JPH01187749A - フィールド・エミッション電子銃 - Google Patents
フィールド・エミッション電子銃Info
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- JPH01187749A JPH01187749A JP1235988A JP1235988A JPH01187749A JP H01187749 A JPH01187749 A JP H01187749A JP 1235988 A JP1235988 A JP 1235988A JP 1235988 A JP1235988 A JP 1235988A JP H01187749 A JPH01187749 A JP H01187749A
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- Japan
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- anode
- emitter
- field emission
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- electron gun
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- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 abstract description 19
- 238000007872 degassing Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、コールド・フィールド・エミッション電子銃
に関する。
に関する。
第４図に示すように、従来のコールド・フィールド・エ
ミッション電子銃は、タングステンフィラメント２に近
接してエミッタ１がフィラメント２とほぼ同位置に取付
けられ、またエミッタ電位とほぼ同電位の円筒形状のバ
イアス電極１２が、エミッタ１とタングステンフィラメ
ント２を囲むように設けられている。フィールド・エミ
ッション電子銃においては、エミッタの針状先端部の状
態が極めて重要な役割を果たすが、電子銃内部の残留気
体分子や、アノードがボンバードされて生じた放出ガス
分子がエミッタ表面に吸着したり、またこれらのガス分
子が電子線によりイオン化され、それにより生じたイオ
ンがエミッタ表面を衝撃し、その表面をｍ傷させること
により、エミッタの寿命が短くなるのを防止する必要が
ある。そのためフィールド・エミッションに先立って、
これらの残留気体分子や、アノード表面に吸着されたガ
ス分子を、タングステンフィラメント２を加熱すること
により放射される熱電子によりボンバ−ドし、排気孔よ
り除去し、エミッタ部を高真空に保持する操作がなされ
ている。即ち、タングステンフィラメント１を加熱する
と共に、プラスの電圧をアノードに印加し、タングステ
ンフィラメントから放射された熱電子によりアノードの
内側の表面をボンバードするものである。第４図に示さ
れる従来のフィールド・エミッション電子銃では、タン
グステンフィラメント２により熱電子を放射し、この熱
電子によりアノードをボンバードすることによって高真
空を達成しようとするものであり、残留気体分子やアノ
ード表面がボンバードされることによって生じるガス分
子は共に排気孔１５より排出される。
ミッション電子銃は、タングステンフィラメント２に近
接してエミッタ１がフィラメント２とほぼ同位置に取付
けられ、またエミッタ電位とほぼ同電位の円筒形状のバ
イアス電極１２が、エミッタ１とタングステンフィラメ
ント２を囲むように設けられている。フィールド・エミ
ッション電子銃においては、エミッタの針状先端部の状
態が極めて重要な役割を果たすが、電子銃内部の残留気
体分子や、アノードがボンバードされて生じた放出ガス
分子がエミッタ表面に吸着したり、またこれらのガス分
子が電子線によりイオン化され、それにより生じたイオ
ンがエミッタ表面を衝撃し、その表面をｍ傷させること
により、エミッタの寿命が短くなるのを防止する必要が
ある。そのためフィールド・エミッションに先立って、
これらの残留気体分子や、アノード表面に吸着されたガ
ス分子を、タングステンフィラメント２を加熱すること
により放射される熱電子によりボンバ−ドし、排気孔よ
り除去し、エミッタ部を高真空に保持する操作がなされ
ている。即ち、タングステンフィラメント１を加熱する
と共に、プラスの電圧をアノードに印加し、タングステ
ンフィラメントから放射された熱電子によりアノードの
内側の表面をボンバードするものである。第４図に示さ
れる従来のフィールド・エミッション電子銃では、タン
グステンフィラメント２により熱電子を放射し、この熱
電子によりアノードをボンバードすることによって高真
空を達成しようとするものであり、残留気体分子やアノ
ード表面がボンバードされることによって生じるガス分
子は共に排気孔１５より排出される。
