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아노다이징에 의해 제조된 텅스텐 캐소드 구조 및 그 제작방법

글쓴이 : Riushop 날짜 : 2016-05-09 (월) 09:51 조회 : 973

본 발명은 해상도에 영향을 미치는 전자 방사특성의 직진성이 보다 향상되도록 텅스텐 캐소드가 단일방향의 배향성을 가지되 단면이 평탄화되도록 아노다이징에 의해 제조된 텅스텐 캐소드 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

 

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기술분야


본 발명은 텅스텐 캐소드 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상도에 영향을 미치는 전자 방사특성의 직진성이 보다 향상되도록 텅스텐 캐소드가 단일방향의 배향성을 가지되 단면이 평탄화되도록 아노다이징에 의해 제조된 텅스텐 캐소드 및 그 제작 방법에 관한 것이다.


배경기술


일반적으로 전자총의 전자 방출원인 음극구조체는 열에너지에 의해 열전자를 방출하는 것으로서, 간접가열방식에 의한 방열형과 직접 가열 방식에 의한 직열형으로 구분된다.
방열형 음극은 필라멘트와 열전자 방출물질 즉, 전자 방출부가 분리되어 있는 형태이며, 직열형 음극은 필라멘트와 전자방출부가 직접 접촉되어 있는 구조이다.
직열형 음극은 필라멘트에 직접적으로 전자방출물질이 도포되거나 전자방출 물질이 함침된 음극기체가 필라멘트에 직접결합된 구조를 가진다.
그리고 방열형 음극은 대량의 열전자를 요구하는 전자총에 적용되는 것으로, 그 구조적인 특성에 따라 산화물 음극체와 디스펜스 음극체로 구분된다.
이러한 방열형 음극으로 사용되는 산화물 음극체로 널리 사용되는 것 중 하나가 텅스텐 캐소드(W Cathode)로써 통상 그 단부가 침상으로 형성되어 있다.
이러한 텅스텐 캐소드는 가해지는 전압과 전류에 의해 단부에서 열전자가 방사되고, 이러한 방사되는 열전자는 단부인 침상구조체의 형상에 의해 영향을 받게 된다.
즉, 단부는 평편한 평면이 아니라 구형 또는 반구형을 이루므로 단부에서 나오는 열전자는 구형 또는 반구형의 표면에서 동시 다발적으로 일방향이 아닌 다방향으로 방사된다.
즉, 단부에서 발생되는 열전자는 침상 끝 단부의 구조에 의해 여러 방향으로 방사되고 이에 따라 효율이 저하될 뿐만 아니라 고해상도를 위하여 더욱 많은 열전자 발생을 위하여 고전압이 요구되어 사용수명이 짧아지는 문제점이 있다.
따라서 열전자를 일방향으로 직진성을 가지는 텅스텐 캐소드를 개발하기 위한 많은 노력들이 이루어지고 있으나, 현재 만족스런 결과물이 나오고 있지 않다.


문제점


따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 아노다아징에 의한 산화처리로 나노튜브 구조를 가지고 그 단부면이 평탄한 면을 가지도록 하여 방출되는 열전자가 직진성을 가지도록 하는 텅스텐 캐소드 구조 및 그 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.


해결과제


먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명의 일면에 따른 텅스텐 캐소드는, SUS 기판 상에 형성된 텅스텐(W) 나노튜브(nanotube) 어레이를 포함하되, 텅스텐(W) 나노튜브들의 측면 전체와 텅스텐(W) 나노튜브들 사이의 SUS 상에 아노다이징된 텅스텐이 형성되어 있으며, 텅스텐(W) 나노튜브들의 각 상부면은 아노다이징되지 않은 면으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 텅스텐(W) 나노튜브들의 측면을 제외한 상기 텅스텐(W) 나노튜브들의 각 상부의 평탄면에서만 열전자를 방출하여 방출되는 열전자가 직진성을 가지도록 하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 텅스텐 캐소드의 제작 방법은, 일정 크기의 SUS 상의 전면에 텅스텐(W)과 알루미늄(Al)을 일정 두께로 차례로 형성한 기판 상에 마스크를 이용해 PR 패턴을 형성하는 단계; 상기 PR 패턴이 형성된 기판 상에 아노다이징 보호막(예, 폴리우레탄, 또는 Pitch 등)을 형성한 후 상기 PR 패턴 상의 아노다이징 보호막을 제거하고 상기 PR 패턴을 제거하는 단계; 상기 PR 패턴 상의 아노다이징 보호막과 상기 PR 패턴을 제거한 기판을 아노다이징하여 텅스텐(W) 나노튜브 어레이를 형성하는 단계; 및 상기 텅스텐(W) 나노튜브 어레이의 상부면에 남아있는 알루미늄을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 텅스텐(W) 나노튜브 어레이를 형성하는 단계에서, 상기 아노다이징에 의해 상기 알루미늄의 층과 상기 텅스텐(W)의 층을 관통하여 SUS까지 산화 에칭되도록 하여, 텅스텐(W) 나노튜브들 각각의 측면 전체와 텅스텐(W) 나노튜브들 사이의 SUS 상에 아노다이징된 텅스텐이 형성되며, 각 튜브 상부면은 알루미늄이 남아 있게 된 것을 특징으로 한다.
상기 아노다이징 보호막의 형성 시에 수성 보호막액을 붓으로 칠하는 방식을 이용할 수 있다.


효과


본 발명에 따른 아노다아징에 의한 산화처리로 나노튜브 구조를 가지고 그 단부면이 평탄한 면을 가지는 텅스텐 캐소드 구조에 의해, 단부에서 방출되는 열전자가 직진성을 가지도록 할 수 있고, 이에 따라 낮은 전압에서도 고 해상도의 열전자 방출이 가능하도록 효율을 높일 수 있으며, 사용수명도 길게 할 수 있는 효과가 있다.

 

본고는 한국전기연구원 최해영, 이원재의 발표자료를 요약한 것이다.


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