DE2328406A1

DE2328406A1 - FIELD EMISSION ELECTRON SOURCE

Info

Publication number: DE2328406A1
Application number: DE19732328406
Authority: DE
Inventors: Peter Edward Bovey; Ian Robert Michael Wardell
Original assignee: VACUUM GENERATORS Ltd
Current assignee: VACUUM GENERATORS Ltd
Priority date: 1972-06-05
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1973-12-20
Also published as: GB1438502A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann,Patent attorneys Dipl.-Ing. R Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN «6, DEN8 MUNICH «6, DEN

POSTFACH 860 820PO Box 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22MÖHLSTRASSE 22, CALL NUMBER 98 39 21/22

YACUUH GEHERATORS LIMITEDYACUUH GEHERATORS LIMITED

Charlwoods RoadCharlwoods Road

East Grinstead, SussexEast Grinstead, Sussex

EnglandEngland

Feldemissionselektronenque-lleField emission electron source

Die Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Vakuumgerät bzw. Verbesserungen, die sich auf ein Vakuumgerät beziehen, und zwar befaßt sich die Erfindung im einzelnen damit, die Forderungen . von'Vakuumgeräten zu erfüllen, die sich im Hinblick auf den · lokalen Gasdruck im Bereich einer Feldemissionselektronenquelle ergeben.The invention relates to improvements in a vacuum device or Improvements relating to a vacuum device, the invention specifically addresses the requirements . of 'vacuum devices that are different in terms of result in local gas pressure in the area of a field emission electron source.

Feldemissionselektronenquellen sind an sich bekannt (siehe die Veröffentlichung von A.V. Crewe et al in der Zeitschrift "The Review of Scientific Instruments", Band 39, Nr. 4, April 1968, Seiten 576 - 583), und sie sind vor allem für die Verwendung als Strahlquellen in Elektronenmikroskopen entwickelt worden, in denen die hohe elektronen-optische Helligkeit und die kleinen Quellenabmessungen, die sich^mit Feldemissionselek-Field emission electron sources are known per se (see the Publication of A.V. Crewe et al in the journal "The Review of Scientific Instruments", Volume 39, No. 4, April 1968, pages 576-583), and they are especially for the Use as beam sources in electron microscopes have been developed, in which the high electron-optical brightness and the small source dimensions, which ^ with field emission elec-

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tronenquellen erreichen lassen, beachtliche Vorteile vermitteln. Es wurde jedoch gefunden, daß die Leistungsfähigkeit einer Feldemissionselektronehquelle sehr stark von dem lokalen Gasdruck abhängt, und es wurde weitet- gefunden, daß es zum Erreichen der maximalen Quellenlebensdauer und Emissionsstabilität notwendig ist, die Quelle unter sehr guten Vakuum- bedingungen, beispielsweise bei einem Druck in der Größenord-Let sources of electrons reach, convey considerable advantages. However, it has been found that the performance of a field emission electron source depends very strongly on the local gas pressure, and it has further been found that it To achieve the maximum source life and emission stability it is necessary to place the source under very good vacuum conditions, for example with a pressure in the order of magnitude

—9 —10
nung von 10 bis 10 mm Hg, zu betreiben. Die Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit der Feldemissionsquelle vom lokalen Gasdruck rührt von der Tatsache her, daß sich die Leistungsfähigkeit der Quelle verschlechtert, wenn die Oberfläche der Feldemissionsspitze mit Verunreinigungen bedeckt wird, die sich von der näheren Umgebung darauf ablagern. Diese Verschlechterung der Leistungsfähigkeit wurde bisher einfach durch übliche Entgasungsvorgänge bekämpft, die darauf abzielten, Verunreinigungen auszutreiben, und die darin bestanden, die Umgebung der Quelle einer Vorerhitzung zu unterziehen»-9-10
voltage of 10 to 10 mm Hg. The dependence of the performance of the field emission source on the local gas pressure arises from the fact that the performance of the source deteriorates when the surface of the field emission tip is covered with impurities which are deposited on it from the surrounding area. This deterioration in performance has hitherto been counteracted simply by conventional degassing processes, which aimed to drive off impurities and which consisted of subjecting the area around the source to preheating »

