(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子受容構造体と電子放出構造体との間に内部ギャップが存在するよう、少なくとも１つのスペーサーによって分離された前記電子受容構造体と前記電子放出構造体とを備え、
前記電子受容構造体は、Ｘ線のターゲットである陽極を備え、
前記電子放出構造体は、
（ａ）バックプレートと、
（ｂ）基板と、
（ｃ）陰極と、
（ｄ）アレイ状に配置され、前記陽極に向かって電子ビームを放出するように構成された複数の電界放出型電子源と、
（ｅ）ゲート電極と、
（ｆ）前記ゲート電極を前記陰極から所定の陰極−ゲート間隔で支持する少なくとも一つのゲート電極支持構造と、を備え、
前記内部ギャップは、前記電子放出構造体と前記電子受容構造体との間において遮るもののない空間を提供し、
前記複数の電界放出型電子源は、規則的な電子源間隔を有するアレイに、規則的なインターバルで欠落した状態で配置され、
前記ゲート電極支持構造は、複数の支柱を含み、
前記複数の支柱は、前記アレイ内の前記電界放出型電子源が欠落した位置に設けられる、
Ｘ線放出装置。
【請求項２】
陽極が、モリブデン、ロジウムおよびタングステンから成る群のうちの一つまたはそれ以上を含む、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【請求項３】
前記電子放出構造体がグリッド電極を備えていない、請求項１又は２に記載のＸ線放出装置。
【請求項４】
前記電子放出構造体は、アレイ状に配置された複数の第１フォーカス構造をさらに備え、前記第１フォーカス構造の各々は、第１フォーカス電極を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線放出装置。
【請求項５】
前記第１フォーカス構造は、前記複数の電界放出型電子源の一部を含むユニットセルを囲み、前記ユニットセルはエミッタ領域を規定する、請求項４に記載のＸ線放出装置。
【請求項６】
前記電子放出構造体は、第２フォーカス電極を含む複数の第２フォーカス構造のアレイを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＸ線放出装置。
【請求項７】
前記電界放出型電子源がスピント型電子源である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線放出装置。
【請求項８】
前記基板がシリコンをベースとする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＸ線放出装置。
【請求項９】
前記陰極、前記信号線、前記電界放出型電子源、前記第１フォーカス構造、前記第１フォーカス電極、前記第２フォーカス構造、前記第２フォーカス電極およびこれらの任意の組合せからなる群から選択された少なくとも一つの部材は、前記基板と一体である、請求項８に記載のＸ線放出装置。
【請求項１０】
前記電子受容構造体がコリメータをさらに備える、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＸ線放出装置。
【請求項１１】
前記電界放出型電子源のアレイと前記陰極との間に位置する層状抵抗層をさらに備える、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【請求項１２】
前記層状抵抗層は、前記電界放出型電子源に最も近い近位抵抗層および前記電界放出型電子源からより遠い遠位抵抗層を少なくとも備え、前記近位抵抗層は第１抵抗特性を有する第１抵抗物質を含み、前記遠位抵抗層は第２抵抗特性を有する第２抵抗物質を含み、前記第１抵抗特性は前記第２の抵抗特性よりも大きい、請求項１１に記載のＸ線放出装置。
【請求項１３】
前記層状抵抗層は、前記近位抵抗層と前記遠位抵抗層の間の少なくとも１つの中間抵抗層を備え、前記少なくとも１つの中間抵抗層は、前記第１抵抗特性と前記第２抵抗特性の間の抵抗特性を有する第３抵抗物質を少なくとも含む、請求項１２に記載のＸ線放出装置。
【請求項１４】
前記近位抵抗層がＳｉＯＣＮを含む、請求項１２又は１３に記載のＸ線放出装置。
【請求項１５】
前記遠位抵抗層がＳｉを含む、請求項１２又は１３に記載のＸ線放出装置。
【請求項１６】
前記遠位抵抗層が炭化ケイ素ウェーハを含む、請求項１２又は１３に記載のＸ線放出装置。
【請求項１７】
前記中間抵抗層がアモルファスシリコン炭窒化膜を含む、請求項１３に記載のＸ線放出装置。
【請求項１８】
前記層状抵抗層は、抵抗材料を含む少なくとも一つの抵抗層と、前記抵抗材料と前記陰極の間に介在する第１バリア層とを備える、請求項１１に記載のＸ線放出装置。
【請求項１９】
前記層状抵抗層は、抵抗材料を含む少なくとも一つの抵抗層と、前記抵抗材料と前記電界放出型電子源の間に介在する第２バリア層とを備える、請求項１１又は１８に記載のＸ線放出装置。
【請求項２０】
前記第１バリア層は、炭素リッチなシリコンカーバイド、窒素リッチなシリコン炭窒化物、アモルファスカーボンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される非反応性材料から選択される材料を含む、請求項１８に記載のＸ線放出装置。
【請求項２１】
前記第２バリア層は、炭素リッチなシリコンカーバイド、窒素リッチなシリコン炭窒化物、アモルファスカーボンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される非反応性材料から選択される材料を含む、請求項１９に記載のＸ線放出装置。
【請求項２２】
前記ゲート電極支持構造は、前記陰極と前記ゲート電極との間の表面経路が、前記陰極−ゲート間隔よりも大きくなるよう構成される、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【請求項２３】
前記ゲート電極支持構造が層状中間層を含む、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【請求項２４】
前記層状中間層は、第１材料の少なくとも１つの層及び第２材料の少なくとも１つの層を含み、前記第１材料は第２材料より容易にエッチングされる、請求項２３に記載のＸ線放出装置。
【請求項２５】
前記層状中間層は、低密度材料の少なくとも１つの層及び高密度材料の少なくとも１つの層を含む、請求項２３に記載のＸ線放出装置。
【請求項２６】
前記層状中間層は、二酸化ケイ素の少なくとも１層を含む、請求項２３に記載のＸ線放出装置。
【請求項２７】
前記層状中間層は、高密度の二酸化ケイ素の少なくとも１つの層及び低密度の二酸化ケイ素の少なくとも１つの層を含む、請求項２３に記載のＸ線放出装置。
【請求項２８】
前記層状中間層は、二酸化ケイ素の少なくとも１つの層及び酸窒化シリコンの少なくとも１つの層を含む、請求項２３に記載のＸ線放出装置。
【請求項２９】
前記複数の支柱は、規則的な支柱間隔を有するアレイに配置される、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【請求項３０】
前記複数の支柱間の支柱間隔は、前記複数の電子源間の電子源間隔より大きい、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【請求項３１】
前記複数の支柱は、少なくとも一つの支柱と少なくとも一つの隣接する電子源との間の支柱−電子源間隔が、前記複数の電子源間の電子源間隔よりも大きくなるように構成されている、請求項１に記載のＸ線放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示された実施形態は、電界放出型電子源及びそれを備える装置に関し、特に、撮像装置、Ｘ線放射装置、並びに、これら撮像装置及びＸ線放射装置を有するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオチューブやＸ線撮像装置に使用される熱陰極線管の電子源を電界放出型電子源に置き換えることによる、小型化で且つ薄型（フラット）な撮像装置が熱望されている。電界放出型電子源を用いた撮像装置の例としては、特開２０００−４８７４３（'７４３号公報）などに示されるような可視光撮像装置や、特開２００９−２７２２８９（'２８９号公報）などに示されるようなＸ線撮像装置がある。
【０００３】
上述した電界放出型電子源を備える従来の画像化装置と同様、特開２００７−０２９５０７（'５０７号公報）などに示されるような熱陰極型電子源を用いたビデオチューブは、典型的にはグリッド電極、例えば、陽極と陰極との間に配置されたグリッド状、メッシュ状またはふるい状構造を有し、小さな開口部のアレイを有する薄い材料を用いる。このグリッド電極は、制御グリッドまたはトリミング電極と呼ばれることがある。グリッド電極は、典型的には、熱陰極または電界放出型電子源からの電子を加速し、電子ビームを投射するためのものである。グリッド電極はまた、電子源から直角に進行する電子ビームを通過させ、角度成分を有する電子ビームを遮断することにより、電子ビームの狙いを改善する。
【０００４】
図１は、'７４３号刊行物に示される、電界放出型電子源１５とグリッド電極２０'を備える従来技術の撮像装置を示す。グリッド電極２０'は、（電界放出型電子源１５を備える）電子放出構造体と（フェースプレート３を備える）電子受容構造体との間に位置し、電界放出型電子源１５からの電子ビームを、電子受容構造体上の所定の標的領域へ加速し、方向付ける。
【０００５】
グリッド電極を備えた撮像装置の欠点は、電子源から放出された電子ビームの利用効率が小さいことである。例えば、'５０７号公報に示されるようなグリッド電極が使用される場合、開放領域を通過することができない電子はグリッドに吸収され、信号電流を供給することなく失われる。一方、グリッド電極の開口部のサイズを（電子ビームの利用効率を高めるために）広げると、角度成分を有する（すなわち垂直ではない）電子が通過してしまい、所定の目標位置の外側にある感光体に当たるという、別の問題が発生する。これにより、隣接する画素に電子ビームが照射され、対象の画素とは異なる画素で読み出しが引き起こされるため、画像品質（解像度など）を低下させる可能性がある。尚、格子開口の開口部を広くすると、グリッド電極の物理的強度が弱くなる。したがって、大きな開口を有する格子を作製および保持することは困難である。少なくともこれらの理由により、グリッド電極を改造することによって、グリッド電極による電子ビームの利用効率の減少を軽減する能力は制限される。
