Messverfahren, die auf Röntgenstrahlung basieren, sind ein wichtiges Instrument für die zerstörungsfreie Materialanalyse und auch für medizinische Diagnosen. Zur Erzeugung der Röntgenstrahlung wurden in bisherigen Systemen thermische Elektronenquellen eingesetzt.
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, eine auf Siliziumfeldemittern basierende miniaturisierte Röntgenquelle zu entwickeln, bei der Feldemissionsströme im Dauerbetrieb zwischen mindestens 10 μA bis idealerweise 100 μA, einer Lebensdauer von mindestens 2000 Stunden und einer Stabilität des Emissionsstroms besser als 2 % erreicht werden sollen.
rechts: Aufbau des Demonstrators der Röntgenquelle mit Feldemissionskathodenchip (a); eingebaut in die Elektronenoptik (b, c); komplett aufgebaute Röntgenquelle (d, e) (Quelle: KETEK GmbH)
Ausgehend von Black-Silicon- Feldemissionskathoden (Bild links, b-Si reference) wurden im Projekt neuartige Silizium-Nanowire-Emitterstrukturen entwickelt (Bild links, new geometrie), die um ein Vielfaches höhere Emissionsströme bis in den mA-Bereich ermöglichen. Diese wurden in eine miniaturisierte Röntgenquelle integriert. Die Teilschritte des Aufbaus sind in Abbildung rechts (komplett aufgebaute Röntgenquelle mit 1 Befestigungsflansch, 2 Anodenposition, 3 Keramikröhrchen, 4-6 elektrische Kontaktierungen, 7 Röntgenaustrittsfenster) dargestellt. Die Transmissionsanode des Demonstrators besteht aus einer 100 μm Kohlenstoffmembran mit einer 750 nm Silberbeschichtung als Röntgentarget. Dadurch konnte das toxische und teure Beryllium ersetzt werden. Es wurden der Kathoden- und Gitterstrom sowie die Photonenzählrate gemessen und damit die Funktionsfähigkeit des Aufbaus erfolgreich demonstriert.