Wie in der vorerwähnten Veröffentlichung von Crewe et al angegeben ist, wurde zwar bereits anerkannt, daß der lokale Gasdruck beim Betrieb einer FeldemissionsqueXle infolge der Freisetzung von Gasmolekülen von den Feldelekt-roden durch Aufschlagen von Elektronen von der Feldemissionsspitze das Bestreben hat, anzusteigen, und es ist auch erkannt worden, daß es dadurch zu einer beträchtlich nachteiligen Wirkung auf die Betriebsstabilität der Quelle kommt. Jedoch wurde außer der Anwendung konventioneller thermischer Entgasungstechniken bisher keine speziellen Schritte unternommen, um diese Wirkung unter Kontrolle zu bringen, und bis zur vorliegenden Erfindung wurde nicht erkannt, daß man eine beträchtliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer Feldemissionsquelle dadurch erreichen kann, daß man während der Entgasung der Feldemissionsquelle die Feldelektroden mit Elektronen von einer Hilfsquelle bombardiert.As indicated in the aforementioned Crewe et al is, it has already been recognized that the local gas pressure when operating a field emission source as a result of the release of gas molecules from the field electrodes by impact of electrons from the field emission tip tends to rise, and it has also been recognized that it does so has a considerably adverse effect on the operational stability the source comes. However, in addition to using conventional thermal degassing techniques, it has hitherto been used no specific steps were taken to control this effect and until the present invention it was not recognized that there was a considerable improvement the performance of a field emission source can be achieved by the field electrodes with electrons from an auxiliary source during the degassing of the field emission source bombed.

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Gemäß dieser, der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis, wird mit der Erfindung eine Feldemissionselektronenquelle vorgeschlagen, die charakterisiert ist durch eine Feldemissionsspitze; eine Feldelektrode, an die im Gebrauch der Felde.missionselektronenquelle ein elektrisches Potential zum Zwecke der Herstellung der für die Emission von Elektronen von der Feldemissionsspitze notwendigen Bedingungen angelegt wird; und eine Hilfselektronenquelle, die in Beziehung zur Feldelektrode so angeordnet ist, daß sie eine Bombardierung wenigstens derjenigen Oberflächen—ereiehe der Feldelektrode mit Elektronen von der Hilfselektronenquelle ermöglicht, die beim Gebrauch der Feldemissionselektronenquelle einer Bombardierung mit Elektronen von der FeIdemissionsspitze unterworfen sind»According to this knowledge on which the present invention is based, the invention provides a field emission electron source proposed, which is characterized by a field emission peak; a field electrode to which the Feld.missionselektronenquelle an electrical potential for the purpose of producing the for the emission of electrons from the conditions necessary for the field emission peak are applied; and an auxiliary electron source in relation to the field electrode is arranged to cause bombardment of at least those surfaces of the field electrode with electrons from the auxiliary electron source enabled when using the Field emission electron source are subjected to bombardment with electrons from the field emission tip »

Die Hilfselektronenquelle wird besonders vorteilhaft von einem glühelektrischen Faden gebildet, der in der Nähe der Feldemissionsspitze angeordnet ist. Ein die Felderaissionsspitze umgebender Ringfaden ist eine bevorzugte Ausbildungsform, da eine derartige Anordnung die Kreissymmetrie dex- Komponententeile der Feldemissionsquelle um die Laufachse des von der Feldemissionsquelle beim Gebrauch abgegebenen Elektronenstrahls aufrecht erhält; diese Kreissymmetrie is"t für die meisten Anwendungen im Interesse der. Aufrechterhaltung eines minimalen und gleichmäßigen Querschnitts des Elektronenstrahls erwünscht und üblich. Der Ringfaden und die Feldemissionsspitze können besonders vorteilhaft auf einem einsteckbaren Baustein vorgesehen sein, der leicht auswechselbar ist»The auxiliary electron source is particularly advantageously formed by a glowing electrical filament which is located in the vicinity of the field emission tip is arranged. One surrounding the field emission peak Ring thread is a preferred embodiment because such an arrangement dex component parts of the circular symmetry Maintains the field emission source about the axis of travel of the electron beam emitted by the field emission source in use; this circular symmetry is for most applications in the interest of maintaining a minimal and uniform Cross-section of the electron beam is desirable and common. The ring filament and the field emission tip can be particularly beneficial be provided on a plug-in module that is easily exchangeable »

Im allgemeinen sind zwei Feldelektroden vorgesehen, die in der Laufrichtung des beim Betrieb der Quelle erzeugten Elektronenstrahls voneinander im Abstand angeordnet sind; die beiden Elektroden sind allgemein so geformt, daß sie die Elektronen von der Feldemissionsspitze elektrostatisch fokussieren, und sie erhalten beim Gebrauch der Feldemissionsquelle geeigneteIn general, two field electrodes are provided in the The direction of travel of the electron beam generated during operation of the source are arranged at a distance from one another; the two Electrodes are generally shaped to hold electrons focus electrostatically from the field emission tip, and they receive appropriate ones when using the field emission source

