JP4783239B2 - Electron emitter material and electron emission application device - Google Patents

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Description

本発明は、耐久性に優れ、かつ大電流の電界電子放出が可能な電子エミッタ材料および電子放出応用装置に関するものである。   The present invention relates to an electron emitter material and an electron emission application device that are excellent in durability and capable of emitting field electrons with a large current.

電子の電界放出を応用した製品として、X線分析装置を例にとって以下説明する。高電圧で加速された電子を金属ターゲットに衝突させることによりX線が発生するが、X線分析装置の電子放出源としては、タングステン(W)フィラメントを1800〜2000℃に加熱して発生する熱電子を利用する方式が最も簡易である。しかしながら、この方式ではフィラメントの加熱に大きな電力を要し、熱電子発生効率が低い上、フィラメント周辺部を冷却する必要があるため、装置構成が大きくならざるを得ないという問題点がある。   As a product to which electron field emission is applied, an X-ray analyzer will be described as an example. X-rays are generated when electrons accelerated by a high voltage collide with a metal target. As an electron emission source of an X-ray analyzer, heat generated by heating a tungsten (W) filament to 1800 to 2000 ° C. The method using electrons is the simplest. However, this method requires a large amount of power to heat the filament, has low thermoelectron generation efficiency, and requires cooling of the periphery of the filament, resulting in a problem that the apparatus configuration must be large.

このような問題点を回避するために、酸化タングステン等のように比較的低い温度で熱電子を発生する材料を直接フィラメントにコーティングして発熱させる直熱型や、このような材料を別のフィラメントで加熱する傍熱型の方式として用いることによって、使用温度を約800℃と低くすることが出来るが、長期間の使用において材料の劣化が問題となる。   In order to avoid such problems, a direct heating type in which a material that generates thermoelectrons at a relatively low temperature such as tungsten oxide is directly coated on the filament to generate heat, or such a material is used as another filament. The use temperature can be reduced to about 800 ° C. by using it as an indirectly heated system that heats at a low temperature, but deterioration of the material becomes a problem in long-term use.

これに対し、タングステン(W)やランタンボライド(LaB)等の先鋭なフィラメントを用いた方式においては、このフィラメントに数kVの電圧を印加すると、その先端に10V・cm程度の強電界が発生し、電子の電界放出が起こる。しかし、この方式では、残留ガスの吸着による特性劣化を防ぐために10−8 Pa以上の超高真空を維持する必要があり、更に、100mA以下の電流しか電子の安定的な放出を得られないという問題点がある。 On the other hand, in a method using a sharp filament such as tungsten (W) or lanthanum boride (LaB 6 ), when a voltage of several kV is applied to this filament, a strong force of about 10 7 V · cm is applied to the tip. An electric field is generated, and electron field emission occurs. However, in this method, it is necessary to maintain an ultrahigh vacuum of 10 −8 Pa or more in order to prevent characteristic deterioration due to adsorption of residual gas, and furthermore, only a current of 100 mA or less can obtain stable emission of electrons. There is a problem.

以下、従来例に係る電子放出技術を、図9〜11を参照しながら説明する。図9は従来技術1を示す模式図、図10は従来技術2を示す模式図、図11は従来技術3を示す模式図である。先ず、図9は、電子源より放出された電子をターゲットに照射する方式の一例を示したものである(従来技術1)。   Hereinafter, an electron emission technique according to a conventional example will be described with reference to FIGS. 9 is a schematic diagram showing the prior art 1, FIG. 10 is a schematic diagram showing the prior art 2, and FIG. 11 is a schematic diagram showing the prior art 3. First, FIG. 9 shows an example of a method of irradiating a target with electrons emitted from an electron source (prior art 1).

この従来技術1によれば、フィラメント型の電子源21から発生する電子22をウエネルト型の電極23で引出し、ターゲット24に照射する。電子エネルギーの制御には加速電圧Eを変え、また放出電流を制御するためにはフィラメント電圧Eによりフィラメント温度を変える。ウエネルト型の電極電位は通常はフィラメントと同じに設定するが、負電位を印加することにより、ある程度は電子ビーム22を絞ることが出来る(例えば、特許文献1参照)。 According to this prior art 1, electrons 22 generated from a filament type electron source 21 are extracted by a Wehnelt type electrode 23 and irradiated to a target 24. The control of the electron energy changes the acceleration voltage E a, also changing the filament temperature by the filament voltage E f in order to control the emission current. The Wehnelt-type electrode potential is normally set to be the same as that of the filament, but the electron beam 22 can be narrowed to some extent by applying a negative potential (see, for example, Patent Document 1).

図10は、従来技術2を示し、ウエネルト型の電極23とターゲット24の間にグリッド25を設け、グリッド電位Eを変えることにより電流制御を行なう例である(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、前記従来技術1や従来技術2の方式では、電流がせいぜい100μA程度しか得られないという問題がある。 Figure 10 is conventionally indicates art 2, the grid 25 provided between the Wehnelt type electrode 23 and the target 24, an example of performing current control by changing the grid potential E g (e.g., see Patent Document 1). However, the methods of the prior art 1 and the prior art 2 have a problem that a current of only about 100 μA can be obtained.

また、タングステン(W)やランタンボライド(LaB)のフィラメント表面が酸化されたりガスが吸着するなどして、電界電子放出効率が低下するという問題がある。更に、前記電子源材料自体の寿命が短かいため、頻繁にクリーニングしたり、電子源材料を交換しなければならないという問題もある。 In addition, there is a problem in that field electron emission efficiency is lowered due to oxidation of the filament surface of tungsten (W) or lanthanum boride (LaB 6 ) or adsorption of gas. Furthermore, since the lifetime of the electron source material itself is short, there is a problem that the electron source material must be frequently cleaned or replaced.

さて、ダイヤモンドは「負の電子親和力(Negative Electron Affinity:NEA)」という電子特性を有しており、金属などと比較して低電界で電子放出が起こることが知られており、多くの研究開発がなされている。   Diamond has an electronic property called “Negative Electron Affinity (NEA)”, and it is known that electron emission occurs in a low electric field compared to metals. Has been made.

