KR20230164253A - X-ray source and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 엑스레이 튜브는 절연소재로 이루어지고, 내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체; 튜브 본체의 일측단부에 배치되며, 타겟이 결합된 애노드 전극; 튜브 본체의 타측단부에 애노드 전극과 대향하도록 배치된 캐소드 전극; 캐소드 전극의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부; 및 게이트 전압을 통해 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부;를 포함한다.The X-ray tube according to the present invention includes a tube body made of an insulating material and having a predetermined space therein; An anode electrode disposed on one end of the tube body and coupled with a target; a cathode electrode disposed at the other end of the tube body to face the anode electrode; a field emitter portion including at least two emitter regions located on top of the cathode electrode; and a control unit that independently controls electron emission in each emitter region through a gate voltage.
Description
본 발명은 엑스레이 튜브 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an X-ray tube and a method of manufacturing the same.
일반적인 엑스레이 발생장치는 전자빔을 발생시키는 캐소드(음극)와 캐소드에서 나온 전자빔이 높은 운동에너지를 가지고 충돌하여 엑스레이를 발생시키는 애노드(양극)으로 구성된다. 즉, 엑스레이 발생장치의 출력은 캐소드에서 나오는 전자빔의 전류(관전류)와 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 전압(관전압)에 비례한다.A typical X-ray generator consists of a cathode (cathode) that generates an electron beam and an anode (anode) that generates X-rays when the electron beam from the cathode collides with high kinetic energy. In other words, the output of the X-ray generator is proportional to the current of the electron beam coming from the cathode (tube current) and the voltage applied between the cathode and anode (tube voltage).
이때 애노드에는 텅스텐, 몰리브덴, 구리등의 원자번호가 높은 금속재질의 타겟을 형성하여 타겟에 부딪힌 전자가 타겟 원자들과의 전자기적 상호작용에 의한 가속을 겪으면서 엑스레이 복사를 방출한다. 또는 타겟 원자에 속박된 전자들이 타겟으로 부딪히는 전자들과 운동량과 에너지를 교환함으로써 여기되었다가 기저상태로 복귀할 때 여기상태와 기저상태 사이의 에너지 차이에 해당하는 전자기복사를 방출하는 방식으로 엑스레이를 생성한다. At this time, a target made of a metal material with a high atomic number such as tungsten, molybdenum, or copper is formed at the anode, and electrons that hit the target undergo acceleration due to electromagnetic interaction with the target atoms and emit X-ray radiation. Alternatively, X-rays are produced by emitting electromagnetic radiation corresponding to the energy difference between the excited state and the ground state when the electrons bound to the target atom are excited by exchanging momentum and energy with the electrons hitting the target and then return to the ground state. Create.
일반적으로 엑스선 튜브는 내부 진공도 향상 및 구동 시 양극 타겟에서 아웃개싱(outgassing)을 줄이기 위해 펌핑 중 전자빔을 애노드에 방출시켜 애노드 온도를 증가시키는 에이징 과정을 거친다. 이때 에미터는 애노드에 충분한 열을 내기 위해 평소 사용하는 환경보다 더 가혹한 조건으로 전자방출을 하게 된다. 이 과정에서 에미터의 수명이 저하된다는 문제가 발생한다. In general, X-ray tubes go through an aging process that increases the anode temperature by emitting electron beams to the anode during pumping to improve the internal vacuum and reduce outgassing from the anode target during operation. At this time, the emitter emits electrons under harsher conditions than the environment normally used in order to generate sufficient heat in the anode. In this process, a problem arises in that the lifespan of the emitter is reduced.
도 1은 기존의 FEA칩이 배치된 캐소드 전극을 도시한 사시도이다.Figure 1 is a perspective view showing a cathode electrode on which a conventional FEA chip is placed.
