DE2146691C3

DE2146691C3 - Field emission type electron gun

Info

Publication number: DE2146691C3
Application number: DE19712146691
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kodaira Tokio Komoda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-09-18
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1976-06-16

Description

jf Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone des gebildet wird und mit Anschlußklemmen 3 versehenThe invention relates to an electron gun which is formed and provided with connecting terminals 3

I Feldemissionstyps gemäß dem Oberbegriff der An- ist, ferner eine zweite Anode 4 mit einer öffnung 5I is the field emission type according to the preamble of the an, furthermore a second anode 4 with an opening 5

I iprüche 1 und 2. Eine derartige Elektronenkanone 40 und eine dritte Anode 6 mit einer öffnung 7. Zwi-I need 1 and 2. Such an electron gun 40 and a third anode 6 with an opening 7.

I eignet sich insbesondere als Elektronenstrahlquelle sehen der Kathodenspitze 1 und der zweiten Anode 4I is particularly suitable as an electron beam source see the cathode tip 1 and the second anode 4

I für Elektronenmikroskope. liegt eine Hochspannungsquelle 8, zwischen der Ka-I for electron microscopes. is a high voltage source 8, between the cable

p Derartige Elektronenkanonen, wie sie etwa aus der thodenspitze 1 und der dritten Anode 6 eine weiterep Such electron guns, such as those made from the method tip 1 and the third anode 6, another

I deutschen Patentschrift 735 313 bekannt sind, weisen Hochspannungsquelle 9. Die Verbindung der drittenI German patent 735 313 are known, show high voltage source 9. The connection of the third

e eine nadeiförmige Kathodenspitze und eine oder 45 Anode 6 mit der positiven Klemme der Spannungs-e a needle-shaped cathode tip and one or 45 anode 6 with the positive terminal of the voltage

mehrere Anoden auf, wobei eine Elektronenemission quelle 9 ist an Masse geführt. Der soweit beschriebeneseveral anodes, with an electron emission source 9 is connected to ground. The one described so far

von der Kathodenspitze durch das zwischen dieser und Aufbau ist konventionell. Zwischen der Kathodender ersten Anodenanordnung bestehende elektrische spitze 1 und der zweiten Anode 4 wird mittels derfrom the cathode tip through that between this and construction is conventional. Between the cathode of the First anode assembly existing electrical tip 1 and the second anode 4 is by means of the

^; Feld hervorgerufen wird. Mindestens eine der Anoden Spannungsqiielle 8 eine hohe Spannung erzeugt. Da- ^; Field is generated. At least one of the anode voltage sources 8 generates a high voltage. There-

i, ist dabei zur Erzeugung eines sehr dünnen Elektro- 50 bei wird die Intensität des elektrischen Feldes in deri, is used to generate a very thin electric 50 at the intensity of the electric field in the

I nenstrahls, der durch weitere elektronische Linsen- Nähe der Kathodenspitze 1 so hoch, daß die Kathowirkungen konzentriert wird, mit einer Öffnung ver- denspitze Elektronen emittiert. Diese ElektronenI nenstrahls, which by further electronic lens proximity of the cathode tip 1 so high that the cathode effects is concentrated, with an opening that emits pointed electrons. These electrons

sehen. Mit Ausnahme derjenigen Elektronen, die durchsetzen die öffnungen 5 und 7 der Anoden 4see. With the exception of those electrons that penetrate the openings 5 and 7 of the anodes 4

durch diese öffnung hindurchgehen, treffen die übri- bzw. 6 und werden durch das elektrische Feld, das gen von der Kathodenspitze emittierten und durch die 55 durch die Spannungsquellen 8 und 9 zwischen den Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Anoden 4 und 6 erzeugt wird und eine elektronische Anodenanordnung beschleunigten Elektronen auf Linsenwirkung hervorruft, fokussiert, so daß am Aus-go through this opening, meet the rest of the or 6 and are driven by the electric field, the gen emitted from the cathode tip and through the 55 through the voltage sources 8 and 9 between the Potential difference between the cathode and the anodes 4 and 6 is generated and an electronic Anode arrangement causes accelerated electrons to lens effect, focused, so that at the exit

den die öffnung umgebenden Teil der betreffenden gang der öffnung 7 ein Elektronenstrahl erzielt wird,the part of the relevant passage of the opening 7 surrounding the opening an electron beam is achieved,

,{ Anode. Dort werden Moleküle ionisiert, so daß Ionen der einen feinen Punkt hoher Dichte erzeugt., {Anode. Molecules are ionized there, so that ions of a fine point of high density are created.

