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나노 카본을 이용한 전계방출 디지털 엑스선원과 응용 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.13 no.4, 2012년, pp.14 - 21  

송윤호 (ETRI 창의연구본부 나노전자원창의연구실)

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대상 데이터

  • [그림 8]은 ETRI가 개발한 완전 진공 밀봉된 전계방출 엑스선 튜브로, 지름 6mm, 길이 33mm로 소형(miniature) 형태로 제작되었다. 엑스선 튜브내의 CNT 전계 에미터는 전자 집속 기능을 가지는 게이트 전극(Focusing-Functional Gate: FFG)을 가지고 있는데, 이 FFG는 전계방출을 유도할 뿐만 아니라 세라믹 내벽에서의 전하 축적을 억제하고 또한 포털 스폿을 줄이는 역할을 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CNT와 같은 나노 카본을 전자 소스로 활용한 대표적인 응용에는 어떠한 것들이 있는가? 이에 따라 고 종횡비의 나노 카본에 전압을 인가하면 카본 끝단에 높은 전기장이 유도되고 이에 대응하여 전자의 양자역학적인 터널링이 매우 쉽게 일어나기 때문에 나노 카본을 고성능 전자원(electron source)으로 활용할 수 있다. CNT와 같은 나노 카본을 전자 소스로 활용한 대표적인 응용은 전계방출 디스플레이(field emission display)[1-2], 전계방출 램프(field emission lamp)[3-9], 전계방출 엑스선원(field emission x-ray source)[10-16] 등이며, 현재 이를 상용화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
나노 카본이 갖는 구조적 특징은? 카본 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube)와 같은 나노 카본은 그 직경이 수nm이면서 길이는 수~수십μm로 일반적인 반도체 공정으로는 구현하기 어려운 고 종횡비(aspect ratio)의 구조적 특징을 가진다. 이에 따라 고 종횡비의 나노 카본에 전압을 인가하면 카본 끝단에 높은 전기장이 유도되고 이에 대응하여 전자의 양자역학적인 터널링이 매우 쉽게 일어나기 때문에 나노 카본을 고성능 전자원(electron source)으로 활용할 수 있다.
전계방출 엑스선원에 적합한 전계 에미터의 구조는? 전계방출 엑스선원은 전계 에미터로 이루어진 캐소드와 열 방출 홀더와 금속 타겟으로 이루어진 아노드, 전계 에미터로부터 방출된 전자빔을 아노드 타겟에 집속하는 집속 렌즈 등이 진공 밀봉된 형태로 구성된다. 엑스선원에 사용될 전계 에미터는 2극형보다는 엑스선의 세기와 에너지 분리가 용이하고 전계방출 전류를 쉽게 제어할 수 있는 게이트 전극을 가진 3극형 구조가 바람직하다. 현재까지 보고된 대부분의 전계방출 엑스선원은 터보 분자 펌프(turbo molecular pump) 또는 이온 펌프(ion pump)가 달린 고진공 챔버내에서 제작되었으나, 최근 한국전자통신연구원(ETRI)에서는 세라믹/금속 브레이징(brazing) 공정을 개발하여 완전 진공 밀봉된 전계방출 엑스선원을 성공적으로 동작시키는 등 기술 혁신이 빠르게 진행되고 있다.
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참고문헌 (16)

  1. W. B. Choi, D. S. Chung, J. H. Kang, H. Y. Kim, Y. W. Jin, I. T. Han, Y. H. Lee, J. E. Jung, N. S. Lee, G. S. Park, and J. M. Kim, Appl Phys. Lett. 75, 3129 (1999). 

  2. J. Dijon, A. Fournier, M. Levis, R. Meyer, C. Bridoux, B. Montmayeul, F. Muller, P. Nicolas, D. Sarrasin, J. R. Adamski, J. L. Bellanger, D. Bellissens, M. Lefort, and J. L. Ricaud, SID Symposium Digest 38 , pp. 1313-1316 (2007). 

  3. J.-W. Jeong, D.-J. Kim, J.-T. Kang, J.-S. Kim, and Y.-H. Song, Proc. of the 14th International Display Workshops 2007 , 2189 (2007). 

  4. Y. C. Choi, J. W. Lee, S. K. Lee, M. S. Kang, C. S. Lee, K. W. Jung, J. H. Lim, J. W. Moon, M. I. Hwang, I. H. Kim, Y. H. Kim, B. G. Lee, H. R. Seon, S. J. Lee, J. H. Park, Y. C. Kim, and H. S. Kim, Nanotechnology 19, 235306 (2008). 

  5. J.-W. Jeong, D.-I. Kim, J.-T. Kang, J.-S. Kim, and Y.-H. Song, Proc. of the 15th International Display Workshops 2008 , 2019 (2008). 

  6. J.-W. Jeong, D.-I Kim, J.-T. Kang, J.-W. Kim, and Y.-H. Song, International Meeting on Information Display Digest 2009 , 148 (2009). 

  7. J.-W. Jeong, D.-J. Kim, K.-I. Cho, and Y.-H. Song, J. Vac. Sci. Technol. B27, pp.1097-1100 (2009) 

  8. Y.-H. Song, D.-I Kim, J.-T. Kang, J.-W. Kim, and J.-W. Jeong, Proc. of the 16th International Display Workshops 2009 , 1455 (2009). 

  9. Y.-H. Song, J.-W. Jeong, D.-J. Kim, CNT-Based FEL for BLU in LCD,In: Y. Saito, editor. Carbon nanotube and related field emitters: Fundamentals and applications: Wiley-VCH; 2010, p. 343-371. 

  10. A. Haga, S. Senda, Y. Sakai, Y. Mizuta, S. Kita, F.Okuyama, Appl. Phys. Lett., 84, 2208 (2004). 

  11. T. Nakazato, M. Nakanishi, S. Kita, F. Okuyama, Y. Shibamoto, T. Otuka, Radiat. Res., 48, 153 (2007). 

  12. F. Okuyama, Miniature X-ray Tubes, In: Y. Saito, editor. Carbon nanotube and related field emitters: Fundamentals and applications: Wiley-VCH; 2010, p. 3-14. 

  13. S. Wang, X. Calderon, R. Peng, E. C. Schreiber, O. Zhou, S. Chang, Appl. Phys. Lett., 98, 213701 (2011). 

  14. X. Qian, R. Rajaram, X. Calderon-Colon, G. Yang, T. Phan, D. S. Lalush, J. Lu, O. Zhou, Med. Phys. 36, 4389(2009). 

  15. A.Tucker, X. Qian, E. Gidcumb, D. Spronk, F. Sprenger, J. Kuo, S. Ng, J. Lu, O.Zhou, SPIE2012, 2012. 

  16. O. Zhou, X. Calderon-Colon, Carbon nanotube-based field emission X-ray technology, In: Y. Saito, editor. Carbon nanotube and related field emitters: Fundamentals and applications: Wiley-VCH; 2010, p. 417-437. 

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