【０００６】
さらに、グリッド電極は、ビデオイメージング、ＣＴスキャンまたは蛍光透視など、システムを照射中に移動させなければならない用途において、マイクロフォニックノイズの原因になる場合がある。電子ビームとグリッドとの間の相互作用は、電子ビームにエネルギーの広がりをもたらし、これがシステムの特性を変化させる。
【０００７】
最後に、グリッド電極の存在は、グリッドの開口とは無関係に、アセンブリの問題をもたらす。このアセンブリの問題は、グリッド電極を狭いギャップ内に正確に組み立てなければならないフラットパネル型の撮像装置などの大型で薄い撮像装置において悪化し、不良品の増加と製造コストの増加につながる。
【０００８】
以下の本開示は、電界放出型電子源を用いた従来の撮像装置に関連する上述の問題に対処するものである。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の第１の側面において、実施形態は、電子受容構造体と電子放出構造体の間に内部ギャップが存在するように、少なくとも１つのスペーサーによって分離された電子受容構造体と電子放出構造体を備えた撮像装置を提供する。電子受容構造体は、フェースプレート、陽極および内向きの光伝導体を備えている。発光素子構造体は、（ａ）バックプレートと、（ｂ）基板と、（ｃ）陰極と、（ｄ）アレイ状に配置され、光伝導体に向かって電子ビームを放出するよう構成された複数の電界放出型電子源と、（ｅ）ゲート電極とを備えている。内部ギャップは、電子放出構造体と電子受容構造体との間において遮る物のない空間を提供する。本開示のある実施形態において、撮像装置はグリッド電極を備えていない。
【００１０】
本開示のある実施形態において、電子放出構造体は、アレイ状に配置された複数の第１フォーカス構造体をさらに含み、その第１フォーカス構造体の各々が第１フォーカス電極を含む。
【００１１】
本開示のある実施形態において、第１フォーカス構造体は、電界放出型電子源の一部であり、画素を規定するユニットセルを取り囲む。
【００１２】
本開示のある実施形態において、電子放出構造体は、第２フォーカス電極を含む第２フォーカス構造体のアレイを含む。
【００１３】
本開示のある実施形態において、光伝導体はアモルファスセレンを含む。
【００１４】
本開示のある実施形態において、電界放出型電子源はスピント型電子源である。
【００１５】
本開示のある実施形態において、撮像装置は、電界放出型電子源と陰極との間に位置する抵抗層をさらに含む。
【００１６】
本開示のある実施形態において、電界放出型電子源は、信号線を介して駆動回路に電気的に接続され、第１フォーカス電極はその信号線を取り囲む。
【００１７】
本開示のある実施形態において、基板はシリコンをベースとする。
【００１８】
本開示のある実施形態において、陰極、抵抗層、信号線、電界放出型電子源、第１フォーカス構造体、第１フォーカス電極、第２フォーカス構造体、第２フォーカス電極およびこれらの任意の組合せから選択された少なくとも一つの部材は、基板と一体である。
【００１９】
本開示の第２の側面において、実施形態は、電子受容構造体と電子放出構造体の間に内部ギャップが存在するように、少なくとも１つのスペーサーによって分離された電子受容構造体と電子放出構造体を備えたＸ線放出装置を提供し、電子受容構造体はＸ線ターゲットである陽極を備え、電子放出構造体は、バックプレートと、基板と、陰極と、アレイ状に配置され、陽極に向かって電子ビームを放出するよう構成された複数の電界放出型電子源と、ゲート電極とを備え、内部ギャップは、電子放出構造体と電子受容構造体との間において遮る物のない空間を提供する。
【００２０】
本開示のある実施形態において、陽極は、モリブデン、ロジウムおよびタングステンから成る群のうちの一つまたはそれ以上を含む。
【００２１】
本開示のある実施形態において、Ｘ線放出装置はグリッド電極を備えていない。
【００２２】
本開示のある実施形態において、撮像装置またはＸ線放出装置の電子放出構造体は、アレイ状に配置された複数の第１フォーカス構造体をさらに含み、その第１フォーカス構造体の各々が第１フォーカス電極を含む。
【００２３】
本開示のある実施形態において、第１フォーカス構造体は、電界放出型電子源の一部であり、放出領域を規定するユニットセルを取り囲む。
【００２４】
本開示のある実施形態において、電子放出構造体は、第２フォーカス電極を含む第２フォーカス構造体のアレイを含む。
【００２５】
本開示のある実施形態において、電界放出型電子源はスピント型電子源である。
【００２６】
本開示のある実施形態において、基板はシリコンをベースとする。
【００２７】
本開示のある実施形態において、陰極、信号線、電界放出型電子源、第１フォーカス構造体、第１フォーカス電極、第２フォーカス構造体、第２フォーカス電極およびこれらの任意の組合せから選択された少なくとも一つの部材は、基板と一体である。
【００２８】
本開示のある実施形態において、電子受容構造はコリメータをさらに含む。
【００２９】
本開示の第２の側面において、実施形態は、本明細書に記載されたような撮像装置と本明細書に記載されたようなＸ線放出装置を備えるＸ線撮影システムを提供し、撮像装置とＸ線放出装置は互いに対向し、Ｘ線放出装置は撮像装置の光伝導体に向かってＸ線を放出するように構成されている。
【００３０】
本開示のある実施形態において、Ｘ線は平行光線である。
【００３１】
本開示のある実施形態において、Ｘ線放出は、Ｘ線放出装置の一部を定義する投影モジュールに制限されている。
【００３２】
本開示のある実施形態において、捕捉モジュールによって定義された撮像装置の一部は、Ｘ線の検出を可能にするよう活性化され、捕捉モジュールは、撮像装置のＸ線放出装置から放出された非散乱Ｘ線を受けると想定されるエリアによって特徴付けられる。
【００３３】
本開示のある実施形態において、撮像装置のＸ線放出装置から放出された非散乱Ｘ線を受けると想定されない部分が非活性化される。
【００３４】
本開示のある実施形態において、１つの投影モジュールのエリアよりも大きいエリアにわたってＸ線を放出するよう、複数の投影モジュールがシリアルに活性化される。
【００３５】
本開示のある実施形態において、システムは、目的のエリアに向かって複数の角度でＸ線を放出するよう、複数の投影モジュールがシリアルに活性化される、トモグラフィックイメージングシステムである。
【００３６】
本開示の別の側面によれば、電子受容構造体と電子放出構造体の間に内部ギャップが存在するように、少なくとも１つのスペーサーによって分離された電子受容構造体と電子放出構造体を備えた撮像装置及びＸ線放出装置が導入され、内部ギャップは、電子放出構造体と電子受容構造体との間において遮る物のない空間を提供し、電子受容構造体は、フェースプレート、陽極および内向きの光伝導体を備え、電子放出構造体は、バックプレートと、基板と、陰極と、光伝導体に向かって電子ビームを放出するように構成され、電子源の間隔が規則的であるアレイ状に配置された複数の電界放出型電子源と、電界放出型電子源と陰極との間に位置する層状抵抗層と、陰極からの必要な陰極−ゲート間隔でゲート電極を支持するように構成される少なくとも１つのゲート電極支持構造と、を備える。
【００３７】
いくつかの実施形態では、撮像装置またはＸ線放出装置の層状抵抗層は、電界放出型電子源に最も近い近位抵抗層と、電界放出型電子源から遠い遠位抵抗層とを少なくとも備え、近位抵抗層は第１特性抵抗率を有する第１抵抗物質を含み、遠位抵抗層は第２特性抵抗率を有する第２抵抗物質を含み、前記第１特性抵抗率は第２特性抵抗率よりも大きい。必要に応じて、層状抵抗層は、近位抵抗層と遠位抵抗層の間にある少なくとも１つの中間抵抗層をさらに含み、少なくとも１つの中間抵抗層は、第１特性抵抗率と第２特性抵抗率との間の中間特性抵抗率を有する第３抵抗物質を含む。例えば、近位抵抗層はシリコン酸素炭窒化物（ＳｉＯＣＮ）等を含み、遠位抵抗層はシリコン、炭化ケイ素ウェーハなどを種々含み、中間の抵抗層はアモルファスシリコン炭窒化膜などを含み得る。あるいはまたはさらに、等価比抵抗値を有する他の抵抗材料を選択することができる。
【００３８】
層状抵抗層は、抵抗材料を含む少なくとも一つの抵抗層と、抵抗材料と陰極の間に介在する第１バリア層とを含む。さらにまたはあるいは、層状抵抗層は、抵抗材料を含む少なくとも一つの抵抗層と、抵抗材料と電界放出型電子源の間に介在する第２バリア層とを含む。必要に応じて、第１バリア層は、炭素リッチなシリコンカーバイド、窒素リッチなシリコン炭窒化物、アモルファスカーボンなど及びそれらの組み合わせからなる群から選択される非反応性材料から選択される材料を含む。例えば、ｙがｘより大きいカーボンリッチなシリコンカーバイド（ＳｉｘＣｙ）を選択することができる。さらにまたはあるいは、ｚがｙより大きいカーボンリッチなシリコン炭化窒化物（ＳｉｘＣｙＮｚ）を選択することができる。また必要に応じて、第２バリア層は、炭素リッチなシリコンカーバイド、窒素リッチなシリコン炭窒化物、アモルファスカーボンなど及びそれらの組み合わせからなる群から選択される非反応性材料から選択される材料を含む。
【００３９】
ある実施形態の電子放出構造体において、撮像装置またはＸ線放出装置のゲート電極支持構造は、陰極とゲート電極との間の表面パスが陰極−ゲート間隔よりも大きくなるように構成される。したがって、ゲート電極支持構造は、が層状中間層を含み得る。必要に応じて、層状中間層は、第１材料の少なくとも１つの層及び第２材料の少なくとも１つの層を含み、第１材料は、第２材料より容易にエッチングできる。適切な場合には、層状中間層は、低密度材料の少なくとも１つの層及び高密度材料の少なくとも１つの層を含む。例えば、層状中間層は、二酸化シリコンの少なくとも１層を含み得る。
【００４０】
適切な場合には、層状中間層は、高密度の二酸化シリコンの少なくとも１つの層及び低密度の二酸化シリコンの少なくとも１つの層を含む。したがって、層状中間層は、二酸化シリコンの少なくとも１つの層及び酸窒化シリコンの少なくとも１つの層を含む。
【００４１】
さらにまたはあるいは、ゲート電極支持構造は複数の支柱を含む。必要に応じて、支柱は、支柱の間隔が規則的なアレイに配置される。従って、支柱の間隔は、電子源の間隔よりも大きい。従って、支柱の間隔は、電子源のソース間隔よりも大きい。適切な場合には、ゲート電極支柱は、少なくとも一つの支柱および隣接する少なくとも一つの電子源との間の支柱−ソース間隔が、電子源間のソース間隔よりも大きくなるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
