CN115380355A - 电子枪、电子射线应用装置以及电子束的射出方法 - Google Patents

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CN115380355A CN202180026051.XA CN202180026051A CN115380355A CN 115380355 A CN115380355 A CN 115380355A CN 202180026051 A CN202180026051 A CN 202180026051A CN 115380355 A CN115380355 A CN 115380355A
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Abstract

本发明提供一种能够延长光电阴极的寿命的电子枪，其包括在第一表面形成有光电阴极膜的基板、用于将激发光照射在光电阴极膜的光源、阳极、用于加热光电阴极膜和/或基板的加热装置、以及用以调整加热装置的加热温度的输出调整装置。

Description

电子枪、电子射线应用装置以及电子束的射出方法
技术领域
本发明涉及电子枪、电子射线应用装置以及电子束的射出方法。
背景技术
已知有搭载光电阴极(photocathode)的电子枪、包含该电子枪的电子显微镜、自由电子激光(free electron laser；FEL)加速器、检查装置等电子射线应用装置(以下也有将自电子射线应用装置卸下电子枪的装置记载为“合作伙伴装置(partner device)”的情形)。例如在发明专利文献1中公开使用了自光源照射激发光以射出电子束的光电阴极的电子显微镜装置。
在电子显微镜装置等的电子射线应用装置中，必须稳定地维持电子束的射出。然而，光电阴极因持续的光照射而导致电子射出特性产生劣化，且因被射出的电子量减少，使得使用了光电阴极的电子束源随着使用时间而降低了电子束的强度。为此，在发明专利文献1中公开通过增加激发光强度，或是通过进行Cs(cesium，铯)蒸镀来恢复电子束的强度的技术内容。
另外，也已知有通过使用由电子束遮蔽部件所遮蔽的测定用电子束来测定自光电阴极射出的电子束的强度，并根据测定结果来调整从光电阴极射出的电子束的强度的电子枪(参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-313273号公报
专利文献2：日本特许第6578529号公报
发明内容
发明要解决的课题
如专利文献1及2所记载的那样，已知当因持续使用光电阴极而使光电阴极的功能劣化的情况下，通过增加激发光强度，或是进行Cs的再蒸镀来恢复电子束的强度。然而，为了提高搭载了使用光电阴极的电子枪的电子射线应用装置的运转率，优选Cs的再蒸镀频率少，换句话说，光电阴极的寿命越长越好。但在使用了光电阴极的电子枪中，延长光电阴极的寿命的方法还不得知。
本发明人等在致力研究之时，新创出在加热光电阴极的状态下射出电子束时，能够延长光电阴极的寿命的发明。
在此，本申请的公开的目的在于提供一种能够延长光电阴极的寿命的电子枪、搭载了该电子枪的电子射线应用装置以及电子束的射出方法。在本申请所公开的其他任意附加的效果在用于实施发明的方式中更为明了。
解决课题的手段
(1)一种电子枪，包括：
基板，在第一表面形成有光电阴极膜；
光源，用于将激发光照射在光电阴极膜；
阳极；
加热装置，用于加热光电阴极膜和/或基板；以及
输出调整装置，用以调整加热装置的加热温度。
(2)如上述(1)所记载的电子枪，还包括：
真空腔室；
其中，加热装置被配置于真空腔室内，并且直接或间接地加热基板。
(3)如上述(2)所记载的电子枪，包括：
固定座，用以保持基板；
其中，加热装置被配置于固定座。
(4)一种电子枪，包括：
基板，在第一表面形成有光电阴极膜；
光源，用于将激发光照射在光电阴极膜；
阳极；
加热装置，用于加热光电阴极膜和/或基板；以及
真空腔室；
其中，加热装置被配置于真空腔室外，并且从真空腔室的外侧加热光电阴极膜和/或基板。
(5)如上述(4)所记载的电子枪，还包括用以调整加热装置的加热温度的输出调整装置。
(6)如上述(1)至(3)、(5)中的任一项所记载的电子枪，还包括：
测定部，用以测定自光电阴极膜射出的电子束的随着光电阴极膜的劣化所产生的强度变化；以及
控制部，根据测定部的测定结果来控制输出调整装置。
(7)如上述(6)所记载的电子枪，其中，控制部根据测定部的测定结果来调整自光电阴极膜射出的电子束的强度。
