KR101908903B1 - 전자총용 그리드 코팅층 형성방법 및 전자총용 그리드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 재료로 이루어진 캐소드에서 방출된 전자를 제어하는 그리드(grid)에 관한 것으로, 상기 그리드는 상기 제1 재료와 양(+)의 혼합열 관계를 가지는 제2 재료로 코팅되어, 백스트림 전자에 의한 암전류를 방지하는 장점이 있다.

Description

전자총용 그리드 코팅층 형성방법 및 전자총용 그리드{METHOD FOR FORMING COATING LAYER GRID FOR ELECTRON GUN AND ELECTRON GUN}

본 발명은 전자총에 이용되는 그리드에 관한 것으로, 특히 백스트림 전자에 의한 암전류를 방지하기 위해 그리드 표면에 캐소드 재료와 반응하기 어려운 재료로 코팅하는 방법에 관한 것이다.

선형전자가속기(LINAC)은 전자총이 전원을 인가받아 전자를 방출한다. 방출된 전자는 번처 캐비티(Buncher cavities)를 통해 전자 집군(bunching)이 형성되고, 이렇게 형성된 전자 집군은 가속관에서 가속된다.

그러나, 전자총에서 방출된 전자 중 일부는 가속관에서 전자총쪽으로 되돌아오기도 한다. 이와 같이 전자총 쪽으로 되돌아온 전자를 백스트림(back-streaming) 전자라 하며, 이와 같은 백스트림 전자로 인해 전자총의 수명이 줄어들고, 빔 효율이 낮아지는 단점이 있다.

예컨대, 3극 전자총의 경우, 백스트림 전자는 캐소드와 충돌하며, 캐소드의 온도를 높여 캐소드 재료를 증발시킨다. 증발된 캐소드 재료는 그리드와 반응하여 그리드 표면에 반응물이 증착된다. 이와 같이 그리드에 증착된 반응물로 인해 그리드에서 전자가 원하는 방향으로 제어되지 못 하고 이로 인해 암전류(dark current)가 발생하여 전자총에서 출력되는 빔 효율이 낮아지는 단점이 있었다.

한국특허공개공보 10-2016-0091219 (2016.08.02 공개)

본 발명은 캐소드 재료와 반응하지 않는 양의 혼합열을 가지는 재료로 그리드 표면에 코팅층을 형성하여 캐소드 재료가 그리드 표면에 증착되는 것을 방지하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자총용 그리드 코팅층 형성방법은 제2 재료로 이루어진 코팅용 분말을 챔버로 공급하는 단계, 챔버 내부로 가스를 도입하는 단계,상기 코팅용 분말을 그리드 기재- 상기 그리드는 제1 재료로 이루어진 캐소드에서 방출된 전자를 제어함-로 분사하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 재료와 제2 재료는 양(+)의 혼합열 관계를 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료와 55(kJ/mol) 이상의 혼합열 값을 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료와 55~60(kJ/mol)의 혼합열 값을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 재료는 바륨이며, 상기 제2 재료는 티타늄일 수 있다.

또한, 상기 코팅용 분말의 입경은 30~50㎛이며, 상기 챔버 내부의 압력이 1.5~2.5MPa일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 재료로 이루어진 캐소드에서 방출된 전자를 제어하는 그리드(grid)는 상기 제1 재료와 양(+)의 혼합열 관계를 가지는 제2 재료로 코팅될 수 있다.

또한, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료와 55~60(kJ/mol)의 혼합열 값을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 재료는 바륨이며, 상기 제2 재료는 티타늄일 수 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로 백스트림 전자로 인해 야기되는 암전류 발생을 방지하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 단순한 공정처리를 통해 전자총의 성능 저하를 방지하는 장점이 있다.

도 1은 콜드 스프레이법에 의한 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 콜드 스프레이법을 이용하여 그리드 기재 표면에 코팅층이 형성된 사진이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.

한편, 그리드를 포함하는 3극 전자총의 구성 및 기능은 본 출원인이 기 출원한 출원번호 제10-2015-0086121(발명의 명칭 : 전자총 전원공급장치)에 기재된 캐소드 및 그리드에 관한 내용을 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 참조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자총용 그리드 코팅층 형성방법은 콜드 스프레이 방법을 이용하여 전자총에 구비된 그리드(grid) 표면에 얇은 막을 코팅하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 그리드는 캐소드에서 방출된 전자를 제어하기 위한 것으로, 기존의 전자총에서는 백스트림 전자가 발생하여 캐소드와 충돌하는 경우에, 캐소드 재료가 증발되며 그리드 재료와 반응하며, 반응물이 그리드에 증착되는 문제가 있었다. 이와 같이 그리드 표면에 증착된 물질로 인해 그리드에서 전자가 제대로 제어되지 못 해 암전류가 발생하는 단점이 있었다. 본 발명의 전자총용 그리드 코팅층 형성방법은 위와 같이 백스트림 전자가 캐소드와 충돌하는 경우에, 증발된 캐소드 재료와 그리드가 반응하는 것을 막기 위해, 콜드 스프레이 코팅 방법을 이용하여 그리드 표면에 캐소드 재료와 반응하기 어려운 재료로 코팅하는 방법이다.