実施形態のより良い理解のために、そして、どのように実施することができるのか示すために、単に一例として、添付の図面を参照する。
【００４３】
図面の詳細な言及においては、例であることが強調され、選択された実施形態の説明のみを目的としたものであり、原理および概念的態様の最も有用かつ容易に理解されるような説明であると考えられるものを提供する目的として提示されている。この点で、基本的な理解に必要である以上の構造を詳細に示すことはなく、図面付きの説明は、当業者に対していくつかの選択された実施形態を実施することができるように設けられている。添付の図面は下記の通りである。
【００４４】
図１は、グリッド電極を備える従来の技術の撮像装置を示す模式図である。
図２は、本開示の撮像装置を示す模式図である。
図３は、撮像装置を示す模式図であり、さらに装置の厚さａ、画素ピッチｂと画素サイズｃを示す。
図４は、第２フォーカス構造体のアレイを備える撮像装置を示す模式図である。
図５は、電子放出構造体を俯瞰して示す模式図である。
図６ＡおよびＢは、多層のフェースプレートを詳細に示す模式図である。
図７ＡおよびＢは、光ファイバプレートとシンチレータに関する高電圧端子の可能な構成を示す模式図である。
図８ＡおよびＢは、実施形態による撮像装置の（それぞれ）側面及び上面を示す模式図である。
図９は、本開示のＸ線放出装置を示す模式図である。
図１０は、第２フォーカス構造体のアレイを備えるＸ線放出装置の電子放出構造体を示す模式図である。
図１１は、コリメータをさらに備えるＸ線放出装置を示す模式図である。
図１２は、複数の放出領域の連続的な活性化を示す模式図である。
図１３は、投影モジュールを示す模式図である。
図１４は、複数の投影モジュールの連続的な活性化を示す模式図である。
図１５は、投影モジュールのＸ線放出の強度調整を示す模式図である。
図１６は、本開示のＸ線撮像システムを示す模式図である。
図１７は、キャプチャモジュールを定義する所定の領域に限定される撮像装置のスキャンの制限を示す模式図である。
図１８は、Ｘ線放出装置の投射モジュールの同期シリアル活性化と撮像装置の対応するキャプチャモジュールを示す模式図である。
図１９は、断層撮影システムにおいて、Ｘ線放出装置の投射モジュールの同期シリアル活性化と撮像装置の対応するキャプチャモジュールを示す模式図である。
図２０ＡないしＣは、平らなまたは湾曲したＸ線放出装置および／または撮像装置を組み合わせたＸ線撮像システムの模式図である。
図２１は、電子放出構造体と電子受容構造体との間の距離（ギャップ）の幅と、放出領域の電子源からの電子ビームによって打たれる光伝導体の領域の幅（ビームランディングの幅）の影響を示すシミュレーションの結果である。
図２２は、電子ビーム軌道上の単一フォーカス構造体の効果を示すシミュレーションの結果である。
図２３は、電子ビーム軌道上の単一フォーカス構造体の効果を示すシミュレーションのグラフである。
図２４は、電子ビーム軌道上の二重フォーカス構造体の効果を示すシミュレーションの結果である。
図２５ＡないしＣは、本開示の撮像装置またはＸ線発光装置の様々な実施形態において使用するためのゲート電極支持構造を含む電子放出構造体の概略図である。
図２６Ａは、電子放出構造体の断面の概略上面図であり、電界放出型電子源のアレイ構成と、本開示の撮像装置またはＸ線放出装置の様々な実施形態において使用するゲート電極支持構造を示す。
図２６Ａは、図２６Ａの実施形態の電子放出構造体の二つの断面を示す模式図である。
図２７Ａは、一定の抵抗を有する抵抗層を介した電位分布のグラフである。
図２７Ｂは、本開示の撮像装置またはＸ線放出装置の様々な実施形態において使用する電子放出構造体の実施形態に係る層状抵抗層の断面を表す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本開示の撮像装置１０００を表す図２ないし図５を参照する。撮像装置１０００は、スペーサー４によって分離された電子放出構造体１１０と電子受容構造体１２０を含む。スペーサー４は、電子放出構造体１１０と電子受容構造体１２０との間に内部ギャップ３０が存在するように配置される。内部ギャップ３０は、真空下で密封且つ維持され、電子放出構造体１１０と電子受容構造体１２０との間において、遮るもののない空間を提供する。
【００４６】
電子放出構造体１１０は、バックプレート５、基板６、陰極電極７、電界放出型電子源９のアレイおよびゲート電極１０を備える。電子受容構造体１２０は、フェースプレート１、陽極２および内向きの光伝導体３を備える。電子放出構造体１１０は、アレイ状に配置された複数の第１フォーカス構造体をさらに含み、第１フォーカス構造体１１の各々が第１フォーカス電極１２を含む。ある実施形態においては、電子放出構造体１１０が第２フォーカス電極１３を含む複数の第２フォーカス構造体１４を含む（図４参照）。
【００４７】
撮像装置は、電界放出型電子源９への電流を制限するために、陰極７と電界放出型電子源９との間に位置する抵抗層８をさらに備える。
【００４８】
電界放出型電子源９は、活性化されると光伝導体３に向けて電子ビーム２０を放出する。電界放出型電子源９は、電界放出型電子源９から放出された電子ビームが陽極に向かって加速されるように陽極２と陰極７との間に位置する。光伝導体３は、放出された電子が光伝導体３に当たるように放出型電子源９と陽極２との間に位置する。
【００４９】
特に、従来技術の撮像装置において一般的に電子放出構造体１１０と電子受容構造体１２０との間に位置しているグリッド電極は、本開示の撮像装置においては典型的に存在しないことに留意するべきである。グリッド電極は、グリッド状、メッシュ状またはふるい状の小さな開口部のアレイを有する薄い材料であり、陽極と陰極の間に位置される。グリッド電極は、メッシュ電極、制御格子またはトリミング電極と呼ばれることがある。図１に示す従来技術のシステムにおいて、グリッド電極２０'は、（電界放出型電子源１５を備える）電子放出構造体と（フェースプレート３を備える）電子受容構造体の間に横たわっている。対照的に、図２を参照すると、本開示の撮像装置の内部ギャップ３０は、電子放出構造体１１０と電子受容構造体１２０との間に位置する中間部材を横断することなく、電界放出型電子源９から放出された電子ビームが光伝導体３へ直接移動するように、電子放出構造体１１０と電子受容構造体１２０との間において遮るもののない空間を提供する。
【００５０】
電子放出構造体の基板
図２ないし図５を参照すると、基板６は、例えば結晶化したシリコンなどの半導体材料である。さらに、陰極電極７、抵抗層８、電界放出型電子源９、ゲート電極１０、第１フォーカス構造体１１、第１フォーカス電極１２、第２フォーカス構造体１３、第２フォーカス電極１４及び信号線（図示せず）、またはそれらの任意の組合せのいずれかは、基板６上に作製され、一体化される。ある実施形態では、さらに抵抗層８が基板６上に作製され、一体化される。
【００５１】
電界放出型電子源
図２ないし図５を参照すると、電界放出型電子源９は、信号線（図示せず）を介して駆動回路に電気的に接続されるとともに、ゲート電極１０に電気的に接続される。電界放出型電子源９に接続された駆動回路およびゲート電極１０の協調的な電気的活性化は、その活性化、つまり電子の放出をもたらす。電界放出型電子源９は、電界放出型電子源９とゲート電極１０との間に形成される電界によって、電子の放出を行う。
【００５２】
電子源５９は、同時に活性化されるユニットのグループとして、エミッタ領域７５内に位置する。各々のエミッタ領域７５は、電子源５９のゲート電極６０と駆動回路の活性化を協調制御するロウドライバとカラムドライバ（図示せず）に接続可能である。
【００５３】
電界放出型電子源９は、例えば、スピント型電子源、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型電子源、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）型電子源または金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）型電子源である。好ましい実施形態では、電子源９はスピント型電子源である。
【００５４】
陽極と陰極
図２ないし図５を参照すると、陽極２と陰極７は、それらの間に電界を発生させるように構成されている。この電界は、電界放出型電子源から放出された電子を加速し、光伝導体３に向かって方向付ける。陽極２はプリ・アンプに接続され、このプリ・アンプはさらにプリ・プリ・アンプに接続され得る。陽極２と陰極７との間の電界の強さは、マイクロメートルあたり０．１〜２ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜１．８ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜１．５ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜１ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜０．５ボルト、マイクロメートルあたり約０．１ボルト、マイクロメートルあたり約０．２ボルト、マイクロメートルあたり約０．３ボルト、マイクロメートルあたり約０．４ボルト、マイクロメートルあたり約０．５ボルト、マイクロメートルあたり約０．６ボルト、マイクロメートルあたり約０．７ボルト、マイクロメートルあたり約０．８ボルト、マイクロメートルあたり約０．９ボルト、マイクロメートルあたり約１ボルト、マイクロメートルあたり約１．２ボルトまたはマイクロメートルあたり約１．５ボルトとすることができる。
【００５５】
フォーカス構造
図２ないし図５を参照すると、電界放出型電子源９は、典型的には、発散角と呼ばれる軌道範囲をもって電子を放出し、全ての電子が電子放出構造体１１０に対して直交して放出されるわけではない。しかるに、望ましくない軌道で放出された電子の損失を最小限に抑えながら、電子の軌道を修正するメカニズムが望まれる。本開示のフォーカス構造体は、例えば、第１フォーカス電極１２を備える第１フォーカス構造体１１と、第２フォーカス電極１４を備える第２フォーカス構造体１３は、その機能を果たす。
