JP7296661B2 - オンチップミニチュアｘ線源及びその製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１８年１１月１２日に中国専利局に提出した、出願番号が２０１８１１３３９５７７．Ｘであって、発明の名称が「オンチップミニチュアＸ線源及びその製造方法」である中国特許出願、及び２０１８年１１月１２日に中国専利局に提出した、出願番号が２０１８２１８５５６９８．５であって、発明の名称が「オンチップミニチュアＸ線源」である中国特許出願に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本出願に参照により援用する。

本出願は、Ｘ線源の分野に関し、特に、オンチップミニチュアＸ線源及びその製造方法に関する。

Ｘ線は、健康診断、がん放射線治療、安全検査、産業欠陥検出、材料分析などの分野で広く使用される。

現在、Ｘ線は主に、１つの熱放射陰極とアノードを主に含む熱陰極Ｘ線管によって生成される。電子は、熱陰極から放出された後、加速され、高エネルギー電子はアノードに衝突して、アノードでは制動放射と原子内殻電子遷移が起こり、それによってＸ線が発生する。

熱放射陰極は、大体積、高電力消費、及び長いスイッチ遅延時間などを有するため、熱陰極Ｘ線管も、一般に、より大きな体積、より高い電力消費、及びより長いスイッチ応答時間を有する。これらの問題は、多くのシナリオで従来の熱放射Ｘ線管の適用を制限する。一方、軽Ｘ線医用画像システム、短距離電気Ｘ線放射線治療デバイス、携帯型Ｘ線検出及び分析装置などの新しいＸ線機器の適用需要はますます大きくなり、これらの機器の主要なコア部品はミニチュアＸ線源であるため、ミニチュアＸ線源は、重要であり、需要が高まっている電子部品である。

ミニチュアＸ線源の研究は２０００年頃に始まった。現在、熱放射電子源とナノ材料電界放出電子源に基づく小型又はミニチュアＸ線源の開発に成功している。

その中で、熱放射電子源に基づく小型Ｘ線源の技術は比較的成熟しており、熱放射電子源に基づく小型Ｘ線源は、小型でコンパクトなサイズであるが、依然として熱放射電子源を使用しており、従来のＸ線管に非常に類似した構造を有するため、スイッチ応答時間が長いという問題があり、移動物体などの動的Ｘ線イメージングに適用することは困難である。

熱放射電子源に基づく小型Ｘ線源に比べて、カーボンナノチューブ、酸化亜鉛ナノワイヤーなどのナノ材料電界放出電子源に基づくミニチュアＸ線源は、より小さいサイズ、より低い電力消費、より短いスイッチ応答時間を有するため、非常に有望と思われるミニチュアＸ線源技術である。

しかしながら、現在、全てのオンチップミニチュアＸ線源はいずれも、サイズをさらに縮小することが困難であり、バッチ製造のコストが高いなどの問題がある。

これを考慮して、本出願は、オンチップミニチュアＸ線源のサイズをさらに縮小し、コストを削減するオンチップミニチュアＸ線源及びその製造方法を提供する。

上記の技術的な問題を解決するために、本出願は、次の技術案を採用している。
オンチップミニチュアＸ線源であって、
オンチップミニチュア電子源と、
前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に位置する、キャビティ構造である第１の絶縁スペーサーと、
前記第１の絶縁スペーサー上に位置するアノードと、を含み、
前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティが形成される。

任意選択で、前記オンチップミニチュア電子源は、
基板と、
前記基板の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層と、
前記抵抗スイッチング材料フィルム層に位置する少なくとも１つの電極対であって、第１の電極と第２の電極とを含み、前記第１の電極と前記第２の電極との間にギャップが存在する、前記少なくとも１つの電極対と、を含み、
前記ギャップの下の抵抗スイッチング材料フィルム層の領域にトンネル接合が形成される。

任意選択で、前記電極対は複数あり、複数の前記電極対は指状の交差電極対である。

任意選択で、前記基板は、熱伝導性を有する材料で作られ、前記抵抗スイッチング材料フィルム層に前記基板と連通する少なくとも１つの貫通孔が設置され、
前記電極対の少なくとも１つの電極は、前記貫通孔を通して前記基板と接触して接続する。

任意選択で、前記Ｘ線源は、前記アノード上に位置する第１の放熱部品をさらに含む。

任意選択で、前記Ｘ線源は、前記基板の下に位置する第２の放熱部品をさらに含む。

任意選択で、前記第１の絶縁スペーサーは、中空キャビティ構造である。

任意選択で、前記第１の絶縁スペーサーは、トップカバーが設置されたキャビティ構造であり、前記トップカバーに導電性プラグが設置され、
前記アノードは、前記トップカバーの下に位置し、前記導電性プラグによって前記第１の絶縁スペーサー上に位置する電極に電気的に接続される。

任意選択で、前記Ｘ線源は、
前記第１の絶縁スペーサーと前記オンチップミニチュア電子源との間に位置する中空集束電極であって、前記中空集束電極の前記オンチップミニチュア電子源に近い側の表面に中空キャビティ構造である第２の絶縁スペーサーが設置されている、前記中空集束電極をさらに含み、
前記第２の絶縁スペーサーは、前記オンチップミニチュア電子源に接続される。

任意選択で、前記密閉真空キャビティ内に吸気部品が設置され、前記吸気部品は、前記密閉真空キャビティ内のガスを吸収して、前記密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持するために使用される。

任意選択で、前記アノードは、ターゲット層と、前記ターゲット層を支持するための支持層とを含み、
前記ターゲット層は、電子衝撃に近い側に位置し、前記支持層は、電子衝撃から遠い側に位置する。

任意選択で、前記ターゲット層は、重金属材料で作られ、前記支持層は、銅又はアルミニウムで作られる。

任意選択で、前記アノードの厚さは、０．１～１０００ミクロンである。

オンチップミニチュアＸ線源の製造方法であって、
オンチップミニチュア電子源を製造するステップと、
アノードを製造するステップであって、前記アノードの一方の表面にキャビティ構造である第１の絶縁スペーサーが設置される、前記アノードを製造するステップと、
前記第１の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続することで、前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティを形成するステップと、含む。

任意選択で、前記オンチップミニチュア電子源と前記第１の絶縁スペーサーとを接続する前に、
中空集束電極を製造するステップであって、前記中空集束電極の一方の表面に中空キャビティ構造である第２の絶縁スペーサーが設置される、前記中空集束電極を製造するステップをさらに含み、
前記オンチップミニチュア電子源と前記第１の絶縁スペーサーとを接続する前に、
前記第２の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続するステップをさらに含み、
前記オンチップミニチュア電子源と前記第１の絶縁スペーサーとを接続する前記ステップは、具体的に、
前記第１の絶縁スペーサーを、前記中空集束電極の前記第２の絶縁スペーサーから離れた側に接続するステップを含む。

任意選択で、前記第１の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続することで、前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティを形成する前に、
形成しようとする密閉真空キャビティ内に吸気部品を配置するステップであって、前記吸気部品が、前記密閉真空キャビティ内のガスを吸収して、前記密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持するために使用される、前記吸気部品を、形成しようとする密閉真空キャビティ内に配置するステップをさらに含む。