erzeugt werden, die durch die gleiche Potentialdiffe- βο Zwischen der Kathodenspitze 1 und der zweiten renz in zu der Richtung der Elektronen entgegenge- Anode 4 ist nun eine erste Anode 12 angeordnet. Gesetzter Bewegungsrichtung auf die Kathodenspitze zu maß Fig. 1 hat die erste Anode die Gestalt einer gitbeschleunigt werden. Durch diese Ionen wird die Ka- terförmigen Elektrode mit großen öffnungen. Die erthodenspitze allmählich zerstört, so daß die Elektro- ste Anode 12 ist an die positive Klemme einer nenemission unterbrochen wird. Da aus diesen Grün- 65 Gleichspannungsquelle 13 angeschlossen, deren neden die Kathodenspitze eine verhältnismäßig kurze gative Seite mit der positiven Klemme der Gleich-Lebensdauer aufweist, muß sie häufig ausgewechselt Spannungsquelle 8 verbunden ist. Dadurch erhält die werden. Andererseits muß in Elektronenkanonen ein erste ^node eine um etwa 10 bis 100 V größere Span-generated by the same potential difference βο between the cathode tip 1 and the second A first anode 12 is now arranged in the anode 4 opposite to the direction of the electrons. Set Direction of movement towards the cathode tip to measure Fig. 1, the first anode has the shape of a grid accelerated will. These ions create the box-shaped electrode with large openings. The erthode tip gradually destroyed, so that the electrode 12 is connected to the positive terminal of an anode emission is interrupted. Since this green 65 DC voltage source 13 is connected, the neden the cathode tip has a relatively short negative side with the positive terminal of the equal life has, it must often be replaced voltage source 8 is connected. This gives the will. On the other hand, in electron guns a first ^ node must have a voltage that is about 10 to 100 V larger.

nung als die /,weite Anode 4,tion as the /, wide anode 4,

' Beispielsweise hat die Spannungsquelle B eine Spannung V₁ von 2500 Volt, die Spannungsquelle 9For example, the voltage source B has a voltage V ₁ of 2500 volts, the voltage source 9

,eine Spannung V₁₁ von 30000 V und die Spannungsquelle 13 «ine Spannung V₁ von 100 V,, a voltage V ₁₁ of 30000 V and the voltage source 13 «a voltage V ₁ of 100 V,

Infolge der positiven hohen Spannung, die gegenüber der Kathodenspitze den Wert von V₁ ■(- V₁ hat,As a result of the positive high voltage, which compared to the cathode tip has the value of V ₁ ■ (- V ₁ ,

, werden die Elektronen auf ähnliche Weise wie bei herkömmlichen Elektronenkanonen von der Kathadcnspitzc 1 emittiert, Die emittierten Elektronen erreichen die erste Anode Ϊ2, werden jedoch wegen der gitterförmig angeordneten großen öffnungen nicht aufgefangen, so daß ein großer Teil der durch die Elektrode 12 hindurchtretenden Elektronen die zweite Anode 4 erreicht., the electrons are removed from the tip of the catheter in a manner similar to conventional electron guns 1 emitted, the emitted electrons reach the first anode Ϊ2, but are because of the large openings arranged in the form of a grid are not captured, so that a large part of the electrons passing through the electrode 12 the second anode 4 reached.

Die Elektronen treffen mit Ausnahme der durch die öffnung S hindurchtretenden Elektronen auf die Oberfläche der zweiten Anode 4 auf, so daß an dieser " Ionen erzeugt werden. Da jedoch die erste Anode 12With the exception of the electrons passing through the opening S, the electrons hit the Surface of the second anode 4, so that ions are generated at this. However, since the first anode 12

■ gegenüber der zweiten Anocfe 4 ein positives Potential hat, können die Ionenitiicht durchdie erste Anode 12 hindurchtreten.■ compared to the second Anocfe 4 a positive potential the ions cannot pass through the first anode 12 step through.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 wird als erste Anode eine Elektrode 14 verwendet, die eine einzige große öffnung 15 aufweist, Jn Fig. 2 sind die Spannungsquellcn weggelassen, die Verhältnisse zwischen den an die jeweiligen Elektroden ungelegten Spannungen sind ähnlich denen der vorstehend besehriebenen Ausführungsform.In the embodiment of FIG. 2, an electrode 14 is used as the first anode, which is a single electrode has large opening 15, In Fig. 2 are the voltage sources omitted, the relationships between the voltages unapplied to the respective electrodes are similar to those described above Embodiment.