【００５６】
図２ないし図５を参照すると、第１フォーカス構造体１１はエミッタ領域２５を取り囲むように、つまり複数の電界放出型電子源９のサブセットからなるユニットセルを取り囲むように構成される。エミッタ領域２５は、ピクセルサイズを規定する。第１フォーカス電極１２は、第１フォーカス電圧の印加によって、対応するエミッタ領域２５から放出された電子ビームの散乱を抑制するように構成され、これにより、放出された電子ビームを集束する。
【００５７】
ある実施形態においては、本開示の撮像装置は、電子放出構造体１１０内に第２フォーカス電極１４を含む第２フォーカス構造体のアレイ１３を含む。各第２フォーカス構造体１３は、電子放出構造体１１０が全体として電子受容構造体１２０に対向する二重フォーカス構造を備えるように、（第１フォーカス電極１２を備えた）第１フォーカス構造体１１のそれぞれに対して内側に隣接する。第２フォーカス電極１４は、第２フォーカス電圧の印加によって、対応するエミッタ領域２５から放出された電子ビームをさらに加速させるように構成され、これにより、放出された電子ビームをさらに集束する。当然のことながら、電子放出構造体１１０は、全体として三重、四重などのフォーカス構造を得る追加のフォーカス構造を備えてもよい。
【００５８】
フォーカス電極を含むフォーカス構造（例えば、第１フォーカス構造体１２を備える第１フォーカス構造体１１および／または第２フォーカス構造体１４を備える第２フォーカス構造体１３）は、誤った方向に向く電子のドレインとしての機能をさらに果たす場合がある。ある実施形態では、第１フォーカス電極１２は、電界放出型電子源９の駆動回路の信号線を覆うように配置され、これにより誤った方向に向く電子による照射から信号線が保護され、信号線の放出ノイズを低減することができる。
【００５９】
特に、本明細書に記載されるフォーカス構造は、求められる要件に応じて撮像装置またはＸ線放出装置の電子放出構造体に使用することができる。
【００６０】
画素ピッチとデバイスの厚み
上述したように、図２ないし図５を参照すると、第１フォーカス構造体１１はエミッタ領域２５、つまり複数の電界放出型電子源９のサブセットからなる単位セルを取り囲む。エミッタ領域２５内における電界放出型電子源９のサブセットは、当該撮像装置の画素を定義する。
【００６１】
画素ピッチは、当該技術分野で知られているピクセルベースの撮像装置の仕様である。画素ピッチは、例えば隣接する画素間の距離として表される。例えば、図３の距離ｂを参照のこと。画素サイズは、例えばエミッタ領域２５の面積、幅および長さ（矩形の場合）、または直径（円形の場合）として表される。より小さな画素サイズと画素ピッチは、本開示の装置が取り込んだ画像のより細かい分解能に寄与する。
【００６２】
フラットパネル型撮像装置に用いられる他の仕様は、デバイスの厚さである。撮像装置の厚さは、例えば、電界放出型電子源９と陽極２上における垂直位置との間の距離で表される（図３の距離ａとして示す）。あるいは、デバイスの厚さは、陽極２と陰極７との間の垂直距離として、または電子受容構造体１２０のいずれかの構成要素（例えば、フェースプレート１、陽極２または光伝導体３）と電子放出構造体１１０のいずれかの構成要素（例えば、電界放出型電子源９、陰極７、基板６およびバックプレート５）との間の垂直距離として表される。
【００６３】
上記のように、本開示の撮像装置は、撮像装置の電子利用効率を向上させる、つまり、光伝導体３上の所定の位置に当たる電界放出型電子源９から放出された電子の割合を増加させるよう設計されている。しかるに、本開示では、撮像装置のエミッタ領域２５（すなわち、第１フォーカス構造１１で囲まれた複数の電界放出型電子源９からなるセル）は、従来技術による撮像装置と比較して、光伝導体３に照射される同じ電子の密度を得るために、電子源から放出される電子がより低い密度で足りる。さらに、それぞれのエミッタ領域２５は、より小数の電界放出型電子源で足りるため、本開示の撮像装置の画素サイズおよび画素ピッチを小さくすることができる。本開示の撮像装置の画素は、例えば、１０マイクロメートル〜１０００マイクロメートル、５０マイクロメートル〜２００マイクロメートル、約５０マイクロメートル、約７５マイクロメートル、約１００マイクロメートル、約１２５マイクロメートル、約１５０マイクロメートルまたは約２００マイクロメートルの画素ピッチを持つ正方画素である。好ましくは、本開示の撮像装置の画素は、約１００マイクロメートルの画素ピッチを持つ正方画素である。
【００６４】
一般には、より薄い撮像装置が望まれる。しかし、薄い装置は組み立てるのがより困難であり、グリッド電極の存在が組み立ての困難さを悪化させる。本開示の撮像装置はグリッド電極を用いることがないため、グリッド電極を備える従来技術の撮像装置と比べると薄く、或いは、同じ薄さであれば低コストで生産できることは本開示の撮像装置の利点である。
【００６５】
フラットパネル型撮像装置に用いられる他の仕様は、画素ピッチとデバイスの厚さとの比である。本発明の撮像装置においては、装置の厚さ、例えば陰極７と陽極２との間の距離は、画素ピッチの０．５〜４．０倍である。換言すれば、デバイス厚と画素ピッチとの比（つまり、マイクロメートルでのデバイスの厚み／マイクロメートルでの画素ピッチ）が０．５〜４．０である。上記の比率を考えると、画素ピッチが１００マイクロメートルである場合、陰極７と陽極２との間のギャップは５０〜４００マイクロメートルの間である。ある実施形態においては、装置の厚さ、例えば陰極７と陽極２との間の間隔は、画素ピッチの０．５〜２．０倍、画素ピッチの０．５〜１．５倍、画素ピッチの１〜３倍、画素ピッチの１〜４倍、画素ピッチの約０．５倍、画素ピッチの約０．７５倍、画素ピッチの約１倍、画素ピッチの約１．５倍、画素ピッチの約１．７５倍、画素ピッチの約２倍、画素ピッチの約２．２５倍、画素ピッチの約２．５倍、画素ピッチの約２．７５倍、画素ピッチの約３倍、画素ピッチの約３．２５倍、画素ピッチの約３．５倍、画素ピッチの約３．７５倍、または画素ピッチの約４倍とすることができる。電界放出型電子源９のパラメータ、フォーカス構造体１１（及び１３）の寸法、フォーカス電極１２（及び１４）にロードされる電圧およびスペーサー４の高さ、並びに、装置の他のパラメータは、必要に応じて調整することができる。
【００６６】
電子受容構造体
図２ないし図５を参照すると、電子受容構造体１２０は、フェースプレート１、陽極電極２および光伝導体３を備えている。
【００６７】
フェースプレート１は、フェースプレート１の前面に放出した入射電磁放射を透過する構成および／または材料から構成することができる。フェースプレート１は、Ｘ線またはガンマ線などの高エネルギーの電磁波や可視光の透過を可能にする。あるいは、フェースプレート１は、Ｘ線またはガンマ線などの高エネルギーの電磁波の透過を可能にするが、可視光の透過を防止することができる。
【００６８】
さらなる代替として、フェースプレート１はシンチレータを含むことができる。シンチレータは、Ｘ線やガンマ線などの高エネルギー電磁波を可視スペクトルの光に変換することができる。シンチレータはまた、Ｘ線（またはガンマ線）の高い遮蔽力を有し、Ｘ線（またはガンマ線）が透過することを防止または減少することができる。この分野においては、様々なシンチレータ材料が知られている。シンチレータは、例えばヨウ化セシウム（ＣｓＩ）の結晶を含む。ＣｓＩは、例えばナトリウムまたはタリウムにドープされる。ＣｓＩベースのシンチレータは、高分解能タイプまたは高光出力型である。
【００６９】
図６ＡおよびＢを参照すると、フェースプレートは複数の層を含む。図６Ａを参照するように、フェースプレート１'は外向きのシンチレータ２１０と内向きの光ファイバプレート（ＦＯＰ）２２０を備える。シンチレータ２１０の厚みは、例えば、約５０ミクロン、約７５ミクロン、約１００ミクロン、約１２５ミクロン、約１５０ミクロン、約１７５ミクロン、約２００ミクロン、約２２５ミクロン、約２５０ミクロン、約２７５ミクロン、約３００ミクロン、約３５０ミクロン、約４００ミクロン、約４５０ミクロン、約５００ミクロン、約５２５ミクロン、約５５０ミクロン、約５７５ミクロン、約６００ミクロン、約６２５ミクロン、約６５０ミクロン、約６７５ミクロン、約７００ミクロン、約８００ミクロン、約１ミリメートル、約１．２ミリメートル、約１．４ミリメートル、約１．５ミリメートル、約１．６ミリメートル、約１．８ミリメートル、約２ミリメートル、約２．２ミリメートル、約２．４ミリメートル、約２．５ミリメートル、約２．６ミリメートル、約２．８ミリメートル、約３ミリメートルまたは約３．２ミリメートルとすることができる。ＦＯＰ２２０の厚さは、例えば、約０．５ミリメートル、約１ミリメートル、約１．５ミリメートル、約２ミリメートル、約２．５ミリメートル、約３ミリメートル、約３．５ミリメートル、約４ミリメートル、約４．５ミリメートル、または約５ミリメートルとすることができる。
【００７０】
図６Ｂを参照すると、フェースプレート１"は外向きの保護層２３０をさらに備える。保護層２３０は、衝撃や擦れなどからの物理的な保護を提供する。保護層は、可視スペクトル内の光の透過を防止しながら、Ｘ線やガンマ線などの高エネルギーの電磁波を透過させる。保護層２３０は、例えば発泡体または炭素から成る例えば１つまたはそれ以上の層を含む。
【００７１】
ＦＯＰは、束ねられた多数の光ファイバの集合体である光学機器である。光ファイバの直径は、典型的には数ミクロンである。ＦＯＰは、高効率かつ低歪みで光や画像を通過させることができ、当該技術分野において種々のＦＯＰが知られている。
【００７２】
複数のフェースプレートの層は、例えば接着剤または結合材によって互いに恒久的に結合されている。あるいは、１または複数の層を別のタイプに容易に交換できるよう、クランプやクリップなど一時的な手段を用いて取り付けてもよい。
【００７３】
陽極電極２は、入射電磁放射が光伝導体３に到達するよう、フェースプレート１の前面に放出された入射電磁放射、またはシンチレータ１５から放出された電磁放射を透過する材料および／または構成から構築することができる。
【００７４】