任意選択で、前記方法は、
前記アノード上に第１の放熱部品を形成するステップをさらに含む。

任意選択で、オンチップミニチュア電子源を製造する前記ステップは、具体的に、
基板を提供するステップと、
前記基板の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層を形成するステップと、
前記抵抗スイッチング材料フィルム層に少なくとも１つの電極対を形成するステップであって、前記電極対が、第１の電極と第２の電極を含み、前記第１の電極と前記第２の電極との間にギャップが存在する、前記抵抗スイッチング材料フィルム層に少なくとも１つの電極対を形成するステップと、含み、
前記第１の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続することで、前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティを形成する前又は後に、オンチップミニチュア電子源を製造する前記ステップは、
前記ギャップの下の抵抗スイッチング材料フィルム層がソフトブレイクダウンされ抵抗スイッチング特性を示すように制御して、前記ギャップの下の抵抗スイッチング材料フィルム層領域内にトンネル接合を形成するステップをさらに含む。

任意選択で、前記基板は、熱伝導性を有する基板であり、抵抗スイッチング材料フィルム層を形成した後、少なくとも１つの電極対を形成する前に、
前記抵抗スイッチング材料フィルム層に前記基板と連通する少なくとも１つの貫通孔を形成するステップをさらに含み、
前記電極対の少なくとも１つの電極は、前記貫通孔を通して前記基板と接触して接続する。

従来技術と比較して、本出願は、次の有益な効果を有する。
上記の技術案によれば、本出願によるオンチップミニチュアＸ線源は、オンチップミニチュア電子源に基づいており、当該オンチップミニチュア電子源は、微細加工技術によって得られる。従って、従来技術の従来の機械加工技術によって作られたオンチップミニチュアＸ線源に比べて、本出願で提供されるオンチップミニチュアＸ線源は、微細加工技術によって得られるため、そのサイズをさらに縮小することができ、製造コストを削減することができる。そして、当該オンチップミニチュアＸ線源は、安定したＸ線線量、低い作業真空要件、高速スイッチ応答、集積可能、バッチ加工可能などの利点があり、小型で携帯型の様々なＸ線検出分析及び治療デバイスに適用できる。

本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の三次元構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源におけるオンチップミニチュア電子源の三次元構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源の構成原理の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源におけるトンネル接合エネルギーバンド構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源における垂直構造のトンネル電子源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例１による他のオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の概略フローチャートである。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源の製造方法のフローチャートである。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例１によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例１によるアノードを製造するステップに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の三次元構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源におけるオンチップミニチュア電子源の三次元構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の概略フローチャートである。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の概略フローチャートである。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例２によるオンチップミニチュア電子源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の概略フローチャートである。 本出願の実施例３による第１の放熱部品を製造するステップに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の概略フローチャートである。 本出願の実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例５による他のオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図である。 本出願の実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の概略フローチャートである。 本出願の実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。 本出願の実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の一連の製造プロセスのうちの１つに対応する断面構造の概略図である。

既存のミニチュアＸ線源は、従来の機械加工技術によって得られるため、サイズをさらに縮小することが困難であり、バッチ製造のコストが高いなどの問題がある。微細加工技術は、大規模集積回路、微小電気機械システム、ミクロ流体システムなどのオンチップミニチュアデバイスの加工に広く使用されており、マイクロデバイスを実現するための主流の処理技術であり、加工デバイスのサイズが小さく、バッチ加工コストが低く、加工技術が信頼できるなどの利点がある。

そこで、既存のミニチュアＸ線源に存在する問題を解決するために、本出願は、オンチップミニチュアＸ線源を提供する。当該オンチップミニチュアＸ線源は、オンチップミニチュア電子源に基づいており、オンチップミニチュア電子源は、微細加工技術によって得られる。これによって、従来技術の従来の機械加工技術によって作られたオンチップミニチュアＸ線源に比べて、本出願によるオンチップミニチュアＸ線源は、微細加工技術によって得られるため、そのサイズをさらに縮小することができ、製造コストを削減することができる。そして、当該オンチップミニチュアＸ線源は、安定したＸ線線量、低い作業真空要件、高速スイッチ応答、集積可能、バッチ加工可能などの利点があり、小型で携帯型の様々なＸ線検出分析及び治療デバイスに適用できる。

本出願の上記の目的、特徴及び利点をより明らかに理解できるために、本出願の具体的な実施形態について、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
（実施例１）

図１（１）から図１（３）を参照して、図１（１）は本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図であり、図１（２）は本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の三次元構造の概略図であり、図１（３）は本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源におけるオンチップミニチュア電子源の三次元構造の概略図である。なお、図１（２）は、実際には、構造の完全な概略図ではなく、内部構造を見るために、アノードの一部のみが描かれている。

本出願の実施例１に係るオンチップミニチュアＸ線源は、
オンチップミニチュア電子源１０と、
オンチップミニチュア電子源１０の電子放出側に位置する、キャビティ構造である第１の絶縁スペーサー１１と、
第１の絶縁スペーサー１１に位置するアノード１２と、を含み、
オンチップミニチュア電子源１０とアノード１２との間に密閉真空キャビティが形成される。

なお、オンチップミニチュア電子源１０の放出効率を向上させるために、一例として、当該オンチップミニチュア電子源１０は、平面マルチゾーン構造を有する表面トンネル電子源であり得る。具体的に、
基板１０１と、
基板１０１の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層１０２と、
抵抗スイッチング材料フィルム層１０２に位置する複数の電極対であって、各電極対が、第１の電極１０３１と第２の電極１０３２とを含み、各第１の電極１０３１と各第２の電極１０３２との間にいずれもギャップ１０４が存在する、前記複数の電極対と、を含み、
各ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域にいずれもトンネル接合１０５が形成される（図１（１）に示す）。

上記の抵抗スイッチング材料とは、最初は電気絶縁材料であるが、電圧を印加してソフトブレイクダウンすると、抵抗スイッチング状態を示し、電子放出能力を持つものになり、抵抗スイッチング材料が活性化されると、電気絶縁材料から導電性材料に変化するものを指す。

表面トンネル電子源の動作原理を明らかに理解するために、図２（１）は、本出願の実施例１による表面トンネル電子源の原理構成図を示している。図２（１）に示すように、第１の電極１０３１と第２の電極１０３２との間に電圧を印加することにより、ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２はソフトブレイクダウンされる。このようにして、ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層は、絶縁状態から導電状態に遷移し、次に低抵抗状態から高抵抗状態に遷移した後、導電性フィラメントが切断され、ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域に図２（１）に示すようなトンネル接合１０５を形成する。当該トンネル接合１０５は、第１の電極１０３１から第２の電極１０３２まで、接続された第１の導電領域１０５１、絶縁領域１０５２、及び第２の導電領域１０５３を順次に含む。

当該ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域に形成されたトンネル接合１０５のエネルギーバンド図を図２（２）に示す。このようにして、図１（３）に示すように、第１の電極１０３１及び第２の電極１０３２に電圧Ｖ１を印加した後、電子は、低電位の第１の導電領域１０５１から絶縁領域１０５２にトンネリングし、絶縁領域１０５２で加速して、真空レベルを超えるエネルギーを得て、高電位の第２の導電領域１０５３に到達した後に放出される。

なお、基板１０１は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＳｉＧｅ基板、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）又はＧＯＩ（ゲルマニウムオンインシュレータ、Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などであり得る。

その中で、当該オンチップミニチュア電子源の放熱能力を向上させるために、基板１０１は、熱伝導性を有する材料、又は良好な導電性及び熱伝導性の両方を有する材料を選択してもよい。良好な導電性及び熱伝導性を有する材料を基板１０１として使用する場合、当該基板１０１は電極としても使用され得る。本出願の実施例では、良好な導電性及び熱伝導性の両方を有する材料で形成された基板１０１を例として説明する。

