碳纳米管冷阴极微焦点x射线管的设计与制备

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目碳纳米管冷阴极微焦点X射线管的设计与制备学科专业光学工程学号201521050524作者姓名吴庆阳指导教师陈泽祥教授分类号密级注1UDC学位论文碳纳米管冷阴极微焦点X射线管的设计与制备（题名和副题名）吴庆阳（作者姓名）指导教师陈泽祥教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2018.4论文答辩日期2018.5学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会

2、主席饶海波评阅人饶海波尹伊注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DesignandFabricationofCarbonNanotubeColdCathodeMicrofocusX-RayTubeAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:OpticalEngineeringAuthor:QingyangWuSupervisor:Prof.ZexiangChenSchool:SchoolofOptoelectronicScience

3、andEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部

4、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要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

5、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

6、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80.9A/cm2。（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

7、物体成像。关键词：碳纳米管，微焦点X射线管，场致发射，MPECVD，仿真设计IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,therehaveinvolvedthedemandformicro-sizeimaging,suchasX-raymicroscopicanalysisandmanipulationofbiologicalcells,thenon-destructivetestingofmateriallattices.Ithasbeendifficulttomeetthesereq

8、uirementsforgeneralfocalsp