이와 관련하여, 도1에 도시된 것처럼 기존의 캐소드 전극(110)의 상부에 배치되는 필드 에미터 어레이(field emitter arrays, FEA) 칩(200a)은 FEA 칩(200a)의 가운데 원형부와 모서리에 각각 위치한 원형의 게이트 전극이 전극단자와 전기적으로 접속하며 가운데 원형부가 일체형으로 구성된다. 따라서, FEA 칩(200a)의 모서리에 위치한 어느 게이트 전극에 전압을 인가하더라도 동일한 면적의 원형부에서 전자방출이 발생하며, 에이징을 위한 게이트 전압 인가 시에 에미터에 손상을 줄 수 있다.In this regard, as shown in FIG. 1, the field emitter arrays (FEA)
즉, 기존의 전계방출 방식의 전자 방출원은 필라멘트 열전자 방식의 전자 방출원에 비해 다양한 이점이 있으나 수명이 짧다는 약점이 있다. 게다가 에이징 과정에서 소모되는 수명 때문에 실제 사용 수명은 더 짧아진다는 문제가 있다.In other words, the existing field emission type electron emission source has various advantages compared to the filament thermionic type electron emission source, but has the disadvantage of short lifespan. In addition, there is a problem that the actual usable life is shorter due to the life consumed during the aging process.
또한 기존의 에미터를 구분하는 기술의 경우, 전자 방출 영역을 넓혀 파워를 올리기 위한 것에 그 목적이 있다. 이 경우 방출 면적의 변화로 인해 전자 빔 경로 및 타겟 초점이 변경되어 구조가 복잡해지는 단점이 있다. Additionally, in the case of existing emitter classification technology, the purpose is to increase power by expanding the electron emission area. In this case, the electron beam path and target focus change due to changes in the emission area, which has the disadvantage of complicating the structure.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적어도 둘 이상으로 분할된 에미터 영역을 통해 에이징 시 사용할 전자 방출원과 실제 사용을 위한 전자 방출원을 선택적으로 사용하는 바, 실제 전자 방출에 사용되는 에미터의 수명이 연장된 엑스레이 튜브를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. The present invention is intended to solve the above-mentioned problem, and selectively uses an electron emission source to be used during aging and an electron emission source for actual use through an emitter region divided into at least two or more, and the electron emission source used for actual electron emission is selectively used. The technical task is to provide an X-ray tube with an extended emitter life.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하의 설명으로부터 본 발명의 또 다른 기술적 과제들이 도출될 수 있다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-described technical problems, and other technical problems of the present invention can be derived from the following description.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면에 따른 엑스레이 튜브는 절연소재로 이루어지고, 내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체; 튜브 본체의 일측단부에 배치되며, 타겟이 결합된 애노드 전극; 튜브 본체의 타측단부에 애노드 전극과 대향하도록 배치된 캐소드 전극; 캐소드 전극의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부; 및 게이트 전압을 통해 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부;를 포함한다.As a technical means for solving the above-described technical problem, the X-ray tube according to the first aspect of the present invention includes a tube body made of an insulating material and having a predetermined space therein; An anode electrode disposed on one end of the tube body and coupled with a target; a cathode electrode disposed at the other end of the tube body to face the anode electrode; a field emitter portion including at least two emitter regions located on top of the cathode electrode; and a control unit that independently controls electron emission in each emitter region through a gate voltage.
본 발명의 제2 측면에 따른 엑스레이 튜브의 제조 방법은 내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체, 튜브 본체의 일측단부에 배치되며 타겟이 결합된 애노드 전극, 튜브 본체의 타측단부에 애노드 전극과 대향하도록 배치된 캐소드 전극, 캐소드 전극의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부 및 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공되는 단계 및 제어부를 통해 복수의 에미터 영역 중 어느 한 에미터 영역에 게이트 전압을 인가하여, 애노드 전극에 전자빔을 인가시키는 에이징 공정을 수행하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing an A step in which an It includes performing an aging process of applying a gate voltage to one of the emitter regions and applying an electron beam to the anode electrode.
본 발명에 따르면, 적어도 둘 이상으로 분할된 에미터 영역을 통해 에이징용 에미터를 따로 사용할 경우 실제 이용 시 사용되는 에미터의 수명을 소모하지 않는 엑스레이 튜브를 제공한다는 이점이 있어 튜브의 실 사용 수명을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, when an emitter for aging is used separately through an emitter area divided into at least two or more, there is an advantage in providing an can be greatly improved.