例として、良好な導電性及び熱伝導性を有する基板１０１を形成するための材料は、金属又は高濃度にドープされた半導体であり得る。

また、抵抗スイッチング材料フィルム層１０２は、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化ゲルマニウム、ダイヤモンド、及びアモルファスカーボンから１つ又は複数を選択することができる。上記の材料は、ソフトブレイクダウンされた後、いずれも低抵抗状態から高抵抗状態への遷移を実現し、電子放出能力を持つことができる。

なお、本出願の実施例では、抵抗スイッチング材料フィルム層１０２に複数の電極対を形成することを例とするが、実際には、１つの電極対のみを形成してもよい。

また、抵抗スイッチング材料フィルム層１０２に形成された複数の電極は、異なる構造を有する電極対であり得る。この実施例では、指状の交差電極対を例として説明する。

また、第１の電極１０３１及び第２の電極１０３２は、電極を作製するための任意の材料であり得る。一例として、第１の電極１０３１及び第２の電極１０３２は、金属、グラフェン、及びカーボンナノチューブから１つ又は複数を選択することができる。

また、一例として、第１の電極１０３１と第２の電極１０３２との間のギャップ１０４の幅は、１０μｍ以下であり得る。ギャップ１０４の小さな幅は、トンネル接合１０５における小さな幅の絶縁領域１０５２の形成を制御するのに有益であることで、導電領域の表面バリアよりも高い電圧が印加された後、顕著な電子トンネリング及び電子放出が発生することができ、絶縁領域１０５２が電圧によって破壊されないことを保証している。

一例として、当該第１の絶縁スペーサー１１は、中空キャビティ構造であり、このようにして、より多くの電子をアノード１２に衝突させて、Ｘ線を生成し、Ｘ線の放出効率を向上させることができる。また、第１の絶縁スペーサー１１は、絶縁性のよい材料を選択してもよい。一例として、第１の絶縁スペーサー１１は、ガラス、石英、セラミック、及びプラスチックから１つ又は複数を選択することができる。

なお、第１の絶縁スペーサー１１に良好な絶縁作用を持たせるために、その厚さは０．１～２０ミリメートルであり得る。より良い絶縁作用を達成するために、第１の絶縁スペーサー１１の厚さは、その両側に印加される電圧が高くなるにつれて、増加し得る。

他の例として、アノード１２は金属材料製であり得る。より具体的な例として、アノード材料は、タングステン、モリブデン、金、銀、銅、クロム、ロジウム、アルミニウム、ニオブ、タンタル、レニウムから１つ又は複数を選択することができる。また、Ｘ線がアノード１２を効果的に透過できることを保証するために、アノード１２の厚さは厚すぎてはならない。一例として、アノードの厚さは、０．１～１０００ミクロンであり得る。

上記は、本出願の実施例によって提供されるオンチップミニチュアＸ線源の構成である。当該オンチップミニチュアＸ線源の動作原理は、次の通りである。

指状の交差電極対の間に電圧Ｖ１を印加して、オンチップミニチュア電子源１０に電子を放出させる。同時に、第１の電極１０３１及びアノード１２に電圧Ｖ２を印加して、オンチップミニチュア電子源１０から放出された電子を加速させて、高速でアノード１２に衝突し、アノード１２の内部で制動放射及び原子内部エネルギーレベルの遷移によりＸ線を生成し、Ｘ線は、アノード１２を透過して外部空間に放出する。

上記は、本出願の実施例によって提供されるオンチップミニチュアＸ線源の具体的な実現方法である。この具体的な実現方法では、上記のオンチップミニチュアＸ線源は、オンチップミニチュア電子源１０に基づいており、当該オンチップミニチュア電子源１０は、微細加工技術によって得られるため、当該オンチップミニチュア電子源１０に基づくＸ線源も、微細加工技術によって得られる。従って、本出願の実施例によって提供されるオンチップミニチュアＸ線源のサイズをさらに縮小することができ、製造コストを削減することができる。そして、当該オンチップミニチュアＸ線源は、安定したＸ線線量、低い作業真空要件、高いスイッチ応答、集積可能、バッチ加工可能などの利点があり、小型で携帯型の様々なＸ線検出分析及び治療デバイスに適用できる。

なお、上記の実施例では、オンチップミニチュア電子源１０は、表面トンネル電子源を例として説明した。実際には、本出願の実施例に記載されているオンチップミニチュア電子源１０は、表面トンネル電子源に限定されず、垂直構造のトンネル電子源であってもよい。図３は、垂直構造のトンネル電子源の断面構造を示している。図３に示すように、当該垂直構造のトンネル電子源は、
基板３０と、
基板３０上に位置する第１の導電層３１と、
第１の導電層３１上に位置する絶縁層３２と、
絶縁層３２上に位置する第２の導電層３３と、を含む。

当該垂直構造のトンネル電子源の動作原理は、次の通りである。第２の導電層３３に第１の導電層３１に対する正のバイアス電圧を印加し、バイアス値は第２の導電層３３の表面バリア値（電子ボルトを単位とする）よりも大きい。絶縁層３２は非常に薄い（電子の平均自由行程に等しい）ので、第１の導電層３１内の電子は、量子トンネリング効果を受けて絶縁層３２を通過し第２の導電層３３に入り、絶縁層３２をトンネリングして通過する過程において、電子のエネルギーは第２の導電層３３の真空エネルギーレベルを超えて増加する。第２の導電層３３の厚さは非常に薄いので、絶縁層３２をトンネリングして通過した電子の一部は、散乱することなく第２の導電層３３をさらに透過し、第２の導電層３３の表面から真空に放出され得る。

なお、垂直構造のトンネル電子源は、金属（Ｍ）－絶縁層（Ｉ）－金属（Ｍ）に基づく垂直構造であってもよく、半導体（Ｓ）－絶縁体（Ｉ）－金属（Ｍ）に基づく垂直構造、又は半導体（Ｓ）－絶縁体（Ｉ）－半導体（Ｓ）に基づく垂直構造であってもよい。

また、上記の図１（１）から図１（３）に示すオンチップミニチュアＸ線源では、第１の絶縁スペーサー１１は、中空キャビティ構造を例として説明する。このようにして、より多くの電子をアノード１２に衝突させて、Ｘ線を生成し、Ｘ線の放出効率を向上させることができる。

本出願の実施例の拡張として、図４を参照して、第１の絶縁スペーサー１１は、トップカバー１１１が設置されるキャビティ構造であってもよく、当該トップカバー１１１に導電性プラグ１１２が設置される。アノード１２は、トップカバー１１１の下に位置し、導電性プラグ１１２と第１の絶縁スペーサー１１上に位置する電極１１３との間に電気的接続を形成する。トップカバー１１１が設置される第１の絶縁スペーサー１１は、密閉真空キャビティの気密性を高めることができ、環境中の不純物の電子放出への干渉を回避するのに有益である。

上記の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の実現方法に基づいて、対応して、本出願は、当該オンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法も提供する。

図５を参照して、実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法は、次のステップを含む。

Ｓ５１：オンチップミニチュア電子源１０を製造する。

一例として、表面トンネル電子源をオンチップミニチュア電子源１０の例として、Ｓ５１の具体的な実現方法を説明する。具体的に、図６を参照して、当該オンチップミニチュア電子源１０を製造するステップは、次の通りである。