光伝導体３に使用される材料は当該分野で公知であり、例えば、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）、ＨｇＩ２、ＰＨＩ２、ＣｄＺｎＴｅまたはＰｂＯである。好ましい実施形態では、光伝導体３はアモルファスセレンを含む。光伝導体３の厚さは、例えば、約５ミクロン、約１０ミクロン、約１２．５ミクロン、約１５ミクロン、約１７．５ミクロン、約２０ミクロン、約２５ミクロン、約３０ミクロン、約５０ミクロン、約０．１ミリメートル、約０．２５ミリメートル、約０．５ミリメートル、約１ミリメートル、約１．５ミリメートル、約２ミリメートル、約２．５ミリメートル、約３ミリメートル、約３．５ミリメートル、約４ミリメートル、約４．５ミリメートル、約５ミリメートルである。
【００７５】
図７ＡおよびＢを参照すると、陽極２は、さらなる回路に接続するため、ＦＯＰ２２０を貫通し、ＦＯＰ２２０とシンチレータ２１０を備えたフェースプレートから導出される高電圧（ＨＶ）ピン５０に接続される。図７Ａを参照すると、シンチレータ２１０は、さらなる接続のためにＨＶピン５０をフェースプレートから露出させるため、ＦＯＰ２２０に比べて寸法が小さく、或いは、ＦＯＰ２２０に対してオフセットする。或いは、図７Ｂに示すように、ＨＶピン５０はＦＯＰを通過して、その後ＦＯＰ２２０とシンチレータ２１０との間に位置し、外部のさらなる接続のためにフェースプレート１の側面に露出する。
【００７６】
電磁放射の周波数は任意である。ある実施形態において、電磁放射はＸ線周波数範囲内にある。Ｘ線は、例えば、約６０ｋｅＶ、約６５ｋｅＶ、約７０ｋｅＶ、約７５ｋｅＶ、約８０ｋｅＶ、約８５ｋｅＶ、約９５ｋｅＶ、約１００ｋｅＶ、または７０〜８０ｋｅＶのエネルギーによって特徴付けられる。あるいは、電磁放射はＨＥＸ線周波数範囲である。ＨＥＸ線は、例えば１００ｋｅＶ以上、２００ｋｅＶ以上または３００ｋｅＶ以上のエネルギーによって特徴付けられる。あるいは、電磁放射はガンマ線周波数範囲内にある。あるいは、電磁放射は可視光周波数範囲内にある。
【００７７】
撮像装置の実施形態
図８Ａは、所定の実施形態による撮像装置１０００の側面概略図である。撮像装置は、電子放出構造体１１１０と、光伝導体１００３、陽極（図示せず）、ＦＯＰ１２２０およびシンチレータ１２１０を含む電子受容構造体とを支持するシャーシ１７００を備える。高電圧（ＨＶ）ピン１０５０は、陽極に接続される。シャーシは、シールドケース１５３０内に収容されたプリ・プリ・アンプ１５２０をさらに支持する。ＨＶピン１０５０とプリ・プリ・アンプは、ＨＶコンタクト１５１０を介して接続され。シャーシは、フレキシブルプリント回路１６１５を介して電子放出構造体１１１０に接続されるロウドライバ１６１０をさらに支持する。シャーシは、フレキシブルプリント回路１６２５を介して電子放出構造体１１１０に接続されるカラムドライバ１６２０をさらに支持する。撮像装置は、外装を完全にカバーするハウジング部１７５０をさらに備える。ハウジング部は、光伝導体１００３および電子放出構造体１１１０を有するシャーシ１７１０の側面において開口を有する。
【００７８】
図８Ｂは、所定の実施形態による撮像装置１０００の概略上面図である。明確にするために、図８Ａに示した（ＦＯＰ１２２０およびシンチレータ１２２０を含む）フェースプレートと筐体部１７５０は、明確にするために上面図には示されていない。図８Ａに示されていない陽極１００２は示されている。
【００７９】
機能パラメータ
撮像装置は、信号対雑音比（Ｓ／ＮまたはＳＮＲ）が例えば、６０〜８０デシベル（ｄＢ）、７０〜９０ｄＢ、９０〜１３０ｄＢ、８０〜１００ｄＢ、１００〜１３０ｄＢ、５０〜７０ｄＢ、３０〜４０ｄＢ、３５〜４５ｄＢ、４０〜５０ｄＢ、５５〜６５ｄＢ、６０〜７０ｄＢ、６５〜７５ｄＢ、７０〜８０ｄＢ、約３０ｄＢ、約３５ｄＢ、約４０ｄＢ、約４５ｄＢ、約５０ｄＢ、約５５ｄＢ、約６０ｄＢ、約６５ｄＢ、約７０ｄＢ、約７５ｄＢ、約８０ｄＢ、約８５ｄＢ、約９０ｄＢ、約１００ｄＢ、約１１０ｄＢ、約１２０ｄＢまたは約１３０ｄＢである。信号対雑音比は、典型的には信号（意味のある情報）とバックグラウンドノイズ（不要信号）との間のパワー比として定義され、例えば、信号のパワーをＰＳとし、ノイズのパワーをＰＮとした場合、Ｓ／Ｎ＝ＰＳ／ＰＮと表すことができる。信号とノイズが同じインピーダンスで測定された場合、Ｓ／Ｎは振幅比の２乗を計算することによって得ることができる。すなわち、信号の振幅をＡＳとし、ノイズの振幅をＡＮとした場合、Ｓ／Ｎ＝ＰＳ／ＰＮ＝（ＡＳ／ＡＮ）２と表すことができる。しかるに、信号対雑音比は、Ｓ／Ｎ（ｄＢ単位）＝１０ｌｏｇ１０（ＰＳ／ＰＮ）またはＳ／Ｎ（ｄＢ単位）＝２０ｌｏｇ１０（ＡＳ／ＡＮ）で表すことができる。信号が電圧として測定されるとき、例えば、信号の電圧をＶＳとし、ノイズの電圧をＶＮとした場合、Ｓ／Ｎ（ｄＢ単位）＝２０ｌｏｇ１０（ＶＳ／ＶＮ）の式に基づいて計算することができる。Ｓ／Ｎは、例えば、１〜１５フレーム、２フレーム、３フレーム、４フレーム、５フレーム、６フレーム、７フレーム、フレーム、８フレーム、９フレーム、１０フレーム、１１フレーム、１２フレーム、１３フレーム、１４フレーム、１５フレーム、１６フレーム、１７フレーム、１８フレーム、１９フレーム、２０フレームまたは２０以上のフレームの累積および／または平均された画像から計算することができる。
【００８０】
撮像装置は、空間分解能が例えば、１ラインペア／ミリメートル（ｌｐ／ｍｍ）で約３０％、１ｌｐ／ｍｍで約３５％、１ｌｐ／ｍｍで約４０％、１ｌｐ／ｍｍで約４５％、１ｌｐ／ｍｍで約５０％、１ｌｐ／ｍｍで約５５％、１ｌｐ／ｍｍで約６０％、１ｌｐ／ｍｍで約６５％、１ｌｐ／ｍｍで約７０％、１ｌｐ／ｍｍで約７５％、１ｌｐ／ｍｍで約８０％または１ｌｐ／ｍｍで５０％以上である。
【００８１】
撮像装置は、例えば、約１５ｆｐｓ、約３０ｆｐｓ、約４５ｆｐｓ、約５０ｆｐｓ、約６０ｆｐｓ、約７５ｆｐｓ、約８０ｆｐｓ、約９０ｆｐｓ、５０ｆｐｓまで、６０ｆｐｓまで、９０ｆｐｓまで、５０〜６０ｆｐｓまたは６０〜９０ｆｐｓのフレームレートで画像を取り込むように構成される。
【００８２】
撮像装置は、タイムラグが例えば毎秒１５フレーム（ｆｐｓ）で１フレーム未満、３０ｆｐｓで１フレーム未満、４５ｆｐｓで１フレーム未満、５０ｆｐｓで１フレーム未満、６０ｆｐｓで１フレーム未満、７５ｆｐｓで１フレーム未満または９０ｆｐｓで１フレーム未満の時間的性能を有する。
【００８３】
Ｘ線放出素子
図９は、本開示のＸ線放出装置２０００を示している。Ｘ線放出装置２０００は、スペーサー５４によって分離された電子放出構造体２１０とＸ線エミッタ２２０を含む。スペーサー５４は、Ｘ線エミッタ２２０と電子放出構造体２１０との間に内部ギャップ８０が存在するように配置される。内部ギャップ８０は、真空下で密封且つ維持され、電子放出構造体２１０とＸ線エミッタ２２０との間において、遮るもののない空間を提供する。
【００８４】
電子放出構造体
図２ないし図５で説明した電子放出構造体１１０及びそのコンポーネントための各種オプションは、電子放出構造体２１０についてのオプションでもある。
【００８５】
電子放出構造体２１０は、バックプレート５５と、基板５６と、陰極電極５７と、抵抗層５８と、電界放出型電子源５９のアレイと、ゲート電極６０とを備える。電子放出構造体２１０は、アレイ状に配置された複数の第１フォーカス構造６１をさらに含み、第１フォーカス構造６１の各々が第１フォーカス電極６２を含む。ある実施形態においては、電子放出構造体１１０は、第２フォーカス電極６４を含む第２フォーカス構造６３を含む（図１０参照）。
【００８６】
電界放出型電子源５９は、活性化されると、Ｘ線エミッタ２２０に向けて電子ビーム２０を放出する。電界放出型電子源５９は、電界放出型電子源５９から放出された電子ビーム７０が陽極５２に向かって加速されるように、陽極５２と陰極５７との間に位置する。
【００８７】
電子源５９は、同時に活性化されるユニットのグループとして、エミッタ領域７５内に位置する。
【００８８】
特に、従来技術の撮像装置では、グリッド電極は一般的に電子放出構造体２１０とＸ線放出構造２２０との間に配置される。グリッド電極は、グリッド状、メッシュ状またはふるい状の小さな開口部のアレイを有する薄い材料であり、陽極と陰極の間に位置される。グリッド電極は、メッシュ電極、制御格子またはトリミング電極と呼ばれることがある。
【００８９】
従来技術とは対照的に、本開示の撮像装置では、グリッド電極は一般的に存在しない。図１０を参照すると、本開示の撮像装置の内部ギャップ８０は、電子放出構造体２１０とＸ線エミッタ２２０との間に位置する中間部材を横断することなく、電界放出型電子源５９から放出された電子ビームがＸ線放出構造体２２０へ直接移動するように、電子放出構造体２２０と電子受容構造体２１０との間において遮るもののない空間を提供する。
【００９０】
電子放出構造体の基板
図９を参照すると、基板５６は結晶化したシリコンなどの半導体材料である。さらに、陰極電極５７、抵抗層（図示せず）、電界放出型電子源５９、ゲート電極６０、第１フォーカス構造体６１、第１フォーカス電極６２、第２フォーカス構造体５８、第２フォーカス電極（図示せず）及び信号線（図示せず）、またはそれらの任意の組合せのいずれかは、基板５６上に作製され、一体化される。ある実施形態では、さらに抵抗層が基板５６上に作製され、一体化される。
【００９１】
代替的または追加的に、Ｘ線放出装置のフォーカス構造は、必要に応じて陰極板から独立または切り離され得る。
【００９２】
電界放出型電子源
図９を参照すると、電界放出型電子源５９は、信号線（図示せず）を介して駆動回路に電気的に接続されるとともに、ゲート電極６０に電気的に接続される。電界放出型電子源５９に接続された駆動回路およびゲート電極６０の協調的な電気的活性化は、その活性化、つまり電子の放出をもたらす。電界放出型電子源５９は、電界放出型電子源５９とゲート電極６０との間に形成される電界によって、電子の放出を行う。
【００９３】
電子源５９は、同時に活性化されるユニットのグループとして、エミッタ領域７５内に位置する。各々のエミッタ領域７５は、電子源５９のゲート電極６０と駆動回路の活性化を協調制御するロウドライバとカラムドライバ（図示せず）に接続可能である。
【００９４】
電界放出型電子源５９は、例えば、スピント型電子源、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型電子源、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）型電子源または金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）型電子源である。好ましい実施形態では、電子源９はスピント型電子源である。