도 1은 콜드 스프레이법에 의한 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 이 성막 장치는, 가스 공급원으로부터 헬륨(He)이나 질소(N2) 등의 불활성 가스나 공기 등의 가스(작동 가스)를 도입하는 가스 도입관(10)과, 코팅용 분말(1)을 공급하는 코팅용 분말 공급부(20)와, 가스 도입관(10)으로부터 도입된 가스를 원하는 온도까지 가열하는 히터(30)와, 코팅용 분말(1)과 가스를 혼합하여 분사하는 챔버(40)와, 코팅용 분말(1)을 그리드 기재(2)쪽으로 분사하는 노즐(50)과, 그리드 기재(2)을 유지하는 홀더(60)를 구비할 수 있다.

코팅용 분말 공급부(20)에는, 입경이 30㎛~100㎛인 코팅용 분말(1)이 충전되어 있다. 이 코팅용 분말(1)은 캐소드를 이루는 제1 재료와 반응하기 어려운 제2 재료로 이루어져, 그리드 표면에 캐소드 재료가 증착되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 제2 재료로 이루어진 코팅용 분말은 캐소드를 이루는 제1 재료와 양의 혼합열(Heat of Mixing (kJ/mol)) 관계를 가질 수 있다. 여기서, 제2 재료는 제1 재료와 반응성을 최소로 하기 위해 55(kJ/mol) 이상의 혼합열, 바람직하게는 55~60(kJ/mol)의 혼합열을 가진 재료가 바람직하다. 혼합열이 55(kJ/mol)보다 낮은 경우에는 캐소드를 이루는 제1 재료와 반응하게 되어 암전류(dark-current)가 발생하는 단점이 있다. 또한, 혼합열이 55(kJ/mol)보다 큰 경우에 코팅용 분말이 그리드 기재에 코팅되기 어려운 단점이 있다.

또한, 일반적으로 캐소드는 바륨으로 이루어지며, 그리드 기재는 니켈에 금이나 지르코늄이 도금된 경우가 많으므로, 코팅용 분말은 캐소드와 57(kJ/mol)의 혼합열을 갖는 티타늄으로 이루어질 수 있다.

이 코팅용 분말(1)은, 가스 도입관(10)에 설치된 제1 밸브(11)를 조작하여 원하는 유량의 가스를 코팅용 분말 공급부(20)에 도입함으로써, 가스와 함께 코팅용 분말 공급관(21)을 통과하여 챔버(40) 내에 공급된다.

히터(30)는, 도입된 가스를 가열한다. 이 가열 온도의 상한은, 코팅용 분말(1)을 고상 상태인 채로 그리드 기재(2)에 분사하기 때문에, 제2 재료의 융점 미만으로 한다.

본 발명에서는 그리드 기재에 코팅층을 형성한 후, 코팅층이 형성된 그리드 기재를 성형하여 그리드를 제작한다.

히터(30)에 있어서 가열된 가스는, 가스용 배관(31)을 거쳐서 챔버(40)에 도입된다. 또한, 챔버(40) 내부의 압력이 1.5~2.5MPa이 되도록 가스 도입관(10)에 설치되어 있는 제2 밸브(12)를 제어할 수 있다.

챔버(40)의 내부에는, 가스용 배관(31)으로부터 도입된 가스에 의해, 노즐(50)로부터 그리드 기재(2)을 향한 가스의 흐름이 형성되어 있다. 이 챔버(40)에 코팅용 분말 공급부(20)로부터 코팅용 분말(1)을 공급하면, 코팅용 분말은, 가스의 흐름을 타고 가속됨과 함께 가열되어, 노즐(50)로부터 그리드 기재(2)에 분사된다. 이때의 충격에 의해 코팅용 분말(1)이 그리드 기재(2)으로 파고들고, 코팅용 분말(1)이 가지고 있는 운동에너지 및 열에너지에 의해 코팅용 분말(1)이 소성 변형하여 그리드 기재(2)에 부착되어, 코팅막(3)이 형성된다.

도 2는 상기 콜드 스프레이법에 의해 그리드 기재 표면에 500㎛의 티타늄 코팅층이 형성된 것을 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리드는 제1 재료로 이루어진 캐소드에서 방출된 전자를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 그리드는 제3 재료로 이루어진 그리드 기재 표면에 제2 재로로 이루어진 코팅층이 형성될 수 있다.

본 발명에서 캐소드 재료인 제1 재료와 그리드 코팅층인 제2 재료는 양(+)의 혼합열 관계를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 혼합열은 55~60(kJ/mol)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 그리드 기재는 니켈에 금을 도금하거나, 니켈에 지르코늄을 도금하여 제작될 수 있다. 또한, 캐소드 재료인 제1 재료는 바륨이며, 상기 코팅층인 제2 재료는 티타늄일 수 있다.

Claims (8)

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6. 제1 재료로 이루어진 캐소드에서 방출된 전자를 제어하는 그리드(grid)에 있어서,
   상기 그리드는 니켈에 금을 도금하거나, 니켈에 지르코늄을 도금하여 제작된 기재에 티타늄을 포함하는 제2 재료로 코팅되어 형성되며,
   상기 제2 재료는 상기 제1 재료와 55~60(kJ/mol)의 혼합열 값을 가져, 상기 제1 재료가 상기 그리드 표면에 증착되는 것을 방지하여, 백스트림 전자에 의한 암전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 전자총용 그리드.
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8. 삭제

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