Ｓ５１１：基板１０１を提供する。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図７（１）に示す。

Ｓ５１２：基板１０１の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層１０２を形成する。

当該ステップは、具体的に、本分野で一般的に使用される薄膜堆積プロセス又は熱酸化プロセスを使用して、基板１０１の一方の表面上に抵抗スイッチング材料フィルム層１０２を形成することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図７（２）に示す。

Ｓ５１３：抵抗スイッチング材料フィルム層１０２に複数の電極対を形成し、各電極対は第１の電極１０３１と第２の電極１０３２とを含み、各第１の電極１０３１と各第２の電極１０３２との間にいずれもギャップ１０４が存在する。

一例として、当該ステップは、具体的に、電子ビームフォトレジストのスピンコーティング、電子ビームの露光、現像と定着、金属膜の堆積、ストリッピングなどのプロセスステップを含み得る本分野で一般的に使用される電極堆積プロセスを使用して、抵抗スイッチング材料フィルム層１０２に電極材料層を堆積して、抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の表面の一部を覆う第１の電極１０３１と第２の電極１０３２、及び第１の電極１０３１と第２の電極１０３２との間のギャップ１０４を形成することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を図７（３）に示す。

Ｓ５１４：ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２がソフトブレイクダウンされ、抵抗スイッチング特性を示すように制御して、ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域にトンネル接合１０５を形成する。

当該ステップは、具体的に、第１の電極１０３１及び第２の電極１０３２に電圧を印加し、電圧値を徐々に増加しながら電流の大きさを監視し、限界電流を１００μＡなどの特定の電流値に設定し、電流が急激に増加したときに電圧の増加を停止し、このとき、間隙１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２がソフトブレイクダウンされ、抵抗スイッチング特性を示すことであり得る。このようにして、当該抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域に、ギャップ１０４全体の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２を横断する導電フィラメントが形成され、その結果、当該抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域は絶縁状態から導電状態に遷移し、次に、低抵抗状態から高抵抗状態に遷移した後、導電性フィラメントが切断され、ギャップ１０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層１０２の領域に図２（１）に示すようなトンネル接合１０５が形成される。当該トンネル接合１０５は、第１の電極１０３１から第２の電極１０３２まで、接続された第１の導電領域１０５１、絶縁領域１０５２、及び第２の導電領域１０５３を順次に含む。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図、を図７（４）に示す。

これまでに、図１（１）から図１（３）の表面トンネル電子源が形成される。当該表面トンネル電子源が動作する場合、電子は放出時に複数の層の材料を透過する必要がないため、より高い放出効率を有することができる。また、当該表面トンネル電子源は、微細加工技術によって得られるため、小さなサイズを有することができ、製造コストを削減することができる。

Ｓ５２：アノード１２を製造し、当該アノード１２の一方の表面に第１の絶縁スペーサー１１が設置され、第１の絶縁スペーサー１１はキャビティ構造である。

当該ステップは、具体的に、０．１～２０ミリメートルの厚さの絶縁層を選択し、本分野で一般的に使用される物理蒸着法、化学蒸着法又はスピンコーティング法を使用して、まず、絶縁層の一方の表面に金属材料を覆い、この金属材料層の厚さを０．１～１０００ミリメートルの間に制御することであり得る。当該金属材料層は、アノード１２として使用される。次に、ドライエッチング又はウェットエッチングのプロセスを使用して、アノード１２が露出するまで、アノード１２が設置されていない表面上に絶縁層をエッチングする。中空キャビティ構造である第１の絶縁スペーサー１１に絶縁層をエッチングする。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図８に示す。

Ｓ５３：第１の絶縁スペーサー１１をオンチップミニチュア電子源１０の電子放出側に接続することで、オンチップミニチュア電子源１０とアノード１２との間に密閉真空キャビティが形成される。

当該ステップは、具体的に、真空中で、接着剤接着又は結合によって、第１の絶縁スペーサー１１をオンチップミニチュア電子源１０の電子放出側に接続することで、オンチップミニチュア電子源１０とアノード１２が密接されて、密閉真空キャビティを形成することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する構成概略図を、図１（１）に示す。

なお、本出願は、Ｓ５１とＳ５２の順序を限定しない。また、本出願では、Ｓ５１４はＳ５３の前又は後に実行することができる。

上記は、実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法であり、この方法で製造されたオンチップミニチュアＸ線源は、図１に提供されるオンチップミニチュアＸ線源と同じ利点があり、簡潔にするために、ここで繰り返さない。

上記は、本出願の実施例１によるオンチップミニチュアＸ線源及びその製造方法に対応する具体的な実現方法である。オンチップミニチュアＸ線源におけるオンチップミニチュア電子源の放熱能力を向上させるために、本出願は、他のオンチップミニチュアＸ線源の実現方法も提供し、実施例２を参照してください。
（実施例２）

図９（１）から図９（２）を参照して、図９（１）は本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の断面構造の概略図であり、図９（２）は本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の三次元構造の概略図である。なお、図９（２）は、実際には、構造の完全な概略図ではなく、内部構造を見るために、アノードの一部のみが描かれている。

本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源であって、
オンチップミニチュア電子源９０と、
オンチップミニチュア電子源９０の電子放出側に位置する、キャビティ構造である第１の絶縁スペーサー９１と、
第１の絶縁スペーサー９１に位置するアノード９２と、を含み、
オンチップミニチュア電子源９０とアノード９２との間に密閉真空キャビティが形成される。

なお、実施例２の構造は基本的に実施例１の構造と同じ、違いは、オンチップミニチュア電子源９０の構成にのみある。従って、簡潔にするために、本出願の実施例では、第１の絶縁スペーサー９１及びアノード９２の具体的な構成は詳細に説明されず、オンチップミニチュア電子源９０だけを詳細に説明する。

一例として、図９（１）から図９（３）を参照して、オンチップミニチュア電子源９０は、
基板９０１と、
基板９０１の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層９０２であって、基板９０１と連通する複数の貫通孔９０２１が設置される抵抗スイッチング材料フィルム層９０２と、
抵抗スイッチング材料フィルム層９０２に位置する複数の電極対であって、各電極対が第１の電極９０３１と複数の第２の電極９０３２とを含み、各第２の電極９０３２が１つの貫通孔９０２１にそれぞれ対応し、各第２の電極９０３２が１つの貫通孔９０２１を介して基板９０１と接触して接続し、異なる第２の電極９０３２の間が互いに分離される、前記複数の電極対と、を含み、
第１の電極９０３１と各第２の電極９０３２との間にいずれもギャップ９０４が存在し、
各ギャップ９０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層９０２領域内にいずれもトンネル接合９０５が形成される。

なお、基板９０１、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２、第１の電極９０３１、及び第２の電極９０３２の材料は、実施例１による基板１０１、抵抗スイッチング材料フィルム層１０２、第１の電極１０３１、及び第２の電極１０３２の材料と同じであるため、簡潔にするために、ここで繰り返さない。

また、本出願の実施例では、各ギャップ９０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層９０２領域に形成されるトンネル接合９０５の構成は、上記の実施例１におけるトンネル接合１０５と同じであるため、簡潔にするために、ここで繰り返さない。

なお、貫通孔９０２１は、異なる形状に設置してもよい。例として、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２に、互いに分離された複数の円形貫通孔９０２１が設置される。

