(57)【要約】【課題】  電子放出効率及び耐久性を向上させつつ、Ｘ線源の小型化を図ること。【解決手段】  真空外囲器１１内に配置され、電界をかけることで電子を発生する電界放出型電子源１７と、電子の入射によりＸ線を放出する陽極とを備えたＸ線源１であって、電界放出型電子源１７は、支持基板１７１の上に、一対の電極間に半導体層１７３ａと絶縁体層１７３ｂとが交互に積層されてなるドリフト層１７３を備えており、半導体層１７３ａが、金属酸化物からなる。【選択図】図１
2007103015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空外囲器内に配置され、電界をかけることで電子を発生する電界放出型電子源と、前記電子の入射によりＸ線を放出する陽極とを備えたＸ線源において、
前記電界放出型電子源は、支持基板の上に、一対の電極間に半導体層と絶縁体層とが交互に積層されてなるドリフト層を備えており、
前記半導体層が、金属酸化物からなることを特徴とするＸ線源。
【請求項２】
前記陽極と前記電界放出型電子源との間で電子を加速する高電圧を印加する高圧電源を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線源。
【請求項３】
前記半導体層の膜厚が、前記半導体層内における電子の平均自由工程の１／１０００〜５／４の範囲にあり、この半導体層の比誘電率が、前記絶縁体層の比誘電率の１．５〜１００倍の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線源。
【請求項４】
前記半導体層の熱伝導率が、０．０５〜１００Ｗ／ｃｍ・Ｋの範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項５】
前記半導体層が、酸化亜鉛で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項６】
前記絶縁体層の主成分が、絶縁性の酸化物、窒化物及び酸窒化物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のＸ線源。
【請求項７】
前記絶縁体層の主成分が、酸化珪素、窒化珪素及び酸窒化珪素から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項６に記載のＸ線源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線源に関し、特に電界放出型電子源を有するＸ線源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｘ線を発生するＸ線源としては、陰極に熱電子放出型電子源を用いた熱電子放出型Ｘ線源が利用されており、この熱電子放出型Ｘ線源では、陰極を加熱して、該陰極から出る熱電子を陽極に衝突させて、Ｘ線を発生させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、熱電子放出型Ｘ線源において、高出力を得るには、電子源自体を大型化する必要が生じ、これに伴い、Ｘ線源が大型化になるとともに、電子の放出密度や放出効率が十分でないという問題があった。また、陰極を加熱する際に、陰極を構成するフィラメントに電流を流すための電源が必要になることや、該フィラメントは熱により消耗しやすいこと、さらには、該フィラメントの消耗に伴い、該フィラメントへ流す最適な電流量の調整を行う必要が生じること、該フィラメントの形状に起因する陽極表面への均一な電子ビームの入射が困難であること等の問題があった。
【０００４】
このため、スピント型と呼ばれる微細表面に電界を集中させることによって電子を放出する例陰極型の電子源の開発が行われ、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の先端に電界を集中させるタイプの電子源も開発されている。
【０００５】
しかし、前述のように微小先端に電界を集中させる方式の電子源の場合、その製造工程が複雑化すると共に、その先端形状の変化によって電子線の放出能力が変化するという問題があった。
【０００６】
また、近年においては、薄膜積層技術を利用した面状電子源として、金属層と絶縁体層と金属層とを積層させたＭＩＭ型の面状電子源（例えば、特許文献２参照。）や、金属層と絶縁層と半導体層とを積層させたＭＩＳ型の面状電子源（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。
【０００７】
このような面状電子源は、通常２０〜３０ｎｍ程度の超薄膜の絶縁体層に高電界を印加してトンネル電子を放出させるものであり、このため、充分な耐久性が得られるようにするためには、高度な薄膜化技術と耐絶縁性に優れた材料が必要になり、製造プロセスや材料の点において問題があった。
【０００８】
また、他の面状電子源として、弾道電子放出現象という原理に基づく面状電子源が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