しかしながら、第４図に示される従来のフィールド・エ
ミッション電子銃では、タングステンフィラメント２か
ら放射される熱電子は、バイアス電極１２により方向が
規制されており、またバイアス電極１２自体はタングス
テンフィラメント２と同電位のためボンバードされない
という問題がある。またアノード１３の底板１３ａはボ
ンバードされるものの、アノード側板１３ｂはボンバー
ドできず、フィールド・エミッションの際に、ボンバー
ドされていないアノード表面からガス放出が生じ、その
ためエミッタ寿命が短くなるという問題がある。
ミッション電子銃では、タングステンフィラメント２か
ら放射される熱電子は、バイアス電極１２により方向が
規制されており、またバイアス電極１２自体はタングス
テンフィラメント２と同電位のためボンバードされない
という問題がある。またアノード１３の底板１３ａはボ
ンバードされるものの、アノード側板１３ｂはボンバー
ドできず、フィールド・エミッションの際に、ボンバー
ドされていないアノード表面からガス放出が生じ、その
ためエミッタ寿命が短くなるという問題がある。
本発明は、エミッタ近傍の真空度を高めることにより、
エミッタの寿命を延ばし、エミッションノイズを少な（
し、良質の画像を得ることを課題とする。
エミッタの寿命を延ばし、エミッションノイズを少な（
し、良質の画像を得ることを課題とする。
本発明は、エミッタと、該エミッタと近接したフィラメ
ントと、前記エミッタに対向して配置されたアノードと
からなるフィールド・エミッション電子銃において、該
アノードを、前記エミッタ、およびフィラメントとを同
心状に囲み、且つ中心孔を設けた底面を有する２つの円
筒形状のアノードとし、その内側のアノード（以下、第
１アノードという）の形状を前記フィラメントからほぼ
等距離となるように形成すると共に、該アノード底面に
おける中心孔は、前記エミッタよりのフィールド・エミ
ッションの放射面に相当する大きさに穿設されているこ
とを特徴とするものである。
ントと、前記エミッタに対向して配置されたアノードと
からなるフィールド・エミッション電子銃において、該
アノードを、前記エミッタ、およびフィラメントとを同
心状に囲み、且つ中心孔を設けた底面を有する２つの円
筒形状のアノードとし、その内側のアノード（以下、第
１アノードという）の形状を前記フィラメントからほぼ
等距離となるように形成すると共に、該アノード底面に
おける中心孔は、前記エミッタよりのフィールド・エミ
ッションの放射面に相当する大きさに穿設されているこ
とを特徴とするものである。
アノードを、エミッタ１、およびタングステンフィラメ
ント２とを同心状に囲み、且つ中心孔５．６を設けた底
面を有する２つの円筒形状のアノード３．４とし、その
第１アノード３の形状を前記タングステンフィラメント
２からほぼ等距離となるように形成すると共に、該アノ
ード３底面における中心孔５は、前記エミッタ１よりの
フィールド・エミッションの放射面に相当する大きさに
穿設されていることにより、まずフィールド・エミッシ
ョンに先立って、第１アノードをタングステンフィラメ
ント２により、均等にボンバードでき、次いで行われる
フィールド・エミッションの際には、その電子流は、該
アノード底面に穿設された中心孔を通過して、該アノー
ド外側に配置されたアノード（以下、第２アノードとい
う）の中心孔６周辺をボンバードする。このボンバード
により生じたガス分子は、第１アノードと第２アノード
の間の空隙を通り、排気孔７より排気されるものである
。
ント２とを同心状に囲み、且つ中心孔５．６を設けた底
面を有する２つの円筒形状のアノード３．４とし、その
第１アノード３の形状を前記タングステンフィラメント
２からほぼ等距離となるように形成すると共に、該アノ
ード３底面における中心孔５は、前記エミッタ１よりの
フィールド・エミッションの放射面に相当する大きさに
穿設されていることにより、まずフィールド・エミッシ
ョンに先立って、第１アノードをタングステンフィラメ
ント２により、均等にボンバードでき、次いで行われる
フィールド・エミッションの際には、その電子流は、該
アノード底面に穿設された中心孔を通過して、該アノー
ド外側に配置されたアノード（以下、第２アノードとい
う）の中心孔６周辺をボンバードする。このボンバード
により生じたガス分子は、第１アノードと第２アノード
の間の空隙を通り、排気孔７より排気されるものである
。
第１図は本発明のフィールド・エミッション電子銃の一
部切り欠き断面図、第２図はエミッタ先端部の拡大断面
図、第３図はエミッション電流を一定にした時の第１ア
ノード電圧の経時変化を示す図、第４図は従来のフィー
ルド・エミッション電子銃の一部切り欠き断面図を示す
。
部切り欠き断面図、第２図はエミッタ先端部の拡大断面
図、第３図はエミッション電流を一定にした時の第１ア
ノード電圧の経時変化を示す図、第４図は従来のフィー
ルド・エミッション電子銃の一部切り欠き断面図を示す
。
１はエミッタ、２はタングステンフィラメント、３は第
１アノード、４は第２アノード、５は第１アノード中心