(8)一种电子射线应用装置，包括上述(1)至(7)中的任一项所记载的电子枪的电子射线应用装置，其中，电子射线应用装置是：
自由电子激光加速器；
电子显微镜；
电子射线全像术装置；
电子射线图案化装置；
电子射线绕射装置；
电子射线检查装置；
电子射线金属层积造型装置；
电子射线微影术装置；
电子射线加工装置；
电子射线硬化装置；
电子射线灭菌装置；
电子射线杀菌装置；
等离子体产生装置；
原子状元素产生装置；
旋转偏极电子射线产生装置；
阴极发光装置；或
逆光子放射摄谱术装置。
(9)一种电子束的射出方法，其中：
电子束由电子枪所射出，且电子枪包括：
基板，在第一表面形成有光电阴极膜；
光源，用于将激发光照射在光电阴极膜；
阳极；以及
加热装置，用于加热光电阴极膜和/或基板；
射出方法包括：
一边对光电阴极膜和/或基板进行加热，一边将来自光源的激发光照射至光电阴极膜，并根据激发光的受光而自光电阴极膜射出电子束的电子束射出步骤。
(10)如上述(9)所记载的射出方法，包括调整光电阴极膜和/或基板的加热温度的光电阴极温度调整步骤。
(11)如上述(10)所记载的射出方法，还包括：
测定部，用以测定自光电阴极膜射出的电子束的随着光电阴极膜的劣化所产生的强度变化；
其中，根据测定部的测定结果而实施光电阴极温度调整步骤。
发明效果
通过一边加热光电阴极一边射出电子束而可延长光电阴极的寿命。
附图说明
图1是示出第一实施方式的电子枪1A以及搭载了电子枪1A的合作伙伴装置E的示意图。
图2是示出在第一实施方式的电子枪1A中的加热装置5的其他配置的实施方式的附图。
图3是示出第二实施方式的电子枪1B以及搭载了电子枪1B的合作伙伴装置E的示意图。
图4是示出第三实施方式的电子枪1C以及搭载了电子枪1C的合作伙伴装置E的示意图。
图5是示出电子束遮蔽部件的概要图。
图6是示出在第三实施方式的电子枪1C中的测定部的其他示例的附图。
图7的A是示出实施例1的测定结果的附图，图7的B是示出比较例1的测定结果的附图。
图8的A是示出实施例2的测定结果的附图，图8的B是示出比较例2的测定结果的附图。
具体实施方式
以下一边参照附图，一边针对电子枪、电子射线应用装置以及电子束的射出方法进行详细说明。此外，在本说明书中，对于具有相同功能的部件赋予相同或类似的符号。其次，关于标示有相同或类似的符号的部件，会有省略重复的说明的情形。
此外，在附图中所示的各结构的位置、大小、范围等，为了易于理解，而有未表示出实际的位置、大小、范围等的情形。因此，本申请中的公开内容不必然限定于附图所公开的位置、大小、范围等。
(电子枪的第一实施方式)
参照图1及图2来针对第一实施方式的电子枪1A进行说明。图1是示出第一实施方式的电子枪1A以及搭载了电子枪1A的合作伙伴装置E的示意图。图2是示出加热装置5的配置的其他实施方式的附图。
第一实施方式的电子枪1A至少具备光电阴极2、光源3、阳极4、加热装置5、以及输出调整装置6。
在图1所示的示例中，光电阴极2通过将光电阴极膜22黏着在基板21的第一表面21a而形成。此外，在图1所示的示例中，根据自与形成有光电阴极膜22的第一表面21a呈相反侧的第二表面21b侧入射的激发光L的受光，而自光电阴极膜22射出电子束B。为此，基板21以透明基板21为佳。透明基板21只要能够使来自光源3的激发光穿透则无特别限制。可列举例如，石英玻璃或蓝宝石(sapphire)玻璃。此外，在从基板21的第一表面21a侧照射来自光源3的激发光L的情况下，基板21不一定要是透明的，只要能够黏着光电阴极膜22，则也可为石英玻璃或蓝宝石玻璃以外的材料。
光电阴极膜22只要是可通过照射激发光而射出电子束则无特别限制，可列举需EA表面处理(电子亲和力的降低处理)的材料、不需EA表面处理的材料等。图2A是示出使用了需EA表面处理的材料的示例。作为需EA表面处理的材料可列举例如III-V族半导体材料、II-VI族半导体材料。具体而言可列举AlN、Ce2Te、GaN、一种以上的碱金属与Sb的化合物、AlAs、GaP、GaAs、GaSb、InAs等，及其等的混晶等。作为其他示例可列举金属，具体而言可列举Mg、Cu、Nb、LaB6、SeB6、Ag等。通过将该等需EA表面处理的光电阴极膜基材22a的表面进行EA表面处理，即可制备在光电阴极膜基材22a形成有EA表面22b的光电阴极膜22。该光电阴极膜22不仅在半导体的隙能(gap energy)所对应的近紫外-红外光波长区域而变得可选择激发光，也通过半导体的材料或结构的选择而使电子束的用途所对应的电子束源(electron beam source)性能(量子产率(quantum yield)、耐久性、单色性(monochromaticity)、时间反应性(time responsiveness)、旋转偏极(spinpolarization)度)变得可能。
