專利名稱：電子發(fā)射體以及x射線放射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子發(fā)射體(發(fā)射器)以及使用該電子發(fā)射體的X射線放射裝置。
背景技術：
作為用于進行在真空中使電場集中來發(fā)射電子的電場放射的電子發(fā)射體，已知專利文獻1所公開的碳納米管和專利文獻2所公開的將石墨烯薄片(graphene sheet)重疊為多層的尖頭形狀的碳膜。此外，作為使得從電子發(fā)射體發(fā)射的電子的方向不發(fā)生擴散的構造，在專利文獻3 中，公開了如下構造在形成了陰極電極的基板表面形成由碳納米管構成的電子發(fā)射層，在該電子發(fā)射層的外周側，設置與電子發(fā)射層同電位的導電層，并進一步在電子發(fā)射層的上方設置柵電極。此外，在專利文獻4中，公開了ー種發(fā)射器，其在由碳化硅單晶構成的基板的表面，按照其軸朝基板的厚度方向看齊的方式高密度地定向形成了碳納米管。此外，在專利文獻5中，公開了如下內(nèi)容通過在玻璃基板的與電子發(fā)射層相接的面設置凹坑，來形成與凹坑的形狀相應的電子發(fā)射層，提高從電子發(fā)射層發(fā)射的電子的收斂性。此外，在專利文獻6中，公開了如下構成在發(fā)射器的上方附近設置柵電極，在遠離該柵電極的位置配置透鏡電極(lens electrode)，用該透鏡電極來使從發(fā)射器發(fā)射的電子束收斂。(在先技術文獻)(專利文獻)專利文獻1 JP特開2006-290691號公報專利文獻2 JP特開2008-150253號公報專利文獻3 JP特開2002-093307號公報專利文獻4 JP特開2000-100317號公報專利文獻5 JP特開2002-100282號公報專利文獻6 JP特開2000-133117號公報(發(fā)明所要解決的課題)上述專利文獻中，使得從發(fā)射器(電子發(fā)射體)發(fā)射的電子束不發(fā)生飛散的是專利文獻3、5、6。但是，專利文獻3、5不是使電子束收斂于1點的技木，而是要用柵電極等來抑制電子束的分散的技木，不是提高電子束密度的內(nèi)容。另ー方面，在專利文獻6中雖然記載了利用透鏡電極來使電子束收斂，但由于從點狀的發(fā)射器射出的電子束暫時分散，之后用透鏡電極來進行收斂，因此只是還原為從發(fā)射器射出時的電子束密度，電子束密度并沒有變高。并且，在假定了面狀的發(fā)射器的情況下，即使利用柵電極或透鏡電極來使電子束收斂，也存在某種程度的分散。

發(fā)明內(nèi)容
(用于解決課題的手段)為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的電子發(fā)射體，是形成了通過在基板的表面施加電壓來發(fā)射電子的碳膜的電子發(fā)射體，所述電子發(fā)射體采用了如下構成所述基板的表面被形成為凹面，所述碳膜通過面狀地展開多個由碳構成的突起而構成。此外，作為所述凹面的形狀，可以考慮在1點結成焦點的形狀，在此情況下所述突起的軸心向著所述焦點延伸。作為所述由碳構成的突起，例如優(yōu)選由形成于基板表面的隆起部和從該隆起部延伸出的針狀部構成，該針狀部構成由石墨烯薄片斜著卷繞而成的中空狀。此外，優(yōu)選在所述基板的周邊設置卡片電扱。該卡片電極比所述碳膜更加突出并且外周側的曲率半徑為碳膜側的曲率半徑以上。此外，本發(fā)明所涉及的X射線放射裝置，將所述電子發(fā)射體作為陰極，將金屬靶作為陽極，將所述陽極配置在所述基板的凹面的焦點位置而構成。(發(fā)明的效果)本發(fā)明所涉及的電子發(fā)射體，由于從構成凹面狀的發(fā)射面發(fā)射的電子束收斂于1 點，因此電子束密度變高。在基板周邊設置了卡片電極(card electrode)的情況下能夠使電子束更加集中。通過按照使上述電子發(fā)射體成為陰極(cathode)，鎢等的靶成為陽極(anode)的方式進行連接，并且將靶配置在電子束的焦點位置，由此從靶發(fā)射強烈的X射線。


