KR20120114585A - 전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 Ｘ-ｒａｙ 발생 장치 - Google Patents

전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 Ｘ-ｒａｙ 발생 장치 Download PDF

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Abstract

전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 X-ray 발생장치가 개시된다. 개시된 전자빔 발생 장치는 각 구성요소가 개별적으로 분리 가능하며, 각 구성요소의 조립을 위한 체결 부재 및 각 구성 요소의 안정적인 정렬을 위한 정렬부를 포함할 수 있다.

Description

전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 Ｘ-ｒａｙ 발생 장치{Apparatus of elecron beam generator and Apparatus of X-ray generator}
개시된 본 발명 실시예는 전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 X-ray 발생 장치에 관한 것으로, 상세하게는 전자빔 발생 장치를 구성하는 각각의 구성요소를 탈착에 용이하도록 조립형으로 구성한 전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 X-ray 발생 장치에 관한 것이다.
전자빔 발생 장치는 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 예를 들어 X-ray 발생 장치에서의 전자공급 장치로 사용되고 있으며, X-ray 발생 장치는 애노드 전극 및 전자빔 발생 장치를 포함하는 구성을 지니고 있다.
전자빔 발생 장치의 종류는 크게 냉음극(cold cathode) 및 열음극(hot cathode)을 포함하며, 현재 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 필드 에미션(field emission)을 활용한 냉음극 X-ray의 발생 장치 상용화를 위해 많은 연구가 진행중에 있다.
전자빔 발생 장치의 경우 일반적으로 진공 상태에서 동작을 하는데, 종래의 전계 방출 소자는 박막 또는 후막 공정에 의한 증착 공정 기술을 이용에 하여 게이트 전극 및 포커싱 전극을 형성하였다. 전자빔 발생 장치의 구동 중에 가스 등에 의한 오염이 발생할 수 있으며, 이로 인해 특정 영역에서 아킹(arcing) 형상이 발생할 가능성이 높고 전자빔 발생부, 절연층 또는 전극이 파괴되어 구동 성능이 크게 저하될 우려가 있다.
본 발명의 실시예에서는 용이하게 착탈 가능한 조립식 전자 빔 발생 장치 및 이를 포함하는 X-ray 발생 장치를 제공하고자 한다.
캐소드 전극,
상기 캐소드 전극 상에 순차적으로 형성된 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트;를 포함하며,
상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트는 분리 가능한 전자빔 발생 장치를 제공한다.
상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트를 체결하여 고정시키는 체결부를 더 포함할 수 있다.
상기 체결부는 상기 캐소드 전극에 고정된 측면 지지부 및 상기 측면 지지부와 연결되어 포커싱 게이트 상에 형성된 상면 지지부를 포함할 수 있다.
상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트의 정렬을 위한 정렬부를 더 포함할 수 있다.
상기 정렬부는 상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트 중 적어도 어느 하나 이상에 형성된 것일 수 있다.
상기 정렬부는 홈 형상으로 형성된 것일 수 있다.
상기 정렬부는 상기 캐소드 전극에 형성된 정렬 마크 및 상기 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트에 형성된 것으로 상기 캐소드 전극 상에 형성된 정렬 마크에 대응되는 위치에 형성된 관통 홀을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에서는 용기부;
상기 용기부 내에 형성된 전자빔 발생부;
상기 전자빔 발생 장치에서 방출된 전자빔에 의해 X-ray를 발생시키는 애노드;
및 상기 용기부의 일측에 형성된 것으로 X-ray를 상기 용기부 외부로 출사하는 윈도우;를 포함하는 X-ray 발생장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 특정한 구성 요소에 오염 등에 의한 불량이 발생하는 경우 해당 구성 요소만 용이하게 제거할 수 있는 전자 빔 발생 장치 및 이를 포함하는 X-ray 발생 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 분해 사시도를 나타낸 도면이다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생장치에서 각 구성요소의 조립을 위한 정렬 마크, 구체적으로 정렬면이 형성된 포커싱 게이트를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 각 구성 요소의 정렬을 위한 정렬 마크 및 핀홀을 형성한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치를 포함하는 X-ray 발생 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전자빔을 발생시키기 위하여 캐소드 전극(cathod)(10)이 마련되며, 캐소드 전극(10) 상의 일영역, 예를 들어 캐소드 전극(10)의 중앙에 전자 발생부(11)가 형성되어 있으며, 전자 발생부(11) 주변의 캐소드 전극(10) 상에 제 1절연층(12)이 형성되어 있다. 