另外，图2B是示出使用了不需EA表面处理的材料的示例。作为不需EA表面处理的材料可列举例如Cu、Mg、Sm、Tb、Y等单一金属，或者合金、金属化合物、或是钻石、WBaO、Cs2Te等。不需EA表面处理的光电阴极膜22c利用已知的方法(例如参照日本特许第3537779号等)制备即可。
光源3只要是可通过对光电阴极2照射激发光L而射出电子束B则无特别限制。光源3可列举例如高输出(瓦特级(watt class))、高频(数百MHz)、超短脉冲雷射(pulse laser)光源、比较廉价的雷射二极管(laser diode)、LED(Light Emitting Diode；发光二极管)等。照射的激发光L可为脉冲光、连续光中的任一者，只要根据目的而适当地调整即可。此外，虽然在图1所记载的示例中，光源3被配置于真空腔室(vacuum chamber)CB外，且激发光L从光电阴极2的第二表面21b侧进行照射，但也可以将光源3配置于真空腔室CB内来取代。
阳极4只要是能够与阴极3形成电场(electric field)则无特别限制，可使用在电子枪领域中一般被使用的阳极。
在图1所示的示例中，光电阴极2、阳极4被配置于真空腔室CB内。光电阴极2中的电子由激发光L激发，且被激发的电子从光电阴极2被射出。射出的电子由通过阳极4与阴极2所形成的电场而形成电子束B。此外，本说明书中有关“光电阴极”与“阴极”的记载，虽然有在以射出电子束B的意思来记载的情况下记载为“光电阴极”，且在以与“阳极”的相对极的意思来记载的情况下记载为“阴极”的情形，但有关于符号不论在“光电阴极”还是“阴极”的情况皆使用2。
只要可自阴极2朝向阳极4射出电子束B，则电源的配置则无特别限制。在图1所示的示例中，通过以在阴极2与阳极4的间产生电位差(electric potential difference)的方式配置电源，可形成电场。
加热装置5用于加热光电阴极膜22和/或基板21。如后述的实施例所示，将激发光L照射于光电阴极膜22，且在射出电子束B之际，当在光电阴极2(光电阴极膜22)已被加热的状态下照射激发光L时，则光电阴极2的寿命会变长，换句话说，光电阴极膜22的劣化速率会变慢。
加热装置5只要在射出电子束B之际可加热光电阴极膜22则无特别限制。另外，加热装置5可直接加热光电阴极膜22，也可通过直接加热基板21而间接加热光电阴极膜22。更进一步地，加热装置5也可通过间接加热基板21而再间接地加热光电阴极膜22。
在图1所示的示例中，加热装置5被嵌入在用于保持基板21的固定座7中。作为加热装置5可列举例如，可通过电阻加热式加热器等的通电来加热的加热器、高频加热装置。在图1所示的示例中，加热装置5被嵌入在固定座7中，通过加热固定座7而加热基板21，且通过加热基板21对光电阴极膜22进行加热。即，加热装置5间接地加热基板21及光电阴极膜22。因此，优选，固定座7以导热性良好的材料所形成。作为材料可列举例如钛(titanium)、钼(molybdenum)、其等的合金、英高镍(Inconel)、不锈钢(stainless steel；SUS)等金属。
此外，在图1所示的示例中，加热装置5与基板21的端部呈非接触。作为替代方案，加热装置5也可以直接接触到基板21的方式来配置。另外，虽然在图1中省略了图示，但在包含有固定座7的情况下，也可将聚光透镜配置于固定座7。在具备有聚光透镜的情况下，可一边对来自光源3的激发光L进行聚光，一边对光电阴极膜22进行照射。因此，当具备聚光透镜时，能够从光电阴极膜22射出尺寸小且强度更强的电子束B。
当光电阴极膜22已劣化时，通过加热光电阴极2来再生光电阴极膜22。此外，在本说明书中，光电阴极膜22的再生意指：(1)在使用需EA表面处理的光电阴极膜基材22a的情况下，通过加热EA表面22b来清洗(cleaning)，并利用后述的表面处理材料进行再处理(EA表面的再形成)；(2)在使用不需EA表面处理的光电阴极膜22c的情况下，通过加热来去除附着在光电阴极膜22c表面的脏污。在第一实施方式的电子枪1A中，可将加热装置5用在光电阴极膜22的再生及延长光电阴极2的寿命两者上。