본 발명의 효과들은 상술한 효과들로 제한되지 않으며, 이하의 기재로부터 이해되는 모든 효과들을 포함한다. The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and include all effects understood from the following description.
도 1은 기존의 FEA칩이 배치된 캐소드 전극을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실예에 따른 엑스레이 튜브의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실예에 따른 엑스레이 튜브의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실예에 따른 필드 에미터부를 확대 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실예에 따른 필드 에미터부의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실예에 따른 제1 에미터 영역과 제2 에미터 영역의 다양한 배치 형태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 1 is a perspective view showing a cathode electrode on which a conventional FEA chip is placed.
Figure 2 is a schematic configuration diagram of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an enlarged plan view of the field emitter unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the field emitter unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating various arrangements of the first emitter area and the second emitter area according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an X-ray tube according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and the size, shape, and shape of each component shown in the drawings may be modified in various ways. Throughout the specification, identical/similar parts are given identical/similar reference numerals.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 “부” 등은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여 되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결 (접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(구비 또는 마련)"할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, or combined)” with another part, this means not only when it is “directly connected (connected, contacted, or combined),” but also when it has other members in between. It also includes cases where they are “indirectly connected (connected, contacted, or combined).” Additionally, when a part is said to "include (equip or provide)" a certain component, this does not exclude other components, unless specifically stated to the contrary, but rather "includes (provides or provides)" other components. It means you can.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 나타내는 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 구성 요소들의 순서나 관계를 제한하지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.Terms representing ordinal numbers, such as first, second, etc., used in this specification are used only for the purpose of distinguishing one component from another component and do not limit the order or relationship of the components. For example, the first component of the present invention may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
도 2는 본 발명의 일 실예에 따른 엑스레이 튜브의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실예에 따른 엑스레이 튜브의 단면도이다.Figure 2 is a schematic configuration diagram of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a cross-sectional view of an X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도3을 참조하면, 엑스레이 튜브는 튜브 본체(10), 캐소드 전극(110), 애노드 전극(120), 제어부(130), 집속 렌즈(140), 전극 단자(150) 및 배기관 단자(160)를 포함한다.Referring to Figures 2 and 3, the 160).
