碳纳米管冷阴极微焦点X射线管的设计与制备

发布时间：2020-08-08 10:32

【摘要】：随着科技的发展,出现了生物细胞的X射线显微分析与操作,材料晶格的无损检测等涉及到微小尺寸成像的需求,一般焦点尺寸的X射线源已经难以满足这些要求。因此,市场对微焦点X射线管有着迫切需求。传统热阴极微焦点X射线管尽管在一定程度上能满足要求,但其存在着诸如启动速度慢,工作寿命短,设备体积大,时间与空间分辨率不足等差强人意之处。碳纳米管作为一种理想的场发射电子源,将其作为X射线管的阴极,有望弥补热阴极的这些缺点。碳纳米管冷阴极微焦点X射线管具有体积小,响应快,分辨率高,工作寿命长,辐射剂量小等诸多有点,它将有望成为新一代的X射线管。本论文将对使用碳纳米管为阴极的微焦点X射线管进行研究,以期能够成功实现具有快速响应,小焦斑尺寸,工作稳定,成像效果优秀的微焦点X射线管。研究目标是实现在60kV阳极电压下,工作电流达到20μA,焦点直径小于20μm的冷阴极微焦点X射线管。本论文的主要研究工作有以下两个方面:(1)通过MWPECVD法制备性能优异的碳纳米管阴极发射源;通过探究光刻参数对图案的影响,优化光刻工艺,实现高质量的光刻图案;通过改变所镀金属层的厚度,提高碳纳米管与基底的粘附性。对碳纳米管发射源进行老练测试,使碳纳米管发射源能够在100μA的发射电流下稳定工作。对老练情况和测试结果给予分析。实验测得最高直流场致发射电流密度达到80.9 A/cm~2。(2)对微焦点X射线管的电子光学系统进行设计与优化。为使电子束能够在阳极靶面实现聚焦,需要对X射线管中的电子光学系统进行优化。本文研究了栅极,第一聚焦极,第二聚焦极三者对电子束聚焦效果的影响,并进行了初步分析,最终实现了焦点直径为20μm的电子束聚焦结构。(3)通过X射线成像系统,对微焦点X射线管的成像功能进行了测试。对内存条和芯片进行了放大成像,并能够对16μm尺寸的物体成像。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN14
【图文】：

第一章 绪论第一章 绪 论1.1 X 射线简介X 射线属于电磁辐射，其具备波长短频率高的特征。X 射线的波长范围0.01nm~10nm，对应的频率范围为3 × 10 Hz~3 × 10 Hz，它的能量范围100eV 到 100keV 之间。通常，我们称波长略长于 0.5nm 的 X 射线为软 X 射线波长小于 0.1nm 的为硬 X 射线，见图 1-1。

电子科技大学硕士学位论文管的发展为 W.C.伦琴[1]于 1895 年 11 月进行克鲁克斯管实验时发现是最早的充气式 X 射线管，结构如图 1-2 所示。其阴极位，左侧为散热结构，顶部安装有用来调节气体压力的“软化压后，管内气体发生电离，阴极在正离子的轰击下产生电靶材产生 X 射线。但其存在功率小，转换效率低，工作寿缺点，这导致当时要使用 X 射线管存在许多困难。

为 W.C.伦琴[1]于 1895 年 11 月进行克鲁克斯管实验时发现是最早的充气式 X 射线管，结构如图 1-2 所示。其阴极位，左侧为散热结构，顶部安装有用来调节气体压力的“软化压后，管内气体发生电离，阴极在正离子的轰击下产生电靶材产生 X 射线。但其存在功率小，转换效率低，工作寿缺点，这导致当时要使用 X 射线管存在许多困难。图 1-2 20 世纪初克鲁克斯 X 射线管

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 金春水,王占山,曹健林;软X射线投影光刻技术[J];强激光与粒子束;2000年05期

本文编号：2785449