3 C 3 ß 5 1 / η 93 C 3 ß 5 1 / η 9

Potentiale, mit denen die Feldemission von der Feldemissionsspitze hervorgerufen wird und die dazu' dienen, die emittierten Elektronen zxi beschleunigen. Wie bereits erwähnt, besitzen die beiden Feldelektroden im allgemeinen eine Kreissymmetrie um die Achse des Elektronenstrahls der Quelle, und sie sind weiterhin mit Öffnungen für den Durchgang des Elektronenstrahls versehen. Wenn zwei dieser Feldelektroden vorgesehen sind, ist die Freisetzung von Gasmolekülen von der ersten Feldelektrode (d.h. derjenigen der beiden Feldelektroden, welche der FeIdemissionsspitze am nächsten ist) durch die Bombardierung ihrer der Feldemissionsspitze zugewandten Fläche mit Elektronen von der Feldemissionsspitze der beschwerlichste Mechanismus insoweit, als eine Verunreinigung der Feldemissionsspitze infrage steht, wohingegen Gasmoleküle, die von der zweiten Feldelektrode durch deren Bombardierung mit Strahlelektronen freigesetzt werden, durch die erste Feldelektrode von der Feld emissionsspitze getrennt sind und infolge dessen weniger direkt für lokale Druckänderungen im Bereich der Feldemissionsspxtze verantwortlich sind. Da dies der Fall ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich,. für eine Bombardierung der zweiten Feldelektrode mit Elektronen von einer Hilfsquelle zu sorgen, obwohl dieses gewünschtenfalls geschehen kann, beispielsweise dadurch, daß die erste Feldelektrode mit Offnungen versehen wird, durch welche einige der Elektronen, die von der für die Bombardierung der ersten Feldelektrode vorgesehenen Hilfselektronenquelle herkommen, zur Bombardierung der zweiten Feldelektrode hindurchgehen können. Alternativ ist es auch möglich, eine zweite Hilfselektronenquelle vorzusehen, die es ermöglicht, diejenigen Oberflächenbereiche der zweiten Feldelektrode zu bombardieren, welche beim Gebrauch der Feldemissionsquelle der Bombardierung mit Strahlelektronen ausgesetzt sind, obgleich bei der Anordnung der zweiten Hilfsquelle (beispielsweise einem angemessen geformten glühelektri— sehen Faden- Sorge dafür getragen werden nniß, daß ihre Gegen-Potentials with which the field emission from the field emission peak and which serve to accelerate the emitted electrons zxi. As mentioned earlier, own the two field electrodes generally have circular symmetry about the axis of the source electron beam, and they are still provided with openings for the passage of the electron beam. If two of these field electrodes are provided, is the release of gas molecules from the first field electrode (i.e. that of the two field electrodes, which is the field emission tip is closest) by bombarding its surface facing the field emission tip with electrons from the field emission tip is the most onerous mechanism insofar as contamination of the field emission tip is in question stands, whereas gas molecules from the second field electrode are released by bombarding them with beam electrons, through the first field electrode from the field emission tip are separated and as a result less direct for local pressure changes in the area of the field emission spxtze are responsible. Since this is the case, it is not essential in accordance with the present invention. for a bombing the second field electrode with electrons from an auxiliary source to ensure, although this can be done if desired can, for example, in that the first field electrode is provided with openings through which some of the electrons, those intended for the bombardment of the first field electrode Auxiliary electron source come here for bombing the second field electrode can pass through. Alternatively, it is also possible to provide a second auxiliary electron source, which allows those surface areas of the second Bombard field electrode, which when using the field emission source are exposed to bombardment with beam electrons, although with the arrangement of the second auxiliary source (for example, an appropriately shaped incandescent elec- see thread care must be taken that their counterparts

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"wart das Beschleünigungs- und Pokussierungsfeld zwischen der ersten und zweiten Feldelektrode nicht nachteilig verzerrt bzw, beeinträchtigt."was the acceleration and focusing field between the first and second field electrodes are not adversely distorted or impaired.