值得注意的是，虽然再生光电阴极膜22时的温度根据光电阴极膜22的组成(结晶构造(crystal structure))而不同，但会变得非常高温。另一方面，当射出电子束B之际的光电阴极2(光电阴极膜22)的加热温度过高时，则有光电阴极膜22被破坏的可能性。因此，在射出电子束B时对光电阴极膜22和/或基板21进行加热的温度变得低于再生光电阴极膜22时的温度。
为此，在第一实施方式的电子枪1A中，为了能够将光电阴极2加热到不同的温度，具备用于调整加热装置5的加热温度的输出调整装置6。例如，当加热装置5为电阻加热式加热器时，则输出调整装置6只要控制输出至电阻加热式加热器的电流值即可。当加热装置5为高频加热装置时，则输出调整装置6只要控制输出至线圈(coil)的交流电流即可。
在射出电子束B时的光电阴极膜22的加热温度的下限只要高于室温即可，例如50℃以上、75℃以上、100℃以上、120℃以上、140℃以上、160℃以上、180℃以上等，只要根据形成光电阴极膜22的材料进行适当调整即可。此外，在射出电子束B时的光电阴极膜22的加热温度的上限只要不会因加热而破坏光电阴极膜22的温度即可，换句话说，只要低于再生光电阴极膜22时的温度的温度即可。虽然根据光电阴极膜22的组成及结晶构造而不同，但可列举例如，600℃以下、550℃以下、500℃以下、450℃以下、300℃以下、250℃以下、200℃以下等。
输出调整装置6只要以使光电阴极膜22(光电阴极2)在上述的温度范围的方式来调整用于直接或间接加热光电阴极膜22的加热装置5的输出即可。如上所述，加热装置5能够在适用于再生光电阴极膜22时的温度与适用于射出电子束B时的温度的至少两种的温度之间作切换。因此，输出调整装置6可为能够对加热装置5提供至少两种强度的不同输出的装置。虽然在图1中省略了图标，但输出调整装置6与加热装置5只要通过电线等连接即可。
另外，图1所示的第一实施方式的电子枪1A是示出任意附加地配置了用于使固定座7相对于电子束B的行进方向而上下移动的驱动装置8、用于收纳光电阴极2的收纳容器9、用于在收纳容器9内对光电阴极2进行EA表面处理的表面处理材料91的示例。在驱动装置8包含有真空腔室内驱动部81的情况下，则输出调整装置6与加热装置5的连接也可经由真空腔室内驱动部81来连接。驱动装置8只要能够移动光电阴极2(在图1所示的示例中经由固定座7而移动)则无特别限制。例如，可使用在国际公开第二015/008561号、国际公开第二018/186294号所记载的驱动装置。在国际公开第二015/008561号及国际公开第二018/186294号中所记载的技术内容包含于本说明书中。
针对收纳容器9的材料并无特别的限制，可利用例如玻璃、钼、陶瓷、蓝宝石、钛、钨、钽(Tantalum)等的能够耐受300℃以上，更佳地为400°C的热的耐热性材料所形成。
被配置在收纳容器9的内部的表面处理材料91，只要是能够进行EA表面处理的材料则无特别的限制。作为构成表面处理材料91的元素例示例如Li、Na、K、Rb、Cs、Te、Sb等。值得注意的是，在所述的元素中，Li、Na、K、Rb、Cs因单独存在时会自燃，故无法保存及利用。为此，有关Li、Na、K、Rb、Cs，必须以该等元素的复合元素、含有该等元素的化合物的形态来使用。另一方面，在以化合物的形态使用的情况下，必须注意在所述元素的蒸镀时不产生杂质气体。因此，在使用自Li、Na、K、Rb、Cs选择的元素作为表面处理材料91的情况下，优选将Cs2CrO4、Rb2CrO4、Na2CrO4、K2CrO4等化合物与用于抑制杂质气体的产生的还原剂组合来使用。表面处理材料91利用加热手段而在收纳容器9内被气化，并被蒸镀于光电阴极2。
在图1所示的示例中，是示出了加热装置5被配置于固定座7的示例。另一方面，在图2所示的示例中，是示出了未使用用于保持基板21的固定座7，而将加热装置5直接配置于基板21以进行加热的示例。
在图2A所示的示例中，是示出了将加热装置5直接配置在基板21的示例。在将加热装置5直接配置在基板21的情况下，只要利用例如无机黏着剂等，具有高于加热装置5的加热温度的上限的耐热性的黏着剂来将加热装置5黏着于基板21即可。此外，在图2A所示的示例中，虽然是示出了加热装置5被配置在基板21上方的示例，但加热装置5也可被配置于基板21的侧方或下方。
在图2B所示的示例中，为了更牢固地将加热装置5保持在基板21，是示出具备了加热装置5的夹持部件51的示例。夹持部件51只要可夹持基板21与加热装置5且具有耐热性，则无特别的限制。例如，只要以用于形成固定座7的材料制备大致呈凹部状的夹持部件51即可。