また、製造を容易にするために、本出願の実施例では、第１の電極９０３１は、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２を覆う連続電極層であってもよく、各第２の電極９０３２は円形貫通孔９０２１の内壁を覆う電極アイランドであってもよく、当該電極アイランドと第１の電極９０３１との間に電気的遮蔽が存在する。

貫通孔９０２１の形状は円形であるため、それに対応して、第１の電極９０３１と各第２の電極９０３２との間のギャップ９０４は、円形ギャップ９０４であってもよい。第２の電極９０３２は複数があるため、第１の電極９０３１と第２の電極９０３２との間に複数の電極対を含む電極対アレイを形成し、それに対応して、複数のギャップ９０４はギャップアレイを形成する。

なお、本出願の実施例では、各ギャップ９０４の幅は、１０μｍ以下であってもよい。

また、複数の第２の電極９０３２では、各電極は円形貫通孔９０２１を介して基板９０１に接続されている。このようにして、オンチップミニチュア電子源が動作中に生成された熱は、第２の電極９０３２及び基板９０１を通じて放熱することができ、これにより、オンチップミニチュア電子源９０の放熱能力を大幅に向上させて、同じ基板９０１に複数のオンチップミニチュア電子源を集積するのに有益である。

なお、本出願の実施例によって提供されるオンチップミニチュア電子源９０が動作する場合、第１の電極９０３１と各第２の電極９０３２との間に電圧を印加することができ、その結果、電子が各トンネル接合９０５から放出され、これにより、大きい放出電流を形成する。

また、基板９０１が熱伝導性と導電性との両方を有する材料層である場合、各第２の電極９０３２が基板９０１と接触して接続しているので、本出願の別の例として、電圧を印加するプロセスを簡略化するために、第１の電極９０３１及び基板９０１に電圧Ｖ１を印加することができる。各第２の電極９０３２は基板９０１と接触して接続しているので、基板９０１に印加された電気信号は、各第２の電極９０３２に伝送され、これにより、各第２の電極９０３２の全てに電圧を印加するプロセスが不要となる。

上記は、本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源におけるオンチップミニチュア電子源９０の構造である。当該オンチップミニチュア電子源９０に基づくオンチップミニチュアＸ線源の動作原理は実施例１の図１（１）及び１（２）に提供されるオンチップミニチュアＸ線源と同じである。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

上記は、本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の他の実現方法である。当該実現方法では、オンチップミニチュア電子源９０は、熱伝導性と導電性との両方を有する材料を基板９０１として選択し、各第２の電極９０３２は抵抗スイッチング材料フィルム層９０２における複数の貫通孔９０２１を介して基板９０１に接続される。このようにして、当該オンチップミニチュア電子源９０によって生成された熱は、第２の電極９０３２及び基板９０１を通じて放熱することができ、これにより、オンチップ電子源９０の放熱能力を大幅に向上させ、同じ基板９０１に複数のオンチップミニチュア電子源を集積するのに有益である。当該オンチップミニチュア電子源９０に基づくオンチップミニチュアＸ線源は、それに対応して、アノード９２に衝撃するためのより多くの放出電子を得ることができ、これにより、Ｘ線源の放出線量を増加させる。

なお、上記の実施例では、全ての電極対における第１の電極９０３１を共通電極として使用し、言い換えれば、当該第１の電極９０３１は全ての電極対の第１の電極として使用することができる。実際には、本出願の他の実施例として、各電極対の第１の電極は、互いに独立し得る。

なお、上記の実施例２では、各電極対の第２の電極９０３２は、貫通孔９０２１を介して基板９０１に接続されて、オンチップミニチュア電子源の放熱を加速する。実際には、基板９０１が絶縁材料で作られる場合、第１の電極９０３１と第２の電極９０３２とは、それぞれ異なる貫通孔９０２１を介して基板９０１と接触して接続して、オンチップミニチュア電子源の放熱能力をさらに向上させる効果を達成する。

上記の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の実現方法に基づいて、それに対応して、本出願は当該オンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法も提供する。

図１０を参照して、実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法は、次のステップを含む。

Ｓ１０１：オンチップミニチュア電子源９０を製造する。

オンチップミニチュア電子源９０は、上記の図９（３）に提供されるオンチップミニチュア電子源９０と同じ表面トンネル電子源を選択することができる。

図１１を参照して、当該オンチップミニチュア電子源９０を製造するステップは、具体的に、次の通りであり得る。

Ｓ１０１１：基板９０１を提供する。

基板９０１材料は、上記の図９（３）に提供されるオンチップミニチュア電子源の基板９０１と同じ材料を選択することができる。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１２（１）に示す。

Ｓ１０１２：基板９０１の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層９０２を形成する。

当該ステップの具体的な実現方法は、上記の実施例１におけるＳ５１２の具体的な実現方法と同じであるため、簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１２（２）に示す。

Ｓ１０１３：抵抗スイッチング材料フィルム層９０２上に複数の貫通孔９０２１を形成する。

貫通孔９０２１は、ドライエッチング又はウェットエッチングのプロセスによって形成される。一例として、ドライエッチングは、反応性ガスエッチング又はプラズマエッチングなどであり得る。

ウェットエッチングを使用して抵抗スイッチング材料フィルム層９０２に貫通孔９０２１を形成する場合、当該ステップは、具体的に、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２上に電子ビームフォトレジストをスピンコーティングし、電子ビームの露光、現像と定着、ウェットエッチング、脱接着などのプロセスステップを通じて、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２上に複数の円形の貫通孔９０２１を形成することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１２（３）に示す。

Ｓ１０１４：抵抗スイッチング材料フィルム層９０２の上に第１の電極９０３１及び複数の第２の電極９０３２を形成して、第１の電極９０３１と各第２の電極９０３２との間にいずれもギャップ９０４が存在し、各第２の電極９０３２は貫通孔９０２１を介して基板９０１に接続される。

当該ステップは、具体的に、電子ビームフォトレジストのスピンコーティング、電子ビームの露光、現像と定着、金属膜堆積、ストリッピングなどのプロセスステップを含む一般的に使用される電極堆積プロセスを使用して、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２と貫通孔９０２１の内壁に電極材料層を堆積して、第１の電極９０３１及び第２の電極９０３２を形成することであり得る。第１の電極９０３１は抵抗スイッチング材料フィルム層９０２を覆う電極層であり、各第２の電極９０３２は、１つの貫通孔９０２１及びその周りの抵抗スイッチング材料フィルム層９０２を覆う電極層であってもよい。

また、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２上に形成された複数の第２の電極９０３２のうち、各第２の電極は、円形貫通孔９０２１を介して基板９０１に接続されることで、オンチップミニチュア電子源の放熱能力を大幅に向上させ、同じ基板９０１に複数のオンチップミニチュア電子源を集積するのに有益である。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１２（４）に示す。

Ｓ１０１５：ギャップ９０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層９０２がソフトブレイクダウンされ、抵抗スイッチング特性を示すように制御して、前記ギャップ９０４の下の抵抗スイッチング材料フィルム層９０２の領域にトンネル接合９０５を形成する。

当該ステップの具体的な実現方法は上記の実施例１におけるＳ５１４の具体的な実現方法と同じであり得る。簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１２（５）に示す。

これまでに、表面トンネル電子源が形成されている。当該表面トンネル電子源は、図９（３）に提供される表面トンネル電子源と同じ有益な効果を有する。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