孔、６は第２アノード中心孔、７は排気孔、８はフィラ
メントベース、９．９゛はフィラメント用電極端子、１
０，１０“ はエミッタ用電極端子、１１は吸着ガス分
子、１２はバイアス電極である。
１アノード、４は第２アノード、５は第１アノード中心
孔、６は第２アノード中心孔、７は排気孔、８はフィラ
メントベース、９．９゛はフィラメント用電極端子、１
０，１０“ はエミッタ用電極端子、１１は吸着ガス分
子、１２はバイアス電極である。
第１図に示すように、底面中心部に中心孔６、側面部に
排気孔７を穿設した円筒形状の第２７ノード４、さらに
その内側に同じく底面中心部に中６孔５、側面部に排気
孔７を穿設した円筒形状の第１アノード３を配置する。
排気孔７を穿設した円筒形状の第２７ノード４、さらに
その内側に同じく底面中心部に中６孔５、側面部に排気
孔７を穿設した円筒形状の第１アノード３を配置する。
そして第１アノード内部に、フィラメント用電極端子９
．９°、お−よびエミッタ用電極端子１０．１０°を嵌
挿した円盤状のフィラメントベース８を配置し、フィラ
メント用電極端子９．９°のアノード底面側の両端部を
タングステンフィラメント２で結線すると共に、エミッ
タ用電極端子１０．１０°の両端部をタングステンフィ
ラメントにより結線し、その結線中心部を突設してエミ
ッタｌを形成させる。第１アノード３は、上記タングス
テンフィラメント１から等距離になるように、第１アノ
ード３の側面部と底面部の接続部はテーパー状に形成さ
れ、その底面の中心孔５は、エミッタ先端を頂点とする
頂角約４５度の円錐形の底面部相当箇所に穿設される。
．９°、お−よびエミッタ用電極端子１０．１０°を嵌
挿した円盤状のフィラメントベース８を配置し、フィラ
メント用電極端子９．９°のアノード底面側の両端部を
タングステンフィラメント２で結線すると共に、エミッ
タ用電極端子１０．１０°の両端部をタングステンフィ
ラメントにより結線し、その結線中心部を突設してエミ
ッタｌを形成させる。第１アノード３は、上記タングス
テンフィラメント１から等距離になるように、第１アノ
ード３の側面部と底面部の接続部はテーパー状に形成さ
れ、その底面の中心孔５は、エミッタ先端を頂点とする
頂角約４５度の円錐形の底面部相当箇所に穿設される。
またエミッタ先端と第１アノード中心孔の中心点、およ
び第２アノード中心孔の中心点のそれぞれが一直線上に
位置するよう配置する。
び第２アノード中心孔の中心点のそれぞれが一直線上に
位置するよう配置する。
このように構成されたフィールド・エミッション電子銃
の電極の内部を、排気孔７より排気することにより真空
に保持しつつ、まずエミッタ用電極端子１０．１０°間
に数Ｖの電圧を数秒間かけ、エミッタのブラッシングを
行う。このブラッシングは、第２図（ａ）に示すように
、イオン１５の衝撃により生じたエミッタ１先端の凹凸
形状を同図（ｂ）に示すように丸（すると共に、その表
面に吸着しているガス分子１１を除去するために行われ
る。
の電極の内部を、排気孔７より排気することにより真空
に保持しつつ、まずエミッタ用電極端子１０．１０°間
に数Ｖの電圧を数秒間かけ、エミッタのブラッシングを
行う。このブラッシングは、第２図（ａ）に示すように
、イオン１５の衝撃により生じたエミッタ１先端の凹凸
形状を同図（ｂ）に示すように丸（すると共に、その表
面に吸着しているガス分子１１を除去するために行われ
る。
次ぎに、フィラメント用電極端子９．９°間に加熱電流
を流すと共に、第１アノード３に数Ｋｖの高電圧を印加
して、フィラメント２より熱電子を放射させ、第１アノ
ード３の内側表面を均等にボンバードする。それにより
その表面より吸着ガス分子を除去し、排気孔７より排出
する。
を流すと共に、第１アノード３に数Ｋｖの高電圧を印加
して、フィラメント２より熱電子を放射させ、第１アノ
ード３の内側表面を均等にボンバードする。それにより
その表面より吸着ガス分子を除去し、排気孔７より排出
する。
このようにしてエミッタ１周辺を高真空度に保持した後
、エミッタ１と第１アノード３間に直流の数ＫＶの高電
圧を印加する。この高電圧の印加にあたって、第１アノ
ード３はアースされているので、エミッタ１には負の数
ＫＶが印加されることになる。その結果、エミッタｌ先
端より量子効果により電子は引っ張りだされてくる。放
射された電子は、約４５°の放射角度で放出されるが、
第１アノード３の底面中心部には、エミッタ１先端を頂
点とする頂角約４５゛度の円錐形の底面部相当箇所に中
心孔５が穿設されているので、引っ張りだされた電子は
第１アノード３をボンバードすることな（第２アノード
４の中心孔６近傍をボンバードすることとなる。このボ
ンバードにより発生する放出ガス分子は、第１アノード
３と第２アノード４の間の空隙部を通り、排気されるの
で、エミッタｌ先端を汚染することがない。
、エミッタ１と第１アノード３間に直流の数ＫＶの高電
圧を印加する。この高電圧の印加にあたって、第１アノ
ード３はアースされているので、エミッタ１には負の数
ＫＶが印加されることになる。その結果、エミッタｌ先
