DE2116014A1 - Feldemissions-Elektronenkanone - Google Patents
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Description
DA-4250
zu der
Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung
Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung
der Firma
Hitachi Limited
1-5-1, Marunouchi, Chiyoda-ku Tokyo / Japan
Hitachi Limited
1-5-1, Marunouchi, Chiyoda-ku Tokyo / Japan
betreffend
Feldemi s si ons-Elektronenkanone
(Priorität: 1. April 1970, Japan, Nr. 27022)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenkanone oder
Elektronenschleuder des Feldemissionstyps, die sich insbesondere als Elektronenstrahlquelle in einem Elektronenmikroskop
oder dgl. eignet.
Bekanntlich weist eine herkömmliche Elektronenkanone eine nadeiförmige Kathodenspitze auf, Mittel zur Beheizung der
Spitze sowie eine Anode, die bewirkt, daß durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der Spitze und der
Anode Elektronen von der Spitze emittiert werden.
Bei einer solchen Elektronenkanone tritt beim Betrieb häufig unerwünschte Entladung auf, wodurch der oberste
Teil der Spitze zerstört wird, so daß die Elektronen-Feldemission von diesem Teil aufhört.
Da die Lebensdauer der Kathodenspitze in der herkömmlichen
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Elektronenkanone aus den beschriebenen Gründen sehr kurz ist, ist ein häufiges Auswechseln der Spitze erforderlich.
·
Andererseits muß in der Elektronenkanone ein superhoher Vakuumzustand aufrechterhalten werden; wird dieser Zustand
zum Auswechseln der Spitze unterbrochen, so muß die Elektronenkanone erneut evakuiert werden. Um eine
solche Evakuierung zu erzielen, ist Jedoch eine komplizierte und sehr "zeitraubende Behandlung erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektronenkanone oder -schleuder mit sehr hoher Lebensdauer zu schaffen, wobei
die Häufigkeit, mit der die Kathodenspitze ausgewechselt und die besagte Evakuierung durchgeführt v/erden
muß, sehr gering ist. Vorzugsweise soll die erfindungsgemäße Elektronenschleuder als Elektronenstrahlquelle
in einem Elektronenmikroskop oder dgl. geeignet sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Elektronenkanone dadurch, daß eine
Schirmelektrode, an der die gleiche Spannung liegt wie an der Kathodenspitze, eine Beschleunigungsanode
umgibt, um diese gegen auf Erdpotential liegende Teile, etwa den Röhrenkolben, abzuschirmen und dadurch zu
verhindern, daß zwischen der Anode und den Erdpotential-Teilen eine Entladung stattfindet. Dadurch wird der
Nadelteil der Kathodenspitze gegen Zerstörung durch die besagte Entladung geschützt."
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier bevorzugter
Ausführungsbeispiele, die in Fig. 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt sind.
In Fig.1 bedeuten 1 eine nadeiförmige Kathodenspitze,
2 eine erste Anode, 3 eine zweite Anode, 4 und 5 Löcher
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in den /moden 2 bzw. 3, durch die ein Elektronenstrahl
hindurchtritt, 6 und 11 Isolatoren, 7 und 9 Elektrodenanschlüsse, 8 einen haarnadelförmigen Wolframfaden und
10 eine Kontaktfeder. Diese Elemente sind bekannt und bilden den herkömmlichen Aufbau einer Elektronenkanone.
Mit 12 ist eine erste Schirmelektrode bezeichnet, die ein kennzeichnendes Element der Erfindung darstellt.
Bei einem herkömmlichen Aufbau wird eine hohe negative Spannung von beispielsweise -30 KV der Kathodenspitze 1
über den Elektrodenanschluß 7 zugeführt, während eine weitere hohe negative Spannung von etwa -27 KV über den
Elektrodenanschluß 9 und die Kontaktfeder 10 der ersten Anode zugeführt wird. Außerdem ist die zweite Anode 3
geerdet.