Ｓ１０２～Ｓ１０３はＳ５２～Ｓ５３と同じであるので、簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。Ｓ１０２を実行した後の対応する断面構造の概略図を図８に示し、Ｓ１０３を実行した後の対応する構成概略図を図９に示す。

なお、本出願は、Ｓ１０１、Ｓ１０２の順序を限定しない。また、本出願では、Ｓ１０１５は、Ｓ１０３の前又は後に実行してもよく、本出願の実施例では限定されない。

上記は、実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の他の具体的な実現方法である。当該方法によって製造されたオンチップミニチュアＸ線源は、図９（１）及び図９（２）に提供されるオンチップミニチュアＸ線源と同じ利点を有する。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

上記は、本出願の実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源及びその製造方法の実現方法である。オンチップミニチュアＸ線源のデバイス全体の放熱能力をさらに向上させるために、アノード９２及び基板９０１に放熱部品を形成してもよい。これに基づいて、本出願は、オンチップミニチュアＸ線源の他の実現方法を提供し、実施例３を参照してください。
（実施例３）

なお、本出願の実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源は、上記の実施例１又は実施例２に基づいて改善することができる。一例として、本出願の実施例３は、実施例２に基づいて改善されている。

図１３を参照して、オンチップミニチュアＸ線源であって、当該オンチップミニチュアＸ線源は、実施例２の全ての構成要素に加えて、
アノード９２に位置する第１の放熱部品１３０と、
基板９０１の下に位置する第２の放熱部品１３１と、を含む。

なお、第１の放熱部品１３０又は第２の放熱部品１３１は、良好な放熱能力を有するヒートシンク又は放熱フィンであってもよい。

また、第１の放熱部品１３０とアノード９２と、第２の放熱部品１３１と、基板９０１とは、全て密着されて、良好な熱接触を形成している。このようにして、オンチップミニチュアＸ線源が動作する場合、アノード９２で生成された熱は、第１の放熱部品１３０を通過して迅速に放熱することができ、オンチップミニチュア電子源９０で生成された熱は、順次に第２の電極９０３２、抵抗スイッチング材料フィルム層９０２、及び第２の放熱部品１３１を通過して効率的に放熱することができる。

上記は、本出願の実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源の実現方法である。当該実現方法では、オンチップミニチュアＸ線源は、実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源に基づいて、アノード９２上及び基板９０１の下に放熱部品をそれぞれ設置し、その結果、当該オンチップミニチュアＸ線源は、実施例２によるオンチップミニチュアＸ線源と同じ有益な効果を有し、オンチップミニチュアＸ線源のデバイス全体の放熱能力を大幅に向上させる。

実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源の他の実現方法に基づいて、それに対応して、本出願は当該オンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法も提供する。

図１４を参照して、実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法は、次のステップを含む。

Ｓ１４１～Ｓ１４３はＳ１０１～Ｓ１０３と同じであるので、簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。Ｓ１４３を実行した後の対応する断面構造の概略図を、図９（１）に示す。

Ｓ１４４：アノード９２上に第１の放熱部品１３０を形成する。

第１の放熱部品１３０及びアノード９２は、接着又は結合によって密着されて、良好な熱接触を形成している。

第１の放熱部品１３０とアノード９２との間の熱接触をより良く形成するために、一例として、当該ステップは、具体的に、熱伝導接着剤層によって第１の放熱部品１３０とアノード９２とを接続して、第１の放熱部品１３０とアノード９２とを密着させて、良好な熱接触を形成することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１５に示す。

Ｓ１４５：基板９０１の下に第２の放熱部品１３１を形成する。

第２の放熱部品１３１及び基板９０１は、Ｓ１４４と同じ接続方法を使用することができる。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１３に示す。

なお、本出願は、Ｓ１４１とＳ１４２の順序を限定しなく、Ｓ１４４とＳ１４５の順序も限定しない。

上記は、実施例３によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の他の具体的な実現方法である。当該方法によって製造されたオンチップミニチュアＸ線源は、図１３に提供されるオンチップミニチュアＸ線源と同じ利点を有する。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

上記は、本出願の実施例３によるさらに他のオンチップミニチュアＸ線源及びその製造方法の実現方法である。オンチップミニチュアＸ線源の検査品質を向上させるために、第１の絶縁スペーサー９１とオンチップミニチュア電子源９０との間に中空集束電極及び第２の絶縁スペーサーを形成してもよい。これに基づいて、本出願は、オンチップミニチュアＸ線源の他の実現方法を提供し、実施例４を参照してください。
（実施例４）

なお、本出願の実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源は、上記の実施例１から実施例３のいずれか１つによるオンチップミニチュアＸ線源に基づいて改善することができる。一例として、本出願の実施例４は実施例２に基づいて改善されている。

図１６を参照して、オンチップミニチュアＸ線源であって、当該オンチップミニチュアＸ線源は、実施例２の全ての構成要素に加えて、
第１の絶縁スペーサー９１とオンチップミニチュア電子源９０との間に位置する中空集束電極１６０を含み、
中空集束電極１６０は、オンチップミニチュア電子源９０に近い側の表面に第２の絶縁スペーサー１６１が設置され、第２の絶縁スペーサー１６１は中空キャビティ構造である。

なお、中空集束電極１６０は、良好な導電性を有する材料で作製することができ、例えば、金属材料で作製することができる。

また、放出された電子の集束能力を高めるために、第１の絶縁スペーサー９１とオンチップミニチュア電子源９０との間に位置する中空集束電極１６０は、単層又は複数の層であり得る。

また、第２の絶縁スペーサー１６１の材料は第１の絶縁スペーサー９１の材料と同じであってもよく、第２の絶縁スペーサー１６１の厚さは第１の絶縁スペーサー９１の厚さと同じであってもよい。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

上記は、本出願の実施例によるオンチップミニチュアＸ線源の構成である。当該オンチップミニチュアＸ線源の動作原理は、次の通りである。

第１の電極９０３１と基板９０１とに電圧Ｖ１を印加して、オンチップミニチュア電子源９０に電子を放出させ、同時に、第１の電極９０３１とアノード９２とに電圧Ｖ２を印加して、表面トンネル電子源から放出された電子を加速させ、高速でアノード９２に衝突し、アノード９２の内部で制動放射及び原子内部エネルギーレベルの遷移によりＸ線を生成し、Ｘ線はアノード９２を透過し外部空間に放出し、第１の電極９０３１と中空集束電極１６０との間に電圧Ｖ３を印加して、オンチップ電子源９０から放出された電子を集束させることができ、これにより、アノード９２に衝突する電子ビームの面積及びＸ線の焦点サイズを縮小し、ひいては、オンチップＸ線源の検査品質の向上に役立つ。

上記の実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の実現方法に基づいて、それに対応して、本出願は、当該オンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法も提供する。

図１７を参照して、実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法は、次のステップを含む。

Ｓ１７１～Ｓ１７２は、Ｓ１０１～Ｓ１０２と同じである。簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。

Ｓ１７１を実行した後の対応する断面構造の概略図を、図９（３）に示し、Ｓ１７２を実行した後の対応する断面構造の概略図を、図８に示す。

Ｓ１７３：中空集束電極１６０を製造し、当該中空集束電極１６０の一方の表面に第２の絶縁スペーサー１６１が設置され、第２の絶縁スペーサー１６１が中空キャビティ構造である。