端より量子効果により電子は引っ張りだされてくる。放
射された電子は、約４５°の放射角度で放出されるが、
第１アノード３の底面中心部には、エミッタ１先端を頂
点とする頂角約４５゛度の円錐形の底面部相当箇所に中
心孔５が穿設されているので、引っ張りだされた電子は
第１アノード３をボンバードすることな（第２アノード
４の中心孔６近傍をボンバードすることとなる。このボ
ンバードにより発生する放出ガス分子は、第１アノード
３と第２アノード４の間の空隙部を通り、排気されるの
で、エミッタｌ先端を汚染することがない。
次ぎに本発明のフィールド・エミッション電子銃のエミ
ッション特性を、フィラメント２によるアノード電極の
ボンバード処理を行わない場合と比較すると第３図の如
くになる。第３図は、本発明のフィールド・エミッショ
ン電子銃においてエミッション電流を一定に保持するた
めに要する第１アノード電圧の経時変化を見たもので、
実線部がフィールド・エミッション前にボンバードによ
る脱ガス処理を行った場合、点線部は脱ガス処理を行わ
ない場合である。
ッション特性を、フィラメント２によるアノード電極の
ボンバード処理を行わない場合と比較すると第３図の如
くになる。第３図は、本発明のフィールド・エミッショ
ン電子銃においてエミッション電流を一定に保持するた
めに要する第１アノード電圧の経時変化を見たもので、
実線部がフィールド・エミッション前にボンバードによ
る脱ガス処理を行った場合、点線部は脱ガス処理を行わ
ない場合である。
まず脱ガス処理を行わない場合、一定のエミッション電
流を引き出し続けるために必要な第１アノードの電圧は
、エミッタ先端表面に残留気体分子が吸着するた゛めに
、初期電圧■。から徐々に増加し、初期電位ｖ０の１．
４倍まで増加して一定となった。中間点１．２Ｖ。に達
する時間は７゜５分であった０次ぎにタングステンフィ
ラメントを加熱すると共に、第１アノードに１．５ＫＶ
を印加して０．５ｍＡの電子流を１時間流して第１アノ
ード内面をボンバードすることにより、脱ガス処理を行
った。その後上記同様、第１アノード電圧が中間点１．
２ＶＯに達する時間を測定したところ、１６分であり、
脱ガス処理が良好におこなわれたことを示した。
流を引き出し続けるために必要な第１アノードの電圧は
、エミッタ先端表面に残留気体分子が吸着するた゛めに
、初期電圧■。から徐々に増加し、初期電位ｖ０の１．
４倍まで増加して一定となった。中間点１．２Ｖ。に達
する時間は７゜５分であった０次ぎにタングステンフィ
ラメントを加熱すると共に、第１アノードに１．５ＫＶ
を印加して０．５ｍＡの電子流を１時間流して第１アノ
ード内面をボンバードすることにより、脱ガス処理を行
った。その後上記同様、第１アノード電圧が中間点１．
２ＶＯに達する時間を測定したところ、１６分であり、
脱ガス処理が良好におこなわれたことを示した。
また、フィールド・エミッション電子銃は一定電圧１．
４Ｖａに達した後に使用されるが、ある一定時間後（ｔ
ｌ、ｔ２）のエミッタの表面は、第２図＜ａ＞に示すよ
うに残留気体分子が電子線で電離されて生じたイオン粒
子１５の衝突により凹凸状となり、更にフィールド・エ
ミッションを続けると放電現象が生じ、もはや一定のア
ノード電圧では使用できない状態となる。この一定電圧
で使用できなくなるまでの時間をサイクル寿命というが
、本発明のフィールド・エミッション電子銃は、アノー
ド表面を広くボンバードできるため、サイクル寿命を長
くすることができた。
４Ｖａに達した後に使用されるが、ある一定時間後（ｔ
ｌ、ｔ２）のエミッタの表面は、第２図＜ａ＞に示すよ
うに残留気体分子が電子線で電離されて生じたイオン粒
子１５の衝突により凹凸状となり、更にフィールド・エ
ミッションを続けると放電現象が生じ、もはや一定のア
ノード電圧では使用できない状態となる。この一定電圧
で使用できなくなるまでの時間をサイクル寿命というが
、本発明のフィールド・エミッション電子銃は、アノー
ド表面を広くボンバードできるため、サイクル寿命を長
くすることができた。
エミッタを囲む第１アノードの内面をタングステンフィ
ラメントからほぼ等距離になるような形状にすることに
より、タングステンフィラメントからの熱電子によって
、第１アノードの内面はほぼ均等にボンバードされ、脱
ガスされる。これによりエミッタを囲む第１アノード内
面からの脱ガス量が減少し、エミッタ近傍の真空が良く
なり、エミッタのフラッシング後のサイクル寿命が伸ば
すことができる。又真空度の向上により、エミッション
ノイズも少なくでき、良質の画像を観察できる。
ラメントからほぼ等距離になるような形状にすることに
より、タングステンフィラメントからの熱電子によって
、第１アノードの内面はほぼ均等にボンバードされ、脱
ガスされる。これによりエミッタを囲む第１アノード内
面からの脱ガス量が減少し、エミッタ近傍の真空が良く
なり、エミッタのフラッシング後のサイクル寿命が伸ば
すことができる。又真空度の向上により、エミッション
ノイズも少なくでき、良質の画像を観察できる。
第１図は本発明のフィールド・エミッション電子銃の一