【００９５】
陽極と陰極
図９を参照すると、陽極５２と陰極５７は、それらの間に電界を発生させるように構成されている。この電界は、電界放出型電子源から放出された電子を加速し、陽極５２に向かって方向付ける。陽極５２はプリ・アンプに接続され、このプリ・アンプはさらにプリ・プリ・アンプに接続され得る。陽極５２と陰極５７との間の電界の強さは、マイクロメートルあたり０．１〜２ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜１．８ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜１．５ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜１ボルト、マイクロメートルあたり０．１〜０．５ボルト、マイクロメートルあたり約０．１ボルト、マイクロメートルあたり約０．２ボルト、マイクロメートルあたり約０．３ボルト、マイクロメートルあたり約０．４ボルト、マイクロメートルあたり約０．５ボルト、マイクロメートルあたり約０．６ボルト、マイクロメートルあたり約０．７ボルト、マイクロメートルあたり約０．８ボルト、マイクロメートルあたり約０．９ボルト、マイクロメートルあたり約１ボルト、マイクロメートルあたり約１．２ボルトまたはマイクロメートルあたり約１．５ボルトとすることができる。
【００９６】
図９を参照すると、電界放出型電子源５９は、典型的には、発散角と呼ばれる軌道範囲をもって電子を放出し、全ての電子が電子放出構造体２１０に対して直交して放出されるわけではない。しかるに、望ましくない軌道で放出された電子の損失を最小限に抑えながら、電子の軌道を修正するメカニズムが望まれる。本開示のフォーカス構造体は、例えば、第１フォーカス電極６２を備える第１フォーカス構造体６１である。
【００９７】
図９を参照すると、第１フォーカス構造体６１はエミッタ領域７５を取り囲むように、つまり複数の電界放出型電子源５９のサブセットからなるユニットセルを取り囲むように構成される。第１フォーカス電極６２は、第１フォーカス電圧の印加によって、対応するエミッタ領域７５から放出された電子ビームの散乱を抑制するように構成され、これにより、放出された電子ビームを集束する。
【００９８】
図１０を参照すると、ある実施形態においては、電子放出構造体２１０は、第２フォーカス電極６４を含む第２フォーカス構造体のアレイ６３を含む。各第２フォーカス構造体６３は、電子放出構造体２１０が全体としてＸ線エミッタ２２０に対向する二重フォーカス構造を備えるように、（第１フォーカス電極６２を備えた）第１フォーカス構造体６１のそれぞれに対して内側に隣接する。第２フォーカス電極６４は、第２フォーカス電圧の印加によって、対応するエミッタ領域７５から放出された電子ビームをさらに加速させるように構成され、これにより、放出された電子ビームをさらに集束する。当然のことながら、電子放出構造体２１０は、全体として三重、四重などのフォーカス構造を得る追加のフォーカス構造を備えてもよい。
【００９９】
フォーカス電極を含むフォーカス構造体（例えば、第１フォーカス構造体６２を備える第１フォーカス構造体６１および／または第２フォーカス構造体６４を備える第２フォーカス構造体６３）は、誤った方向に向く電子のドレインとしての機能をさらに果たす場合がある。ある実施形態では、第１フォーカス電極６２は、電界放出型電子源５９の駆動回路の信号線を覆うように配置され、これにより誤った方向に向く電子による照射から信号線が保護され、信号線の放出ノイズを低減することができる。
【０１００】
Ｘ線エミッタ
再び図９を参照すると、Ｘ線エミッタ２２０は電子放出構造体２１０に対向して位置し、電子ビームが照射されたときＸ線を放出可能な陽極５２を備えている。このような陽極５２は当該技術分野で知られており、「ターゲット」または「Ｘ線ターゲット」と呼ばれることがある。陽極５２は、モリブデン、ロジウム、タングステンまたはそれらの組み合わせで構成される。
【０１０１】
図１１を参照すると、Ｘ線エミッタ２２０はコリメータ５１をさらに備えている。典型には、Ｘ線７０は、Ｘ線エミッタ２２０から円錐形に放出するよう、方向性に範囲を持って放出される。コリメータは、特定の方向と平行に進行する光線が通過するよう、光線の流れをフィルタする装置である。しかるに、放出されたＸ線の広がりが最小化または排除される。
【０１０２】
電子放出領域の協調活性化
図２ないし図５を参照して説明したように、撮像装置１０００において、電子源９は、同時に活性化されるユニットのグループとして、エミッタ領域２５内に位置する。各々のエミッタ領域２５は、電子源９のゲート電極１０と駆動回路の活性化を協調制御するロウドライバとカラムドライバ（図示せず）に接続可能である。しかるに、それぞれのエミッタ領域２５は、個別にオンおよびオフにすることができる。したがって、撮像装置１０００において、電子源９はさまざまな空間的および時間的なパターンで活性化され得る。
【０１０３】
例えば、画像捕捉装置１０００は、正孔の位置を検出するために光伝導体３をスキャンし、そして画像を形成するよう情報が処理される。さらに、撮像装置１０００は、スキャンを電子放出構造体内において放出領域２５の所定のサブセットに制限することができる。このような制限は、散乱した電磁波の検出を排除することによってノイズを低減すべく、スキャン時間を制限或いは検出領域を制限する場合に役立つ。
【０１０４】
Ｘ線放出の協調活性化
図９を参照して説明したように、Ｘ線放射装置２０００において、電子源５９は、同時に活性化されるユニットのグループとして、エミッタ領域７５内に位置する。各々のエミッタ領域７５は、電子源５９のゲート電極６０と駆動回路の活性化を協調制御するロウドライバとカラムドライバ（図示せず）に接続可能である。しかるに、それぞれのエミッタ領域７５は、個別にオンおよびオフにすることができる。したがって、Ｘ線放出装置２０００を用いれば、さまざまな空間的および時間的なパターンでＸ線を放射しうる。
【０１０５】
例えば、一連のエミッタ領域７５Ａ−Ｆの順次活性化は、機械的に移動するＸ線源と等価な仮想スキャンをもたらす（図１２）。
【０１０６】
図１３を参照すると、隣接する複数のエミッタ領域７５は、投影モジュール７６としてグループ化することができる。図１４は、９個（３×３）のエミッタ領域７５を持つ投影モジュール７６を示しているが、投影モジュール７６は、例えば１０×１０のエミッタ領域７５、１００×１００のエミッタ領域７５、１０００×１０００のエミッタ領域７５など、任意の数のエミッタ領域７５等を含みうることは言うまでもない。さらに、投影モジュール７６が正方形の領域に限定されないことも言うまでもない。投影モジュール７６は、矩形領域、円形領域、楕円形領域などを定義するエミッタ領域７５のグループを含むことができる。
【０１０７】
個々の放出領域７５と同様に、投影モジュール７６からのＸ線は、さまざまな空間的および時間的なパターンで放射化される。
【０１０８】
例えば：
図１４を参照すると、一連の投影モジュール７６Ａ−Ｆの順次活性化は、機械的に移動するＸ線源と等価な仮想スキャンをもたらす。
【０１０９】
図１５を参照すると、投影モジュール７６内のエミッタ領域７５の数は調整可能であり、これにより、投影モジュール７６から放出されるＸ線の強度調整が可能となる。たとえば、９個のエミッタ領域７５の投影モジュール７６は、すべてのエミッタ領域のオフから９個すべてのエミッタ領域の活性化まで、１０段階の強度を可能にする。より多くのエミッタ領域７５を有する投影モジュール７６は、Ｘ線の放射強度のより大きな範囲を提供できることは言うまでもない。
【０１１０】
Ｘ線撮影システム
図１６は、撮像装置１０００及びＸ線放出装置２０００が互いに対向して位置され、それらの間に撮影すべき対象物が配置されるＸ線撮影システム３０００を示している。Ｘ線４０は、投影モジュール７６によって定義されるＸ線放出装置２０００の部分から放出され、Ｘ線の少なくとも一部が対象物３５００を横断した後、撮像装置１０００の光伝導体に照射される。Ｘ線４０は、図１６に示すように平行である。あるいは、Ｘ線４０は軌跡の範囲を有し、これにより円錐状または扇状となる。放出されたＸ線の形状は、上記のように、例えばコリメータをＸ線放出装置２０００に組み込むことによって制御することができる。
【０１１１】
図１７を参照すると、撮像装置１０００は、キャプチャモジュール２６を画定する所定の領域のエミッタ領域にスキャンを制限することができる。このような制限は、散乱した電磁波の検出を排除することによってノイズを低減すべく、スキャン時間を制限および／または検出領域を制限する場合に役立つ。これは、特に、Ｘ線放出装置２０００の投影モジュール７６によって規定される領域が制限されている場合、Ｘ線４０は高度にコリメートされ平行光をもたらす。その結果、キャプチャモジュール２６は、Ｘ線放出装置２０００から放出された、散乱していないＸ線４０が照射されるであろう、撮像装置１０００の一部に制限される。すなわち、Ｘ線放出装置から放出された、散乱していないＸ線が照射されないであろう撮像装置の領域は、非活性化される。
【０１１２】
図１８を参照するように、もし対象物３５００内の関心領域を投影モジュール７６から放出されるＸ線で完全に画像化できない場合、投影モジュール７６を走査することができる。すなわち、時間の経過とともにより大きな領域をカバーするよう、複数の投影モジュール（例えば７６Ａ−Ｃ）が順次活性化される。また、キャプチャモジュール（２６Ａ−Ｃ）は、対応する投影モジュール７６からの非散乱Ｘ線に当たることが期待される撮像装置１０００の一部のみがＸ線を検出できるよう、投影モジュール７６Ａ−Ｃと同期される。複数の投影モジュールの活性化は機械的な動きを必要としないことは言うまでもなく、これにより画像を高レートで生成することができる。これは、動的なＸ線イメージングを可能にする。
【０１１３】
図１９を参照すると、対応するキャプチャモジュール２６Ａ−Ｃと同期した複数の投影モジュール７６Ａ−Ｃの使用は、様々な角度で関心領域に当たるＸ線によって対象物３５００内の関心領域３５５０を画像化する断層撮影システムに適用することができる。複数の投影モジュールの活性化は機械的な動きを必要としないことは言うまでもなく、これにより断層画像を高レートで生成することができる。これは、動的なＸ線断層イメージングを可能にする。しかるに、システム３０００は、例えば限定されないが、電子ビームコンピュータ断層撮影（ＥビームＣＴ、ＥＢＣＴ）システムまたはコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）システムなど、改良されたコンピュータ断層撮影システムに組み込むことができる。