예시적으로, 도 2를 참조하면, 엑스레이 튜브는 절연소재로 이루어지고, 내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체(10), 튜브 본체(10)의 일측단부에 배치되며, 타겟(125)이 결합된 애노드 전극(120), 튜브 본체(10)의 타측단부에 애노드 전극(120)과 대향하도록 배치된 캐소드 전극(110), 캐소드 전극(110)의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부(200) 및 게이트 전압을 통해 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부(130)를 포함한다.Illustratively, referring to Figure 2, the A field including an
따라서, 본 발명은 필드 에미터부(200)의 각 에미터 영역이 전기적으로 독립됨에 따라 제어부(130)를 통해 게이트 전압이 인가되는 에미터 영역에서만 전자를 방출시킬 수 있다. 즉, 선택적으로 에미터가 사용될 수 있으며, 에이징에 사용되는 에미터는 에이징 공정만을 위해 사용되고, 엑스레이 튜브의 제작 완료 후 엑스레이를 방출시키기 위한 실 사용 에미터는 새 상태로 사용할 수 있다.Therefore, in the present invention, since each emitter region of the
구체적으로, 도 3을 참조하면 튜브 본체(10)는 절연소재로 이루어진 원통형으로 형성되며, 내부를 진공상태로 만들기 위한 배기관 단자(160) 및 적어도 하나 이상의 전극단자(150)가 관통하도록 형성된 밀봉 부재를 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 3, the
캐소드 전극(110)의 상부에는 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부(200)를 포함한다. 또한, 캐소드 전극(110) 및 필드 에미터부(200)는 하나의 전극단자로 공통 접속될 수 있다.The upper portion of the
도 4는 본 발명의 일 실예에 따른 필드 에미터부를 확대 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실예에 따른 필드 에미터부의 일부를 확대 도시한 단면도이다. FIG. 4 is an enlarged plan view of a field emitter unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the field emitter unit according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5를 참조하면 필드 에미터부(200)는 기판(210), 절연부(220), 게이트 전극부(230), 복수의 에미터(241)로 구성된 제1 에미터 영역(240a)과 제2 에미터 영역(240b)을 포함한다.Referring to FIGS. 4 and 5 , the
구체적으로, 필드 에미터부(200)는 기판(210) 상에 형성된 복수의 에미터(241), 에미터(241)로부터 방출된 전자가 관통하는 게이트홀(231)을 포함하며, 제1 에미터 영역(240a) 및 제2 에미터 영역(240b)으로 분할된 게이트 전극부(230), 및 기판(210)과 게이트 전극부(230)의 사이에 배치되며, 게이트 전극부(230)의 제1 에미터 영역(240a)과 제2 에미터 영역(240b)을 상호 절연시키도록 형성된 절연부(220)를 포함한다.Specifically, the
예를 들어, 기판(210)은 Si 기반 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 에미터(241)는 필드 에미터 어레이(field emitter arrays, FEA)로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 에미터(241)는 방출되는 전자의 궤적을 조절하는 전극으로서, 나노 소재인 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)와 같은 금속, 탄소계열 물질로 구성되는 전도성 물질을 포함할 수 있다.For example, the
도 4에 도시된 것처럼 게이트 전극부(230)는 제1 에미터 영역(240a) 및 제2 에미터 영역(240b)에 해당하는 각각의 분할 영역이 각 게이트 금속판으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극부(230)는 반원형으로 형성된 각각의 게이트 금속판을 포함할 수 있으며, 각 게이트 금속판 사이에 이격 간격(D)을 갖도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4 , the
즉, 게이트 전극부(230)의 이격 간격(D)을 통해 제1 에미터 영역(240a)의 게이트 금속판과 제2 에미터 영역(240b)의 게이트 금속판을 상호 절연시키는 절연부(220)의 절연 구간이 확보될 수 있다. 이때 절연부(220)의 절연 구간은 게이트 전극부(230)의 이격 간격(D)에 의해, 상부로 노출될 수 있다. That is, the insulation of the insulating
게이트 전극부(230)는 제1 에미터 영역(240a)의 게이트 금속판에 전극 배선을 통해 전기적으로 연결된 제1 전극(230a)과 제2 에미터 영역(240b)의 게이트 금속판에 전극 배선을 통해 전기적으로 연결된 제2 전극(230b)을 포함한다.The
도 5에 도시된 것처럼 절연부(220)는 제1 에미터 영역(240a) 및 제2 에미터 영역(240b)에 해당하는 부분에 에미터(241)가 형성되는 복수의 개구를포함한다. 또한 절연부(220)의 제1 에미터 영역(240a)과 절연부(220)의 제2 에미터 영역(240b)을 이격하는 부분에 소정 거리의 절연 구간(D)을 포함한다. 바람직하게 절연부(220)의 절연 구간(D)은 3um일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.As shown in FIG. 5 , the insulating