この面状電子源では、ナノサイズのシリコン粒子に超薄膜の酸化シリコンを被覆させたものを連結するように配列し、これを一対の電極で挟む構造になっており、この一対の電極に電圧を印加させて、シリコン中をドリフトする電子を弾道電子化させ、この電子を表面の電極から放出させるようになっている。
【００１０】
しかし、前述のナノサイズのシリコン粒子を精度よく製造し、またこれを連結するように適切に配列させることは非常に困難であり、このため、電子放出効率を充分に向上させることも困難になるという問題があった。
【００１１】
さらに、最近においては、ｎ型シリコンからなる支持基板の上に、導電性膜のシリコン膜と絶縁性膜のシリコン酸化膜とを交互に多数積層させた面状の電界放出型電子源が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００２−８３５６０号公報
【特許文献２】特開平７−６５７１０号公報
【特許文献３】特開平８−２５０７６６号公報
【特許文献４】特開２０００−１００３１６号公報
【特許文献５】特開２００２−３５２６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の電界放出型電子源において、電子放出能力を向上させるためには、前述のシリコン膜として、電子の平均自由工程が大きい結晶性の高いシリコン膜を成膜させることが必要になる。
【００１３】
しかし、結晶性の高いシリコン膜を通常の成膜方法で成膜する場合、一般に支持基板の温度を１０００℃程度に高める必要があり、成膜させる支持基板に非常に高い耐熱性が要求されるという問題があった。
【００１４】
また、このような結晶性の高いシリコン膜を得る場合、このシリコン膜の成膜時とシリコン酸化膜の成膜時とにおいて、支持基板の温度が大きく異なるため、前述のように導電性膜のシリコン膜と絶縁性膜のシリコン酸化膜とを交互に多数積層させた場合、シリコン膜とシリコン酸化膜とにおける熱膨張係数の違いにより、シリコン膜とシリコン酸化膜との界面に歪みが生じたり、界面が破壊されたりして、電子放出効率が大きく低下するという問題があった。
【００１５】
一方、支持基板の温度を低くしてシリコン膜を成膜した場合には、このシリコン膜がアモルファス状態となり、前述の弾道電子放出現象において要求される重要な物性値である電子の平均自由工程が極端に短くなり、電子放出能力が著しく低下するとともに、熱電導効率も低下して、この電界放出型電子源の温度が上昇し、耐久性が悪化するという問題があった。
【００１６】
このように、前述のいずれの電子源を用いたＸ線源にせよ、電子放出効率及び耐久性に優れた電子源が存在せず、また、装置自体が大掛かりなものであった。
【００１７】
本発明の課題は、電子放出効率及び耐久性を向上させつつ、Ｘ線源の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１記載の発明は、
真空外囲器内に配置され、電界をかけることで電子を発生する電界放出型電子源と、前記電子の入射によりＸ線を放出する陽極とを備えたＸ線源において、
前記電界放出型電子源は、支持基板の上に、一対の電極間に半導体層と絶縁体層とが交互に積層されてなるドリフト層を備えており、
前記半導体層が、金属酸化物からなることを特徴とする。
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、支持基板の上に、一対の電極間に半導体層と絶縁体層とが交互に積層されたドリフト層を形成する際に、金属酸化物で半導体層を形成させることで、シリコンで形成させる場合に比べ、結晶化する温度を低くすることができる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＸ線源において、
前記陽極と前記電界放出型電子源との間で電子を加速する高電圧を印加する高圧電源を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、高電圧を印加して、陽極と電界放出型電子源との間で電子を加速することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＸ線源において、
前記半導体層の膜厚が、前記半導体層内における電子の平均自由工程の１／１０００〜５／４の範囲にあり、この半導体層の比誘電率が、前記絶縁体層の比誘電率の１．５〜１００倍の範囲であることを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、前述のように半導体層と絶縁体層の比誘電率を設定した状態で、一対の電極に電圧を印加することにより、一方の電極から注入された電子が半導体層で散乱を受けることなく、また絶縁体層では十分な電界により加速されて電子を弾道化させることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＸ線源において、
前記半導体層の熱伝導率が、０．０５〜１００Ｗ／ｃｍ・Ｋの範囲であることを特徴とする。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、前述のように半導体層の熱伝導率を設定した状態で、一対の電極に電圧を印加して電子を放出させた場合には、十分な熱放射が行われ、電界放出型電子源の温度が上昇するのを抑制することができる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＸ線源において、