제 1절연층(12) 상에는 캐소드 전극(10) 및 상기 전자 발생부(11)에서 발생한 전자의 흐름을 제어하기 위한 게이트(13)가 형성되어 있으며, 게이트(13) 상에는 제 2절연층(14)이 형성되어 있으며, 제 2절연층(14) 상에는 전자빔을 집속시키기 위한 포커싱 게이트(focusing gate)(15)가 순차적으로 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치는 각각의 구성 요소인 캐소드 전극(10), 제 1절연층(12), 게이트(13), 제 2절연층(14) 및 포커싱 게이트(15)가 모두 분리 가능한 것으로 각 구성요소를 체결하기 위한 체결부나 각 구성요소의 정렬을 위한 정렬부가 더 포함될 수 있다.
캐소드 전극(10), 게이트(13) 및 포커싱 게이트(15)는 통상적인 전자 소자의 전극으로 사용되는 물질로 형성될 수 있으며, 금속 또는 전도성 금속 산화물 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속 또는 전도성 금속 산화물일 수 있다. 전자 발생부(11)는 캐소드 전극(10)에서 인가되는 전원에 의해 전자를 발생시키는 물질층 영역으로 예를 들어 탄소 나노튜브(carbon nanotube : CNT) 물질로 형성된 영역일 수 있다. 제 1절연층(12) 및 제 2절연층(14)은 통상적인 반도체 소자에 사용되는 절연 물질을 사용하여 형성된 것일 수 있으며, 구체적으로 SiO2 또는 SiO2보다 유전율이 높은 High-K 물질인 HfO2, Al2O3, Si3N4 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
참고로, 도 2a에서는 각각의 구성요소가 원형 등 타원형인 예를 나타내었으며, 사각형, 오각형 등의 다각형 구조로 형성된 것일 수 있으며, 제한 없이 선택적으로 형성된 것일 수 있다.
도 2a에서는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 분해 사시도를 나타낸 도면으로, 도 1에 나타낸 전자빔 발생 장치의 각 구성 요소를 체결시키는 체결부를 더 나타낸 도면이다.
도 2b를 참조하면, 도 1에서 설명한 바와 같이 캐소드(20), 제 1절연층(21), 게이트(22), 제 2절연층(23) 및 포커싱 게이트(24)가 순차적으로 형성되어 있으며, 이들은 체결부(25, 26)에 의해 서로 고정되도록 형성된다. 체결부(25, 26)는 캐소드 전극(20)에 고정된 측면 지지부(25) 및 측면 지지부(25)와 연결되어 포커싱 게이트(24) 상에 형성되는 상면 지지부(26)를 포함할 수 있다. 캐소드 전극(20) 외의 제 1절연층(21), 게이트(22), 제 2절연층(23) 및 포커싱 게이트(24)의 중앙부에는 홀(28a, 28b)이 형성되어 캐소드(20) 상면에 형성된 전자 발생부(29)에서 발생된 전자를 제어하여 방출시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치와 같이 각 구성 요소를 조립식으로 형성하는 경우, 전자 발생부와 게이트 및 포커싱 게이트의 정렬에 따라 전자빔의 집속 정도 및 최종적인 빔 형태가 바뀔 수 있기 때문에 각 구성요소의 정렬이 중요하다. 각 구성 요소의 정렬을 용이하게 하기 위하여, 각 구성 요소의 형성하는 경우 다양한 형태의 정렬부를 포함한 구조로 형성할 수 있다. 예를 들어 각각의 구성요소에 정렬 마크(alignment mark)를 형성하여 조립 시 사용할 수 있다. 정렬 마크는 홈의 형태로 형성하여 상하부 층들 사이의 조립 시 정렬용으로 사용할 수 있으며, 각각의 구성요소마다 2개 이상의 정렬 마크를 형성할 수 있다. 또한, 단순한 정렬을 위한 것만 아니라 별도의 핀을 끼울 수 있도록 홀의 형태로 형성하는 것도 가능하며 이는 제한이 없다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생장치에서 각 구성요소의 조립을 위한 정렬 마크, 구체적으로 정렬면이 형성된 포커싱 게이트를 나타낸 평면도이다.