【０１１４】
図１６〜１９は撮像装置１０００及びＸ線放出装置２０００を平坦なストリップまたは表面として示しているが、図２０Ａ−Ｂを参照するように、撮像装置１００および／またはＸ線放出装置２０００が湾曲した形状、例えば断面が円弧または半円形を有しうることは言うもでもない。図２０Ａは、平坦な撮像装置１０００と湾曲したＸ線放出装置２０００を備えたシステム３０００を示している。図２０Ｂは、湾曲した撮像装置１０００と平坦なＸ線放出装置２０００を備えたシステム３０００を示している。図２０Ｃは、湾曲した撮像装置１０００と湾曲したＸ線放出装置２０００を備えたシステム３０００を示している。
【０１１５】
異なるエネルギーでＸ線を放出するためのＸ線放出装置
本開示のＸ線放出装置では、個々のエミッタ領域は、規定されたエネルギー（ｋｅＶ）でＸ線を放出するように構成される。すべてのエミッタ領域は、同じエネルギーでＸ線を放出するように構成される。或いは、エミッタ領域は、異なるエネルギーでＸ線を放出するように構成される。例えば、Ｘ線放出装置は、Ｘ線を低、中、高ｋｅＶで放出するよう構成されたエミッタ領域の規則的な配列を有し、特定のエネルギーでＸ線を放出するように構成されたエミッタ領域の各グループは、エネルギーチャネルである。各エネルギーチャンネルは、低ｋｅＶのソースがそのＸ線を時間＝０で放出するように、順次異なる時間に活性化される。これに続き、中ｋｅＶのＸ線は（例えば時間＝１６ミリ秒などで）放出され、続いて１６ミリ秒後に（時間＝３２ミリ秒で）高ｋｅＶのＸ線が放出される。したがって、５０ミリ秒以内に三つの異なるＫｅＶ画像が作られ、これらは組織の異なるタイプを区別するためにアルゴリズム的に組み合わせることができる。
【実施例】
【０１１６】
フォーカス構造の効果シミュレーション
図２１は、電子ビームが光伝導体に照射される位置（つまり、ビームの照射幅）において、電子放出構造体と電子受容構造体との間のギャップが増加するにつれて、電子ビームの幅がどのように増加するのかを示すシミュレーション結果を示す。図２１（図２２および２４と同様）を参照するように、ビーム照射幅は、対向する光伝導体に当たる位置における電子ビームの幅を指し、ギャップは、（電子受容構造体上の）陽極と（電子放出構造体上の）陰極との間の距離を指す。
【０１１７】
一つのエミッタ領域から放出された電子ビームが隣接するエミッタ領域から放出された電子ビームと重ならないように、ビーム照射幅は画素ピッチを超えないことが望ましい。ギャップ距離に応じてビーム照射幅が拡大することを考慮すると、所定のギャップ距離において達成可能な画素ピッチは制限される。フォーカス構造／電極は、ギャップ距離に応じたビーム照射幅の広がりを制限するのに寄与し、これにより、より大きなギャップ（例えば陽極と陰極との間）にてより小さい画素ピッチを可能にする。
【０１１８】
図２２を参照すると、第１フォーカス構造の存在と第１フォーカス電極に与える第１フォーカス電圧の印加は、ビーム照射幅を制限する。例えば、１００マイクロメートルのギャップ（陽極から陰極）を有するシングルフォーカス構造を備えたシミュレートされた撮像装置において、第１フォーカス電極（陰極基準）に約３０ボルトを印加すると、目的とする１００マイクロメートルの画素ピッチと一致するよう、ビーム照射幅が約１００マイクロメートルに制限される。１５０マイクロメートルのギャップでは、第１フォーカス電極への約２２．５ボルト（２０から２５ボルト）の印加で、ビーム照射幅が約１００マイクロメートルに制限される。最適な第１フォーカス電圧は、電界放出型電子源の仕様、フォーカス構造の寸法、および装置の他のパラメータを含む、必要に応じて調整可能な他のパラメータと同様、図２２に示すようにギャップのサイズ（例えば陰極と陽極の距離）に依存する。シングルフォーカスのシミュレーション結果を以下の表１に示す。
【０１１９】
【表１】
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【０１２０】
第１フォーカス構造が電子ビーム照射幅に影響を与えることを示すため、シミュレートされたさらなる実験結果を示す。表２は、３ミリメートル（ｍｍ）、４ｍｍまたは５ｍｍの陰極−陽極ギャップ、０ボルト（Ｖ）、１００Ｖまたは２００Ｖのフォーカス電圧、１００００Ｖ、２００００Ｖ、３００００Ｖ、４００００Ｖまたは５００００Ｖの陽極電圧での５％ビーム幅を示す。
【０１２１】
【表２】
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【０１２２】
図２３Ａは、陰極−陽極ギャップが５ｍｍ、フォーカス電圧なし、１００００Ｖの陽極電圧を有する電子放出構造体のシミュレートされたビーム照射幅を示している。図２３Ｂは、陰極−陽極ギャップが３ｍｍ、１００Ｖのフォーカス電圧、４００００Ｖの陽極電圧を有する電子放出構造体のシミュレートされたビーム照射幅を示している。
【０１２３】
図２４を参照すると、第１フォーカス構造と組み合わせた第２フォーカス構造の更なる存在（すなわち、二重フォーカス）は、ビーム照射幅をさらに制限する。例えば、３００マイクロメートルのギャップ（陽極から陰極）を有するダブルフォーカス構造を備えたシミュレートされた撮像装置において、第１フォーカス電極（陰極基準）に約３０ボルトを印加し、第２フォーカス電極（陰極基準）に約６００ボルトを印加すると、目的とする１００マイクロメートルの画素ピッチと一致するよう、ビーム照射幅が約１００マイクロメートルに制限される。４００マイクロメートルのギャップでは、第１フォーカス電極への３０ボルトの印加と、第２フォーカス電極への１０００ボルトの印加を組み合わせて、ビーム照射幅が約１００マイクロメートルに制限される。最適な第２フォーカス電圧は、電界放出型電子源の仕様、フォーカス構造の寸法、および装置の他のパラメータを含む、必要に応じて調整可能な他のパラメータと同様、図２４に示すようにギャップのサイズ（例えば陰極と陽極の距離）に依存する。ダブルフォーカスのシミュレーション結果を以下の表３に示す。
【０１２４】
【表３】
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【０１２５】
図２５Ａは、本開示の撮像装置またはＸ線放射装置に使用される電子放出構造体の断面の概略図である。電子放出構造体は、陰極７０、複数の電界放出型電子源９（明確さのため１つのみ図示）、抵抗層８０、ゲート電極１０及びゲート電極支持構造８５Ａを含む。電子放出構造体は、上述したようにバックプレートおよび基板をさらに含むことに留意されたい。
【０１２６】
ゲート電極支持構造８５は、ゲート電極１０を求められる陰極−ゲート間隔ＣＧで支持するように提供される。陰極−ゲート間隔ＣＧは、陰極電極とゲート電極との間の電界が必要な加速度での電界放出型電子源９からの電子放出に適切であるように選択される。例えば、陰極−ゲート間隔は約２００ナノメートル程度である。あるいは、陰極−ゲート間隔は、必要に応じて２００〜５００ナノメートル以上、又は１００ナノメートル〜２００ナノメートル以下である。
【０１２７】
ゲート電極支持構造は、さらに、ゲート電極１０と陰極７０との間の電流リークまたは放電を防止する。陰極７０とゲート電極１０との間の直接放電は、電子源９が正規のギャップまたは開口を有するように構成された抵抗層８５Ａの導入により防止され、或いは、少なくとも制限される。
【０１２８】
それにもかかわらず、特に電子源の開口部に隣接した表面パス８６Ａに沿って、漏れ電流またはクリーピングが発生する可能性がまだある。従って、表面に沿った抵抗経路が増加するよう沿面距離を増加させるための、中間層の種々の実施形態が構成される。
【０１２９】
図２５Ｂを参照すると、本開示の撮像装置またはＸ線放出装置に使用されるゲート電極支持構造８５Ｂの第二実施形態が概略的に示されている。なお、第２実施形態８５Ｂのゲート電極の表面経路８６Ｂは、交互の凹凸部を含む起伏を持った形状を有することに留意されたい。したがって、陰極８０とゲート電極１０との間の沿面距離ＣＤは、陰極−ゲート間隔ＣＧより大きい。
【０１３０】
図２５Ｃを参照すると、本開示の撮像装置またはＸ線放出装置に使用され、層状中間層８５０を有するゲート電極支持構造のさらなる実施形態が示されている。層状中間層８５０は、上記のような起伏のある表面経路８６０を生成するように構成される。
【０１３１】
層状中間層８５０は、容易にエッチング可能な材料からなる少なくとも１つの層８５２Ａ、８５２Ｂ（まとめて８５２）と、容易にエッチング可能でない材料からなる少なくとも１つの層８５４Ａ、８５４Ｂ（まとめて８５４）とを含む。したがって、層状中間層８５０から電子源の開口がエッチングされるとき、容易にエッチング可能な材料のエッチング表面８５２は表面経路８６０の凹部８６２を形成し、容易にエッチング可能でない材料のエッチング表面８５４は表面経路８６０の凸部８６４を形成し、これにより、求められる起伏のある表面経路８６０を形成する。
【０１３２】
種々の材料は、それらの浸食またはエッチング特性を考慮して選択される。例えば、容易にエッチング可能な層８５２は低密度の二酸化シリコン等の低密度材料から構成することができ、容易にエッチング可能でない層８５４は高密度の二酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン等のより高い密度の材料から構成することができる。容易にエッチング可能な材料および容易にエッチング可能でない材料の他の組み合わせは、当業者が思い浮かぶであろう。選択は、エッチング剤の浸食性に応じて変わる。
【０１３３】
図２６Ａを参照すると、概略上面図は、本開示の撮像装置またはＸ線発光装置に使用される、電界放出型電子源１９０のアレイを備えた電子放出構造体１１００の実施形態の断面を示す。放出型電子源１９０は、規則的な電子源間隔ＥＳＳを有するアレイに配置されている。特に、エッチングされた電子源の開口が電子放出構造体１１００の全体にわたって中間層に延在するのではなく、本実施形態のゲート支持構造は、ゲート電極支柱１８５のアレイを備えることに注目されたい。
【０１３４】