前記半導体層が、酸化亜鉛で構成されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項５記載の発明によれば、半導体層に酸化亜鉛を使用すると、より低温で結晶化されるとともに、各種の支持基板上において、ｃ軸方向への配向性が高くさせ、電界放出型電子源の電子放出能力を向上させることができる。また、このような電子放出能力のよい電界放出型電子源をさらに安定して製造することができる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のＸ線源において、
前記絶縁体層の主成分が、絶縁性の酸化物、窒化物及び酸窒化物から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００２９】
請求項６記載の発明によれば、特に絶縁体層の主成分に前述の化合物を用いることで、絶縁体層の耐久性を向上させることができる。
【００３０】
請求項７記載の発明は、請求項６に記載のＸ線源において、
前記絶縁体層の主成分が、酸化珪素、窒化珪素及び酸窒化珪素から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載の発明によれば、特に絶縁体層の主成分に前述の化合物を用いることで、絶縁体層を形成する際に、従来の半導体製造プロセスを利用することができ、電界放出型電子源を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１記載の発明によれば、半導体層を形成する際に、熱による消耗を防ぐことができ、耐久性を向上させた電界放出型電子源を得ることができ、Ｘ線源の耐久性を向上させることができる。また、ドリフト層において、熱による膨張を抑えることができるので、交互に積層される半導体層と絶縁体層との界面に歪みを生じさせたり、界面が破壊されたりするのを防止することができ、Ｘ線源の電子放出効率を向上させることができる。
また、電子源が電界放出型電子源であるので、熱電子放出型電子源のようにフィラメント用の電源を配設させる必要もなく、Ｘ線源の小型化を図ることができる。
【００３３】
請求項２記載の発明によれば、高エネルギーに電子を加速させて、電子を陽極に衝突させることにより、電界放出型電子源の電子放出効率を向上させることができる。これより、高エネルギーのＸ線を得ることができ、Ｘ線源のＸ線出力効率を向上させることができる。
【００３４】
請求項３記載の発明によれば、Ｘ線源の電子放出効率を向上させることができる。
【００３５】
請求項４記載の発明によれば、熱による消耗を防いで、電界放出型電子源の耐久性を向上させることができるとともに、電界放出型電子源が発生する熱によりＸ線源を構成する他の部材への影響を防ぐことができ、Ｘ線源自体の耐久性を向上させることができる。
【００３６】
請求項５記載の発明によれば、Ｘ線源の電子放出効率を向上させることができる。
【００３７】
請求項６記載の発明によれば、Ｘ線源の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
請求項７記載の発明によれば、Ｘ線源を容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図４を参照して説明する。ただし、本発明は図示例のものに限定されるものではない。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態であるＸ線源の一部を断面で示した図である。
【００４１】
図１に示すように、Ｘ線源１は、絶縁物あるいは一部に金属部分を有する絶縁物で構成されている真空外囲器１１を備えている。真空外囲器１１の形状は、内部に配されるものの形状に応じて適宜自由に形成されればよい。
真空外囲器１１の内部下端には、回転機構１２が配設されている。回転機構１２の一端には、回転機構１２により回転駆動される回転シャフト１３が連結されており、この回転シャフト１３には、Ｘ線を放出する陽極としての円盤状回転陽極１４が支持されている。
【００４２】
円盤状回転陽極１４の表面には、環状のターゲット層１５がその中心と同心円状に形成されており、該ターゲット層１５には、中心から外周端にかけて厚みが薄くなるように傾斜面が形成されている。ターゲット層１５は、主成分として、例えば、モリブデン、ロジウム、タングステン、銀、銅等の金属元素の中から適宜選択されたものを含んで形成されており、特にモリブデン、ロジウム、タングステンを含んで形成されるのが好ましい。また、ターゲット層１５には、必要に応じてこれら金属元素の他に、他の金属元素を含有して形成されていてもよい。ターゲット層１５は、これらの金属元素が混在してなる層として形成されているが、各金属元素からなる層が積層してなる層として形成されていてもよい。いずれにせよ、かかるターゲット層１５の傾斜面に電子が入射されると、ターゲット層１５はその衝突面からＸ線を放出するようになっている。