Während der Entgasung der Feldemissionsquelle gemäß der Erfindung wird ein die Elektronen beschleunigendes Potential zwischen der Hilfselektronenquelle (beispielsweise einem . glühelektrischen Faden) und der Feldelektrode oder den Feldelektroden hergestellt, durch welches die Bombardierung und die Freisetzung von Gasmolekülen von den Oberflächen der Feldelektrode bzw. der Feldelektroden, die einer Bombardierung mit Elektronen von der Feldemissionsspitze (während des eigentlichen Betriebs der Feldemissionselektronenquelle) vtnterworfen sind, mit Elektronen von der Hilfsquelle hervorgerufen wird. Die Feldemissionsspitze selb.st kann sich während der Entgasung entweder auf einem schwebenden bzw.- triftenden Potential befinden, oder sie kann vorteilhafterweise auf dem Potential der Feldelektrode oder der Feldelektroden gehalten werden, so daß sie selbst einige Elektronen von der Hilfselektronenquelle anzieht und dadurch entgast wird. Es sollte sichergestellt werden, daß die Feldemissionsspitze während der Entgasung nicht auf dem Potential der Hilfsquelle gehalten wird, da das dazu führen würde, daß eine Feldemission unter ungünstigen Bedingungen auftreten würde, die wahrscheinlich eine Beschädigung oder Zerstörung der Feldemissiohsspitze zur Folge hätten. Es ist nicht vorgesehen, daß die Entgasung durch Elektronenbombardement einen Ersatz für die konventionellen, thermischen Entgasungstechniken bilden soll, vielmehr sollten die beiden Techniken zusammen angewandt werden, so daß man auf diese Weise eine wirkungsvolle Entgasung erzielt. During the degassing of the field emission source according to the invention a potential accelerating the electrons between the auxiliary electron source (for example a. glowing electric filament) and the field electrode or the field electrodes produced by which the bombardment and the release of gas molecules from the surfaces of the field electrode or the field electrodes, which are bombarded with electrons from the field emission tip (during the actual Operation of the field emission electron source) are caused by electrons from the auxiliary source. The field emission tip itself can move away during degassing either on a floating or drifting potential, or it can advantageously be on the potential the field electrode or the field electrodes are held so that they themselves some electrons from the auxiliary electron source attracts and is thereby degassed. Care should be taken to ensure that the field emission peak does not occur during degassing is kept at the potential of the auxiliary source, since this would lead to a field emission under unfavorable conditions would occur, which would likely damage or destroy the field emission tip. It there is no provision for degassing by electron bombardment a replacement for conventional thermal degassing techniques rather, the two techniques should be used together so that effective degassing is achieved in this way.

Die vorstehenden sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand einiger, in den Figuren der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Aus-The foregoing and other features and advantages of the invention are below with reference to some, in the figures of Drawing of the particularly preferred configuration shown in principle

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führungsbeispiele näher orläutert. Es zeigen:explains management examples in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Feldemissionsquelle gemäß der Erfindung;Figure 1 is a schematic view of a field emission source according to the invention;

Fig. 2 eine mehr ins einzelne gehende Ansicht der Feldemissionsquelle nach Fig. 1; undFigure 2 is a more detailed view of the field emission source according to Fig. 1; and

Fig. 3 eine nähere perspektivische Ansicht einer Abwandlung der Feldemissionsquelle nach den Figuren 1 und 2.FIG. 3 shows a closer perspective view of a modification of the field emission source according to FIG. 1 and 2.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, wonach die dort dargestellte Feldemissionsquelle innerhalb einer evakuierbaren Kammer 1 untergebracht ist, die beispielsweise einen Teil der evakuierbaren Kammer eines Elektronenmikroskops sein kann.Reference is first made to FIG. 1, according to which the field emission source shown there is within an evacuable Chamber 1 is housed, for example part of the evacuable chamber of an electron microscope can be.

Die Wände der Kammer sind in konventioneller Weise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet, und innerhalb der Kammer ist ein elektrisch isolierendes Trägerteil 2 vorgesehen. Auf dem Trägerteil 2 sind die Feldemissionsspitze 3 der Feldemissionsquelle, eine erste Feldelektrode 4 und eine Hilfselektronenquelle 5 in Form eines thermisch emittierenden Ringdrahtes angebracht; diese Teile besitzen elektrische Verbindungen, welche sich durch das Trägerteil 2 erstrecken, wie in der Zeichnung dargestellt. Eine zweite Feldelektrode 6, die sich im Abstand von der ersten Feldelektrode k befindet, ist in der Kammer 1 angebracht. Die beiden FeldeHctroden k und 6 weisen bei 7 bzw. 8 Öffnungen auf, durch die der Elektronenstrahl von der Feldemissionsspitze 3 hindurchgehen kann; außerdem besitzt die erste Feldelektrode 4 einen Ring von Öffnungen 9» die so angeordnet sind, daß einige der Elektroneivom Draht 5 die zweite Feldelektrode 6 bombardieren und Gasmoleküle von dieser freisetzen können. Der Aufbau besitzt insgesamt eine Kreissymmetrie um die Laufrichtung des bei Ver-The walls of the chamber are conventionally constructed from stainless steel, and an electrically insulating support part 2 is provided within the chamber. The field emission tip 3 of the field emission source, a first field electrode 4 and an auxiliary electron source 5 in the form of a thermally emitting ring wire are attached to the carrier part 2; these parts have electrical connections which extend through the carrier part 2, as shown in the drawing. A second field electrode 6, which is located at a distance from the first field electrode k , is attached in the chamber 1. The two field electrodes k and 6 have openings at 7 and 8, respectively, through which the electron beam from the field emission tip 3 can pass; In addition, the first field electrode 4 has a ring of openings 9 'which are arranged in such a way that some of the electrons from the wire 5 can bomb the second field electrode 6 and release gas molecules therefrom. Overall, the structure has a circular symmetry around the running direction of the

