DE2336155A1

DE2336155A1 - FIELD EMISSION ELECTRON SOURCE

Info

Publication number: DE2336155A1
Application number: DE19732336155
Authority: DE
Inventors: Ryuzo Aihara; Susumu Ota
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DE2336155B2; FR2193248A1; FR2193248B1; US3887839A; JPS4929766A; GB1431069A; JPS557656B2

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84Patent attorney Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 Munich 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

B 6163B 6163

NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418, Nakagami-cho, Aktshima-shi, TOKYO / JapanNIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418, Nakagami-cho, Aktshima-shi, TOKYO / Japan

Feldemlss ionselektronenquelleField emission electron source

Die Erfindung betrifft eine Feldemlssloßselektronenquelle mit einer Kathode und einer Elektrode zur Erzeugung eines starken elektrischen Feldes in der Nähe der Kathode, wodurch die Kathode einen Feldemissionselektronenstrahl aussendet.The invention relates to a field lock electron source having a Cathode and an electrode for generating a strong electric field near the cathode, causing the cathode to emit a field electron beam sends out.

N/M 3 0.9 886/0872N / M 3 0.9 886/0872

Die meisten Feldemlsslonselektronenquellen sind vom sogenannten "KaIt-E miss Ions "-Typ. Die Elektronenquellenkammer wird bei dieser Ausführungsform auf einem sehr hohen Vakuum gehalten, und zwar InMost of the field electron sources are of the so-called "KaIt-E miss Ions" type. The electron source chamber is in this Embodiment kept at a very high vacuum, namely In

—9 —10
der Größenordnung von 10 - 10 Torr. Die Feldemission wird ohne Erhitzung der Kathode durchgeführt. Der Grund für die Aufrechterhaltung des äußerst hohen Vakuums liegt darin, daß Restbestände an Gasionen von der Bombardierung der Kathode abgehalten werden oder die Ausbildung von Restgasen an der Kathode, welche ein Grund für die Kathodenzerstörung sein können, verhindert wird. Um nun die Elektronenquellenkammer auf einem derart hohen Vakuum halten zu können, benötigt man eine Pumpe mit großer Leistungsfähigkeit. Derartige Pumpen besitzen einen komplizierten mechanischen Aufbau und es werden Vakuumdichtungen u.dgl. benötigt. Hierdurch wird die Vorrichtung teuer und außerdem ist der Betrieb sehr kompliziert.-9-10
of the order of 10-10 Torr. The field emission is carried out without heating the cathode. The reason for maintaining the extremely high vacuum is that residual quantities of gas ions are kept from bombarding the cathode or the formation of residual gases on the cathode, which can be a cause of cathode destruction, is prevented. In order to be able to keep the electron source chamber at such a high vacuum, a pump with high performance is required. Such pumps have a complicated mechanical structure and vacuum seals and the like are required. This makes the device expensive and also makes the operation very complicated.

Eine Alternativlösung hierzu besteht darin, die Kathode zu erhitzen, so daß es nicht mehr notwendig ist, die Elektronenquellenkammer auf einem extrem hohen Vakuum zu halten, um die Kathode gegen die Zerstörung durch das Gaslonen-Bombardement u. dgl. zu schützen. Die Erhitzung der Kathode ruft jedoch ein anormales Wachstum, das als Kristallwachstum bekannt ist, hervor und das eine spezifische Kristallebene an der Kathodenspitze bildet. Diese Kristallbildung erfolgt In Abhängigkeit von der Stärke des elektrischen Feldes und der Höhe der Temperaturen, welche bei der Feldemission zur Anwendung kommen. Um dem Kristallwachstum entgegenzuwirken, verwendet man gewöhnlich eine gepulste Feldemission. Bei Verwendung der gepulsten Feldemission erscheint während der Impulsruhezelt an der Kathodenspitze ein Stumpfwerden, d.h. während der Zelt, In der das Feld schwach Ist und die Kathode auf eine hohe Temperatur gehalten ist. Hieraus resultiert die Kristallbildung, die bei der Erzeugung eines gepulsten Feldes in Er-An alternative solution to this is to heat the cathode, so that it is no longer necessary to keep the electron source chamber at an extremely high vacuum in order to press the cathode against the To protect destruction by gas ion bombardment and the like. the However, heating the cathode causes abnormal growth known as crystal growth, which is a specific crystal plane forms at the cathode tip. This crystal formation takes place depending on the strength of the electric field and the height of the Temperatures that are used in the field emission. Pulsed field emission is usually used to counteract crystal growth. When using pulsed field emission a blunt appears at the tip of the cathode during the pulse rest period, i.e. during the tent, In which the field is weak and the Cathode is kept at a high temperature. This results in the formation of crystals, which occurs when a pulsed field is generated