또한 절연부(220)는 기판(210) 상에 절연막이 적층된 상태에서 패터닝 마스크와 식각 공정을 통해 절연 구간(D)을 제외한 부분에 복수의 개구가 형성될 수 있다. 즉, 절연막의 절연 구간(D)은 식각되지 않는다.Additionally, a plurality of openings may be formed in the insulating
제어부(130)는 제1 에미터 영역(240a) 및 제2 에미터 영역(240b) 중 어느 하나에 에이징을 위한 게이트 전압을 인가하고, 이를 통해 전자빔이 방출되도록 하여 애노드 전극(120)에 대한 에이징 공정을 수행한다. 이때, 나머지 에미터 영역에 대해서는 게이트 전압을 인가하지 않는다.The
에이징 공정이 종료된 후에는 제어부(130)가 나머지 에미터 영역에 게이트 전압을 인가하도록 설정한다. 이와 같이, 제어부(130)는 제1 에미터 영역(240a)과 제2 에미터 영역(240b)에 대하여 게이트 전압 인가를 조절하여, 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어할 수 있다. After the aging process is completed, the
예시적으로, 본 발명에 따른 제어부(130)의 활용 방법은 튜브 본체(10)의 조립 및 밀봉 공정을 완료한 후, 내부 진공도 향상과 양극 타겟에서의 아웃개싱을 감소시키기 위한 에이징 공정을 수행한다. 이때, 제어부(130)는 제1 에미터 영역(240a)의 게이트 전극부(230)에 에이징 공정을 위한 전압을 인가하여, 에이징용 에미터에서만 전자가 방출되도록 조절할 수 있다. 소정의 에이징 공정이 완료된 이후, 엑스선 조사를 위한 엑스레이 튜브의 실사용 시에 제어부(130)는 제2 에미터 영역(240b)의 게이트 전극부(230)에만 전압을 인가하여 실사용 에미터에서만 전자가 방출되도록 제어할 수 있다. 상술한 제어부(130)의 활용 방법은 도 7를 참조하여 후술하는 엑스레이 튜브의 제조 방법의 실시예로서 활용할 수 있다.Illustratively, in the method of utilizing the
즉, 엑스레이 튜브에 결합된 제어부(130)는 에이징 공정중에 에이징용 에미터의 게이트에만 전압이 인가되도록 하고, 에이징 공정 완료 이후에는 실사용 에미터의 게이트만에 전압이 인가되도록 제어할 수 있다.That is, the
이때 본 발명의 제1 에미터 영역(240a) 또는 제2 에미터 영역(240b)의 경우, 단순히 에이징만을 위한 에미터로 사용되어¸단지 방출 전자가 타겟에 도달하여 타겟의 열을 올리는 것을 목적으로 한다. 따라서, 기존의 에미터를 구분하는 기술에서 요구되는 광학적 설계가 중요하지 않으며, 기존 기술 대비 구조가 간단하다.At this time, in the case of the
도 6은 본 발명의 일 실예에 따른 제1 에미터 영역과 제2 에미터 영역의 다양한 배치 형태를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating various arrangements of the first emitter area and the second emitter area according to an embodiment of the present invention.
도 6(a) 및 도 6(b)에 도시된 것처럼, 필드 에미터부(200)는 제1 에미터 영역(240a)이 제2 에미터 영역(240b)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 각 에미터 영역의 형태는 원형 또는 사각형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다각형으로 형성될 수 있다. 이때, 도 6(a) 및 도 6(b)에는 제1 에미터 영역(240a)과 제2 에미터 영역(240b)의 사이의 이격 공간이 미도시 되었지만 각 에미터 영역은 절연된 상태를 유지할 수 있다.As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the
또한 도 6(c)에 도시된 것처럼, 제1 에미터 영역(240a)이 제2 에미터 영역(240b)을 둘러싸도록 배치되되, 일체가 아닌 복수의 영역으로 분할된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 각 에미터 영역의 형태는 원형으로 도시되었지만 이에 한정된 것은 아니며, 사각형 또는 다각형으로 형성될 수도 있다. 또한, 도 6(d)에 도시된 것처럼, 제1 에미터 영역(240a)과 제2 에미터 영역(240b)이 이격 공간을 가지며 평행하도록 배치될 수 있다. 이때 각 에미터 영역의 형태는 직사각형으로 도시되었지만 이에 한정되지 않으며 반원형 또는 다각형으로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명은 실 사용 에미터와 에이징용 에미터를 필요에 따라 자유자재로 만들 수 있기 때문에 원하는 모양의 다양한 초점을 형성할 수 있다는 장점이 있다.Additionally, as shown in FIG. 6(c), the
즉 본 발명은 반도체 패터닝 공정을 이용하여 제작하는 스핀트(Spindt) 구조의 전계방출 에미터의 각 에미터 방출 영역을 독립적으로 제어가 가능하도록 제작할 수 있다. 이를 통해 엑스레이 튜브 제작 공정에서 에이징 시 사용할 전자 방출원과 실제 사용을 위한 전자 방출원을 나누어 제작할 수 있다.That is, the present invention can be manufactured so that each emitter emission area of a field emission emitter with a Spindt structure manufactured using a semiconductor patterning process can be independently controlled. Through this, it is possible to separate the electron emission source for use during aging and the electron emission source for actual use in the X-ray tube manufacturing process.