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Wendung der Feldemissionsquelle erzeugten Elektronenstrahls, die in der Fig. 1 durch einen Pfeil dargestellt ist.Turn of the field emission source generated electron beam, which is shown in Fig. 1 by an arrow.

In Fig. 2 sind die einzelnen Teile der Feldemissionsquelle der Fig. ί in näheren Einzelheiten veranschaulicht, obwohl genaue Einzelheiten der Befestigung der Feldemissionsspitze 3 und des Drahts 5 sowie der elektrischen Verbindungen mit ihnen nicht gezeigt sind. In Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeicben wie in Fig. 1 für gleiche bzw. entsprechende Teile verwendet.In FIG. 2, the individual parts of the field emitter of Figs. Ί in more detail illustrated, although exact details of the mounting of the field emission tip 3 and the wire 5 and the electrical connections are not shown with them. In Fig. 2, the same reference numerals as in Fig. 1 are used for the same or corresponding parts.

Es sei nunmehr näher auf Fig. 2 eingegangen. Die Feldemissions· spitze. 3 ist eine Metallspitze bzw. ein gespitzter Whisker aus Wolfram oder einem anderen feldemissionsfältigem Material (beispielsweise Iridium); diese Spitze ist auf einem Haarnadeldraht 10 befestigt, der seinerseits auf Anschlußstiften 11 angebracht ist. Der Aufbau und die Befestigung der FeIdemissionsspitze 3 sind konventionell. Der Faden 5 kann entweder Draht- oder Bandform besitzen und zum Zwecke der Erniedrigung seiner Elektronenemissionsteinperatur thoriert oder beschichtet sein. Wenn er die Form eines Bandes bzw. Streifens besitzt, dann kann der Faden nur auf einer Seite beschichtet und so angeordnet" sein, daß sich eine bevorzugte Elektronenemission in Richtung auf die Feldelektroden 4 und 6 ergibt. Die elektrischen Verbindungen-mit der Feldemissionsspitze 3 und mit dem Faden 5 werden mit den Leitungen 12 hergestellt. Die Feldemissionsspitze 3 und der Faden 5 können üblicherweise als Bausteineinheit angeordnet bzw. ausgebildet sein, welche lösbar in das Trägerteil 2 eingesteckt werden kann, wobei die elektrischen Verbindungen beispielsweise über eine Stecker-Soekel-Verbindung hergestellt werden.It will now be discussed in more detail in FIG. The field emissions top. 3 is a metal tip or a pointed whisker made of tungsten or other field emission-sensitive material (e.g. iridium); this tip is attached to a hairpin wire 10, which in turn on connecting pins 11 is attached. The construction and attachment of the field mission point 3 are conventional. The thread 5 can either be in the form of a wire or a ribbon and for the purpose of degradation its electron emission stone temperature thoriated or be coated. If it is in the form of a band or strip, then the thread can only be coated on one side and so arranged "that there is a preferred Electron emission in the direction of the field electrodes 4 and 6 results. The electrical connections - with the field emission tip 3 and with the thread 5 are made with the lines 12. The field emission tip 3 and the thread 5 can usually arranged or designed as a building block unit be, which can be releasably inserted into the carrier part 2, the electrical connections for example via a plug-Soekel connection can be established.