ΠΒ7?ΠΒ7?

-S--S-

scheinung tritt. Die Abstumpfung, welche während der Impulsruhezeit In Erscheinung tritt, wirkt so, daß sie sich gegenseitig auslöschen, wodurch ein Gleichgewichtszustand hervorgebracht wird.appearance occurs. The dulling that occurs during the pulse rest period Appears, works in such a way that they annihilate one another, whereby a state of equilibrium is brought about.

Die Faktoren, welche die Aufrechterhaltung dieses Gleichgewichtszustandes bestimmen, nämlich Kristallbildung gegenüber Abstumpfung, sind die folgenden: The factors that maintain this state of equilibrium determine, namely crystal formation versus dulling, are the following:

A. Der Krümmungsradius der KathodenspitzeA. The radius of curvature of the cathode tip

B. Der Scheitelwert der Impuls spannungB. The peak value of the pulse voltage

C. Die Vorspannung während der ImpulsruhezeltC. The bias during the pulse rest tent

D. Das ImpulstastverhältnisD. The duty cycle

E. Die Heiztemperatur für die Kathode.E. The heating temperature for the cathode.

Die Impulsspannung ist die Spannung, welche zwischen die Kathode und ■ die Elektroden gelegt Ist, um ein starkes elektrisches Feld an der Kathodenspitze zu erzeugen, so daß aus der Kathode aufgrund des hohen elektrischen Feldes Elektronen heraustreten. Demgemäß Ist die Stärke des elektrischen Feldes an der Kathodenspitze durch die Scheltelwertspannung (B) der Impulsspannung und den Krümmungsradius (A) der Kathodenspitze bestimmt. Der Feldemlsslonselektronenstrom ändert sich exponentiell mit der Feldstärke, Wenn jedoch A, B, C, D und E auf Ihre optimalen Werte festgelegt sind und die Bedingungen für das Gleichgewicht vorhanden sind, kann das Gleichgewicht nicht mehr wiederhergestellt werden, wenn es einmal umgestoßen Ist. The pulse voltage is the voltage between the cathode and ■ The electrodes are placed in order to create a strong electric field on the To generate cathode tip, so that electrons emerge from the cathode due to the high electric field. Accordingly is the strength of the electric field at the cathode tip due to the Scheltelwert voltage (B) the pulse voltage and the radius of curvature (A) of the cathode tip are determined. The field emission electron current changes exponentially with field strength, but if A, B, C, D and E. are set to your optimal values and the conditions for that Equilibrium cannot be restored once it is overturned.

Darüber hinaus ist es sehr schwierig, den Krümmungeradius der Kathodenspitze präzis herzustellen. Wenn man beispielsweise annimmt, daß die mittlere Lebensdauer einer Kathode mit einer Krümmungsradiusabweichung von 1% 500 Stunden beträgt, so ergibt sich, daß die mittlereIn addition, it is very difficult to precisely manufacture the radius of curvature of the cathode tip. Assuming, for example, that the mean life of a cathode with a radius of curvature deviation of 1% is 500 hours, the mean

Lebensdauer einer Kathode mit einer Krümmungsradlusabwelehung von 10% etwa 1 Stunde beträgt. Wenn dies der Fall Ist, müssen, um ein Gleichgewicht zu siehern, B, C, D und E jedesmal dann, wenn die Kathode ausgewechselt worden Ist, zurückgestellt bzw. wieder eingestellt werden.Lifetime of a cathode with a curvature radius deviation of 10% is about 1 hour. If so you need to get one Balance to see B, C, D and E every time the Cathode has been replaced, reset or reset will.