【００４３】
また、真空外囲器１１の内部上端には、陰極支持体１６が配設されている。
陰極支持体１６の一端であって、ターゲット層１５と対向する位置には、電子を発生する電界放出型電子源１７が配設されており、電界放出型電子源１７から放出された電子は、所定の角度でターゲット層１５に入射するようになっている。
【００４４】
一方、真空外囲器１１の円盤状回転陽極１４に形成されたターゲット層１５の傾斜面と対向する位置には、Ｘ線出力窓１８が設けられており、ターゲット層１５から放出されたＸ線１９を外部に取り出すことができるようになっている。
【００４５】
また、真空外囲器１１の外部には、円盤状回転陽極１４と電界放出型電子源１７との間で電子を加速する高電圧を印加する高圧電源２０が設けられており、高圧電源の両端には、円盤状回転陽極１４及び電界放出型電子源１７がそれぞれ電気的に接続されている。
【００４６】
ここで、電界放出型電子源１７について説明を行う。
図２に示すように、電界放出型電子源１７は支持基板１７１を備えている。支持基板１７１の上には、下面電極１７２が設けられるとともに、この下面電極１７２の上には半導体層１７３ａと絶縁体層１７３ｂとが交互に繰り返されて所定の層数になるように積層されたドリフト層１７３が形成されている。なお、所定の層数は、通常、１０〜１００層が好ましいとされている。このドリフト層１７３の上には表面電極１７４が設けられている。そして、これら各部材は電界放出型電子源１７を構成するようになっており、電界放出型電子源１７から電子を放出させるにあたっては、前述の一対の電極の間、すなわち、下面電極１７２と表面電極１７４との間に、表面電極１７４が正となるように電圧Ｖｅを印加するようになっている。なお、電圧Ｖｅは、１０〜１００Ｖであることが好ましい。
【００４７】
ここで、支持基板１７１としては、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英、シリコンウェハ等の従来から電子デバイスに使用されている硬質の材料で構成されたものを用いることができ、またフレキシブルなプラスチックで構成されたものを用いることも可能である。また、前述のプラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）等を用いることができ、またこれらのプラスチック材料で構成された基板の特性を高めるために、その表面に公知の表面コートや表面処理を行ったものを用いることが好ましい。
【００４８】
また、下面電極１７２の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の低抵抗の金属を用いることが好ましく、また前述の支持基板１７１にシリコンウェハを用いる場合には、シリコンに高濃度のドーピング処理を行って低抵抗化したものを用いることもできる。さらに前述の支持基板１７１に光学的に透明な基材を用い、支持基板１７１側においても光学的な特性を持つようにする場合には、前述の下面電極１７２の材料として錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）やＳｎＯ２等の透明電極材料や、ポリスチレンスルホン酸ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のような導電性高分子材料を用いることができる。なお、この下面電極１７２の厚みについては特に制限はなく、透明性を要求しない場合には、電極抵抗や膜強度や加工性を考慮して適宜設定することができ、また透明性が必要とされる場合には、前述の他に光透過率を考慮して適宜設定することができる。
【００４９】
また、下面電極１７２を支持基板１７１の上に形成するにあたっては、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的気層成長法の他に、スピンコート法やロールコート法等の塗布法を用いることができる。
【００５０】
一方、表面電極１７４の材料としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｒ等の金属が有効であるが、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ等を用いることも可能であり、またこれらの合金であってもよい。さらに、導電性を示すものであれば、前述の金属材料の酸化物、例えば、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ等の透明性の高い導電性材料や、これらの複合酸化物や、ポリスチレンスルホン酸ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）のような導電性高分子材料を用いることもできる。そして、前述の下面電極１７２及び表面電極１７４に光学的に透明な材料を用いると、光透過率の高い電界放出型電子源が得られるようになる。
【００５１】