此外，在图2A及图2B所示的示例中，是示出在基板21形成有用于使光电阴极2上下移动的杆件23的示例。在图2A及图2B所示的示例中，只要通过将图1所示的驱动装置8的真空腔室内驱动部81接合于杆件23以在上下方向驱动光电阴极2即可。此外，在光源3从基板21的第二表面21b侧照射的情况下，只要利用透明材料或激发光L可通过的中空部件来形成杆件23即可。
(电子枪的第二实施方式)
参照图3来针对第二实施方式的电子枪1B进行说明。图3是示出第二实施方式的电子枪1B以及搭载了电子枪1B的合作伙伴装置E的示意图。
第二实施方式的电子枪1B，具备被配置于真空腔室CB的外侧并从真空腔室CB的外侧对光电阴极膜22和/或基板21进行加热的加热装置52，且在第一实施方式的电子枪1A的加热装置5及输出调整装置6为任意附加事项之处与第一实施方式的电子枪1A不同，其他之处则与第一实施方式相同。因此，在第二实施方式中，将以与第一实施方式不同之处为中心进行说明，并省略会与在第一实施方式中已说明的事项重复的说明。因此，即使在第二实施方式中未明确地说明，当然在第二实施方式中也可采用在第一实施方式中已说明的事项。
第二实施方式的电子枪1B所具备的加热装置52从真空腔室CB的外侧加热光电阴极膜22和/或基板21。为此，加热装置52只要是灯加热器(lamp heater)、雷射加热器(laserheater)、高频加热装置、电阻加热式加热器等能够对远处的加热对象物进行加热的加热装置则无特别的限制。
在第二实施方式的电子枪1B中，加热装置52不被用于光电阴极2的再生用的用途，而被用于延长光电阴极2的寿命的用途。因此，由于也能够以事先完成设定的一种输出类型来驱动加热装置52，故在第二实施方式的电子枪1B中，不一定需要输出调整装置6。但并非是指以延长光电阴极2的寿命为目的而排除利用不同的两个以上的温度来加热光电阴极膜22和/或基板21。因此，第二实施方式的电子枪1B可任意附加地具备用于对加热装置52的输出进行调整的输出调整装置6。在加热装置52为灯加热器、雷射加热器等情况下，输出调整装置6只要调整用于调整灯加热器、雷射加热器等的强度的电流值即可。在加热装置52为电阻加热式加热器的情况下，输出调整装置6只要控制输出至电阻加热式加热器的电流值即可。在加热装置52为高频加热装置的情况下，输出调整装置6只要控制输出至线圈的交流电流即可。此外，在第二实施方式的电子枪1B的情况下，也可使用灯加热器、雷射加热器、电阻加热式加热器、高频加热装置等自真空腔室CB的外侧直接加热光电阴极膜22，也可通过加热基板21以经由基板21来加热光电阴极膜22。
此外，在第二实施方式的电子枪1B中，光电阴极2的再生用的加热装置5并非是作为用于解决本申请的课题的手段所必需的。然而，第二实施方式的电子枪1B也可任意附加地具备加热装置5。
在第一实施方式的电子枪1A的情况下，可达成使光电阴极2的再生用的加热装置5与延长光电阴极2的寿命用的加热装置5通用化(commonalization)的效果。另一方面，在第二实施方式的电子枪1B的情况下，可将使用频率高于光电阴极2的再生用的加热装置5的加热装置52配置在真空腔室CB的外侧。因此，在第二实施方式的电子枪1B中，达成即使当加热装置52发生故障时也不需打开真空腔室CB即可更换加热装置52的效果。
(电子枪的第三实施方式)
参照图4及图5来针对第三实施方式的电子枪1C进行说明。图4是示出第三实施方式的电子枪1C以及搭载了电子枪1C的合作伙伴装置E的示意图。图5是示出电子束遮蔽部件11a的概要图。
第三实施方式的电子枪1C在具备用以测定自光电阴极2射出的电子束B的随着光电阴极2的劣化所产生的强度变化的测定部11，以及根据测定部11的测定结果来控制输出调整装置6的控制部12之处与第一实施方式的电子枪1A及第二实施方式的电子枪1B不同，其他之处则相同。因此，在第三实施方式中，将以与第一实施方式及第二实施方式不同之处为中心进行说明，并省略会与在第一实施方式及第二实施方式中已说明的事项重复的说明。因此，即使在第三实施方式中未明确地说明，当然在第三实施方式中也可采用在第一实施方式及第二实施方式中已说明的事项。
在图4所示的示例中，以配置于电子枪1C内的电子束遮蔽部件11a与测定器11b来形成测定部11。接着，具备根据测定部11的测定结果来控制输出调整装置6的控制部12。