Aufgabe der Erfindung Ist es daher, die Lebensdauer der Kathode zu verlängern und außerdem den Feldemlsslonsstrom konstant zu halten.The object of the invention is therefore to increase the service life of the cathode and also to keep the field isolation current constant.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen die Elektrode und die Kathode eins pulsierende Spannung mit konstantem Scheltelwert gelegt 1st, daß die Kathode mit einer Heizeinrichtung verbunden 1st und daß eine automatische Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Feldemlsslonsstromes vorgesehen Ist.To solve this problem it is proposed according to the invention that between the electrode and the cathode one pulsating voltage with A constant Scheltel value is placed that the cathode with a heating device Is connected and that an automatic control device is provided to maintain a constant field isolation current Is.

Eine Ausgestaltung der Erfindung Ist darin zu sehen, daß der Scheltelwert der Impulsspannung zwischen der beheizten Kathode und der zugeordneten Elektrode konstant gehalten wirf und daß das Impulstastverhältnls und/oder die Kathodenheizspannung und/oder die Vorspannung so gesteuert sind, daß der Feldemlsslonselektronenstrahl während der Impulsruhezelt konstant gehalten wirf, so daß die Lebensdauer der Kathode verlängert wirf, unabhängig von den Unterschieden bezüglich des Krümmungsradius einer Kathode oder einer anderen Kathode.One embodiment of the invention can be seen in the fact that the Scheltel value the pulse voltage between the heated cathode and the associated electrode is kept constant and that the pulse duty factor and / or the cathode heating voltage and / or the bias voltage are controlled so that the field electron beam during the Pulse resting tent kept constant, so that the life of the Cathode elongates cast, regardless of the differences in the radius of curvature of a cathode or another cathode.

Bei der Erfindung können somit MIttel vorhanden sein zur Steuerung der bestimmenden Größen von C, D und E unter der Bedingung, daß der Scheitelwert B der Impulsspannung konstant gehalten wirf.In the invention, means can thus be present for control of the determining quantities of C, D and E under the condition that the peak value B of the pulse voltage is kept constant.

3Ci3S6/0R7?3Ci3S6 / 0R7?

Dadurch daß der Scheltelwert der Impulsspannung konstant gehalten wird, ergibt sich der Vorteil, daß man eine information bezüglich des Krümmungsradius an der Kathodenspitze Insbesondere bezüglich Kristallbildung und Abstumpfung erhält, wenn man den Feldemlssionselektronenstrom einfängt und beobachtet. Wenn beispielsweise eine Kristallbildung sich entwickelt, steigt der Feldemlsslonselektronenstrom und wenn eine Kristallabstumpfung (crystal dulling) entsteht, verringert sich der FeIdemlsslonsstrom. Wenn demzufolge durch Steuerung von C, D und E der Feldemlsslonsstrom konstant gehalten wird, kann die ursprüngliche Gestalt bzw. der ursprüngliche Krümmungsradius der Kathodenspitze beibehalten werden und so die Lebensdauer der Kathode verlängert werden.Because the Scheltel value of the pulse voltage is kept constant, there is the advantage that one information regarding the Radius of curvature at the cathode tip, especially with regard to crystal formation and dulling is obtained by capturing and observing the field emission electron current. For example, if a crystal formation develops, the field release electron current increases, and if one Crystal dulling occurs, the field release current is reduced. Accordingly, if the field isolation current is kept constant by controlling C, D and E, the original Shape or the original radius of curvature of the cathode tip are retained and thus the service life of the cathode is extended will.