図11は、このようなダイヤモンドを用いた微小電子源の一例を示したものである(従来技術3)。この従来技術3によれば、カソードである突起加工したダイヤモンド膜27に、電源30により負電圧Uを印加すると電子放出が生じ、アノード金属26に衝突してX線が発生する(非特許文献1参照)。このような構造では、微小な電子放出は得られるが、電圧Uを高くすると電流がダイヤモンド突起先端に集中し、発熱のため突起先端が破壊され電子放出効率が低下する。
特開2003−36805号公報 P. Rangsten et al, "Field-emitting structures intended for a miniature X-ray source”, Sensors and Actuators, Vol. 82, pp. 24-29 (2000)
FIG. 11 shows an example of such a micro electron source using diamond (prior art 3). According to this prior art 3, when a negative voltage U is applied from a power source 30 to a diamond film 27 that has been processed to be a cathode, electron emission occurs and an X-ray is generated by colliding with the anode metal 26 (Non-Patent Document 1). reference). With such a structure, minute electron emission can be obtained, but when the voltage U is increased, the current is concentrated on the tip of the diamond projection, and the tip of the projection is destroyed due to heat generation, and the electron emission efficiency is lowered.
JP 2003-36805 A P. Rangsten et al, "Field-emitting structures intended for a miniature X-ray source", Sensors and Actuators, Vol. 82, pp. 24-29 (2000)

上記従来技術1〜3で説明したように、これまでは、ダイヤモンドを用いて微細加工により先鋭なチップを作製し、低電界で電子放出を生じさせる研究開発が殆どであった。しかしながら、工業的な観点からは、10kV程度の電源は低価格であり、低電界で電子放出させる格段の理由はない。むしろ、高電圧を印加して、大電流が引出せ、しかも電子源の耐久性が優れていることが要求される。   As described in the prior arts 1 to 3 above, until now, most of research and development has been to produce a sharp tip by fine processing using diamond and generate electron emission in a low electric field. However, from an industrial point of view, a power supply of about 10 kV is inexpensive and there is no particular reason for emitting electrons in a low electric field. Rather, it is required that a large current can be drawn by applying a high voltage and that the durability of the electron source is excellent.

従って、上述したようなダイヤモンドの特異な物性を活用しつつ、新たな電子源の材料を見出すことが当面の最大の課題である。本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであって、耐久性に優れ、かつ大電流の電界電子放出が可能な電子エミッタ材料、およびこのような電子エミッタ材料を用いた電子放出応用装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, finding the new electron source material while making use of the unique physical properties of diamond as described above is the greatest challenge for the time being. The present invention has been made in view of the above problems, and provides an electron emitter material that is excellent in durability and capable of field electron emission of a large current, and an electron emission application device using such an electron emitter material. It is intended to provide.

前記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着(CVD)処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the electron emitter material according to claim 1 of the present invention employs a method in which diamond powder is adsorbed on the surface of a carbon foam and then the chemical vapor deposition (CVD) process is used to form the carbon. It is characterized by growing diamond on the foam.

本発明の請求項2に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項1に記載の電子エミッタ材料において、前記ダイヤモンド粉末がナノダイヤ粉末であることを特徴とするものである。   The means employed by the electron emitter material according to claim 2 of the present invention is characterized in that in the electron emitter material according to claim 1, the diamond powder is nanodiamond powder.

本発明の請求項3に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項1または2に記載の電子エミッタ材料において、前記ダイヤモンドが、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されていることを特徴とするものである。   The electron emitter material according to claim 3 of the present invention employs the electron emitter material according to claim 1 or 2, wherein the diamond is a continuous diamond film, a discontinuous diamond film or a diamond particle. As fixed on the carbon foam.

本発明の請求項4に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項3に記載のエミッタ材料において、前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径が0.1〜5μmであることを特徴とするものである。   The means employed by the electron emitter material according to claim 4 of the present invention is the emitter material according to claim 3, characterized in that the diamond film thickness or particle diameter is 0.1 to 5 μm. It is.

本発明の請求項5に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項1乃至4の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料において、前記ダイヤモンドが、アンドープダイヤモンドまたはホウ素(B)ドープダイヤモンド、燐(P)ドープダイヤモンド若しくは硫黄(S)ドープダイヤモンドであることを特徴とするものである。 The means employed by the electron emitter material according to claim 5 of the present invention is the electron emitter material according to any one of claims 1 to 4, wherein the diamond is undoped diamond or boron (B) doped diamond. , Phosphorus (P) -doped diamond or sulfur (S) -doped diamond .

本発明の請求項6に係る電子放出応用装置が採用した手段は、前記請求項1乃至5の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したことを特徴とするものである。   The means employed by the electron emission application apparatus according to claim 6 of the present invention is that a grid electrode for electron extraction is installed on the front surface of the electron emitter material according to any one of claims 1 to 5. It is a feature.

本発明の請求項7に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項6に記載の電子放出応用装置において、前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有することを特徴とするものである。   The means employed by the electron emission application apparatus according to claim 7 of the present invention is the electron emission application apparatus according to claim 6, wherein the electron extraction grid electrode is any one of a planar shape, a concave shape and a convex shape. It has the shape which combined these, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の請求項8に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項6または7に記載の電子放出応用装置において、前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属に衝突させ、X線を発生させるX線源となしたことを特徴とするものである。   The means employed by the electron emission application apparatus according to claim 8 of the present invention is the electron emission application apparatus according to claim 6 or 7, wherein the electron emitted from the electron emitter material is collided with a metal, and X-rays are emitted. The X-ray source is generated.

本発明の請求項9に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項6または7に記載の電子放出応用装置において、前記電子エミッタ材料から放出された電子を蛍光体に衝突させ、光を発生させる光源となしたことを特徴とするものである。   Means employed by the electron emission application apparatus according to claim 9 of the present invention is the electron emission application apparatus according to claim 6 or 7, wherein the electrons emitted from the electron emitter material collide with the phosphor, and light is emitted. It is characterized by having become a light source to be generated.

本発明の請求項10に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項6または7に記載の電子放出応用装置において、前記電子エミッタ材料から放出された電子を、隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置となしたことを特徴とするものである。   The electron emission application apparatus according to claim 10 of the present invention employs the electron emission application apparatus according to claim 6 or 7, wherein the electrons emitted from the electron emitter material are transmitted through the partition wall and externally provided. The present invention is characterized in that an electron irradiating apparatus for irradiating the surface of the material and performing surface modification is provided.

本発明の請求項1に係る電子エミッタ材料によれば、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着(CVD)処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたものであるから、このダイヤモンドの持つ負の電子親和力(NEA)特性によって、高電圧を印加して大電流が引出せ、しかも電子源としての耐久性が優れた特性が得られる。   According to the electron emitter material of claim 1 of the present invention, diamond powder is adsorbed on the surface of the carbon foam, and then diamond is grown on the carbon foam by chemical vapor deposition (CVD). Therefore, the negative electron affinity (NEA) characteristic of the diamond allows a large current to be drawn by applying a high voltage, and also provides excellent characteristics as an electron source.