电子束遮蔽部件11a具备从光电阴极2射出的电子束B的一部分所通过的孔11a1。孔11a1的宽度被设定为小于电子束B的宽度。如图5所例示，在将到达电子束遮蔽部件11a时的电子束B的宽度设定为D1、且将孔11a1的宽度设定为D2的情况下，在电子束B内与孔11a1重叠的部分会通过电子束遮蔽部件11a。另一方面，电子束B内的未通过孔11a1的差量通过电子束遮蔽部件11a来遮蔽。其次，通过电子束遮蔽部件11a所遮蔽的电子束B被用作“测定用电子束”，并在测定器11b中进行强度的测定。此外，D2只要是所需量的电子束B能够通过的大小则无特别限制。另外，D1相对于D2的大小也只要能够利用测定器11b来取得可测量的测定用电子束B，则无特别限制。虽然当D1相对于D2的大小越大，测定用电子束B的量会越多，且测定器11b的测量精度也会提升，但在从光电阴极2射出的电子束B当中，进入合作伙伴装置E的电子束B的量会变少，而使电子射线应用装置的运转效率变差。反之，当D1相对于D2的大小过小时，测定用电子束的量变少，且测定器11b的测量精度也会降低。因此，只要一边考虑测量精度与运转效率一边适当调整D1及D2的大小即可。
电子束遮蔽部件11a的材料只要是导体或半导体则无特别限制。若为导体，可列举例如不锈钢(SUS)或铜等金属。
测定器11b利用作为通过电子束遮蔽部件11a所遮蔽的电子束B的一部分的测定用电子束来测定电子束B的强度。测定器11b只要可测定电子束B的强度则无特别限制。例如，当电子束遮蔽部件11a为导体时，则通过测定用电子束而在电子束遮蔽部件11a与测定器11b之间产生电流。为此，电子束B的强度可在测定器11b中作为电流值而予以测定。此外，电流值可使用已知的电流计(ammeter)来进行测定即可。然后，由于所测定的电流值会变得与电子束B的强度具有相依性(dependence)，故通过监测(monitor)电流值的变化即可监测电子束B的强度的变化。另外，也可使用半导体作为电子束遮蔽部件11a，而测定因测定用电子束碰触到半导体所产生的电流值。
此外，测定器11b也可将电流值替换成荧光强度来测定电子束B的强度。更具体而言，也可使用事先涂布有荧光材料的导体来作为电子束遮蔽部件11a，而利用测定器11b来测定因测定用电子束碰触到荧光材料所发光的荧光强度。此外，荧光强度使用已知的荧光亮度计(fluorophotometer)来测定即可。
如发明专利文献2所记载，已知利用电子束遮蔽部件11a来测定自光电阴极2射出的电子束B的随着光电阴极2的劣化所产生的强度变化，并根据测定部11的测定结果来调整光源3的强度等，藉此调整自光电阴极2射出的电子束B的强度。另一方面，在第三实施方式的电子枪1C中，控制部12根据测定部11的测定结果来控制输出调整装置6，并藉此来调整光电阴极2的温度，故在此处与发明专利文献2所记载的控制不同。
另外，虽然在图4及图5中是示出仅通过电子枪1C所具备的结构来形成测定部11的示例，但只要可测定光电阴极2的劣化，则测定部11不限定于图4及图5所示的示例。例如，图6是示出测定部11的其他示例。在图6所示的示例中，也可将电子束遮蔽部件11a替换成在合作伙伴装置E设置法拉第杯11c，并以由法拉第杯11c所捕捉到的电子束B与电流计(测定器)11b来构成测定部11。
此外，虽然省略了图示，但也可以通过组合电子枪1或合作伙伴装置E所具备的开口(aperture)等的用于遮蔽电子束B的部件与电流计(测定器)11b来构成测定部11。或者，由于光源3的光量与电子束B的强度之间具有相互关系(correlation)，故也可以用于测定来自电子枪1C(或合作伙伴装置E)的漏电流(leakage current)的测定器，以及用于自漏电流相对于光量的比来运算电子束B的强度变化的运算部来构成测定部11。更进一步地，也或者能够以用于测定自对电子束B进行加速的加速电源供给至光电阴极的电流的电流计来构成测定部11。
第三实施方式的电子枪1C通过具备控制部12而得以进行例如以下例示的控制。
(1)也可通过在电子束B开始射出时不加热光电阴极2，而根据测定部11的测定结果开始对光电阴极2进行加热，以通过加热装置5对光电阴极2进行加热。在此情况下，得以减轻加热装置5的负担以及运行成本(running cost)。
(2)根据测定部11的测定结果来改变光电阴极2的加热温度。
此外，第三实施方式的电子枪1C的控制部12也可在除了输出调整装置6的控制之外，根据需要来调整从光电阴极2射出的电子束B的强度。在此情况下，得以进行例如以下例示的控制。
(1)也可在电子束B的强度降低之际，先通过调整光源3等来调整电子束B的强度，且在光源3等的调整变得困难后，再通过加热装置5对光电阴极2进行加热。在此情况下，得以减轻加热装置5的负担以及运行成本(running cost)。
(2)也可将光源3等的控制与通过加热装置5的加热控制组合来予以实施。