In den belllegenden Zeichnungen sind Ausführungsbelsplele der Erfindung dargestellt, anhand deren folgenden Beschreibung die Erfindung noch näher erläutert werden soll. Es zeigen:In the accompanying drawings, there are embodiments of the invention illustrated, based on the following description of the invention should be explained in more detail. Show it:

Flg. 1 In schematlscher Darstellung eine Ausführungsform gemäßFlg. 1 In a schematic representation, an embodiment according to

der Erfindung;the invention;

Flg. 2 schematische Darstellungen der Wirkungswelse der AusrFlg. 2 schematic representations of the effects of the equipment

führungsform In der Flg. 1;form of management In the Flg. 1;

Flg. 4 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung;Flg. 4 shows a further embodiment according to the invention;

Flg. 5 schematische Darstellungen der Wirkungswelse der Ausführungsform der Flg. 4 undFlg. 5 schematic representations of the mode of action of the embodiment the Flg. 4 and

Flg. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung. Flg. 7 shows a schematic representation of a further embodiment according to the invention.

309886/087?-309886/087? -

In der Fig, 1 ist eine AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt, bei der der Feldemissionsstrom durch Steuerung des Impulstastverhältnisses (D) der Impulsspannung konstant gehalten wird. In der Figur ist mit 1 eine Elektronenquellenkammer, die unter Vakuum steht, bezeichnet, mit 2 eine Kathode, mit 3 ein Gltihdraht zum Halten und Beheizen der Kathode, mit 4 eine Elektrode zur Erzeugung eines starken elektrischen Feldes an der Kathodenspitze und mit 5 eine Anode, die auf Massepotential gehalten Ist und zur Beschleunigung der Feldemissionselektronen dient. Eine Wechselspannungsquelle 6 und ein Transformator 7 sind zur Beheizung des Gltthdrahtes vorgesehen. Das Potential am Mittelabgriff auf der Sekundärseite des Transformators 7 ist gleich dem Kathode ^potential und es ist eine Hochspannur^squelle 8 (Gleichspannung) zwischen dem Mittelabgriff und der Anode 5, welche auf Massepotential gehalten ist, vorgesehen. Da der größte Teil des Stromes, der von der Kathode ausgesendet wird, von der Elektrode 4 absorbiert wird, und zwar aufgrund des großen Emlsslonsdlspersionswinkals.kannder Ausgang eines Stromdetektors 9, der zwischen die Elektrode 4 und Masse geschaltet ist, als Näherungswert für den Strom, der von der Kathode ausgesendet wird, betrachtet werden. Der Ausgang kann dadurch festgestellt werden, indem entweder der Durchschnittswert, der Scheltelwert oder der Effektivwert des Impulsstromes gemessen wird. Der Stromdetektor muß nicht unbedingt so verschaltet sein, wie es In Flg. 1 dargestellt Ist. Die Verschaltung zwischen der Kathode 2 und der Hochspannungsquelle 8 Ist in bevorzugter Welse ebenfalls möglich. Außerdem kann der Stromdetektor durch eine Einrichtung ersetzt sein, welche direkt oder indirekt vom Elektronenstrahlweg anzeigt.1 shows an embodiment of the invention in which the field emission current is kept constant by controlling the pulse duty factor (D) of the pulse voltage. In the figure, 1 denotes an electron source chamber which is under vacuum, 2 a cathode, 3 an electric wire for holding and heating the cathode, 4 an electrode for generating a strong electric field at the cathode tip and 5 an anode , which is kept at ground potential and serves to accelerate the field emission electrons. An alternating voltage source 6 and a transformer 7 are provided for heating the smooth wire. The potential at the center tap on the secondary side of the transformer 7 is equal to the cathode potential and a high voltage source 8 (direct voltage) is provided between the center tap and the anode 5, which is kept at ground potential. Since most of the current that is emitted by the cathode is absorbed by the electrode 4, due to the large emission angle, the output of a current detector 9, which is connected between the electrode 4 and ground, can be used as an approximation for the current, emitted from the cathode can be viewed. The output can be determined by measuring either the average value, the Scheltel value or the effective value of the pulse current. The current detector does not necessarily have to be connected as shown in Flg. 1 is shown. The interconnection between the cathode 2 and the high voltage source 8 is also possible in a preferred manner. In addition, the current detector can be replaced by a device which directly or indirectly indicates the electron beam path.