Da bei der obigen Elektronenkanone herkömmlichen Aufbaus die elektrische Feldstärke in der Nähe des obersten
Teiles der Kathodenspitze 1 aufgrund des Potentialunterschiedes zwischen der Spitze 1 und der ersten Anode 2
7 Θ
etwa 10 bis 10 V/cm beträgt, wird durch den den Faden 8 durchsetzenden elektrischen Heizstrom bewirkt, daß die Spitze 1 Elektronen emittiert. Diese das Loch 4 durchsetzenden Elektronen werden durch ein elektrisches Feld fokussiert, das zwischen der ersten Anode 2 und der zweiten Anode 3 besteht und als elektronische Linse wirkt, so daß am Ausgang des Loches 5 ein Elektronenstrahl mit kleinem Durchmesser und hoher Intensität erhalten wird.
etwa 10 bis 10 V/cm beträgt, wird durch den den Faden 8 durchsetzenden elektrischen Heizstrom bewirkt, daß die Spitze 1 Elektronen emittiert. Diese das Loch 4 durchsetzenden Elektronen werden durch ein elektrisches Feld fokussiert, das zwischen der ersten Anode 2 und der zweiten Anode 3 besteht und als elektronische Linse wirkt, so daß am Ausgang des Loches 5 ein Elektronenstrahl mit kleinem Durchmesser und hoher Intensität erhalten wird.
Da die Kathodenspitze 1 von der ersten Anode 2 umgeben ist, tritt zwischen der Spitze 1 und auf Erdpotential
liegenden Teilen,etwa dem (nicht gezeigten) Kolben der Elektronenkanone fast nie eine Entladung auf,
selbst wenn die oben beschriebene hohe negative Spannung an der Kathodenspitze 1 liegt.
Es wird daher vermutet, daß Entladung zwischen der ersten Anode 2 und den Erdpotential-Teilen stattfindet.
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Tritt eine solche Entladung auf, so nimmt die erste Anode 2 sofort Erdpotential an, und der Potenialunterschied
zwischen der Spitze 1 und der ersten Anode 2 wird sehr hoch, so daß die von der Spitze 1 emittierte
Elektronenmenge rasch und außerordentlich stark zunimmt .
Im allgemeinen wird der oberste Teil der Spitze 1 sehr scharf gemacht, damit durch ein elektrisches Feld
Elektronen von dort emittiert werden können* Beispielsweise wird als Spitze ein Woframdraht mit einem
| Durchmesser von etwa 0,1 bis 0,2 mm verwendet, dessen oberster Teil nadeiförmig mit einem Krümmungsradius von
bis hinunter zu 500 λ ausgebildet ist. Infolge des rapiden Anwachsens von Elektronen bei Auftreten der
Entladung wird daher der oberste Teil der Spitze 1 außerordentlich stark erhitzt und dadurch zerstört,
so daß die Elektronenemission von dieser Stelle aufhört, da die elektrische Feldstärke in der Umgebung
des obersten Teils der Spitze 1 auf einen derart geringen Wert abfällt, der zur Emission von Elektronen
nicht mehr ausreicht.
Aus den obigen Gründen ist erklärlich, daß ein positiver W Potentialunterschied zwischen der Spitze und der
ersten Anode nicht übermäßig wird, wenn die besagte ■ Entladung zwischen der ersten Anode und den auf Erdpotential
liegenden Teilen verhindert wird; dadurch kann dann eine Zerstörung des obersten Teiles der
Spitze vermieden werden.
Beim Aufbau der erfindungsgemäßen Elektronenkanone umgibt daher die erste Schirmelektrode 12 die erste
Anode 2. Der ersten Schirmelektrode 12 wird über eine mit dem Elektrodenanschluß 7 verbundene Kontaktfeder
13 die gleiche Spannung zugeführt wie der Spitze 1.
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Außerdem ist zwischen der ersten Anode 2 und der ersten Schirmelektrode 12 ein Isolator 15 mit einer
Durchbruchspannung von mindestens 5 KV angeordnet; falls erforderlich, kann eine zweite Schirmelektrode
14 den Stirnabschnitt 61 des Isolators 6 umgeben,
um eine Entladung von diesem zu verhindern.
