[发明专利]一体化X射线源

说明书

本文公开了一种X射线源，包括：在第一衬底的凹部中的阴极；所述凹部的侧壁上的对电极，其被配置为引起电子从所述阴极的场发射；以及金属阳极，其被配置为接收从所述阴极发射的电子并从电子在所述金属阳极上的碰撞发射X射线。

技术领域

本发明涉及集成在芯片上的X射线源。

背景技术

X射线萤光法（XRF）是从诸如暴露于高能X射线或伽马射线的材料激发出的特征萤光X射线。如果原子暴露于具有大于电子电离势的光子能量的X射线或伽马射线，那么该原子内层轨道上的电子可被逐出，从而在内层轨道上留下空位。当原子外层轨道上的电子弛豫来填充内层轨道上的空位时，发射了X射线（萤光X射线或二次X射线）。所发射的X射线具有等于外层轨道与内层轨道电子之间能差的光子能量。

对于给定原子，可能弛豫的数量受到限制。如在图1A中示出的，当L轨道上的电子弛豫填充K轨道上的空位（L→K）时，萤光X射线叫作Kα。来自M→K弛豫的萤光X射线叫作Kβ。如在图1B中示出的，来自M→L弛豫的萤光X射线叫作Lα，等等。

分析萤光X射线谱可以识别样品中的元素，因为每个元素具有特征能量轨道。萤光X射线可以通过对光子能量分类（能量色散分析）或通过分离萤光X射线的波长（波长色散分析）来分析。每个特征能量峰的强度直接与样品中每个元素的含量有关。

比例计数器或各种类型的固态检测器（PIN二极管、Si（Li）、Ge（Li）、硅漂移检测器SDD）可在能量色散分析中使用。这些检测器基于相同原理：入射X射线光子使大量检测器原子电离，其中产生的载流子数量与入射X射线光子的能量成比例。收集载流子且对它们计数以确定入射X射线光子的能量，并且对下一个入射X射线光子重复该过程。在检测到许多X射线光子后，可通过对X射线光子数目（作为它们能量的函数）计数来编制光谱。由于一个入射X射线光子产生的载流子必须在下一个入射X射线光子撞击检测器之前被收集，因此这些检测器的速度受到限制。

波长色散分析典型地使用光电倍增器。单波长的X射线光子从入射X射线单色器选择并送入光电倍增器。当各个X射线光子通过光电倍增器时，光电倍增管对其计数。计数器是包含可被X射线光子电离的气体的腔室。相对于导电腔壁，中心电极（典型地）以+1700V充电，并且每个X射线光子触发跨越该场域的脉冲式级联电流。信号被放大并且变换成累积数字计数。这些计数用于确定具有所选单波长的X射线强度。

发明内容

本发明公开了一种X射线源，包括：在第一衬底的凹部中的阴极；所述凹部的侧壁上的对电极，被配置为引起电子从阴极的场发射;以及金属阳极，其被配置为接收从所述阴极发射的电子，并从所述电子在金属阳极上的撞击发射X射线。

根据实施例，所述阴极包括多个碳纳米管。

根据实施例，所述对电极是围绕所述侧壁的连续环或点线环。

根据实施例，所述X射线源还包括在所述对电极和所述金属阳极之间的屏蔽电极，屏蔽电极被配置为排斥来自金属阳极的电子。

根据实施例，所述屏蔽电极是围绕所述侧壁的连续环或点线环。

根据实施例，第一衬底包括硅或氧化硅。

根据实施例，金属阳极包括一种或多种金属，其选自包含钨、钼、铼、铜及其组合的组群。

根据实施例，所述X射线源还包括结合到第一衬底的第二衬底，其中所述第二衬底覆盖所述凹部。

根据实施例，金属阳极由第二衬底支持。

根据实施例，金属阳极位于第二衬底的面对阴极的一侧上。

根据实施例，阴极包括碳纳米管阵列。