다른 실시예로, 튜브 본체(10)는 캐소드 전극(110)의 상부에 에미터(241)로부터 전자 방출된 전자빔을 애노드 전극(120)으로 집속시키는 집속 렌즈(140)를 추가로 포함할 수 있다.In another embodiment, the
예시적으로 집속 렌즈(140)는 일반적인 홀 형태를 사용하여 제작되거나, 렌즈 위에 한층 또는 여러 층의 그래핀을 전사하여 제작될 수도 있다. 또한, 집속 렌즈(140)는 2개 이상 사용될 수도 있다.For example, the focusing
애노드 전극(120)은 전기전도성과 열전도성이 높은 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 애노드 전극(120)은 무산소동과 코바(KOVAR) 합금의 조합으로 형성될 수 있으며, KOVAR는 철-니켈-코발트 합금으로 이루어질 수 있다. 코바(KOVAR)합금은 세라믹의 열팽창계수와 유사한 열팽창계수를 갖도록 조제되어 세라믹으로 형성된 절연체와의 접합을 형성하는데 유리하고 무산소동은 높은 전기전도성과 열전도성으로 인해 타겟(125)에서 발생하는 열을 방출하는데 유리하다. The
또한, 애노드 전극(120)의 전자빔 충돌부위에는 타겟(125)이 애노드 전극(120)과 접합하도록 형성될 수 있다. Additionally, a
타겟(125)은 용융점이 높으며 원자번호가 높아서 전자빔이 충돌하면 높은 효율로 엑스레이를 발생시킬 수 있는 텅스텐 등의 재료로 형성될 수 있다. 예시적으로 타겟(125)은 투과형 또는 반사형으로 형성될 수 있다. The
일 예로, 반사형의 경우, 튜브 본체(10)의 일 영역에는 튜브 본체(10)의 내부에서 외부로 방출되는 엑스선의 출입구인 윈도우가 형성될 수 있다. 예를 들어 윈도우는 베릴륨, 알루미늄 등의 금속재질 또는 형광물질이 도포된 유리재질로 형성될 수 있다. 윈도우가 베릴륨 등의 금속 재질로 형성되는 경우에는, 소정 파장 이하의 엑스선만 방출되도록 필터링될 수 있다. 또한, 원도우가 형광물질이 도포된 유리재질로 형성되는 경우에는 윈도우를 통하여 가시광선이 방출될 수 있다.For example, in the case of a reflective type, a window, which is an entrance/exit of X-rays emitted from the inside of the
한편, 애노드 전극(120)은 회전형 전극으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 애노드 전극(120)은 회전형 전극에 구비된 타겟(125)과 이를 지지하는 로터(미도시) 및 회전축(미도시)으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 엑스선 발생시 타겟(125)이 회전함으로써 전자빔 충돌영역이 원형 트랙으로 형성되어 높은 출력의 엑스선을 발생시킬 수 있다.Meanwhile, the
예시적으로, 다시 도 3을 참조하면 전극 단자(150)는 캐소드 전극(110)을 지지하며 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 전극 단자(150)는 집속 렌즈(140)의 홀에 의하여 노출될 영역과 캐소드 전극(110)이 일정 거리를 유지하도록 집속 렌즈(140)를 지지하며 전기적으로 연결될 수 있다. Exemplarily, referring again to FIG. 3 , the
배기관 단자(160)는 진공펌프가 연결되어 튜브 본체(10)의 내부를 배기할 수 있다. 배기관 단자(160)는 무산소동 등의 재료로 형성하여 배기가 완료된 후 핀치오프 등의 방법으로 배기관 단자(160)를 밀봉하여 엑스레이 튜브 내의 진공이 영구히 보존될 수 있도록 한다. 또한 배기관 단자(160)는 튜브 본체(10)의 밀봉 부재에 전기적으로 연결되어 높은 전류용량을 갖는 전극으로도 활용될 수 있다. The
또한 밀봉 부재의 상부면은 전극단자(150)가 관통하는 영역을 제외한 모든 면에 금속박막이 적층될 수 있다. 이때 금속박막이 배기관 단자(160)와 전기적으로 접합되면 엑스레이 방출로 인한 광전효과, 또는 콤프턴 산란 등이 발생하더라도 대전되지 않고 일정한 전위를 유지할 수 있다. Additionally, a metal thin film may be laminated on all surfaces of the upper surface of the sealing member except for the area where the
이하에서는 상술한 도 1 내지 도 6에 도시된 구성 중 동일한 기능을 수행하는 구성의 경우 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, descriptions will be omitted for components that perform the same function among the components shown in FIGS. 1 to 6 described above.