当該ステップは、具体的に、０．１～２０ミリメートルの厚さの絶縁層を選択し、本分野で一般的に使用される物理蒸着法、化学蒸着法、又はスピンコーティング法を使用して、まず、絶縁層の一方の表面に集束電極層を形成する。次に、ドライエッチング又はウェットエッチングのプロセスを使用して、集束電極層が露出するまで、集束電極層が設置されていない表面に絶縁層をエッチングして、中空集束電極１６０及び中空構造である絶縁スペーサー１６１を形成する。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１８（１）に示す。

Ｓ１７４：第２の絶縁スペーサー１６１をオンチップミニチュア電子源９０の電子放出側に接続する。

当該ステップの具体的な実現方法は、実施例１におけるＳ５３の具体的な実現方法と同じである。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１８（２）に示す。

Ｓ１７５：第１の絶縁スペーサー９１をオンチップミニチュア電子源９０の電子放出側に接続することで、オンチップミニチュア電子源９０とアノード９２との間に密閉真空キャビティが形成される。

当該ステップは、具体的に、接着剤接着又は結合の方法によって、第１の絶縁スペーサー９１を中空集束電極１６０の第２の絶縁スペーサー１６１から離れた側に接続することで、第１の絶縁スペーサー９１と中空集束電極１６０との間を密接して、１つの密閉真空キャビティを形成することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する構成概略図を、図１６に示す。

なお、本出願は、Ｓ１７１、Ｓ１７２及びＳ１７３の順序を限定しない。

上記は、実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法である。当該方法によって製造されたオンチップミニチュアＸ線源は、図１６によるオンチップミニチュアＸ線源と同じ利点を有する。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

上記の実施例４は、オンチップミニチュアＸ線源の実現方法を示した。オンチップミニチュアＸ線源の性能を向上させるために、アノードを改良して、真空キャビティ内に吸気部品を配置してもよい。これに基づいて、本出願は、他のオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の実現方法も提供し、実施例５を参照してください。
（実施例５）

なお、本出願の実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源は、上記の実施例１から実施例４のいずれか１つによるオンチップミニチュアＸ線源に基づいて改善することができる。一例として、本出願の実施例５は、実施例４に基づいて改善されている。

また、当該オンチップミニチュアＸ線源と実施例４によるオンチップミニチュアＸ線源とは同じ構成要素を有する。簡潔にするために、改善された部品のみを説明する。

図１９を参照して、オンチップミニチュアＸ線源であって、
オンチップミニチュア電子源９０の電子放出側に位置する、キャビティ構造である第１の絶縁スペーサー１９０と、
第１の絶縁スペーサー１９０に位置するアノード１９１であって、ターゲット層１９１１と、ターゲット層１９１１を支持するための支持層１９１２とを含み、ターゲット層１９１１が電子衝撃に近い側に位置し、支持層１９１２が電子衝撃から遠い側に位置する、前記アノード１９１と、
密閉真空キャビティに位置する吸気部品１９２と、を含んでもよい。

なお、第１の絶縁スペーサー１９０の材料及び厚さは、実施例４の図１６に示す第１の絶縁スペーサー９１の材料及び厚さと同じである。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

また、ターゲット層１９１１は、重金属材料で作られる。一例として、前記重金属材料は、タングステン、モリブデン、金、銀、銅、クロム、ロジウム、アルミニウム、ニオブ、タンタル、及びレニウムから、少なくとも１つを選択することができる。支持層１９１２は、良好な熱伝導性を有する材料で作られる。一例として、支持層１９１２の材料は、アルミニウム又は銅であってもよい。当該ターゲット層１９１１及び当該支持層１９１２で構成されたアノード１９１は、アノード１９１の機械的強度及び熱伝導性を効果的に向上させることができる。

また、この実施例によるオンチップミニチュアＸ線源は、中空集束電極１６０が設置され、電子が衝突するアノード１９１の面積を低減することができ、従って、アノード１９１におけるターゲット層１９１１の面積を、対応して低減することができる。

また、密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持するように、密閉真空キャビティ内のガスを吸収するために、信頼性の高いゲッターを吸気部品１９２として選択することができる。一例として、吸気部品１９２は、ジルコニウム－グラファイトゲッター、ジルコニウム－ジルコニウム－鉄－バナジウムゲッター、モリブデン－チタンゲッターから１つ又は複数のゲッターを選択することができる。

なお、密閉真空キャビティに吸気部品１９２を配置するために、第２の絶縁スペーサー１６１に、吸気部品１９２を配置するための溝を設置してもよい。

また、オンチップミニチュアＸ線源のデバイス全体の放熱能力を向上させるために、他の例として、本出願の実施例の図１９に提供されるオンチップミニチュアＸ線源を改善することもできる。図２０を参照して、アノード１９１上に第１の放熱部品２００を形成し、基板９０１の下に第２の放熱部品２０１を形成することができる。

なお、第１の放熱部品２００及び第２の放熱部品２０１は、良好な放熱能力を有するヒートシンク又は放熱フィンであり得る。

上記は、本出願の実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の実現方法であり、当該実現方法では、オンチップミニチュアＸ線源におけるアノード１９１はターゲット層１９１１と支持層１９１２で構成され、密閉真空キャビティ内に吸気部品１９２がさらに設置される。このようにして、アノード１９１の機械的強度及び熱伝導性を効果的に向上させ、密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持することができ、これにより、オンチップミニチュアＸ線源の性能を大幅に向上させる。

実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の他の実現方法に基づいて、それに対応して、本出願は、当該オンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法を提供する。

図２１を参照して、実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法は、次のステップを含む。

Ｓ２１１はＳ１７１と同じであるため、簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。Ｓ２１１を実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１２（５）に示す。

Ｓ２１２：アノード１９１を製造し、当該アノード１９１の一方の表面に第１の絶縁スペーサー１９０が設置され、第１の絶縁スペーサー１９０はキャビティ構造である。

なお、アノード１９１は、ターゲット層１９１１と、ターゲット層１９１１を支持するための支持層１９１２とを含む。

当該ステップは、具体的に、０．１～２０ミリメートルの厚さの絶縁スペーサーを選択し、本分野で一般的に使用される物理蒸着法、化学蒸着法、又はスピンコーティング法を使用して、まず、絶縁スペーサーの一方の表面の中央領域に重金属材料の層を覆い、当該重金属材料層がターゲット層１９１１として使用される。次に、物理蒸着法、化学蒸着法、又はスピンコーティング法を使用して、ターゲット層１９１１にターゲット層１９１１及び絶縁スペーサーを覆う熱伝導性材料の層を堆積し、当該熱伝導性材料層が支持層１９１２として使用される。最後に、ドライエッチング又はウェットエッチングのプロセスを使用して、絶縁スペーサーのアノード１９１を覆う表面の反対側の表面からエッチングを開始し、ターゲット層１９１１まで、エッチングを停止する。絶縁スペーサーは、上から下に徐々に収縮する中空構造キャビティにエッチングされ、絶縁スペーサーの反対側のターゲット層１９１１の表面は完全に露出することができ、第１の絶縁スペーサー１９０を形成する。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図２２（１）に示す。

Ｓ２１３～Ｓ２１４はＳ１７３～Ｓ１７４と同じである。簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。Ｓ２１３を実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１８（１）に示し、Ｓ２１４を実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１８（２）に示す。

Ｓ２１５：形成されようとする密閉真空キャビティに吸気部品１９２を配置し、当該吸気部品１９２は、密閉真空キャビティ内のガスを吸收して、密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持するために使用される。