Die erste Feldelektrode 4 besitzt eine Strahlöffnung 7 von 0.5 nun gegenüber bzw. vor der Peldemissionsspitze 35 sie hat weiterhin einen Ring von sechzehn Öffnungen 9 von 2_f,0 nun, gegenüber bzw. vor dem Faden 5· In den Seitenbereichen der Feldelektrode 4 sind Schlitze 13 ausgebildet, wodurch die Evakuierung dieser Elektrode erleichtert und außerdem die Wärmeableitung zum Trägerteil 2 während der Entgasung herabgesetzt wird. Die Vorder- bzw. Stirnfläche der ersten Feldelektrode 4 ist in der dargestellten Weise geformt, so daß sie mit der ihr zugewandten Oberfläche'der zweiten Feldelektrode 6 so zusammenwirken kann, daß man einen vorbestimmten Grad elektrostatischer Fokussierung des aus der Öffnung 7 austretenden Elektronenstrahls erreicht. Die zweite Feldelektrode 6 besitzt, wie in der Zeichnung dargestellt ist, eine Öffnung 8 von 0.5The first field electrode 4 has a beam opening 7 of 0.5 now opposite or in front of the field emission tip 35 it also has a ring of sixteen openings 9 of 2 _f , 0 now, opposite or in front of the thread 5 · There are slots in the side areas of the field electrode 4 13, whereby the evacuation of this electrode is facilitated and also the heat dissipation to the carrier part 2 is reduced during the degassing. The front or end face of the first field electrode 4 is shaped as shown so that it can interact with the surface of the second field electrode 6 facing it so that a predetermined degree of electrostatic focusing of the electron beam emerging from the opening 7 is achieved. As shown in the drawing, the second field electrode 6 has an opening 8 of 0.5

Während des Entgasens der vorbeschriebenen Anordnung der Figuren 1 und 2 wird ein elektrischer Strom durch den Ringfaden 5 geleitet, so daß letzterer Elektronen emittiert; außerdem wird ein Beschleunigungspotential zwischen den Ringfaden 5 und die erste Feldelektrode 4 angelegt, so daß die Elektronen vom Ringfaden 5 die erste Feldelektrode 4 bombardieren. Einige der bombardierenden Elektronen treten durch die Öffnungen 9 hindurch und treffen auf die zweite Feldelektrode 6 auf, die sich auf einem stärker positiven Potential als die Feldelektrode 4 befindet. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, kann man das Potential der Feldemissionsspitze 3 während der Entgasung in der Schwebe bzw. triften lassen, oder dieses Potential kann so festgelegt werden, daß es gleich dem Potential der ersten Feldelektrode 4 ist, was zur Folge hat, daß die Feldemissionsspitze 3 ebenfalls mit Elektronen vom Ringfaden 5 bombardiert wird. Die Feldemxssionsspxtze 3 sollte jedoch nicht auf dem gleichen Potential wie der Ringfaden 5 gehalten werden, da die an die erste Feldelektrode 4 angelegte Vorspannung, welcheDuring the degassing of the above-described arrangement of the figures 1 and 2 an electric current is passed through the ring filament 5 so that the latter emits electrons; also will an acceleration potential is applied between the ring thread 5 and the first field electrode 4, so that the electrons from the ring thread 5 bomb the first field electrode 4. Some of the bombarding electrons pass through the openings 9 and impinge on the second field electrode 6, which is at a more positive potential than the field electrode 4 is located. As already mentioned above, one can see the potential of the field emission tip 3 during the degassing in the levitation or drift, or this potential can be determined so that it is equal to the potential of the first The field electrode 4 is, with the result that the field emission tip 3 is also bombarded with electrons from the ring filament 5 will. The Feldemxssionsspxtze 3 should not be kept at the same potential as the ring thread 5, since the bias voltage applied to the first field electrode 4, which

3 Ü 9 8 5Ί /090Z₁ 3 nights 9 8 5Ί / 090Z ₁

die Elektronen von der Ringelektrode anzieht, eine zerstörende bzw. nachteilige Feldemission der -Peldemissionsspitze 3 hervorrufen könnte, sofern sich diese auf dem Fadenpotential befindet. In Versuchen, die mit einer Feldemissionsquelle ausgeführt wurden, welche eine Hilfselektronenquelle in Form eines Drahtringes aus Draht von 0.30 mm aufwies, wobei der Drahtring von zwei. Stiften an diametral entgegengesetzten Stellen gehalten wurde, sind die folgenden typischen Bedingungen für die Entgasung einer. Anordnung der dargestellten Art ermittelt worden: . . ·which attracts electrons from the ring electrode, could cause a destructive or disadvantageous field emission of the field emission tip 3, provided that it is at the thread potential. In tests carried out with a field emission source which had an auxiliary electron source in the form of a wire ring made of wire of 0.30 mm, the wire ring of two. When pins were held in diametrically opposed positions, the following are typical conditions for degassing a. Arrangement of the type shown has been determined:. . ·

