[发明专利]用于聚焦场发射的碳纳米管阵列

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月17日递交的印度专利申请序列号No.1945/CHE/2009的优先权，通过参考将其全部内容结合于此。本申请还要求2009年11月18日递交的美国专利申请序列号No.12/620,990的优先权。

技术领域

本申请主要涉及用于聚焦场发射的碳纳米管阵列。

背景技术

小型化产品在医疗领域正变得逐渐占主流地位。具有较小的部件的好处包括容易移动、封装和运动费用减少，功耗减少，与热变形和震动相关的问题较少。考虑到这些优点，系统和装置和小型化正变为活跃的研究领域。在过去的十年中，在开发用于开发较小的生物医学装置的新制造技术和材料方面已经取得了巨大的进展。可以提供装置的本质上的小型化的一种有前途的研究领域涉及碳纳米管的使用。

碳纳米管在小型封装方面展现了令人难忘的结构、机械和电性能，包括较高的强度和较高的导电性和导热性。碳纳米管本质上是碳原子的六边形网络，并且被认为是卷成圆筒形形状的石墨层。

用于制造碳纳米管的技术包括1)碳电弧放电技术，2)激光烧蚀技术，3)化学汽相沉积(CVD)技术，以及4)高压一氧化碳技术。

在碳纳米管出现之前，产生X射线的传统方法包括在被加热至极高温度时用作电子源的金属丝(阴极)的使用。从被加热的金属丝发射的电子随后再次轰击金属靶(阳极)以产生X射线。

然而，研究已经表明，与热离子发射相比，场发射是引出电子的更好的机制。在场发射中，以室温发射电子，并且输出电流是电压可控的。此外，用于电子发射所需的电压降低。

发明内容

根据一种实施例，一种场发射装置包括阴极，该阴极由基底和以可变高度分布设置在基底上的碳纳米管阵列构成，其中所述可变高度分布包括从所述可变高度分布的边缘到中心的递增。所述可变高度分布具有从所述可变高度分布的边缘到中心的线性递增。该场发射装置还可以包括侧栅极，所述侧栅极以部分重叠的方式邻近所述碳纳米管阵列设置，使得所述侧栅极的至少一部分存在于与所述碳纳米管阵列的至少一部分相同的平面中。所述侧栅极可以圆周地围绕所述碳纳米管阵列。为了用在X射线成像器或剂量给予装置中，该场发射装置还可以包括设置在所述阴极和所述碳纳米管阵列上方的X射线板，其中X射线板由在由从所述碳纳米管阵列发射的电子轰击时产生X射线的材料构成。

在另一种实施例中，一种成像装置可以包括像素阵列，

每个像素包括场发射装置，每个场发射装置包括阴极，该阴极具有基底和以可变高度分布设置在所述基底上的碳纳米管阵列。

在又一种实施例中，一种聚焦场发射装置中的场发射方法，包括在设置在阴极基底上的碳纳米管阵列上供给电压的步骤，其中所述碳纳米管阵列被构造为具有尖角高度分布，其中可变高度分布从所述可变高度分布的边缘到中心递增。

在另一种实施例中，一种聚焦场发射装置中的场发射的方法，包括在设置在阴极基底上的碳纳米管阵列上供给电压的步骤，其中碳纳米管阵列构造为使得碳纳米管的平均高度从阴极基底的圆周位置向阴极基底的中心位置增加，碳纳米管的最大平均高度出现在阴极基底的大致中心。

前述概述仅是说明性的且不是限制性的。除了上述说明性的方面、实施例和特征，通过参考附图和接下来的详细描述，其它方面、实施例和特征将变得明显。

附图说明

图1为根据本公开内容的一种实施例的包括场致发射阴极的X射线发射源装置的透视图。

图2为根据本公开内容的另一种实施例的包括场致发射阴极的X射线发射源装置的透视图。

图3为示出围绕如图1的实施例中那样排列的碳纳米管尖端的电场的聚集的等高线图。

图4为图示在650V的直流电压为碳纳米管的变化的直径模拟的场发射电流历程的曲线图。

图5为图示在650V的直流电压为邻近碳纳米管之间的变化的间距模拟的场发射电流历程的曲线图。

图6(a)为用于根据本发明的示例性实施例的高度分布的在t＝50s的场发射处碳纳米管阵列的初始和偏离形状的模拟曲线图。

图6(b)为用于比较例的随机高度分布的在t＝50s的场发射处碳纳米管阵列的初始和偏离形状的模拟曲线图。

图7(a)为图示用于根据本公开内容的示例性实施例的高度分布的在t＝50s的场发射处100个碳纳米管的阵列中的碳纳米管的模拟尖端偏转角的曲线图。

图7(b)为图示用于比较例的随机配置的在t＝50s的场发射处100个碳纳米管的阵列中的碳纳米管的模拟尖端偏转角的曲线图。