また、表面電極１７４から電子を効率よく放出させるためには、この表面電極１７４の材料に仕事関数が小さいものを用いることが好ましく、またその厚みは薄いほどよく、安定性の面からＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ若しくはこれら金属の合金を用いることが望ましく、またこの表面電極１７４の厚みを１〜５０ｎｍの範囲にすることが好ましい。
【００５２】
そして、この表面電極１７４を前述のドリフト層１７３の上に形成するにあたっては、従来から用いられている薄膜形成方法を用いることができるが、ドリフト層１７３にダメージを与えないようにして形成することが好ましく、ダメージの少ないスパッタリング法である対向ターゲット式のスパッタ法や、スプレーコーティング法、プラズマＣＶＤ法を用いることができる。
【００５３】
また、ドリフト層１７３における半導体層１７３ａの材料としては、酸化物半導体である酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化チタンＴｉＯ２、酸化インジウムＩｎ２Ｏ３、酸化錫ＳｎＯ３、酸化カドミウムＣｄＯ、酸化タングステンＷ２Ｏ５、酸化ニオブＮｂ２Ｏ５、酸化ニッケルＮｉＯ、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ３等を用いることができ、特に室温付近で容易にｃ軸配向結晶が得られると共に、大気圧下でのプラズマ処理によって欠陥の少ない良質な薄膜が形成される酸化亜鉛ＺｎＯを用いることが好ましい。
【００５４】
また、この半導体層１７３ａの厚みについては、その厚みが厚くなりすぎると、半導体層１７３ａに注入された電子が半導体層１３ａ内において衝突して散乱し、電子放出効率が低下する一方、その厚みが薄くなりすぎると、欠陥がないようにして均一な膜厚の半導体層１７３ａを形成することが困難になるため、前述のように半導体層１７３ａの厚みを、半導体層１７３ａ内における電子の平均自由工程の１／１０００〜５／４の範囲にすることが好ましい。
【００５５】
また、ドリフト層１７３における絶縁体層１７３ｂの材料としては、種々の絶縁物を用いることができ、特に比誘電率の低い無機の酸化物や窒化物や酸窒化物を用いることが好ましい。ここで、前述の酸化物としては、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化バナジウム等を用いることができる。特に、低誘電率であり、一般に広く用いられている半導体製造技術で製造できる酸化珪素、フッ素化酸化シリコン、カーボン含有酸化シリコンＳｉＯＣを用いることが好ましく、また同様の理由で、窒化物として窒化珪素を、酸窒化物としては酸窒化シリコンを用いることが好ましい。
【００５６】
また、絶縁体層１７３ｂの厚みについては、半導体層１７３ａを通過した電子がトンネリングできる程度に薄く設定するようにし、一般的に０．５〜１０ｎｍの範囲内になるようにする。
【００５７】
また、大気圧下におけるプラズマ処理により、半導体層１３ａと絶縁体層１７３ｂとを交互に繰り返して積層させてドリフト層１７３を形成するにあたっては、大気圧若しくは大気圧近傍の圧力下において放電を開始し、プラズマ中に導入された反応性ガスを励起（解離、再結合若しくはイオン化）させた後、これを基板上において化学反応させて成膜させるようにする。なお、大気圧若しくはその近傍の圧力とは２０〜１１０ｋＰａ程度であり、好ましくは９３〜１０４ｋＰａ程度である。
【００５８】
ここで、前述のように大気圧下においてプラズマ処理してドリフト層１７３を形成する装置としては、図３に示すような容量結合型のプラズマ処理装置３０を用いることができる。
【００５９】
このプラズマ処理装置３０においては、複数の上部電極３１が備えられており、この上部電極３１の下方には、相対的に平行移動できるように形成された平板状の下部電極３２が適当な間隙を有するように配設されている。そして、プラズマ処理装置３０を使用する際には、下部電極３２の上に基材３３をセットし、基材３３がセットされた下部電極３２を平行に往復移動させるようになっている。
【００６０】
また、プラズマ処理装置３０には、ガス供給装置３４が設けられており、各上部電極３１の間に形成されたガス流路３５を通して、ガス供給装置３４からガスを下部電極３２と上部電極３１との間を導くようになっている。
【００６１】
また、下部電極３２及び上部電極３１には、それぞれ第１電源３６及び第２電源３７が接続されており、下部電極３２に第１電源３６から第１高周波電圧を印加させるとともに、各上部電極３１に第２電源３７から第２高周波電圧を印加させて、下部電極３２と上部電極３１との間におけるガスを励起させるようになっている。そして、この励起されたガスを基材３３の表面に接触させて、この基材３３の表面にガスに由来する薄膜を形成させるようになっている。
【００６２】
ここで、プラズマ処理装置３０を用いて、前述の半導体層１７３ａと絶縁体層１７３ｂとを交互に積層させてドリフト層１７３を形成する際には、第１電源３６から下部電極３２に印加させる第１高周波電圧と、第２電源３７から各上部電極３１に印加させる第２高周波電圧との周波数や電圧を異ならせて、第１及び第２の２種類の高周波電界を独立して制御させることが好ましい。このようにすると、大気圧若しくはその近傍の圧力条件において、安定した放電が行えるようになると共に、欠陥が少なく且つ結晶性の高い薄膜からなる半導体層１７３ａと、緻密で絶縁性の高い薄膜からなる絶縁体層１７３ｂとを連続して交互に形成できるようになる。