Strom im RingfadenElectricity in the ring thread

Emissionsstrom des FadensEmission current of the thread

auf die erste Elektrode auftreffender Strom auf die zweite Elektrode auftreffender Stromcurrent impinging on the first electrode current impinging on the second electrode

Spannung am Ringfaden Spannung an der ersten Elektrode Spannung an der zweiten ElektrodeVoltage on the ring thread Voltage on the first electrode Voltage on the second electrode

Auftreffleistung der auf die erste Elektrode auftreffenden ElektronenImpact of the on the first Electrode impinging electrons

Auftreffleistung der auf die zweite Elektrode auftreffenden ElektronenImpact power of the second Electrode impinging electrons

Wärmeverlustleistung des RingfadensHeat dissipation of the ring filament

Es wurde festgestellt, daß eine Entgasung durch einfache Erhöhung der Elektrodentemperaturen bis auf ungefähr 300 C nicht verhindert, daß ein lokaler Druckanstieg auftritt, wenn die Feldemission von der Feldemissionsspitze eingeleitet wird. Hingegen wurde nach einem vom Ringfaden aus erfolgenden Elektronenbombardement kein merklicher lokaler Druckanstieg beim Einleiten bzw. Beginn der Feldemission festgestellt.It has been found that degassing can be achieved by simply increasing it the electrode temperatures down to about 300 ° C does not prevent a local pressure rise from occurring when the field emission is initiated from the field emission tip. On the other hand, after an electron bombardment from the ring thread no noticeable local pressure increase at the initiation or beginning of the field emission.

6.56.5 AA. 1515th mAmA 1010 mAmA 55 mAmA 1010 kVkV 55 kVkV 00 5050 Wattwatt 5050 Wattwatt 5050 Wattwatt

309851/09(H309851/09 (H.

In Pig. 3 ist eine Abwandlung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Feldemissionsquelle in näheren Einzelheiten und in perspektivischer Ansicht gezeigt. Zur Bezeichnung gleicher bzw. entsprechender Teile sind in Fig. 3 die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 verwendet. Die modifizierte Anordnung nach Fig. 3 ist so gestaltet, daß jede Tendenz des von der Hilfselektronenquelle (d.h. von dem spulenförmigen Faden bzw. Draht 5) verdampften Materials, sich auf elektrisch isolierenden Oberflächen abzulagern und dadurch elektrische Ableitungsyerluste bzw. Kriechströme hervorzurufen, herabgesetzt wird. _# In Pig. 3 shows a modification of the field emission source shown in FIGS. 1 and 2 in more detail and in a perspective view. The same reference numerals are used in FIG. 3 as in FIGS. 1 and 2 to denote the same or corresponding parts. The modified arrangement according to FIG. 3 is designed so that any tendency for the material evaporated from the auxiliary electron source (ie from the coil-shaped thread or wire 5) to deposit on electrically insulating surfaces and thereby cause electrical leakage or leakage currents is reduced. _#

In der Anordnung nach Fig. 3 werden die Feldemissionsquelle 3» der diese haltende Haarnadeldraht bzw. -faden 10 und die zugehörigen Anschlußstifte 11, sowie die Hilfselektronenquelle, die von einem spulenförmig gewickelten Draht bzw. Faden 5 gebildet und von Anschlußstiften I^ getragen wird, und weiterhin ein Schirm 15 alle auf einem elektrisch isolierenden Keramikblock l6 gelagert bzw. gehaltert. Der Schirm 15 ist von den beiden Fäden 3» H und 15 elektrisch isoliert und dient dazu, die Ablagerung von Material, welches während der Entgasung von dem spulenförmigen Draht bzw. Faden 5 verdampft wird, auf die Oberfläche des Keramikblocks 16 herabzusetzen.In the arrangement according to FIG. 3, the field emission source 3 » this holding hairpin wire or thread 10 and the associated Connection pins 11, as well as the auxiliary electron source, that of a wire or thread 5 wound in the form of a coil formed and carried by connecting pins I ^, and continues a screen 15 all mounted or held on an electrically insulating ceramic block l6. The screen 15 is electrically isolated from the two threads 3 »H and 15 and serves to prevent the deposition of material which evaporates from the coil-shaped wire or thread 5 during the degassing is to reduce to the surface of the ceramic block 16.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Feldemissionselektronenquelle, die eine Hilfselektronenquelle zum Zwecke der Bombardierung einer oder mehrerer der Feldelektroden während der Entgasung aufweist, wodurch eine verbesserte Betriebsstabilität der Feldemissionsspitze erreicht werden kann. Eine besonders bevorzugte Anordnung weist einen die Hilfselektronenquelle bildenden thermisch emittierenden Faden auf und besitzt vorzugsweise einen Schirm bzw. eine Abschirmung zum Verhindern der Ablagerung von Material, welches von dem thermisch emittierenden .Faden während der Entgasung verdampft wird, auf elektrisch isolierenden Oberflächen. In summary, the invention relates to a field emission electron source, the one auxiliary electron source for the purpose of bombarding one or more of the field electrodes during of the degassing, whereby an improved operational stability the field emission peak can be reached. A particularly preferred arrangement has the auxiliary electron source forming thermally emitting thread and preferably has a screen or a shield for prevention the deposition of material which is evaporated from the thermally emitting thread during degassing on electrically insulating surfaces.