圖1是本發(fā)明所涉及的電子發(fā)射體的整體圖。圖2是該電子發(fā)射體的要部放大圖。圖3(a)以及(b)是說明碳膜的形成方法的一例的圖。圖4是裝入了本發(fā)明所涉及的電子發(fā)射體的X射線放射裝置的概略圖。
具體實施例方式(實施例)以下，基于附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選的實施例。如圖1所示，電子發(fā)射體由以不銹鋼等為材料的基板1、碳膜2、以及構成環(huán)狀的卡片電極3構成。所述構成環(huán)狀的卡片電極3在基板1的周邊比所述碳膜2更為突出。此外，卡片電極3的外周側的曲率半徑Rl被設定為碳膜2側的曲率半徑R2以上。像這樣，通過使卡片電極3的形狀為Rl ^ R2，能夠抑制碳膜2面上的局部的電場集中，并使得不發(fā)生伴隨熱劣化的電流劣化和放電現(xiàn)象。在所述基板1形成有凹面(凹球面)11。該凹面11具有固定的曲率半徑，若假設入射了平行的光則存在收斂的焦點F。在所述凹面11上以數(shù)ym 數(shù)十μ m的厚度形成有碳膜2。該碳膜2如圖2所示那樣，由多個突起21面狀地展開而構成，并且突起21由形成于凹面11的表面的隆起部22和從該隆起部22延伸出的針狀部23構成。基于圖3來說明形成所述碳膜2的方法。首先，如圖3(a)所示，預先在基板1的表面形成凹面11，并利用研磨棒4來對該凹面11進行研磨。在研磨劑中使用將金剛石粉和硅石粉與水混合后的物質。通過上述的研磨，在凹面11的表面附著微小的碳粒子或硅石粒子，可以認為該微小粒子成為碳突起21的生長的起點。接著，利用圖3 (b)所示的平行平板型的等離子體CVD裝置5來對碳膜進行成膜。 具體來說，在接地的下側的電極51上按照凹面11朝上的方式設置基板11，在上側電極52 連接直流電源53的負極側，并將正極側接地。然后，用真空排氣系統(tǒng)M對等離子體CVD裝置5內(nèi)進行排氣，從氣體導入系統(tǒng)55 導入氫氣，并將內(nèi)壓逐漸減壓至30torr程度。在此狀態(tài)下使電極51、52間產(chǎn)生等離子體， 使電流增加至2. 5A程度。通過該處理，基板表面的氧化膜被除去。接著，從氣體導入系統(tǒng)55向等離子體CVD裝置5內(nèi)導入氫氣和甲烷氣，并使內(nèi)部的壓カ逐漸上升至75torr程度。一邊維持該內(nèi)壓ー邊將電流從2. 5A逐漸增加至6. OA。在等離子體CVD裝置5內(nèi)產(chǎn)生的等離子體中的電子與甲烷氣發(fā)生碰撞，從而游離出碳原子，該碳原子吸附于成為凹面11的表面的結晶的起點的微粒子(碳或硅石)上，碳的結晶逐漸生長。作為反應氣體，除了甲烷氣之外，也可以使用乙炔、乙烯、丙烷、丙烯等的氣體，或者一氧化碳、ニ氧化碳、乙醇、丙酮的有機溶劑的蒸氣。碳結晶的生長最初是隆起部22逐漸變大，接著從隆起部22的前端生長出針狀部 ぬ。該針狀部ぬ由石墨烯薄片斜著卷繞為多層且內(nèi)部成為中空。像這樣形成的碳突起部 21的軸與凹面11的切線大體正交，因此多個碳突起21的軸在凹面11的焦點相交。如以上那樣制造出的電子發(fā)射體例如能夠裝入到圖4所示的X射線放射裝置中。