Die erste Schirmelektrode 12 hat außerdem einen Bodenteil 16, der die erste Anode 2 gegen die zweite Anode
3 sowie gegen die besagten Erdpotential-Teile abschirmt; da jedoch dieser Bodentdl 16 der Schirmelektrode 12
eine gekrümmte glatte Oberfläche aufweist, die hochpoliert ist, so daß keine großen Schwankungen in der
elektrischen Feldverteilung zwischen den bei den Anoden auftreten, findet fast keine Entladung dazwischen statt.
Andererseits kann zwischen den Kontaktteilen 17 und 18 oder den Kontaktteilen 19 und 20 zwischen dem Isolator
11 und den beiden Anoden leicht eine Entladung auftreten.
Daher kann die erste Elektrode so modifiziert sein, daß der Bodenteil 16 nach Fig. 1 praktisch weggelassen
und statt dessen ein Vorsprung 12· gemäß Fig. 2 vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird dadurch, daß der oberste Teil der
Kathodenspitze gegen Zerstörung infolge von Entladungen geschützt ist, die Lebensdauer der Spitze erheblich
verlängert, Die Erfindung läßt sich bei allen Elektronenkanonen des Feldemissionstyps anwenden, die mindestens
die nadeiförmige Kathodenspitze und die Anode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen der Spitze
und der Anode zur Bewirkung einer Elektronenemission von der Spitze aufweisen.
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Claims (6)
1. Feldemissions-Elektronenkanone mit einer beheizten nadeiförmigen Kathodenspitze und einer Anode, wobei
ein elektrisches Feld zwischen der Spitze und der Anode eine Elektronenemission von der Spitze
^ bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anode (2) von einer Schirmelektrode (12) umgeben ist, an der die gleiche Spannung liegt wie
an der Anode und die die Anode gegen auf Erdpotential liegende Teile der Anordnung abschirmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (12) zwischen
der Anode (2) und auf Erdpotential liegenden Teilen angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer becherartig geformten ersten Anode, die in ihrer Bodenwand
ein Loch zum Durchtritt der Elektronen aufweist, sowie einer im Abstand von der Bodenwand
angeordneten zweiten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (12) aus
einem die Außenwand der ersten Anode (2) umgebenden ringförmigen Teil sowie einem Bodenteil (16) besteht,
der zwischen der Bodenwand der"ersten Anode
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und der zweiten Anode (3) angeordnet ist.
4. Vorrichtlang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil (16) der Schirmelektrode
(12) auf seiner der zweiten Anode (3) zugewandten Seite eine gekrümmte, hochpolierte
Oberfläche aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer becherartig geformten ersten Anode, die in ihrer Bodenwand
ein Loch zum Durchtritt der Elektronen aufweist, sowie einer in Abstand.von der Bodenwand
durch Isolatoren gehaltenen zweiten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode
(12) einen die Außenseite der ersten Anode (2) umgebenden ringförmigen Teil aufweist und mit innerhalb
der Isolatoren (11) angeordneten, auf die zweite Anode (3) weisenden Vorsprüngen (12·) versehen
ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kathoden- und Anodenanschlüsse durch ein
becherförmiges Isolatorteil geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stirnwand
(6·) des Isolatorteils (6) und der Anode (2) eine weitere Schirmelektrode (14) angeordnet ist.
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2702270A JPS5318861B1 (de) | 1970-04-01 | 1970-04-01 | |
JP2702270 | 1970-04-01 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2116014A1 true DE2116014A1 (de) | 1971-11-18 |
DE2116014B2 DE2116014B2 (de) | 1977-01-27 |
DE2116014C3 DE2116014C3 (de) | 1977-09-08 |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7104277A (de) | 1971-10-05 |
DE2116014B2 (de) | 1977-01-27 |
JPS5318861B1 (de) | 1978-06-17 |
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GB1326677A (en) | 1973-08-15 |
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