当該ステップは、具体的に、ドライエッチングプロセスを使用して、第２の絶縁スペーサー１６１の側壁に少なくとも１つの溝をエッチングし、吸気部品１９２を溝に配置することであり得る。

当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図２２（２）に示す。

Ｓ２１６はＳ１７５と同じである。簡潔にするために、ここで詳細に説明しない。当該ステップを実行した後の対応する断面構造の概略図を、図１９に示す。

上記は、実施例５によるオンチップミニチュアＸ線源の製造方法の具体的な実現方法である。当該方法によって製造されたオンチップミニチュアＸ線源は、図１９に提供されるオンチップミニチュアＸ線源と同じ利点を有する。簡潔にするために、ここで繰り返さない。

なお、本出願は、Ｓ２１１、Ｓ２１２及びＳ２１３の順序を限定しない。

上記は、本出願の好ましい実施形態にすぎない。本出願は、好ましい実施例で上記のように開示されているが、本出願を限定することを意図するものではない。当業者は、本出願の技術案の範囲から逸脱することなく、上記に開示された方法及び技術的内容を使用して、本出願の技術案に多くの可能な変更及び修正を加えるか、又は同等の変更を加えた等価実施例に変更することができる。従って、本出願の技術案の内容から逸脱することなく、本出願の技術的本質に基づいて上記の実施例に加えた任意の簡単な変更、同等の変更及び修正は全て、本出願の技術案の保護範囲に含まれる。

Claims (17)

1. オンチップミニチュアＸ線源であって、
   オンチップミニチュア電子源と、
   前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に位置する、キャビティ構造である第１の絶縁スペーサーと、
   前記第１の絶縁スペーサー上に位置するアノードと、を含み、
   前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティが形成され、
   前記オンチップミニチュア電子源は、
   基板と、
   前記基板の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層と、
   前記抵抗スイッチング材料フィルム層に位置する少なくとも１つの電極対であって、第１の電極と第２の電極とを含む、前記少なくとも１つの電極対と、
   を含み、
   前記基板は、熱伝導性を有する材料で作られ、前記抵抗スイッチング材料フィルム層に前記基板と連通する少なくとも１つの貫通孔が設置され、
   前記電極対の少なくとも１つの電極は、前記貫通孔を通して前記基板と接触して接続する、
   ことを特徴とするＸ線源。
2. 前記第１の電極と前記第２の電極との間にギャップが存在し、
   前記ギャップの下の抵抗スイッチング材料フィルム層の領域内にトンネル接合が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
3. 前記電極対は複数あり、複数の前記電極対は指状の交差電極対である、ことを特徴とする請求項２に記載のＸ線源。
4. 前記Ｘ線源は、前記アノード上に位置する第１の放熱部品をさらに含む、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＸ線源。
5. 前記Ｘ線源は、前記基板の下に位置する第２の放熱部品をさらに含む、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＸ線源。
6. 前記第１の絶縁スペーサーは、中空キャビティ構造である、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＸ線源。
7. 前記第１の絶縁スペーサーは、トップカバーが設置されたキャビティ構造であり、前記トップカバーに導電性プラグが設置され、
   前記アノードは、前記トップカバーの下に位置し、前記導電性プラグによって前記第１の絶縁スペーサー上に位置する電極に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＸ線源。
8. 前記Ｘ線源は、
   前記第１の絶縁スペーサーと前記オンチップミニチュア電子源との間に位置する中空集束電極であって、前記中空集束電極の前記オンチップミニチュア電子源に近い側の表面に中空キャビティ構造である第２の絶縁スペーサーが設置されている、前記中空集束電極をさらに含み、
   前記第２の絶縁スペーサーは、前記オンチップミニチュア電子源に接続される、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＸ線源。
9. 前記密閉真空キャビティ内に吸気部品が設置され、前記吸気部品は、前記密閉真空キャビティ内のガスを吸収して、前記密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持するために使用される、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＸ線源。
10. 前記アノードは、ターゲット層と、前記ターゲット層を支持するための支持層とを含み、
    前記ターゲット層は、電子衝撃に近い側に位置し、前記支持層は、電子衝撃から遠い側に位置する、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のＸ線源。
11. 前記ターゲット層は、重金属材料で作られ、前記支持層は、銅又はアルミニウムで作られる、ことを特徴とする請求項１０に記載のＸ線源。
12. 前記アノードの厚さは、０．１～１０００ミクロンである、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のＸ線源。
13. オンチップミニチュアＸ線源の製造方法であって、
    オンチップミニチュア電子源を製造するステップと、
    アノードを製造するステップであって、前記アノードの一方の表面にキャビティ構造である第１の絶縁スペーサーが設置される、前記アノードを製造するステップと、
    前記第１の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続することで、前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティを形成するステップと、を含み、
    前記オンチップミニチュア電子源を製造する前記ステップは、具体的に、
    基板を提供するステップと、
    前記基板の一方の表面を覆う抵抗スイッチング材料フィルム層を形成するステップと、
    前記抵抗スイッチング材料フィルム層に少なくとも１つの電極対を形成するステップと、
    を含み、
    前記電極対は、第１の電極と第２の電極とを含み、
    前記基板は、熱伝導性を有する基板であり、前記抵抗スイッチング材料フィルム層を形成した後、少なくとも１つの前記電極対を形成する前に、
    前記製造方法は、前記抵抗スイッチング材料フィルム層に、前記基板と連通する少なくとも１つの貫通孔を形成するステップをさらに含み、
    前記電極対の少なくとも１つの電極は、前記貫通孔を通して前記基板と接触して接続する、
    ことを特徴とする方法。
14. 前記オンチップミニチュア電子源と前記第１の絶縁スペーサーとを接続する前に、
    中空集束電極を製造するステップであって、前記中空集束電極の一方の表面に中空キャビティ構造である第２の絶縁スペーサーが設置される、前記中空集束電極を製造するステップ、をさらに含み、
    前記オンチップミニチュア電子源と前記第１の絶縁スペーサーとを接続する前に、
    前記第２の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続するステップを、さらに含み、
    前記オンチップミニチュア電子源と前記第１の絶縁スペーサーとを接続する前記ステップは、具体的に、
    前記第１の絶縁スペーサーを、前記中空集束電極の前記第２の絶縁スペーサーから離れた側に接続するステップを含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続することで、前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティを形成する前に、
    吸気部品を、形成しようとする密閉真空キャビティ内に配置するステップであって、前記吸気部品が、前記密閉真空キャビティ内のガスを吸収して、前記密閉真空キャビティ内の真空を調整又は維持するために使用される、前記吸気部品を、形成しようとする密閉真空キャビティ内に配置するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記方法は、
    前記アノードの上に第１の放熱部品を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記第１の電極と前記第２の電極との間にギャップが存在し、
    前記第１の絶縁スペーサーを前記オンチップミニチュア電子源の電子放出側に接続することで、前記オンチップミニチュア電子源と前記アノードとの間に密閉真空キャビティを形成する前又は後に、オンチップミニチュア電子源を製造する前記ステップは、
    前記ギャップの下の抵抗スイッチング材料フィルム層がソフトブレイクダウンされ抵抗スイッチング特性を示すように制御して、前記ギャップの下の抵抗スイッチング材料フィルム層領域内にトンネル接合を形成するステップを含む、ことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載の方法。

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