【００６３】
また、下部電極３２と上部電極３１との間隙寸法については、支持基板１７１の厚みや、下部電極３２及び上部電極３１に印加させる高周波電圧の大きさや、半導体層１７３ａや絶縁体層１７３ｂの種類等を考慮して決定するようにし、均一な放電を維持するという観点からは０．５〜２０ｍｍの範囲にすることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ±０．５ｍｍの範囲に設定される。
【００６４】
また、下部電極３２や上部電極３１に印加させる高周波電圧としては．大気圧若しくはその近傍の圧力条件において下部電極３２と上部電極３１との間におけるガスを励起させてプラズマを発生させ、緻密で膜厚が均一な層が形成されるようにするため、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波電圧で、１Ｗ／ｃｍ２以上の電力を供給させることが好ましい。
【００６５】
また、支持基板１７１上に形成された下面電極１７２の上に、前述のようにして半導体層１７３ａや絶縁体層１７３ｂとを交互に積層させてドリフト層１７３を形成するにあたり、プラズマ処理時における支持基板１７１の温度が高くなると、半導体層１７３ａや絶縁体層１７３ｂと支持基板１７１との熱膨張係数の違いによる熱応力が残留し、これらの密着性等の特性が悪化して、電子放出効率が低下するため、プラズマ処理時における支持基板１７１の温度を常温〜３００℃の範囲にすることが好ましい。
【００６６】
また下部電極３２と上部電極３１との間に導くガスの種類については、形成する半導体層１７３ａと絶縁体層１７３ｂによって異なるが、基本的には、放電を行うための雰囲気ガスと、半導体層１７３ａや絶縁体層１７３ｂを形成する原料となる薄膜形成用ガスとを混合させたガスを用いるようにし、このガス全体中における薄膜形成用ガスの体積比率を０．０１〜１０体積％の範囲にすることが、放電を良好に維持する点から好ましい。
【００６７】
ここで、前述の雰囲気のガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを用いることができ、特に、生産コストを低減させる点からはアルゴンを用いることが好ましく、また前述の希ガスに代えて、例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、水素等を利用することもできるが、コスト及び環境面の点から窒素を使用することが好ましい。
【００６８】
そして、半導体層１７３ａを形成するのに使用する有機金属化合物としては、一般式Ｒ１ｘＭＲ２ｙＲ３ｚ（式中、Ｍは金属、Ｒ１はアルキル基、Ｒ２はアルコキシ基、Ｒ３はβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基、ケトオキシ基、ケトオキシ錯体基から選択される基であり、前述の金属Ｍの価数をｍとした場合、ｘ+ｙ+ｚ＝ｍであり、ｘ、ｙ、ｚはいずれも０または正の整数である。）で表されるものを用いることができる。また、前述のＲ１のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。また、前述のＲ２のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、３，３，３−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができ、アルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。また、前述のＲ３のβ−ジケトン錯体基としては、例えば、２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトン或いはアセトアセトンともいう。）、１，１，１，５，５，５−ヘキサメチル−２，４−ペンタンジオン、２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオン、１，１，１−トリフルオロ−２，４−ペンタンジオン等をあげることができ、β−ケトカルボン酸エステル錯体基としては、例えば、アセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、またβ−ケトカルボン酸としては、例えば、アセト酢酸，トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシ基としては、例えば、アセトオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。また、前述のケトオキシ基の炭素原子数は前述の有機金属化合物を含んで１８以下が好ましい。また、これらの基は直鎖又はは分岐の何れであってもよく、また水素原子をフッ素原子に置換したものであってもよい。
【００６９】
ここで、酸化亜鉛からなる半導体層１７３ａを形成するのに使用する薄膜形成用ガスとしては、例えば、ビス（２、４−ペンタンジオナート）亜鉛、亜鉛アセチルアセトナート、ジエチル亜鉛、ジメチル亜鉛等を用いることができる。