また、本発明の請求項2に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドがナノダイヤ粉末であるので、前記炭素発泡体への吸着時に表面の凹凸に固定され易く、かつ剥がれ難くなるため、電子放出効率と耐久性に優れた電子エミッタ材料が得られる。   In addition, according to the electron emitter material according to claim 2 of the present invention, since the diamond is a nanodiamond powder, it is easily fixed to the unevenness of the surface at the time of adsorption to the carbon foam and is difficult to peel off. An electron emitter material excellent in efficiency and durability can be obtained.

更に、本発明の請求項3に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドが、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されているので、電子放出効率に優れた電子エミッタ材料が得られる。   Furthermore, according to the electron emitter material according to claim 3 of the present invention, the diamond is fixed on the carbon foam as a continuous diamond film, a discontinuous diamond film or diamond particles. An electron emitter material having excellent electron emission efficiency can be obtained.

更にまた、本発明の請求項4に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径が0.1〜5μmであるので、耐久性や電子放出効率に優れ、かつ前記炭素発泡体との熱膨張率差による剥離を回避することが出来る。   Furthermore, according to the electron emitter material according to claim 4 of the present invention, since the film thickness or particle diameter of the diamond is 0.1 to 5 μm, the carbon foam is excellent in durability and electron emission efficiency. Separation due to the difference in thermal expansion coefficient from the body can be avoided.

本発明の請求項5に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドが、アンドープダイヤモンドまたはホウ素(B)ドープダイヤモンド、燐(P)ドープダイヤモンド若しくは硫黄(S)ドープダイヤモンドであるので、前記炭素発泡体からダイヤモンド膜乃至は粒子への電子が移動し易くなる。 According to electron emitter material according to claim 5 of the present invention, the diamond, undoped diamond or boron (B) doped diamond, since phosphorus (P) doped diamond or sulfur (S) doped diamond, the carbon foam Electrons from the body to the diamond film or particles easily move.

一方、本発明の請求項6に係る電子放出応用装置によれば、前記請求項1乃至5の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したので、前記ダイヤモンド膜乃至は粒子からの電子の放出が促進される。   On the other hand, according to the electron emission application apparatus according to claim 6 of the present invention, the grid electrode for electron extraction is installed on the front surface of the electron emitter material according to any one of claims 1 to 5, The emission of electrons from the diamond film or particles is promoted.

また、本発明の請求項7に係る電子放出応用装置によれば、前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有するので、電子放出を均一にさせたり、収束あるいは拡散させたり自由に制御可能となる。   In the electron emission application apparatus according to claim 7 of the present invention, since the electron extraction grid electrode has a planar shape, a concave shape, a convex shape, or a combination of these, it is possible to emit electrons. It is possible to freely control the uniformity, convergence or diffusion.

更に、本発明の請求項8に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属に衝突させ、X線を発生させるX線源となしたので、高電流が得られることにより高強度のX線を発生させることが可能となる。   Furthermore, in the electron emission application apparatus according to claim 8 of the present invention, since an electron emitted from the electron emitter material collides with a metal to produce an X-ray source, a high current can be obtained. As a result, high-intensity X-rays can be generated.

更にまた、本発明の請求項9に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料から放出された電子を蛍光体に衝突させ、光を発生させる光源となしたので、前記蛍光体に応じた光を発生させることが可能となり、照明、蛍光管、ディスプレー等の光源として利用可能である。   Furthermore, according to the electron emission application apparatus according to claim 9 of the present invention, the electron emitted from the electron emitter material collides with the phosphor, and the light source is generated. Can be used as a light source for lighting, fluorescent tubes, displays, and the like.

本発明の請求項10に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料から放出された電子を隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置となしたので、大電流の電子ビームが取り出せるため、材料表面の処理速度が速くなり生産性が向上する。   According to the electron emission application apparatus of claim 10 of the present invention, an electron irradiation apparatus for performing surface modification by irradiating electrons emitted from the electron emitter material through a partition wall to an external material surface is provided. Therefore, since a high-current electron beam can be taken out, the processing speed of the material surface is increased and the productivity is improved.

次に、本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料およびそれを用いた電子放出応用装置について、以下添付図を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態に係る炭素発泡体の図面代用電子顕微鏡写真、図2は本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料の
図面代用電子顕微鏡写真、図3は図2に示す電子エミッタ材料表面を拡大した図面代用電子顕微鏡写真である。
Next, an electron emitter material according to an embodiment of the present invention and an electron emission application apparatus using the same will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing substitute electron micrograph of a carbon foam according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a drawing substitute electron micrograph of an electron emitter material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an electron shown in FIG. It is a drawing substitute electron micrograph which expanded the emitter material surface.

本発明の実施の形態に係る炭素発泡体(炭素フォーム)は、図1に示す如く、炭素の骨格(スケルトン)から構成され、製造法によりポアのサイズをミクロンオーダーまで制御できる。図1に示す炭素発泡体のポアサイズは約700μmである。   A carbon foam (carbon foam) according to an embodiment of the present invention is composed of a carbon skeleton as shown in FIG. 1, and the pore size can be controlled to the micron order by the manufacturing method. The pore size of the carbon foam shown in FIG. 1 is about 700 μm.

図2は本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料を示し、図1に示した炭素発泡体表面にナノダイヤモンド粉末を吸着させ、ダイヤモンドCVD装置で化学気相蒸着処理して、前記ナノダイヤモンド粉末を成長させて得られたものである。図3に示す如く、炭素発泡体表面上に、ナノダイヤモンドが連続膜乃至は粒子として固定されていることが分かる。   FIG. 2 shows an electron emitter material according to an embodiment of the present invention, in which nanodiamond powder is adsorbed on the surface of the carbon foam shown in FIG. 1, and subjected to chemical vapor deposition using a diamond CVD apparatus. It was obtained by growing. As shown in FIG. 3, it can be seen that nanodiamonds are fixed as a continuous film or particles on the surface of the carbon foam.

炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を均一に吸着させるには、ダイヤモンド粉末を溶液中に分散させ、当該溶液を炭素発泡体の表面に接触させる手法が好ましい。前記接触状態を所定時間保持した後、溶液中から炭素発泡体を取り出し、乾燥後真空中にてCVD処理を行なう。   In order to uniformly adsorb the diamond powder on the surface of the carbon foam, a method of dispersing the diamond powder in the solution and bringing the solution into contact with the surface of the carbon foam is preferable. After maintaining the contact state for a predetermined time, the carbon foam is taken out from the solution, dried, and then subjected to CVD treatment in vacuum.