此外，电子束的强度的调整记载于发明专利文献2中。在发明专利文献2(日本特许第6578529号公报)中所记载的事项包含于本说明书中。
(电子射线应用装置的实施方式)
搭载电子枪1的电子射线应用装置E可列举搭载电子枪1的已知的装置。可列举例如：自由电子激光(free electron laser)加速器、电子显微镜、电子射线全像术(electron-beam holography)装置、电子射线图案化装置(electron-beam lithography；EB lithography)、电子射线绕射(electron-beam diffraction)装置、电子射线检查装置、电子射线金属层积造型装置、电子射线微影术(electron lithography)装置、电子射线加工装置、电子射线固化装置、电子射线灭菌装置、电子射线杀菌装置、等离子体产生装置、原子元素产生装置、自旋极化(spin polarization)电子射线产生装置、阴极发光(cathodoluminescence；CL)装置，以及逆光子放射摄谱术(inverse photoemissionspectroscopy；IPES)装置等。
(电子束的射出方法的实施方式)
电子束的射出方法包括利用第一至第三实施方式的电子枪1或电子射线应用装置来一边对光电阴极膜22和/或基板21进行加热，一边将来自光源3的激发光L照射于光电阴极2，并根据激发光L的受光而自光电阴极2射出电子束B的电子束射出步骤。
电子束的射出方法可根据需要而实施光电阴极温度调整步骤，以调整光电阴极膜22和/或基板21的加热温度。光电阴极温度调整步骤通过输出调整装置6来切换加热装置5的输出即可。通过输出调整装置6所进行的加热装置5的输出的切换也可为操作者在任何的时间点进行。或者可根据用以测定自光电阴极2射出的电子束B的随着光电阴极2的劣化所产生的强度变化的测定部11的测定结果，通过输出调整装置6来进行对加热装置5的输出的切换。
以下虽然披露实施例来具体说明本申请所公开的实施方式，但此实施例仅用以说明实施方式。并非表示用以限定或是限制本申请所公开的发明的范围。
(实施例)
(实施例1)
在光源3上使用了雷射光源(Toptica制的iBeamSmart)。光电阴极2利用于DaikiSATO et al.2016Jpn.J.Appl.Phys.55 05FH05中所记载的已知方法来制备了InGaN光电阴极。光电阴极表面的EA处理通过已知的方法来进行。电子束遮蔽部件11a利用不锈钢来制备。此外，在加热装置5上使用了钽(Tantalum；Ta)制的电阻加热式加热器，并以加热装置会接触到基板21的方式来配置。此外，事先测定预定量的电流流动于加热装置5时的光电阴极2的温度，得到了将光电阴极2设定至所需的温度时所需要的电流值的相互关系。
通过从光源3向光电阴极2照射激发光L，并在光电阴极2与阳极4之间施加30kV的加速电压，而使电子束B自光电阴极2射出。接着，通过电子束遮蔽部件11a所取得的测定用电子束的电流值通过利用数据记录器(data logger)(横河电气制的MW100)测定并转换100kΩ的分流电阻(shunt resistance)的两端的电压而取得。测定每秒钟进行一次。以测定部11测定的电流值设定成为约2×10-5A，并将以测定部11完成测定的电流值的结果每5秒向光源3反馈(feedback)一次。此外，在照射激发光L的同时，使电流流动于加热装置5来进行了加热，以使光电阴极2的温度成为约在100℃。测定结果如图7的A所示。
(比较例1)
除了不使加热装置5加热且在室温(约27℃)下将激发光L照射至光电阴极2之外，以与实施例1相同的步骤进行了实验。测定结果如图7的B所示。
如图7的A所示，在一边将光电阴极2加热至约100℃一边射出电子束B的情况下，能够射出稳定的电子束B约28小时。另一方面，如图7的B所示，在不加热光电阴极2而射出电子束B的情况下，能够射出稳定的电子束B的时间约14小时。一般认为，若在正在射出电子束B的状态下加热光电阴极2时，电子束B的能量分散会增加。因此，即使是本领域技术人员中也无法想到要一边加热光电阴极2一边射出电子束B。在本申请的公开内容中确认到，通过一边加热光电阴极2一边射出电子束B，能够实现延长光电阴极2的寿命(延长能够产生稳定的电子束B的时间)的即使对于本领域技术人员来说也无法想到的效果。
(实施例2)
除了将InGaN光电阴极替换成使用GaAs之外，以与实施例1相同的步骤进行了实验。GaAs以分子束磊晶法(molecular beam epitaxy；MBE)完成了制备。测定结果如图8的A所示。