【００７０】
また、酸化錫からなる半導体層１７３ａを形成するのに使用する薄膜形成用ガスとしては、例えば、ジブチル錫ジアセテート、エトラエチル錫、エトラメチル錫、二酢酸ジ−ｎ−ブチル錫、テトラブチル錫、テトラオクチル錫を用いることができる。
【００７１】
また、酸化チタンからなる半導体層１７３ａを形成するのに使用する薄膜形成用ガスとしては、例えば、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタンのような金属アルコキシドを用いることができる。
【００７２】
一方、絶縁体層１７３ｂを形成するのに使用する薄膜形成用ガスの有機金属化合物としては、例えば、テトラエチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、トリメトキシシラン（ＴＭＳ）、トリメチルシラン（４ＭＳ）、ヘキサメチルジシラン等を用いることができる。
【００７３】
また、前述の雰囲気ガスと薄膜形成用ガスとの他に、薄膜形成の反応を促進する反応促進ガスを添加させることも可能であり、このような反応促進ガスとしては、例えば、酸素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア等を挙げることができ、その中でも、酸素、一酸化炭素及び水素を用いると、安定した放電が得られる電力範囲が広くなり、反応促進と膜の緻密性を向上させるのに有利である点から好ましい。また、このような反応促進ガスの添加量は、ガス全量に対して０．０１〜５体積％の範囲にすることが好ましく、これにより薄膜形成の反応が促進されると共に、緻密で良質な薄膜を形成できるようになる。
【００７４】
次に、Ｘ線源１の作用について説明する。
このようにして形成された電界放出型電子源１７を備えたＸ線源１が動作状態に入る場合には、まず回転機構１２を駆動させ、回転シャフト１３を介して円盤状回転陽極１４を回転させるとともに、表面電極１７４及び下面電極１７２間に電圧Ｖｅを印加させて下面電極１７２からドリフト層１７３に電子を注入させる。このとき、印加される電圧Ｖｅは、１０〜１００Ｖに設定されるのが好ましい。注入された電子は、ドリフト層１７３を構成する半導体層１３ａと絶縁体層１７３ｂとに作用する強電界によりドリフトされた後、表面電極１４を通して放出される。
【００７５】
このとき、電子をドリフトさせるドリフト層１７３は、支持基板１７１の上に結晶性の金属酸化物で形成された半導体層１７３ａを備えており、従来のシリコンで半導体層１７３ａを形成させる場合に比べ、結晶化を行う温度を低くすることができ、電子放出能力を高めている。
【００７６】
また、半導体層１７３ａを形成させる際に、支持基板１７１の温度差を少なくさせており、半導体層１７３ａと絶縁体層１７３ｂとの界面に歪みを生じさせたり、界面が破壊されたドリフト層１７３となるのを防止して、ドリフト層１７３の異常による電子放出効率が低下するのを防止している。
【００７７】
また、半導体層１７３ａに用いる前述の金属酸化物は、結晶格子内にイオン性結合を有するため、共有結合のシリコンに比べてフレキシブルであり、曲面化させる場合等に有利にさせる。
【００７８】
一方、表面電極１４から放出された電子は、高圧電源２０によりさらに加速された状態で移動することができ、電子放出効率をさらに向上させることができる。また、高エネルギーのＸ線が得られる。
【００７９】
また、前述のように半導体層１７３ａと絶縁体層１７３ｂの比誘電率を設定した状態で、一対の電極に電圧を印加することにより、一方の電極から注入された電子が半導体層１７３ａで散乱を受けることなく、また絶縁体層１７３ｂでは十分な電界により加速されて電子を弾道化させており、電子放出効率を向上させている。
【００８０】
また、前述のように半導体層１７３ａの熱伝導率を設定した状態で、一対の電極に電圧を印加して電子を放出させた場合には、十分な熱放射を行わせることができる。その結果、電界放出型電子源１７の温度が上昇するのを抑制して、電界放出型電子源１７の耐久性を向上させるとともに、電界放出型電子源１７が発生する熱によりＸ線源１を構成する他の部材への影響を防いで、Ｘ線源１自体の耐久性を向上させることができる。
【００８１】
また、半導体層１７３ａに酸化亜鉛を使用すると、より低温で結晶化されるとともに、各種の支持基板１７１上において、ｃ軸方向への配向性を向上させ、電子放出効率を向上させる。なお、これより電子放出能力のよい電界放出型電子源１７及びＸ線源１をさらに安定して製造することができる。
【００８２】
また、絶縁体層１７３ｂの主成分が、絶縁性の酸化物、窒化物及び酸窒化物から選択される少なくとも１種であるので、絶縁体層１７３ｂの耐久性を向上させており、これを用いた電界放出型電子源１７及びＸ線源１の耐久性を向上させている。特に、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素から選択される少なくとも１種を用いると、従来の半導体製造プロセスを利用して電界放出型電子源１７を容易に製造することができ、これを用いたＸ線源１を容易に製造できる。
【００８３】