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Claims

Patent claims

Field emission electron source, characterized by a field emission tip (3) ί a field electrode (4) to which an electrical potential is applied during use of the field emission electron source for the purpose of producing the conditions necessary for the emission of electrons from the field emission tip; and an auxiliary _{electron source (5) 5} which is arranged in relation to the field electrode so that it enables a bombardment of at least those surface areas of the field electrode with electrons from the auxiliary electron source which are subject to bombardment with electrons from the field emission tip during use of the field emission electron source.

2. Field emission electron source according to claim 1, characterized g ekennz e i chnei; that the auxiliary electron source (5) from a glow-electric or thermally emitting one Electrode, preferably formed by a glow-electric thread or some other glow-electric material will.

3. Field emission electron source according to claim 1 or 2, d a dur It is indicated that the auxiliary electron source (5) »preferably the glow-electric or» thermally emitting electrode, especially the glow-electric one Thread or other glow-electric material, " is arranged in the vicinity of the field emission tip (3).

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4. Field emission electron source according to claim 3i d adurch marked chnet that the auxiliary electron source (5) comprises a ring filament surrounding the field emission tip (3).

5. Field emission electron source according to claim 4, characterized in that the ring thread of the auxiliary electron source (5) so formed and arranged is that he prefers electrons in an external one Direction away from the field emission tip (3) emitted.

6. field emission electron source according to claim 5i thereby characterized in that the annular thread of the auxiliary electrode source (5) comprises or is a tape thread that is only on one side for the purpose of degradation its electron emission temperature is covered on this page.

7. Field emission electron source according to one of claims 1-6, characterized by a screen or Shielding part (15) assigned to the auxiliary electron source (5) is that it is the deposition of material which evaporates from the auxiliary electron source during the degassing, on electrically insulating surfaces.

8. Field emission electron source according to one of claims 1-7 » characterized in that the field emission tip (3) and the auxiliary electron source (5) formed together as a modular unit or building block or are arranged, which can be releasably or exchangeably fastened in a utility device in the operating position is.

9. Feldemissiönselektronenquelle according to any one of claims 1-8, characterized by a further (second) field electrode (6) which is arranged from the aforementioned (first) field electrode (k) at a distance, namely in one of the field emission tip (3) pointing away Direction, the arrangement being designed in such a way that the second field electrode is also bombarded by electrons during degassing »

10. Field emission electron source according to claim 9 »thereby indicated that the first field electrode

(4) is provided with openings (9) through which some of the electrons from the auxiliary electron source (5) to Bombar-. dation of the second field electrode (6) can pass. -

11. Feldemissiönselektronenquelle according to claim 9 »thereby characterized in that a second auxiliary electron source is provided for bombing the second field electrode (6).

12. Feldemissiönselektronenquelle according to claim 9 »10 or 11, characterized in that the first and second field electrodes (4, 6) are shaped so that one electrostatic focusing of electrons from the field emission tip (3) is achieved.

13 · Field emission electron source or field emission source, in particular according to one of claims 1-12, characterized by a module comprising an electrically insulating base part (16) in which a first and second set of connections (11 and Ik) are attached, wherein at the first set of connections a field emission

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tip (3) is coupled, while a glowing electrical filament is coupled to the second set of connections is that when the module is used in a vacuum device having at least one field electrode (4) serves to bombard the field electrode with electrons during degassing of the vacuum device.

l4. A field emission electron source according to claim 13, characterized in that at least one field electrode (k) is fixed to the base portion (l6) and forms a part of the block.

15 · field emission electron source according to claim 13 or 1%, characterized by a screen (15) ι which the thermionic filament is assigned in such a way that, on the base part (l6) decreases the deposition material which is vaporized during the degassing from the thermionic filament .

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