前記ダイヤモンド粉末は一般には平均粒径0.1μm程度以上である。これに対し、ナノダイヤモンド粉末は平均粒径5nmに達するものも市販されている。図3に見られるように、前記炭素発泡体表面に、ダイヤモンドが連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子の形態としてコーティングされ、何れの場合でも電子エミッタ材料として機能する。   The diamond powder generally has an average particle size of about 0.1 μm or more. In contrast, nanodiamond powders having an average particle size of 5 nm are also commercially available. As shown in FIG. 3, the carbon foam surface is coated with diamond in the form of a continuous diamond film, a discontinuous diamond film or diamond particles, and in any case functions as an electron emitter material.

特に、連続的なダイヤモンド膜よりも、図3に示される程度に不連続なダイヤモンド膜の方が、基材である炭素発泡体との熱膨張率の差による剥離を防げるので有利である。ナノダイヤモンド粉末は、その平均粒径が0.1μmより小さいものであれば使用可能であるが、平均粒径が5nm〜10nm程度のものが好ましい。   In particular, a diamond film that is discontinuous to the extent shown in FIG. 3 is more advantageous than a continuous diamond film because peeling due to a difference in thermal expansion coefficient from the carbon foam as a base material can be prevented. The nanodiamond powder can be used as long as its average particle size is smaller than 0.1 μm, but preferably has an average particle size of about 5 nm to 10 nm.

また、前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径は、0.1〜5μmの範囲であるのが望ましい。前記膜厚または粒径が0.1μm未満では、耐久性や電子放出効率の点で、ダイヤモンドコーティングの効果が小さく、前記膜厚または粒径が5μmを超える場合は、基材である炭素発泡体との熱膨張率差による剥離が著しくなるからである。   Further, the film thickness or particle diameter of the diamond is preferably in the range of 0.1 to 5 μm. When the film thickness or particle size is less than 0.1 μm, the effect of diamond coating is small in terms of durability and electron emission efficiency. When the film thickness or particle size exceeds 5 μm, the carbon foam as a base material This is because peeling due to the difference in thermal expansion coefficient from the above becomes remarkable.

ダイヤモンドをコーティングした炭素発泡体からなるこのような電子エミッタ材料による電子放出は、下記のような理由から高電流が得られる。即ち、最初は、スケルトン構造で電界集中が強く起こっている複数のサイトから電子放出を生じるが、万一、これらのサイトの幾つかがダメージを受けて電子放出しなくなっても、別のサイトに電界が集中して新たなサイトから電子放出が始まる。このような点で、ランダムな構造を有する炭素発泡体が有利となる。尚、単位面積当たりの電流量を大きくするには、ポアサイズが10〜1000μm、porosity(多孔度)が90〜97%のものが好ましい。   Electron emission from such an electron emitter material made of diamond-coated carbon foam provides a high current for the following reasons. That is, at first, electrons are emitted from a plurality of sites where the electric field concentration is strong in the skeleton structure, but even if some of these sites are damaged and no longer emit electrons, The electric field concentrates and electron emission starts from a new site. In this respect, a carbon foam having a random structure is advantageous. In order to increase the amount of current per unit area, it is preferable that the pore size is 10 to 1000 μm and the porosity (porosity) is 90 to 97%.

また、炭素発泡体を構成するスケルトン構造では、後で詳しく説明するように、電圧を上げるとスケルトン内部からも電子放出が生じるので、電子放出電流は大きくなるのである。ところが、スケルトン構造を有していない通常の炭素板表面に、上記と同様に、ダイヤモンド粉末乃至はナノダイヤモンド粉末を吸着させ、ダイヤモンドCVD装置で化学気相蒸着処理して、前記ナノダイヤモンド粉末を成長させて電子エミッタ材料としても、基板が平面構造であると電界集中が起こらず、電子放出時の大電流は得られない。   In the skeleton structure constituting the carbon foam, as will be described in detail later, when the voltage is raised, electrons are emitted also from the inside of the skeleton, so that the electron emission current is increased. However, as described above, diamond powder or nanodiamond powder is adsorbed on the surface of a normal carbon plate having no skeleton structure, and the nanodiamond powder is grown by chemical vapor deposition using a diamond CVD apparatus. Even when the electron emitter material is used, if the substrate has a planar structure, electric field concentration does not occur, and a large current during electron emission cannot be obtained.

上記において、ダイヤモンド粉末吸着後CVDによるダイヤモンドコーティングが必要な理由は、電子放出効率がダイヤモンド粉末よりもダイヤモンド膜からの方が高効率であるため、ダイヤモンド粉末を核として前記ダイヤモンド膜を形成させるのである。ダイヤモンド粉末やナノダイヤモンド粉末の吸着のみでは、電子放出電流が小さくなる。また、ダイヤモンド粉末やナノダイヤモンド粉末を吸着しておかないと、炭素発泡体上に直接ダイヤモンドが成長しないため、前記炭素発泡体上に事前にダイヤモンド粉末を吸着させておくことが必要となる。   In the above, the reason why diamond coating by CVD after diamond powder adsorption is necessary is that the electron emission efficiency is higher from the diamond film than the diamond powder, so the diamond film is formed using the diamond powder as a nucleus. . The electron emission current is reduced only by the adsorption of diamond powder or nanodiamond powder. If diamond powder or nanodiamond powder is not adsorbed, diamond does not grow directly on the carbon foam, so it is necessary to adsorb diamond powder on the carbon foam in advance.

本発明に係る電子エミッタ材料は、前記炭素発泡体表面にコーティングされた前記ダイヤモンドが、アンドープ、ホウ素(B)ドープ、燐(P)ドープ乃至は硫黄(S)ドープするのが好ましい。ホウ素(B)ドープダイヤモンドはp形半導体または金属的な電気伝導を示す。そして、燐(P)および硫黄(S)ドープダイヤモンドはn形半導体の電気伝導を示す。従って、ドープされたダイヤモンドの方が、炭素発泡体からダイヤモンド膜表面に電子が移動しやすい。しかし、印加電界が50 kV/cm程度の高電界である場合には、アンドープ・ダイヤモンドとの差は小さい。   In the electron emitter material according to the present invention, the diamond coated on the surface of the carbon foam is preferably undoped, boron (B) -doped, phosphorus (P) -doped or sulfur (S) -doped. Boron (B) doped diamond exhibits p-type semiconductor or metallic electrical conduction. And phosphorus (P) and sulfur (S) dope diamond show the electrical conduction of an n-type semiconductor. Therefore, doped diamond tends to move electrons from the carbon foam to the diamond film surface. However, when the applied electric field is a high electric field of about 50 kV / cm, the difference from undoped diamond is small.

