１つの第２の材料は、電子照射による前記少なくとも１つの第２の材料の充電を防止するように構成される、請求項１に記載のＸ線ターゲット。
  17. Ｘ線源であって、
    Ｘ線ターゲットを備え、前記Ｘ線ターゲットは、
    表面を含む熱伝導性基板と、
    前記表面の少なくとも一部の上の、または前記表面の少なくとも一部に埋め込まれた少なくとも１つの構造とを備え、前記少なくとも１つの構造は、
    前記基板と熱的に連通する熱伝導性の第１の材料を備え、前記第１の材料は、前記表面の前記一部に平行な第１の方向に沿った、１ミリメートル超の範囲の長さと、前記表面の前記一部に平行であり前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿った幅とを有し、前記幅は０．２ミリメートル〜３ミリメートルの範囲であり、前記少なくとも１つの構造はさらに、
    前記第１の材料の上に少なくとも１つの層を備え、前記少なくとも１つの層は前記第１の材料とは異なる少なくとも１つの第２の材料を含み、前記少なくとも１つの層は２ミクロン〜５０ミクロンの範囲の厚みを有し、前記少なくとも１つの第２の材料は、０．５ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギー範囲のエネルギーを有する電子を照射するとＸ線を発生させるように構成され、前記Ｘ線源はさらに、
    少なくとも１本の電子ビームにおける電子を発生させ、前記少なくとも１本の電子ビームを前記少なくとも１つの構造に当たるように方向付けるように構成された電子源を備える、Ｘ線源。
  18. 前記少なくとも１つの第２の材料の前記厚みは、前記少なくとも１つの第２の材料の内部の前記電子の電子侵入深さよりも小さい、請求項１７に記載のＸ線源。
  19. 前記少なくとも１本の電子ビームは、前記少なくとも１本の電子ビームの中心線が前記表面の前記一部に垂直なまたは前記少なくとも１つの構造の前記少なくとも１つの層に垂直な方向に対して非ゼロの角度であるように、前記少なくとも１つの構造に当たる、請求項１８に記載のＸ線源。
  20. 前記非ゼロの角度は５０度〜７０度の範囲である、請求項１９に記載のＸ線源。
  21. 前記少なくとも１本の電子ビームは、前記少なくとも１本の電子ビームの中心線が前記第１の方向と前記表面の前記一部に垂直な方向とによって規定される平面内にあるように、前記少なくとも１つの構造に当たる、請求項１９に記載のＸ線源。
  22. 前記少なくとも１本の電子ビームは、１５ミクロン以下の最大値を有する、前記少なくとも１つの構造の上の半値全幅スポットサイズを有する、請求項１７に記載のＸ線源。
  23. 真空状態の領域をさらに備え、前記領域は前記少なくとも１つの構造を含み、前記電子源からの前記少なくとも１本の電子ビームは、前記領域の一部を通って伝搬して前記少なくとも１つの構造のうちの選択された１つに当たるように構成される、請求項１７に記載のＸ線源。
  24. 前記少なくとも１つの構造は互いに別個の複数の構造を含み、前記ターゲットおよび前記少なくとも１本の電子ビームのうちの少なくとも一方は、前記複数の構造が密閉された前記領域に残っている間に前記複数の構造のうちの選択された１つに前記電子ビームが当たるように、制御可能に動かされるように構成される、請求項２３に記載のＸ線源。
  25. 請求項１７に記載のＸ線源を備える、Ｘ線システム。
  26. 前記表面の前記一部に対する取り出し角度を有する伝搬方向に沿って伝搬する前記Ｘ線源からのＸ線を受けるように構成された少なくとも１つのＸ線光学部品をさらに備え、前記取り出し角度は０度〜４０度の範囲である、請求項２５に記載のＸ線システム。
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