即，X射線放射裝置在維持為減壓狀態(tài)(1 lOOOtorr)的外殼6內(nèi)作為陰極(發(fā)射器)而插入上述電子發(fā)射體，并在焦點F的位置配置有鎢等的金屬靶(target)61。該金屬靶61將形成于外殼6的窗部嚴密地密封。在此基礎上，在作為陰極的基板1和作為陽極的金屬靶61之間施加直流電壓。確認了電流密度瞬間為lOOmA/cm2。于是，在構成所述碳膜2的碳突起21的前端部形成強電場。通過該強電場，用 i^owler-Nordheim的式子表示的隧道電子從碳膜2向著金屬靶61發(fā)射。由于該發(fā)射出的電子(電子束)沿著碳突起21的軸被發(fā)射，因此在焦點F極高密度的電子將會與金屬靶61 發(fā)生碰撞，穿透金屬靶61而產(chǎn)生強X射線。在圖示例中，示出了電子束穿透靶的穿透型的X射線放射裝置，但也可以采用由靶反射而產(chǎn)生X射線的反射型的X射線放射裝置。(エ業(yè)實用性)本發(fā)明所涉及的電子發(fā)射體以及裝入了該電子發(fā)射體的X射線放射裝置例如能夠應用于非破壞檢查設備等。(符號說明)1……基板、11……基板的凹面
2……碳膜、21……構成碳膜的突起、22……構成突起的隆起部、23……構成突起的針狀部3……卡片電極4......研磨棒5……等離子體CVD裝置、51、52……平行平板電極、53……直流電源、54……真空排氣系統(tǒng)、55……氣體導入系統(tǒng)、61……金屬靶Rl……卡片電極的外周側的曲率半徑、R2……卡片電極的碳膜側的曲率半徑、
-1β、、、ハ、權利要求
1.ー種電子發(fā)射體，其形成了通過在基板的表面施加電壓來發(fā)射電子的碳膜，所述電子發(fā)射體的特征在干，所述基板的表面被形成為凹面，所述碳膜通過面狀地展開多個由碳構成的突起而構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子發(fā)射體，其特征在干，所述基板的表面被形成為在1點結成焦點的凹面，所述突起的軸心朝向所述焦點。
3.根據(jù)權利要求1所述的電子發(fā)射體，其特征在干，所述由碳構成的突起由形成于基板表面的隆起部和從該隆起部延伸出的針狀部構成， 該針狀部構成由石墨烯薄片斜著卷繞而成的中空狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的電子發(fā)射體，其特征在干，在所述基板的周邊設置卡片電極，該卡片電極比所述碳膜更加突出并且外周側的曲率半徑為碳膜側的曲率半徑以上。
5.ー種X射線放射裝置，其特征在干，將權利要求1 4中任一項所述的電子發(fā)射體作為陰極，將金屬靶作為陽極，將所述陽極配置在所述基板的凹面的焦點位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電子束密度高的電子發(fā)射體和裝入了該電子發(fā)射體的X射線放射裝置。本發(fā)明的電子發(fā)射體的特征在于，基板的表面被形成為凹面，碳膜通過面狀地展開多個由碳構成的突起而構成。碳結晶的生長最初是隆起部(22)逐漸變大，接著從隆起部(22)的前端生長出針狀部(23)。該針狀部(23)由石墨烯薄片斜著卷繞為多層且內(nèi)部成為中空。像這樣形成的碳突起(21)的軸與凹面(11)的切線大體正交，因此多個碳突起(21)的軸在凹面(11)的焦點(F)相交。
文檔編號H01J1/304GK102576634SQ20108003714
公開日2012年7月11日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權日2009年6月24日
發(fā)明者石黑義久, 羽場方芳, 鈴木良一 申請人:株式會社生活技術研究所