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing an X-ray tube according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 엑스레이 튜브의 제조 방법은 내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체(10), 튜브 본체(10)의 일측단부에 배치되며 타겟(125)이 결합된 애노드 전극(120), 튜브 본체(10)의 타측단부에 애노드 전극(120)과 대향하도록 배치된 캐소드 전극(110), 캐소드 전극(110)의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부(200) 및 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부(130)를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공되는 단계(S110) 및 제어부(130)를 통해 복수의 에미터 영역 중 어느 한 에미터 영역에 게이트 전압을 인가하여, 애노드 전극(120)에 전자빔을 인가시키는 에이징 공정을 수행하는 단계(S120)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the method of manufacturing an 120), a
또한 엑스레이 튜브의 제조 방법은 에이징 공정의 종료 후 에이징 공정에 사용된 에미터 영역을 제외한 나머지 에미터 영역을 통해 게이트 전압이 인가되도록 제어부(130)의 전압 인가 조건을 설정하는 단계를 더 포함한다.In addition, the method of manufacturing the
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술한 설명을 기초로 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다Those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention based on the above description. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.
10: 튜브 본체
110: 캐소드 전극
120: 애노드 전극
130: 제어부
200: 필드 에미터부
210: 기판
220: 절연부
230: 게이트 전극부
240a: 제1 에미터 영역
240b: 제2 에미터 영역10: Tube body
110: cathode electrode
120: anode electrode
130: control unit
200: Field emitter section
210: substrate
220: insulation part
230: Gate electrode portion
240a: first emitter area
240b: second emitter area
Claims (10)
절연소재로 이루어지고, 내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체;
상기 튜브 본체의 일측단부에 배치되며, 타겟이 결합된 애노드 전극;
상기 튜브 본체의 타측단부에 상기 애노드 전극과 대향하도록 배치된 캐소드 전극;
상기 캐소드 전극의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부; 및
게이트 전압을 통해 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 엑스레이 튜브.
In the x-ray tube,
A tube body made of an insulating material and having a predetermined space therein;
an anode electrode disposed on one end of the tube body and coupled with a target;
a cathode electrode disposed at the other end of the tube body to face the anode electrode;
a field emitter portion including at least two emitter regions located on an upper portion of the cathode electrode; and
An X-ray tube including a control unit that independently controls electron emission in each emitter region through a gate voltage.
상기 필드 에미터부는
기판 상에 형성된 복수의 에미터;
상기 에미터로부터 방출된 전자가 관통하는 게이트홀을 포함하며, 제1 에미터 영역 및 제2 에미터 영역으로 분할된 게이트 전극부; 및
상기 기판과 상기 게이트 전극부의 사이에 배치되며, 상기 게이트 전극부의 제1 에미터 영역과 제2 에미터 영역을 상호 절연시키도록 형성된 절연부를 포함하는 것인, 엑스레이 튜브.
According to paragraph 1,
The field emitter unit is
A plurality of emitters formed on a substrate;
a gate electrode portion including a gate hole through which electrons emitted from the emitter pass, and divided into a first emitter region and a second emitter region; and
An X-ray tube disposed between the substrate and the gate electrode portion and including an insulating portion formed to insulate the first emitter region and the second emitter region of the gate electrode portion from each other.