도 2c를 참조하면, 포커싱 게이트(24)는 외부의 형태가 곡면(24a) 형상을 지닐 수 있으며, 측면 지지부(25)와 접촉하는 면은 측면 지지부(25)와의 접촉면에 대응되도록 형성된 직선 형태의 정렬면(24b)을 지닌 것일 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생장치의 각 구성요소의 외부 형상은 체결부의 형상에 맞게 변형되어 형성할 수 있으며, 곡면을 포함하지 않은 메쉬 형상 등 다각형 구조의 단면을 지니도록 형성하여 정렬을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 각 구성 요소의 정렬을 위한 정렬부, 예를 들어 정렬 마크 및 핀홀을 형성한 예를 나타낸 도면이다. 정렬부는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 각 구성요소 중 적어도 하나 이상에 형성될 수 있으며, 각 구성요소별로 적어도 두 개 이상의 정렬부가 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치의 구성 요소 중 캐소드 전극(30)에 정렬 마크(30a)가 형성되어 있으며, 정렬 마크(30a)는 홈 형상으로 형성될 수 있다. 여기서는 원형 구조의 예를 나타내었으나, 다양한 형태의 정렬 마크가 사용될 수 있으며, 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 정렬 마크(30a)는 캐소드 전극(30) 뿐만 아니라 그 상부에 적층되는 제 1절연층(31), 게이트(32), 제 2절연층(33) 및 포커싱 게이트(34)에도 형성될 수 있다.
또한, 캐소드 전극(30) 상에 순차적으로 적층되어 조립되는 제 1절연층(31), 게이트(32), 제 2절연층(33) 및 포커싱 게이트(34)에는 캐소드 전극(30)의 정렬 마크(30a)에 대응되는 위치에 관통 홀(30b)이 형성될 수 있다. 관통 홀(30b)을 통해 예를 들어, 핀(35)을 삽입하여 각각의 구성 요소를 용이하게 정렬시켜 조립할 수 있다.
이와 같이, X-ray 발생 장치 등에 사용되는 전자빔 발생 장치의 각 구성 요소를 용이하게 착탈 가능하도록 조립식으로 형성하는 경우 특정한 구성 요소에 오염 등에 의한 불량이 발생하는 경우 해당 구성 요소만 용이하게 제거 및 교환할 수 있다.
또한, 전자빔 발생 장치의 구동 조건이 변경되는 경우 단순히 포커싱 게이트의 전압의 조절만으로 변경이 어려운 경우가 있으며, 절연층 또는 전극의 두께를 변경할 필요성이 발생하게 된다. 이 경우 본 발명의 실시예에 따르면 변경해야 하는 구성 요소만 용이하게 제거하고, 치수가 다른 형태의 구성 요소로 용이하게 변경할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치를 포함하는 X-ray 발생 장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 용기부(40), 용기부(40) 내에 장착된 전자빔 발생부(41) 및 전자빔 발생부(41)에서 방출된 전자빔을 X-ray로 변환시키는 애노드(43)를 포함한다. 용기부(40)의 일측에는 X-ray를 용기부(40) 외부로 출사할 수 있는 윈도우(40a)를 포함한다.
용기부(40)의 형태는 제한이 없으며, 내부의 진공을 유지할 수 있도록 밀폐된 상태로 사용될 수 있으며, 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있도록 외부의 진공 펌프와 연결된 배기부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 용기부(40)는 X-ray를 차단할 수 있는 물질로 형성할 수 있으며, 스테인레스(sus), 글래스(glass) 등의 물질로 형성할 수 있다. 용기부(40)를 글래스로 형성하는 경우에는 추가적으로 X-ray를 차단할 수 있는 X-ray 실드(shield) 물질을 더 포함할 수 있으며, Pb 또는 중금속 물질을 더 포함할 수 있다. 윈도우(40a)는 용기부(40) 내부의 진공 상태를 유지하며 X-ray를 외부로 방출할 수 있도록 X-ray 투과 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 파이렉스 글래스(Pyrex Glass), Al 등으로 형성될 수 있다.
전자빔 발생부(41)는 본 발명의 실시예에 의한 전자빔 발생 장치를 사용할 수 있으며, 전자빔 발생부(41)가 장착되는 고정부(41a)는 용기부(40)로부터 탈착 가능하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 전자빔 발생 장치의 특정 구성 요소가 오염 또는 불량이 발생한 경우 해당 구성 요소만 용이하게 제거 및 교환할 수 있다.
애노드(43)는 전자빔 발생부(41)에서 발생된 전자빔에 의해 X-ray를 발생시키는 것으로 Mo, Ag, W, Cr, Fe, Co, Cu 등의 금속 또는 금속합금으로 형성된 타겟(42)을 포함한다. 전자빔 발생부(41) 및 애노드(43)는 각각 외부 전원 공급부와 연결될 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예를 통해서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 다양한 형태의 정렬 형태를 포함하는 전자빔 발생 장치 및 이를 포함하는 X-ray 발생 장치를 구현할 수 있다. 결과적으로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10, 20, 30... 캐소드 전극 11, 29... 전자 발생부
12, 21, 31... 제 1절연층 13, 22, 32... 게이트
14, 23, 33... 제 2절연층 15, 24, 34... 포커싱 게이트
25... 측면 지지부 26... 상면 지지부
30a... 정렬 마크 30b... 관통 홀
35... 핀 40... 용기부
41... 전자빔 발생부 42... 타겟
43... 애노드