ゲート電極支柱１８５は、規則的な支柱間隔ＩＣＳを有するアレイに配置される。支柱間隔ＩＣＳは、規則的な電子源間隔ＥＳＳより大きく、これにより、クリーピング電流が流れうるリーク経路の数を減少させる。必要な場合、支柱１８５は規則的なインターバルで、欠落する電子源の代わりに設けられる。
【０１３５】
図２６Ｂを参照すると、図２６Ａの実施形態による電子放出構造体の２つの断面が概略的に示されている。４×４の正方形は、１５個の電子源１９０Ａ−Ｏ（１９０Ｃと１９０Ｎのみ表示）と、欠落する１６番目の電子源の位置を占める１つの支柱１８５を含んで表現される。
【０１３６】
第一断面Ａ−Ａ'は、抵抗層１８０と陰極１７０上の４つの電子源１９０の行に沿って示されている。第一断面Ａ−Ａ'は、ゲート電極１１０が、ゲート電極１１０と抵抗層１８０との間の中間層なしで、自身の構造的強度によってどのように支持されるかを示す。第二断面Ｂ−Ｂ'は、周期的な支柱１８５によってゲート電極１１０がどのように支持されているかを示す。したがって、ゲート電極１１０は、引張強度や密度など必要な機械的特性を考慮して選択されたクロムなどの材料から構成される。
【０１３７】
さらに、支柱の外形が凹面１８６を含むことに留意されたい。この外形は、各支柱１８５とこれに最も近く隣接する電子源との間の距離Ｘを電子源間隔ＥＳＳよりも大きくし、これにより放電と電流リークがさらに低減される。
【０１３８】
図２７Ａは、一定の抵抗を有する抵抗層を介した、例えばスピント型電子源９０などの電子源の下の電位分布のグラフ表示である。頂点の真下における電位勾配が特に急峻であることに留意されたい。従って、頂点の真下の領域、特に先端縁９２において、対応する高電流密度が存在する。本開示の別の特徴は、電子源９０の下の電界強度を低下させることに向けられる。
【０１３９】
図２７Ｂを参照すると、本開示の撮像装置またはＸ線放出装置に使用される層状抵抗層２８００を備えた実施形態による電子放出構造体の模式的な断面が示されている。電子放出構造体は、他の要素の中で、電子源９、陰極層２７００、抵抗層２８００、第１バリア層２８１０及び第２バリア層２８３０を含む。
【０１４０】
層状抵抗層２８００は、電子源９に最も近い近位抵抗層２８２０と、電子源からより遠い遠位抵抗層２８６０と、近位抵抗層２８２０および遠位抵抗層２８６０の間に挟まれた中間抵抗層２８４０とを備える。各層の材料は、深さで抵抗層の抵抗率を制御できるように選択される。したがって、近位抵抗層２８２０はその高い抵抗率特性のために選択された高抵抗材料によって形成され、遠位抵抗層２８６０はその低い抵抗率特性のために選択された低抵抗材料によって形成され、中間抵抗層は、高抵抗材料と低抵抗材料との中間の抵抗率特性を有する他の抵抗材料によって形成されうる。
【０１４１】
抵抗層には種々の材料を用いることができ、例えば、深さが約１０ナノメートル程度のシリコン酸素炭窒化物（ＳｉＯＣＮ）を近位抵抗層のために使用することができる。必要な場合、さらに２００ナノメートルのアモルファスシリコン炭窒化物（ａ−ＳｉＣＮ）膜を中間抵抗層に使用することができ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはシリコン（Ｓｉ）層を遠位抵抗層に用いることができる。特に、遠位抵抗層は、厚さ１００ミクロン程度の単結晶炭化ケイ素ウェーハから構成できることに留意されたい。
【０１４２】
上述は３重の抵抗層構造であるが、中間抵抗層なしで近位抵抗層と遠位抵抗層のみの２重層など、他の層状抵抗層を必要に応じて代替的に用いることができることに留意されたい。さらに他の実施形態は、深さの増加とともに抵抗率が連続的な抵抗勾配を有する材料を含む。
【０１４３】
バリア層２８１０、２８３０は、陰極の熱処理中またはアセンブリ中に、シリコン、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素などである抵抗層２８００の材料が、陰極または電子源の金属と反応しないよう、非反応性または不活性材料の層を含む。
【０１４４】
したがって、第１バリア層２８１０は、遠位抵抗層２８６０の抵抗材料と陰極２８７０との間に介在された非反応性材料の層からなり、第２バリア層２８３０は近位抵抗層２８２０の抵抗材料と電子源９との間に介在された非反応性材料の層からなる。種々の非反応性材料は、必要に応じ、炭素リッチなシリコンカーバイド、窒素リッチな炭窒化シリコン、アモルファスカーボンなど及びそれらの組み合わせからなどの材料から選択することができる。
【０１４５】
様々な実施形態において、非反応性材料は、炭素５０％超、炭素５０％〜６０％、炭素６０％〜７０％、炭素７０％〜８０％、炭素３０％〜４０％、炭素４０％〜５０％、炭素４５％〜７５％など、シリコンと炭素の割合が種々であるカーボンリッチな炭化ケイ素組成物から選択することができる。特に、カーボンリッチな炭化ケイ素（ＳｉｘＣｙ）は、ｙがｘより大きいものを選択する必要がある。
【０１４６】
代替的にまたは追加的に、非反応性材料は、窒素２５％超、窒素２５％〜３５％、窒素３５％〜４５％、窒素４５％〜５５％、窒素５０％超など、シリコン、炭素および窒素の割合が種々である窒素リッチなシリコン炭窒化物から選択することができる。特に、カーボンリッチな炭化ケイ素（ＳｉｘＣｙＮｚ）は、ｚがｙより大きいものを選択する必要がある。
【０１４７】
開示された実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、上述した種々の特徴のコンビネーション及びサブコンビネーション、並びに、それらのバリエーションや変形であって、以上の説明を読んだ当業者がなし得るものを含む。
【０１４８】
本明細書で使用される技術用語および科学用語は、一般的に、発明が関係する技術分野の当業者によって理解されるものと同じ意味を有する。それにもかかわらず、この出願から成熟した特許の存続期間中に多くの関連システムおよび方法が開発されることが予想される。
【０１４９】
本明細書に使用されている「約」という用語は少なくとも±１０％を意味する。
【０１５０】
「備える」、「備えた」、「含む」、「含んだ」、「有した」という用語およびそれらの結合体は、「含むがこれらに限定されない」を意味し、列挙された要素が含まれているが、一般に他の構成要素を除外しないことを示す。このような用語は、「からなる」および「本質的にからなる」という用語を包含する。
【０１５１】
「本質的にからなる」という用語は、組成物または方法がさらなる成分および／または工程を含むが、追加の成分および／またはステップは、特許請求されている組成物または方法の基本的かつ新規な特徴を変更しない場合に限る。
【０１５２】
本明細書で使用する場合、単数形の"a"、"an"および"the"は、文脈が明確に他を指示しない限り、複数の参照を含むことができる。例えば、「一つの化合物」または「少なくとも１つの化合物」という用語は、その混合物を含む複数の化合物を含むことができる。
【０１５３】
「例示的」という単語は「例、事例、または例示として役立つ」を意味するために使用されている。「例示的」として説明される任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であるものとして解釈されるべきではなく、必ずしも他の実施形態からの特徴を組み込むことを除外するものではない。
【０１５４】
本書に使用されている「任意に」という単語は、「一部の実施形態では提供され、他の実施形態では提供されない」を意味する。本開示の任意のある実施形態では、特徴が競合しない限り、複数の「任意」の特徴を含むことができる。
【０１５５】
本明細書中で数値範囲が示される場合は常に、示された範囲内において、引用された数字（分数または整数）を含むことを意味する。第１表示数と第２表示数の「間の範囲」および第１表示数「から」第２表示数「までの範囲」というフレーズは、本明細書において互換的に使用され、第１および第２表示数、並びに、その範囲にあるすべての分数および整数を含むことを意味する。したがって、範囲形式での記載は単に便宜上および簡潔化のためであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定として解釈されるべきではないことが理解されるべきである。従って、範囲の記載は、その範囲内において、具体的に採りうるすべての部分的範囲、並びに個々の数値を開示したと考えるべきである。例えば、１〜６のような範囲の記載は、その範囲内における１、２、３、４、５及び６などの個々の数字および非整数の中間値と同様に、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などのような、具体的に開示された部分的な範囲を有するとみなされるべきである。これは、範囲の広さにかかわらず適用される。
【０１５６】
別々の実施形態の文脈において明確さのために記載される本開示のある特徴は、単一の実施態様に組み合わせて提供されることが理解される。逆に、単一の実施形態の文脈において簡潔さのために記載される本開示の様々な特徴は、本開示の他の実施形態において、別個にまたは適切なサブコンビネーションでまたは他の適切な方法で提供される。種々の実施形態の文脈で説明されているある特徴は、それらの要素なしに該実施形態が動作不能でない限り、これらの実施形態の本質的な特徴と見なされるべきではない。
【０１５７】
本発明をその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの代替、変形およびバリエーションは当業者にとって明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲の精神と広いスコープに含まれるそのような代替、変形およびバリエーションを包含することが意図される。
【０１５８】
本明細書で言及した全ての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許または特許出願が具体的かつ個別に参照により本明細書に組み入れられることが示されたかのように、同程度に本明細書中に引用によりその全体が組み込まれている。また、本明細書における任意の参照の引用または特定は、そのような参考文献が本発明に対する先行技術として利用可能であることを認めるものと解釈してはならない。セクションの見出しが使用される範囲において、それらは必ずしも限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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