상기 게이트 전극부는
상기 제1 에미터 영역 및 제2 에미터 영역에 해당하는 각각의 분할 영역이 각 게이트 금속판으로 형성된 것이며,
상기 각 게이트 금속판 사이에 이격 간격을 포함하는 것인, 엑스레이 튜브.
According to paragraph 2,
The gate electrode part
Each divided region corresponding to the first emitter region and the second emitter region is formed of each gate metal plate,
An x-ray tube, comprising a spacing between each gate metal plate.
상기 게이트 전극부는
상기 각 게이트 금속판에 전극 배선을 통해 전기적으로 연결된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 것인, 엑스레이 튜브.
According to paragraph 3,
The gate electrode part
An X-ray tube comprising a first electrode and a second electrode electrically connected to each of the gate metal plates through electrode wiring.
상기 절연부는
상기 제1 에미터 영역 및 제2 에미터 영역에 해당하는 부분에 상기 에미터가 배치되는 복수의 개구를 포함하며,
상기 제1 에미터 영역 및 제2 에미터 영역을 이격하는 부분에 소정 거리의 절연 구간을 포함하는 것인, 엑스레이 튜브.
According to paragraph 2,
The insulating part
It includes a plurality of openings through which the emitter is disposed in portions corresponding to the first emitter region and the second emitter region,
An X-ray tube comprising an insulating section of a predetermined distance in a portion separating the first emitter region and the second emitter region.
상기 절연부는
상기 기판 상에 절연막이 적층된 상태에서 패터닝 마스크와 식각 공정을 통해 상기 절연 구간을 제외한 부분에 상기 복수의 개구가 형성된 것인, 엑스레이 튜브.
According to clause 5,
The insulating part
An X-ray tube in which the plurality of openings are formed in portions excluding the insulating section through a patterning mask and an etching process while an insulating film is laminated on the substrate.
상기 캐소드 전극 및 필드 에미터부는 하나의 전극단자로 공통 접속되는 것인, 엑스레이 튜브.
According to paragraph 1,
The cathode electrode and the field emitter unit are commonly connected through one electrode terminal.
상기 제어부는
상기 제1 에미터 영역 및 제2 에미터 영역 중 어느 하나에 에이징을 위한 게이트 전압을 인가하고, 나머지 하나에 엑스선 조사를 위한 게이트 전압을 인가하는 것인, 엑스레이 튜브.
According to paragraph 2,
The control unit
An X-ray tube, wherein a gate voltage for aging is applied to one of the first emitter region and the second emitter region, and a gate voltage for X-ray irradiation is applied to the other one.
내부에 소정의 공간이 형성된 튜브 본체, 상기 튜브 본체의 일측단부에 배치되며 타겟이 결합된 애노드 전극, 상기 튜브 본체의 타측단부에 상기 애노드 전극과 대향하도록 배치된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극의 상부에 위치한 적어도 둘 이상의 에미터 영역을 포함한 필드 에미터부 및 각 에미터 영역의 전자 방출을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공되는 단계 및
상기 제어부를 통해 상기 복수의 에미터 영역 중 어느 한 에미터 영역에 게이트 전압을 인가하여, 상기 애노드 전극에 전자빔을 인가시키는 에이징 공정을 수행하는 단계를 포함하는, 엑스레이 튜브의 제조 방법.
In the method of manufacturing an x-ray tube,
A tube body with a predetermined space formed inside, an anode electrode disposed on one end of the tube body and coupled with a target, a cathode electrode disposed on the other end of the tube body to face the anode electrode, and on top of the cathode electrode. A step of providing an
A method of manufacturing an
상기 에이징 공정의 종료 후 상기 에이징 공정에 사용된 에미터 영역을 제외한 나머지 에미터 영역을 통해 게이트 전압이 인가되도록 상기 제어부의 전압 인가 조건을 설정하는 단계를 더 포함하는, 엑스레이 튜브의 제조 방법.According to clause 9,
A method of manufacturing an
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KR102095268B1 (en) | 2015-02-23 | 2020-03-31 | 주식회사 바텍 | Field Emission X-Ray Source Device |
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