Claims (9)

  1. 캐소드 전극,
    상기 캐소드 전극 상에 순차적으로 형성된 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트;를 포함하며,
    상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트는 각각 분리 가능한 전자빔 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트를 체결하여 고정시키는 체결부를 더 포함하는 전자빔 발생 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 체결부는 상기 캐소드 전극에 고정된 측면 지지부 및 상기 측면 지지부와 연결되어 포커싱 게이트 상에 형성된 상면 지지부를 포함하는 전자빔 발생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트의 정렬을 위한 정렬부를 더 포함하는 전자빔 발생 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정렬부는 상기 캐소드 전극, 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트 중 적어도 어느 하나 이상에 형성된 전자빔 발생 장치
  6. 제 5항에 있어서, 상기 정렬부는 홈 형상으로 형성된 전자빔 발생 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 정렬부는 상기 캐소드 전극에 형성된 정렬 마크 및 상기 제 1절연층, 게이트, 제 2절연층 및 포커싱 게이트에 형성된 것으로 상기 캐소드 전극 상에 형성된 정렬 마크에 대응되는 위치에 형성된 관통 홀인 전자빔 발생 장치.
  8. 용기부;
    상기 용기부 내에 형성된 전자빔 발생부;
    상기 전자빔 발생 장치에서 방출된 전자빔에 의해 X-ray를 발생시키는 애노드;
    및 상기 용기부의 일측에 형성된 것으로 X-ray를 상기 용기부 외부로 출사하는 윈도우;를 포함하며,
    상기 전자빔 발생부는 상기 제 1항의 전자빔 발생 장치를 포함하는 X-ray 발생장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전자빔 발생부는 상기 용기부로부터 분리할 수 있는 X-ray 발생장치.
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