部切り欠き断面図、第２図はエミック先端部の拡大断面
図、第３図はエミッション電流を一定にした時の第１ア
ノード電圧の経時変化を示す図、第４図は従来のフィー
ルド・エミッション電子銃の一部切り欠き断面図を示す
。 ｌはエミッタ、２はタングステンフィラメント、３は第
１アノード、４は第２アノード、５は第１アノード中心
孔、６は第２アノード中心孔、７は排気孔、８はフィラ
メントベース、９．９″はフィラメント用電極端子、ｌ
０１１０°はエミッタ用電極端子、１１はイオン粒子、
１２はバイアス電極、１３はアノード、１３ａはアノー
ド底板、１３ｂはアノード側板、１４は中心孔、１５は
イオンである。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 内１）亘彦（外４名）第１図 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 第４図
部切り欠き断面図、第２図はエミック先端部の拡大断面
図、第３図はエミッション電流を一定にした時の第１ア
ノード電圧の経時変化を示す図、第４図は従来のフィー
ルド・エミッション電子銃の一部切り欠き断面図を示す
。 ｌはエミッタ、２はタングステンフィラメント、３は第
１アノード、４は第２アノード、５は第１アノード中心
孔、６は第２アノード中心孔、７は排気孔、８はフィラ
メントベース、９．９″はフィラメント用電極端子、ｌ
０１１０°はエミッタ用電極端子、１１はイオン粒子、
１２はバイアス電極、１３はアノード、１３ａはアノー
ド底板、１３ｂはアノード側板、１４は中心孔、１５は
イオンである。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 内１）亘彦（外４名）第１図 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 第４図
Claims (1)
- エミッタと、該エミッタと近接したフィラメントと、
前記エミッタに対向して配置されたアノードとからなる
フィールド・エミッション電子銃において、該アノード
を、前記エミッタ、およびフィラメントとを同心状に囲
み、且つ中心孔を設けた底面を有する２つの円筒形状の
アノードとし、その内側のアノードの形状を前記フィラ
メントからほぼ等距離となるように形成すると共に、該
アノード底面における中心孔は、前記エミッタよりのフ
ィールド・エミッションの放射面に相当する大きさに穿
設されていることを特徴とするフィールド・エミッショ
ン電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1235988A JPH01187749A (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | フィールド・エミッション電子銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1235988A JPH01187749A (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | フィールド・エミッション電子銃 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01187749A true JPH01187749A (ja) | 1989-07-27 |
Family
ID=11803080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1235988A Pending JPH01187749A (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | フィールド・エミッション電子銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01187749A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012108161A1 (ja) * | 2011-02-09 | 2012-08-16 | 株式会社鬼塚硝子 | 冷陰極装置及びその製造方法 |
| JP2012174691A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Fei Co | 安定な冷陰極電界放出型電子源 |
| WO2014175087A1 (ja) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子銃、荷電粒子銃およびそれらを用いた荷電粒子線装置 |
-
1988
- 1988-01-21 JP JP1235988A patent/JPH01187749A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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