次に、上述したような電子エミッタ材料を用いた本発明の実施の形態に係る電子放出応用装置について、以下説明する。
ダイヤモンドをコーティングした炭素発泡体からなる電子エミッタ材料を用いた本発明の実施の形態に係る電子放出応用装置は、前記電子エミッタ材料の前面に電子引出し用グリッド電極を設置して、電子放出させるよう構成したものである。必要であれば、公知の電子ビーム収束用のレンズ機構を用いることが出来る。電子引出し用グリッド電極は、必要な放出電子密度分布に応じて、平面状、凹状、凸状の何れか乃至はこれらを組合せた形状とする。
Next, an electron emission application apparatus according to an embodiment of the present invention using the electron emitter material as described above will be described below.
An electron emission application apparatus according to an embodiment of the present invention using an electron emitter material made of a carbon foam coated with diamond has an electron extraction grid electrode disposed on the front surface of the electron emitter material to emit electrons. It is composed. If necessary, a known lens mechanism for electron beam convergence can be used. The grid electrode for electron extraction has a planar shape, a concave shape, a convex shape, or a combination thereof according to a necessary emission electron density distribution.

また、本発明に係る電子エミッタ材料(ダイヤモンドをコーティングした炭素発泡体)の前面に電子引出し用グリッド電極を設置し、電子材料から放出された電子を金属に衝突させれば、金属から特性X線を発生させる電子放出応用装置を構成することが出来る。特に、本発明に係る電子エミッタ材料からなる電界電子放出材料を用いれば、高電流を得ることが出来るので、高強度のX線発生が可能である。   Further, if a grid electrode for electron extraction is installed on the front surface of the electron emitter material (carbon foam coated with diamond) according to the present invention and electrons emitted from the electronic material collide with the metal, the characteristic X-rays from the metal can be obtained. It is possible to configure an electron emission application device that generates the above. In particular, if a field electron emission material made of the electron emitter material according to the present invention is used, a high current can be obtained, so that high-intensity X-rays can be generated.

また、前記電子エミッタ材料の前面に電子引出し用グリッド電極を設置し、電子材料から放出された電子を蛍光体に衝突させれば、蛍光体に応じた光を発生させる電子放出応用装置を構成することが可能であり、照明、蛍光管、ディスプレーなどの光源として利用できる。   In addition, an electron emission application device is provided in which a grid electrode for electron extraction is installed on the front surface of the electron emitter material, and if electrons emitted from the electronic material collide with the phosphor, light corresponding to the phosphor is generated. It can be used as a light source for lighting, fluorescent tubes, displays, etc.

更に、前記電子エミッタ材料の前面に電子引出し用グリッド電極を設置し、電子材料から放出された電子を、隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置が可能となる。この場合、本発明に係る電子エミッタ材料からなる電界電子放出材料を用いることにより、大電流の電子ビームが取り出せるので、材料表面の処理速度が速くなり、生産性が向上する。   In addition, an electron irradiating device can be installed in which a grid electrode for electron extraction is installed on the front surface of the electron emitter material, and electrons emitted from the electronic material are transmitted through the partition walls to irradiate the surface of the external material. It becomes. In this case, by using the field electron emission material made of the electron emitter material according to the present invention, a high-current electron beam can be taken out, so that the processing speed of the material surface is increased and the productivity is improved.

ところで、電子エミッタ材料の温度を上げると、電子放出量が増大する傾向にあるが、本発明に係る電子エミッタ材料は炭素であるので耐熱性に優れ、外部加熱や自己発熱により温度上昇させることが可能である。また温度制御することにより、電子ビームの電流を効果的に制御することも可能である。   By the way, when the temperature of the electron emitter material is increased, the amount of electron emission tends to increase. However, since the electron emitter material according to the present invention is carbon, it has excellent heat resistance and can be increased by external heating or self-heating. Is possible. Further, the temperature of the electron beam can be effectively controlled by controlling the temperature.

更に、本発明に係る電子エミッタ材料では、炭素発泡体の厚さとして数mm〜数cmの寸法を取ることが出来るので、電子引出し用グリッド電極との間の電圧が高くなるにつれて、炭素発泡体の深い位置からの電子放出が始まり、高電圧を印加するほど、面状の電子エミッタ材料より急激に電子放出量が増大する。   Furthermore, in the electron emitter material according to the present invention, since the thickness of the carbon foam can be several mm to several cm, the carbon foam is increased as the voltage between the electron extraction grid electrode is increased. The electron emission starts from a deep position of the electrode, and the higher the voltage is applied, the more the electron emission amount increases more rapidly than the planar electron emitter material.

このような状況を図4に模式的に示した。即ち、図4におけるグラフは、支持台2に取り付けられた本発明に係る電子エミッタ材料1の前面に、電子引き出し用グリッド電極3を設け、負の印加電圧4を印加した時、前記電子引き出し用グリッド電極3から電子エミッタ材料1方向への位置に対する印加電圧の分布を示している。図中、直線が高電圧印加時、一点鎖線が低電圧印加時の電圧分布を示し、前記直線および一点鎖線の傾きが各々の電界強度を表している。   Such a situation is schematically shown in FIG. That is, the graph in FIG. 4 shows that when an electron extraction grid electrode 3 is provided on the front surface of the electron emitter material 1 according to the present invention attached to the support 2 and a negative applied voltage 4 is applied, the electron extraction material The distribution of the applied voltage with respect to the position from the grid electrode 3 toward the electron emitter material 1 is shown. In the figure, a straight line indicates a voltage distribution when a high voltage is applied, and a one-dot chain line indicates a voltage distribution when a low voltage is applied.

一般に、電子エミッタ材料からの電子放出は、印加電圧によって形成される電界強度がある一定値、即ち、電子放出臨界電界以上にならないと発現されない。図4において、低電圧印加時の電子放出臨界電界が電圧V1の時の電界強度であるとすれば、前記電子エミッタ材料1からの電子放出は、位置1aより電界強度が強い部分、即ち、位置1aより前方からのみ放出し得ない。   In general, the electron emission from the electron emitter material is not manifested unless the electric field strength formed by the applied voltage exceeds a certain value, that is, the electron emission critical electric field or more. In FIG. 4, if the electron emission critical electric field when a low voltage is applied is the electric field strength when the voltage is V1, the electron emission from the electron emitter material 1 is a portion where the electric field strength is stronger than the position 1a, that is, the position. It cannot be released only from the front of 1a.