Bei der gitterförmigen Elektrode Vl nach Fig, 1 ist es schwierig, eine gleichförmige Potcntialverteilung zu erzielen. Da bei der AusfUhrungsform nach Fig, 2 die erste Anode '4 sehr genau hergestellt werden kann und die einzige große öffnung 15 aufweist, kann mit dieser eine gleichförmige Potcntialverteilung lungs einer Achse 16 erzeugt und eine geringe Abweichung erzielt werden. Als Folge der Form des Spitzenteils v/erden von der Kathodenspitze innerhalb eines öffnungswinkels α von etwa 30° Elektronen von der Spitze emittiert. Wird daher die öffnung IS der ersten Anode 14 so ausgebildet, daß sie einen derartigen öffnungswinkel hat, so treffen die emittierten Elektronen nicht auf diese Elektrode und erreichen dieIn the case of the grid-shaped electrode V1 according to FIG. 1, it is difficult to achieve a uniform potential distribution. Since in the embodiment according to FIG. 2 the first anode 4 can be produced very precisely and has the only large opening 15, a uniform potential distribution of an axis 16 can be generated with this and a small deviation can be achieved. As a result of the shape of the tip part, electrons from the cathode tip are emitted from the tip within an opening angle α of approximately 30 °. If, therefore, the opening IS of the first anode 14 is formed in such a way that it has such an opening angle, the emitted electrons do not strike this electrode and reach it

»ο zweite Anode 4. Auf ähnliche Weise wie bei der Aus-5führungsfprm der Fig. 1 können die an der zweiten Anode 4 erzeugten Ionen infolge der in gestrichelten Linien gezeigten Feldverteilung nicht durch die erste Anode 14 hindurchtreten.»Ο second anode 4. In a similar way to the Aus -führungfprm of Fig. 1 can be the second Anode 4 generated ions due to the field distribution shown in dashed lines not through the first Pass through anode 14.

Hierzu 1 BlättZeichnungenFor this 1 sheet of drawings

Claims

ψ, \ ultra high vacuum can be maintained so that

W- claims: every time a destroyed cathode is replaced.

I « yJ .ucniansprutnu tip is required to use the electron gun again

Ib ί I 'I. Electron gun of the field emission type with evacuating. The replacement process is therefore a grain-P "T f fine needle-shaped cathode tip, a first 5 plicated and timely.

'ψ $% Sriode and at least one with an opening of the invention lies the ^ g ^ JW ^^ * ™

§ % ^:; f! seen another anode, whereby the first electron gun can be created «f 'Jf cathode φ ■■■ *. The anode has a higher positive voltage compared to the tip and has a longer service life than before. UM.-Icier cathode tip lies as the other second anode, The solution to this problem is carried out according to the teaching ί ^{? I} tri, characterized in that the first "> of patent claim 1 or ₍ of patent claim 2. S; # ^ i? LiVnod _e (12) of a grid with large openings, according to this teaching, the first and second IW ;; grooves, and that the opening (5) in the two anode is designed in such a way that the first anode is equal to, - mp>: 0 th anode (4) is smaller than the cross section of the TIG as Sperrclektrode for the second on the anode ^ÜiJC:; wjrkt> the Kathodenspitzc one (1) emitted electron induced ion for this purpose is ψψ Jtronenstrahls 15, the first anode of a grid. with large openings

% * - .. Ü 2. Field emission type electron gun with. gen or an electrode which has a single opening at the beam output #: Γ ί a needle-shaped cathode tip, a first side, and is the off- &;^; ■ anode and at least one further anode provided with an opening in the second anode smaller than the cross section I'k * '<!

§ *? Anode has a higher positive voltage compared to *> nenstrahls. As a result, the electrons emitted from the cathode of the cathode tip are pointed to the second anode w,: ' characterized in that the first anode (14) is allowed through, but is largely concealed, on the beam exit side a single large change, that released ions at the second anode have the P opening (15), and that the opening (5) reach the cathode tip and destroy it. The longer life of the cathode | v section of the tip emitted from the tip of the kaihode (1) enables the complicated and Ipt electron beam to be achieved on the second anode (4) than the cross section . time-consuming replacement of the cathode tip less-I-3. Electron gun according to claim 2, which must be done more often than in the case of the known E! Ek-1, characterized in that the opening (15) of the electron guns of the field emission type.
The first anode (14) is conically shaped, this 3 ° opening facing away from the cathode tip in the following description and showing two preferred exemplary embodiments having an opening angle of 30 °. tert, which are shown in Figs. 1 and 2 of the drawing schemapi table.
pftt The electron gun of the field shown in FIG.

jp; 35 emission type for electron microscopes has one

f- · '■ needle-shaped cathode tip 1 for field emission,

W that of a hairpin-shaped tungsten thread 2