(比较例2)
除了将InGaN光电阴极替换成使用GaAs之外，以与比较例1相同的步骤进行了实验。测定结果如图8的B所示。
如图8的A所示，在一边将光电阴极2加热至约100℃一边射出电子束B的情况下，能够射出稳定的电子束B约3.5小时。另一方面，如图8的B所示，在不加热光电阴极2而射出电子束B的情况下，能够射出稳定的电子束B的时间约1.9小时。
根据以上的结果，即使改变了用于形成光电阴极膜22的半导体的种类，在一边加热光电阴极2一边射出电子束B的情况下，也能够延长光电阴极2的寿命。光电阴极膜22的耐热温度根据半导体的种类而有所不同。因此，由实施例1及2的结果确定光电阴极2的加热上限只要根据半导体的种类而设定适合的温度即可。
工业实用性
通过使用本申请所公开的电子枪、电子射线应用装置以及电子束的射出方法，得以延长光电阴极的寿命。因此，对于电子枪的从业者而言具有益处。
符号说明：
1、1A：电子枪
2：光电阴极
21：基板
21a：基板的第一表面
21b：基板的第二表面
22：光电阴极膜
22a：需要进行EA表面处理的光电阴极膜基材
22b：EA表面
22c：不需要进行EA表面处理的光电阴极膜
23：杆件
3：光源
4：阳极
5：加热装置
51：夹持部件
52：加热装置
6：输出调整装置
7：固定座
8：驱动装置
81：真空腔室内驱动部
9：收纳容器
91：表面处理材料
11：测定部
11a：电子束遮蔽部件
11a1：孔
11b：测定器
11c：法拉第杯
12：控制部
B：电子束
CB：真空腔室
D1：电子束的宽度
D2：孔的宽度
E：合作伙伴装置
L：激发光

Claims (11)

1.一种电子枪，包括：
基板，在第一表面形成有光电阴极膜；
光源，用于将激发光照射在所述光电阴极膜；
阳极；
加热装置，用于加热所述光电阴极膜和/或所述基板；以及
输出调整装置，用以调整所述加热装置的加热温度。
2.如权利要求1所记载的电子枪，还包括真空腔室，
其中，所述加热装置被配置于所述真空腔室内，并且直接或间接地加热所述基板。
3.如权利要求2所记载的电子枪，包括：
固定座，用以保持所述基板；
其中，所述加热装置被配置在所述固定座。
4.一种电子枪，包括：
基板，在第一表面形成有光电阴极膜；
光源，用于将激发光照射在所述光电阴极膜；
阳极；
加热装置，用于加热所述光电阴极膜和/或所述基板；以及
真空腔室；
其中，所述加热装置被配置于所述真空腔室外，并且从所述真空腔室的外侧加热所述光电阴极膜和/或所述基板。
5.如权利要求4所记载的电子枪，还包括用以调整所述加热装置的加热温度的输出调整装置。
6.如权利要求1至3、5中的任一项所记载的电子枪，还包括：
测定部，用以测定自所述光电阴极膜射出的电子束的随着所述光电阴极膜的劣化所产生的强度变化；以及
控制部，根据所述测定部的测定结果来控制所述输出调整装置。
7.如权利要求6所记载的电子枪，其中，
所述控制部根据所述测定部的测定结果来调整自所述光电阴极膜射出之所述电子束的强度。
8.一种电子射线应用装置，包括权利要求1至7中的任一项所记载的电子枪的电子射线应用装置，其中，所述电子射线应用装置是：
自由电子激光加速器；
电子显微镜；
电子射线全像术装置；
电子射线图案化装置；
电子射线绕射装置；
电子射线检查装置；
电子射线金属层积造型装置；
电子射线微影术装置；
电子射线加工装置；
电子射线硬化装置；
电子射线灭菌装置；
电子射线杀菌装置；
等离子体产生装置；
原子状元素产生装置；
旋转偏极电子射线产生装置；
阴极发光装置；或
逆光子放射摄谱术装置。
9.一种电子束的射出方法，其中，
所述电子束由电子枪所射出，且所述电子枪包括：
基板，在第一表面形成有光电阴极膜；
光源，用于将激发光照射在所述光电阴极膜；
阳极；以及
加热装置，用于加热所述光电阴极膜和/或所述基板；
所述射出方法包括：
一边对所述光电阴极膜和/或所述基板进行加热，一边将来自所述光源的所述激发光照射至所述光电阴极膜，并根据所述激发光的受光而自所述光电阴极膜射出所述电子束的电子束射出步骤。
10.如权利要求9所记载的电子束的射出方法，包括：
调整所述光电阴极膜和/或所述基板的加热温度的光电阴极温度调整步骤。
11.如权利要求10所记载的电子束的射出方法，还包括：
测定部，用以测定自所述光电阴极膜射出的所述电子束的随着所述光电阴极膜的劣化所产生的强度变化；
其中，根据所述测定部的测定结果而实施光电阴极温度调整步骤。
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