一方、高電圧印加時においては、電圧V1の時の低電圧印加時の電圧分布の傾き(電子放出臨界電界)と同一の傾きとなる電圧V2の時、電子放出臨界電界となる。従って、高電圧印加時の電子エミッタ材料1からの電子放出は、位置1bより前方から放出することになる。つまり、電子引出し用グリッド電極3との間の電圧が高くなるにつれて、炭素発泡体の深い位置からの電子放出が始まり、高電圧を印加するほど前記電子エミッタ材料1からの電子放出量が急激に増大するのである。   On the other hand, when a high voltage is applied, an electron emission critical electric field is obtained when the voltage V2 has the same slope as the voltage distribution slope (electron emission critical electric field) when the voltage V1 is applied. Therefore, the electron emission from the electron emitter material 1 when a high voltage is applied is emitted from the front of the position 1b. That is, as the voltage between the electron extraction grid electrode 3 increases, electron emission from a deep position of the carbon foam starts, and as the high voltage is applied, the electron emission amount from the electron emitter material 1 increases more rapidly. It will increase.

以上、本発明に係る電子エミッタ材料は、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着(CVD)処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたものであるから、高電圧を印加して大電流が引出せ、しかも電子源としての耐久性が優れている。   As described above, the electron emitter material according to the present invention is obtained by growing diamond on the carbon foam by chemical vapor deposition (CVD) after adsorbing diamond powder on the surface of the carbon foam. A high voltage can be applied to draw a large current, and the durability as an electron source is excellent.

また、本発明に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したので、前記ダイヤモンド膜乃至は粒子からの電子の放出が促進される。   In the electron emission application apparatus according to the present invention, since the electron extraction grid electrode is provided on the front surface of the electron emitter material, the emission of electrons from the diamond film or particles is promoted.

<実施例1>
表面が約4mm角、厚さが約3mmの長方体形状を有し、porosity(多孔度)96.5%、ポアサイズ500μm程度、密度0.05g/cmである図1に示した炭素発泡体を、平均粒径5nm程度のナノダイヤモンド粉末1gを5mlの水に懸濁した水溶液に一昼夜浸した。この試料を取り出し、乾燥後マイクロ波CVD装置の基板支持台に置き、以下のCVD条件で1時間、ダイヤモンドの合成を行なった。この結果、図2および図3に示したように、炭素発泡体の外部、内部ともに、ほぼ均一にダイヤモンドでコーティングされた電子エミッタ材料が得られた。ダイヤモンドの粒子径は炭素発泡体の場所により異なっていたが、概ね0.5〜3μmであった。
<Example 1>
The carbon foam shown in FIG. 1 has a rectangular shape with a surface of about 4 mm square and a thickness of about 3 mm, porosity (porosity) of 96.5%, pore size of about 500 μm, density of 0.05 g / cm 3 . The body was immersed overnight in an aqueous solution in which 1 g of nanodiamond powder having an average particle size of about 5 nm was suspended in 5 ml of water. This sample was taken out, placed on a substrate support of a microwave CVD apparatus after drying, and diamond was synthesized under the following CVD conditions for 1 hour. As a result, as shown in FIGS. 2 and 3, an electron emitter material coated with diamond almost uniformly both inside and outside the carbon foam was obtained. The particle diameter of diamond varied depending on the location of the carbon foam, but was generally 0.5 to 3 μm.

CVD条件
原料ガス:メタン0.5体積%,水素99.5体積%
ガス圧 :5332Pa
ガス流量:100cc/分
基材温度:800℃
マイクロ波入力:約400W
CVD condition material gas: 0.5% by volume of methane, 99.5% by volume of hydrogen
Gas pressure: 5332 Pa
Gas flow rate: 100cc / min Substrate temperature: 800 ° C
Microwave input: about 400W

<実施例2>
実施例1で作製したダイヤモンドがコーティングされた炭素発泡体(電子エミッタ材料)を、カーボンテープでアルミ支持台に固定し、真空容器中に設置して、負電圧を印加出来るよう構成した。前記電子エミッタ材料より約2mm離れた位置に、金属メッシュを配置し、アース電位とした。また、前記電子エミッタ材料より約50cm離れた位置には、電子進行方向から45度傾けて蛍光板を置き、放出された電子が衝突した場合に発光するようにした。
<Example 2>
The carbon foam (electron emitter material) coated with diamond prepared in Example 1 was fixed to an aluminum support with carbon tape and placed in a vacuum vessel so that a negative voltage could be applied. A metal mesh was placed at a position about 2 mm away from the electron emitter material, and was set to ground potential. Further, a fluorescent plate was placed at a position about 50 cm away from the electron emitter material at an angle of 45 degrees from the electron traveling direction, and light was emitted when the emitted electrons collided.

前記電子エミッタ材料に電圧を4kV印加した時、電子放出により蛍光板が緑色に発光する様子が、真空容器のウインドウから観察された。印加電圧が4kV程度では、前記蛍光板に炭素発泡体の骨格と思われる像が見られるが、印加電圧を約5kV以上とすると、放出電子量が急激に増大し、蛍光板はほぼ均一に発光する。   When a voltage of 4 kV was applied to the electron emitter material, it was observed from the window of the vacuum vessel that the fluorescent plate emitted green light due to electron emission. When the applied voltage is about 4 kV, an image that seems to be a skeleton of a carbon foam can be seen on the phosphor plate. However, when the applied voltage is about 5 kV or more, the amount of emitted electrons increases rapidly and the phosphor plate emits light almost uniformly.

図5は、印加電圧に対する放出電流密度の測定データである。印加電圧3.5kVから電子の放出が始まり、電流密度の立ち上がりが認められる。電流は、グリッドに衝突した電子、真空容器壁に衝突した電子、蛍光板に衝突した電子による総電流量である。   FIG. 5 shows measurement data of the emission current density with respect to the applied voltage. Electron emission starts from an applied voltage of 3.5 kV, and a rise in current density is observed. The current is the total amount of current due to electrons colliding with the grid, electrons colliding with the vacuum vessel wall, and electrons colliding with the fluorescent screen.