その後、かかるドリフト層１７３を通過して表面電極１４から放出された電子は、ターゲット層１５に衝突し、衝突面からＸ線１９が放出される。Ｘ線１９は、Ｘ線出力窓１８を通して外部に取り出され、人体等の被照射物を透過し、被照射物のＸ線像が検出器などで検出される。
【００８４】
以上のように、本実施形態によれば、Ｘ線源１は、前述のような電子放出能力及び耐久性が高い電界放出型電子源１７を備えているので、高出力で耐久性に優れたＸ線源を得ることができる。これにより、医療現場などにおいては、短時間の撮影が可能となり、被照射物が動くことで生じる画像のボケの発生を防いで、診断性能を向上させることができる。また、画像のボケによる再撮影をなくすことができるので、患者に不要な被曝を高じさせるのを確実に防ぐことができる。
【００８５】
また、Ｘ線源１は、電界放出型電子源１７を備えているので、熱電子放出型電子源のようにフィラメント用の電源を配設させる必要もなく、熱電子放出型電子源をＸ線源に用いた場合に比べ、装置全体が大型化するのを防止することができ、Ｘ線源１の小型化を図ることができる。
【００８６】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
【００８７】
本実施形態では、電界放出型電子源１７から放出された電子を電界で加速して円盤状回転陽極１４に入射させることで、高エネルギーの電子を発生させ、最終的に高エネルギーＸ線として検出させたが、更に高エネルギーのＸ線として検出するために、必要に応じて電界放出型電子源１７にコレクタ電極１７５を設ける構成としてもよい。コレクタ電極１７５は、今回のように高エネルギー（数十〜百数十ｋｅＶ）に電子が加速される場合に配設されることが好ましいものであり、この場合、コレクタ電極１７５は、図４に示すように表面電極１７４から所定の間隙を有するように配置させるとともに、前述の表面電極１７４よりも高電位となるように該コレクタ電極１７５に対して電圧Ｖｃを印加させればよく、印加される電圧Ｖｃとしては、３０〜２００Ｖであることが好ましい。
【００８８】
また、この他、ドリフト層１７３を例えば１００〜１００００層にするなど、ドリフト層の層数を増やす構成としてもよいし、ドリフト層１７３の下面電極１７２と表面電極１７４との間の電圧（電圧Ｖｅ）を１００〜２００Ｖにするなど、電圧Ｖｅを高くする構成としてもよい。また、ドリフト層１７３の表面電極１７４の露出面に逆スパッタ防止用の表面保護膜を設けてもよい。
【００８９】
また、本実施形態では、陽極として円盤状回転陽極１４を用いたが、円盤状回転陽極１４の代わりに、図５に示すような固定陽極４０を用いる構成としてもよい。この場合においても、固定陽極４０が電界放出型電子源１７と所定の角度で対向するように、電界放出型電子源１７の電子放出面に対向する固定陽極４０の表面を一定の角度で傾斜して形成されたターゲット層４１を形成させればよい。
このように固定陽極４０を形成させることで、電界放出型電子源１７から放出された電子はターゲット層４１に衝突して、衝突面からＸ線１９が放出された後、該Ｘ線１９が、Ｘ線出力窓１８を通して外部に取り出され、被照射物を透過することで、検出器にて被照射物のＸ線像を検出することが可能となる。その際、電界放出型電子源１７から放出された電子は常にターゲット層４１の同じ位置に入射されるため、円盤状回転陽極１４と比べて固定陽極４０を小型化させることができ、該陽極を備えるＸ線源自体を小型化させることができる。その結果、固定陽極４０を備えたＸ線源を作業ラインの一工程としてラインに組み込むことができ、該Ｘ線源を非破壊検査に使用させる際等、作業ラインの効率を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係るＸ線源の概略構成図である。
【図２】図１のＸ線源に用いた電界放出型電子源の概略構成図である。
【図３】図２の電界放出型電子源を製造する際に、使用する容量結合型のプラズマ処理装置の概略説明図である。
【図４】本発明に係るＸ線源にコレクタ電極を備えた電界放出型電子源の概略構成図である。
【図５】本発明に係るＸ線源の構成図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  Ｘ線源
１１  真空外囲器
１２  回転機構
１３  回転シャフト
１４  円盤状回転陽極
１５、４１  ターゲット層
１６  陰極支持体
１７  電界放出型電子源
１７１  支持基板
１７２  下面電極
１７３  ドリフト層
１７３ａ  半導体層
１７３ｂ  絶縁体層
１７４  表面電極
１７５  コレクタ電極
１８  Ｘ線出力窓
１９  Ｘ線
２０  高圧電源
３０  プラズマ処理装置
３１  上部電極
３２  下部電極
３３  基材
３４  ガス供給装置
３５  ガス流路
３６  第１電源
３７  第２電源
４０  固定陽極
Ｖｅ、Ｖｃ  電圧
【図１】
2007103015.tif 000003
【図２】
2007103015.tif 000004
【図３】
2007103015.tif 000005
【図４】
2007103015.tif 000006
【図５】
2007103015.tif 000007