<実施例3>
実施例1と同様の方法で炭素発泡体にダイヤモンドを合成する際に、原料ガス中に、水素で500ppmに希釈したジボラン(B)を1cc/分、水素で500ppmに希釈したフォスフィン(PH)を1cc/分および水素で500ppmに希釈した硫化水素(HS)を1cc/分夫々導入して、ホウ素(B)ドープ、燐(P)ドープおよび硫黄(S)ドープダイヤモンドを合成した。これらの試料について実施例2と同様な実験を行い、電子放出を確認した。
<Example 3>
When synthesizing diamond into a carbon foam by the same method as in Example 1, phosphine diluted with diborane (B 2 H 6 ) diluted to 500 ppm with hydrogen at 1 cc / min and 500 ppm with hydrogen in the raw material gas ( Boron (B) -doped, phosphorus (P) -doped and sulfur (S) -doped diamond were synthesized by introducing hydrogen sulfide (H 2 S) diluted with PH 3 ) to 1 cc / minute and hydrogen diluted to 500 ppm with 1 cc / minute, respectively. did. These samples were subjected to the same experiment as in Example 2 to confirm electron emission.

<実施例4>
電子引出し用グリッド電極の形状を、図6(a)に示すような凹形グリッド電極3a、図6(b)に示すような凸形グリッド電極3bに変えて、実施例2と同様の電子放出実験を行なった。同一の電圧を印加した場合、前記グリッド電極が凹形グリッド電極3aの場合の方が、凸形グリッド電極3bの場合より、蛍光板の発光輝度が強かった。これは、グリッド電極が凹形の場合には、図6(a)に示すように、電界分布の影響により放出された電子ビーム5が収束する傾向を示すのに対し、グリッド電極が凸形の場合には、図6(b)に示すように、電子ビーム5が発散する傾向を示すことによると考えられる。
<Example 4>
Electron emission similar to that of the second embodiment is performed by changing the shape of the grid electrode for electron extraction to a concave grid electrode 3a as shown in FIG. 6A and a convex grid electrode 3b as shown in FIG. 6B. The experiment was conducted. When the same voltage was applied, the emission luminance of the fluorescent plate was stronger when the grid electrode was the concave grid electrode 3a than when the grid electrode was the convex grid electrode 3b. When the grid electrode has a concave shape, as shown in FIG. 6A, the emitted electron beam 5 tends to converge due to the influence of the electric field distribution, whereas the grid electrode has a convex shape. In this case, it is considered that the electron beam 5 tends to diverge as shown in FIG.

<実施例5>
真空容器内において、電子源より放出された電子をターゲットに照射させる図7に示す装置を用いて、電子ビーム衝突によるX線発生の確認を行なった。直流電源6によってグリッド電極3に15kVの負電位を印加し、本発明に係る電子エミッタ材料1から電子ビーム5を放出させ、ターゲット金属(Cu)7に照射した。この結果、ターゲット金属7よりX線8が放出されていることを、ガイガーカウンタおよび放射線バッジで確認した。
<Example 5>
X-ray generation due to electron beam collision was confirmed using an apparatus shown in FIG. 7 that irradiates a target with electrons emitted from an electron source in a vacuum container. A negative potential of 15 kV was applied to the grid electrode 3 by the DC power source 6, the electron beam 5 was emitted from the electron emitter material 1 according to the present invention, and the target metal (Cu) 7 was irradiated. As a result, it was confirmed with a Geiger counter and a radiation badge that X-rays 8 were emitted from the target metal 7.

<実施例6>
本発明に係る電子エミッタ材料の前面に、電子引出し用グリッド電極と蛍光板を設置し、電子引出し用グリッドに約3.5kV以上の電圧を印加すると、蛍光板が緑色に発光した。蛍光板の材質を変えれば、自由に色を変えることも可能であり、また複数の領域に異なる蛍光材を塗布すれば、ディスプレーとしても使用可能である。また電圧を変えれば、輝度の制御も出来ることを確認した。
<Example 6>
When a grid electrode for electron extraction and a fluorescent plate were installed on the front surface of the electron emitter material according to the present invention and a voltage of about 3.5 kV or more was applied to the grid for electron extraction, the fluorescent plate emitted green light. If the material of the fluorescent plate is changed, the color can be freely changed, and if a different fluorescent material is applied to a plurality of regions, it can be used as a display. It was also confirmed that the brightness could be controlled by changing the voltage.

<実施例7>
図8に模式的に示したように、本発明に係る電子エミッタ材料1を真空容器10内に真空封止し、電子エミッタ材料1前面に薄膜からなる電子透過窓10aを設けた。真空容器10をアース11した上、前記電子エミッタ材料1に負電位を印加した。電子引出し用グリッド電極3に5kVを印加すると、隔壁から大気中に電子5が放出されることを確認した。
<Example 7>
As schematically shown in FIG. 8, the electron emitter material 1 according to the present invention was sealed in a vacuum container 10, and an electron transmission window 10 a made of a thin film was provided on the front surface of the electron emitter material 1. The vacuum vessel 10 was grounded 11 and a negative potential was applied to the electron emitter material 1. It was confirmed that when 5 kV was applied to the electron extraction grid electrode 3, the electrons 5 were emitted from the partition walls into the atmosphere.

<比較例1>
炭素発泡体をダイヤモンド粉末の懸濁水に浸さないこと以外は、前記実施例1と全く同様なCVD処理を行い、前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させようとしたが、炭素発泡体上に直接ダイヤモンドを合成することは出来なかった。前記処理を行なった炭素発泡体を用いて、前記実施例2と全く同様な方法により電子放出を確認したが、電子放出性能は低レベルなものであった。
<Comparative Example 1>
Except for not immersing the carbon foam in the suspension water of the diamond powder, the CVD treatment was performed in the same manner as in Example 1, and an attempt was made to grow diamond on the carbon foam. Diamond could not be synthesized. Using the carbon foam subjected to the treatment, electron emission was confirmed by the same method as in Example 2, but the electron emission performance was low.

以上、本発明に係る電子エミッタ材料は、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着(CVD)処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたものであるから、高電圧を印加して大電流が引出せ、しかも電子源としての耐久性が優れている。また、前記ダイヤモンドが、ナノダイヤ粉末、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されているので、電子放出効率に優れた電子エミッタ材料が得られる。   As described above, the electron emitter material according to the present invention is obtained by growing diamond on the carbon foam by chemical vapor deposition (CVD) after adsorbing diamond powder on the surface of the carbon foam. A high voltage can be applied to draw a large current, and the durability as an electron source is excellent. Further, since the diamond is fixed on the carbon foam as nanodiamond powder, continuous diamond film, discontinuous diamond film or diamond particles, an electron emitter material having excellent electron emission efficiency can be obtained. .

一方、本発明に係る電子放出応用装置は、前記電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したので、前記ダイヤモンド膜乃至は粒子からの電子の放出が促進される。また、前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有するので、電子放出を均一にさせたり、収束あるいは拡散させたり自由に制御可能となる。   On the other hand, in the electron emission application apparatus according to the present invention, since the grid electrode for electron extraction is installed on the front surface of the electron emitter material, the emission of electrons from the diamond film or particles is promoted. In addition, since the grid electrode for electron extraction has a flat shape, a concave shape, a convex shape, or a combination of these shapes, the electron emission can be made uniform, converged, or diffused freely. .

更に、本発明に係る電子放出応用装置は、前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属や蛍光体に衝突させ、X線や光を発生させるX線源または光源となしたので、高強度のX線や蛍光体に応じた光を発生させることが可能となり、特に後者においては、照明、蛍光管、ディスプレー等の光源として利用可能である。   Furthermore, the electron emission application apparatus according to the present invention is an X-ray source or a light source that emits X-rays or light by colliding electrons emitted from the electron emitter material with a metal or a phosphor. Light corresponding to X-rays or phosphors can be generated. In particular, the latter can be used as a light source for illumination, fluorescent tubes, displays, and the like.

本発明の実施の形態に係る炭素発泡体の図面代用電子顕微鏡写真である。It is a drawing substitute electron micrograph of the carbon foam which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料の図面代用電子顕微鏡写真である。It is a drawing substitute electron micrograph of the electron emitter material which concerns on embodiment of this invention. 図2に示す電子エミッタ材料表面を拡大した図面代用電子顕微鏡写真である。3 is a drawing-substituting electron micrograph in which the surface of the electron emitter material shown in FIG. 2 is enlarged. 本発明に係る電子エミッタ材料の前面に電子引き出し用グリッド電極を設け、負の印加電圧を印加した時、前記電子引き出し用グリッド電極から電子エミッタ材料方向への位置に対する印加電圧の分布を模式的に示した図である。When a grid electrode for electron extraction is provided on the front surface of the electron emitter material according to the present invention and a negative applied voltage is applied, the distribution of the applied voltage to the position in the direction of the electron emitter material from the electron extraction grid electrode is schematically illustrated. FIG. 実施例2における印加電圧に対する放出電流密度の測定データである。It is measurement data of the emission current density with respect to the applied voltage in Example 2. 電子引出し用グリッド電極の形状を変更して、電子放出実験を行なった実施例4を説明するための模式図であり、図6(a)は凹形グリッド電極3aの場合、図6(b)は凸形グリッド電極3bの場合を夫々示す。FIG. 6A is a schematic diagram for explaining Example 4 in which an electron emission experiment was performed by changing the shape of the grid electrode for electron extraction, and FIG. 6A shows the case of the concave grid electrode 3a. Indicates the case of the convex grid electrode 3b. 真空容器内において、電子源より放出された電子をターゲットに照射させる実施例5を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating Example 5 which irradiates a target with the electron discharge | released from the electron source in a vacuum vessel. 真空容器内において、電子源より放出された電子を電子透過窓から放出させる実施例7を説明するための模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining Example 7 in which electrons emitted from an electron source are emitted from an electron transmission window in a vacuum container. 従来技術1を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the prior art 1. FIG. 従来技術2を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the prior art 2. FIG. 従来技術3を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional technique 3.

符号の説明Explanation of symbols

V1,V2:電子放出臨界電界相当の電圧
1:電子エミッタ材料, 1a,1b:電子放出限界
2:支持台
3:電子引き出し用グリッド電極,3a:凹状グリッド電極,3b:凸状グリッド電極
4:負電位, 5:電子ビーム, 6:直流電源
7:ターゲット, 8:X線,
10:真空容器, 10a:電子透過窓
11:アース
V1, V2: Voltage equivalent to electron emission critical electric field 1: Electron emitter material, 1a, 1b: Electron emission limit 2: Support base 3: Electron extraction grid electrode, 3a: Concave grid electrode, 3b: Convex grid electrode 4: Negative potential, 5: Electron beam, 6: DC power supply 7: Target, 8: X-ray,
10: Vacuum container, 10a: Electron transmission window 11: Earth

Claims (10)

炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着(CVD)処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたことを特徴とする電子エミッタ材料。   An electron emitter material, wherein diamond powder is adsorbed on a surface of a carbon foam, and then diamond is grown on the carbon foam by chemical vapor deposition (CVD). 前記ダイヤモンド粉末が、ナノダイヤ粉末であることを特徴とする請求項1に記載の電子エミッタ材料。   The electron emitter material according to claim 1, wherein the diamond powder is a nanodiamond powder. 前記ダイヤモンドが、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電子エミッタ材料。   3. The electron emitter material according to claim 1, wherein the diamond is fixed on the carbon foam as a continuous diamond film, a discontinuous diamond film or diamond particles. 前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径が0.1〜5μmであることを特徴とする請求項3に記載の電子エミッタ材料。   4. The electron emitter material according to claim 3, wherein the diamond has a film thickness or particle diameter of 0.1 to 5 [mu] m. 前記ダイヤモンドが、アンドープダイヤモンドまたはホウ素(B)ドープダイヤモンド、燐(P)ドープダイヤモンド若しくは硫黄(S)ドープダイヤモンドであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料。 The diamond, undoped diamond or boron (B) doped diamond, phosphorous (P) doped diamond or sulfur (S) electrons according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a doped diamond, Emitter material. 前記請求項1乃至5の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したことを特徴とする電子放出応用装置。   6. An electron emission application apparatus, wherein an electron extraction grid electrode is provided on a front surface of the electron emitter material according to any one of claims 1 to 5. 前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有することを特徴とする請求項6に記載の電子放出応用装置。   7. The electron emission application apparatus according to claim 6, wherein the electron extraction grid electrode has one of a planar shape, a concave shape, and a convex shape or a combination thereof. 前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属に衝突させ、X線を発生させるX線源となしたことを特徴とする請求項6または7に記載の電子放出応用装置。   The electron emission application apparatus according to claim 6 or 7, wherein an electron emitted from the electron emitter material collides with a metal to form an X-ray source that generates X-rays. 前記電子エミッタ材料から放出された電子を蛍光体に衝突させ、光を発生させる光源となしたことを特徴とする請求項6または7に記載の電子放出応用装置。   8. The electron emission application apparatus according to claim 6, wherein the electron emission material is used as a light source for causing light emitted from the electron emitter material to collide with a phosphor. 前記電子エミッタ材料から放出された電子を、隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置となしたことを特徴とする請求項6または7に記載の電子放出応用装置。   8. The electron emission device according to claim 6, wherein the electron emitted from the electron emitter material is irradiated on a surface of an external material through a partition wall to form an electron irradiation device for surface modification. Applied equipment.
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