Der Ausgang des Stromdetektors 9 wird zusammen mit dem Auegang eines Bezugsslgnalschaltkrelses 11 an einen Differenzverstärker 10The output of the current detector 9 is together with the Auegang a reference signal switching circuit 11 to a differential amplifier 10

309B86/0872309B86 / 0872

gelegt. Das Gleichstromausgangssignal des Differenzverstärkers 10 wird mittels eines Analog-Digitalumsetzers in eine Impulsreihe umgewandelt, welche zeitmoduliert ist. Der Ausgang des Umsetzers 12 hinwiederum wird mittels eines Mono-Schaltkrelses 13 In Impulssignale umgewandelt, welche eine konstante Zeit der Impulsdauer aufweisen. Der Ausgang des Schaltkreises 13 wird an einen Impulsverstärker 14 gelegt, der das Impulstastverhältnis der Impulsspannung, welche zwischen die Kathode 2 und die Elektrode 4 gelegt Ist, steuert.placed. The DC output of the differential amplifier 10 becomes converted into a pulse train by means of an analog-digital converter, which is time modulated. The output of the converter 12, in turn, is converted into pulse signals by means of a mono switching circuit 13, which have a constant time of the pulse duration. The outcome of the Circuit 13 is applied to a pulse amplifier 14, the pulse duty factor of the pulse voltage, which between the cathode 2 and the electrode 4 is placed, controls.

Die Flg. 2 zeigt, daß bei der Anordnung, welche in der Flg. 1 beschrle-The Flg. 2 shows that in the arrangement which is shown in FIG. 1 accelerate

ben Ist, ein Impulstastverhältnis (-=—) von 0,4 bei Gleichgewicht aufrechterhalten wird. Flg. 2 (a) zeigt die Impulshöhe V, des Impulsverstärkers 14 und Fig. 2 (b) zeigt den Ausgang des Stromdetektors 9. Die Flg. 2 (c) zeigt den Zustand der Kathodenspitze unter Belastung. Die (-) Richtung stellt die Oberflächenspannung dar, welche zu einer Kristallabstumpfung (crystal dulling) Anlaß gibt und die (+) Richtung zeigt die Kraft des elektrischen Feldes, welche zur Kristallbildung führt. Im Gleichgewichtszustand sind die schraffiertet! Flächen In der Fig. 2 (c) gleich, d. h. das Produkt der Impulsbreite t- und der elektrischen Kraft f sind gleich dem Produkt der Ruhezelt (T₁-^₁) ^{und der} Oberflächenspannung f der Spitze. Wenn das Gleichgewicht umgestoßen wird, entwickelt sich beispielsweise eine Kristallbildung und der gemessene Wert des Emissionsstromes ändert sich so, wie es in Flg. 2(e) dargestellt ist. Nimmt man an, daß dieser Wert anwächst, sendet der Differenzverstärker 10 ein entsprechendes Differenzsignal nach Vergleich mit demReferenzslgnal aus. Der Impulsverstärker 14 wird automatisch von dem Umsetzer 12 und dem Schaltkreis 13 angesteuert und das Impulstastverhältnis (-JJi— = 0,3) verringert sich, wie es in Flg. 2 (d) dargestellt ist. Demzufolge wächst die Zelt, während der die Kathodenspitze eine Oberflächenspannung aufrechterhält. Der Krümmungsradius der Kathoden-ben is, a pulse duty factor (- = -) of 0.4 is maintained at equilibrium. Flg. 2 (a) shows the pulse height V i of the pulse amplifier 14 and FIG. 2 (b) shows the output of the current detector 9. Flg. 2 (c) shows the state of the cathode tip under load. The (-) direction shows the surface tension which leads to crystal dulling and the (+) direction shows the force of the electric field which leads to crystal formation. In the state of equilibrium they are hatched! Areas in Fig. 2 (c) equal, ie the product of the pulse width t and the electrical force f are equal to the product of the tent of rest (T ₁ - ^ ₁ ) ^{and the} surface tension f of the tip. If the equilibrium is overturned, for example a crystal formation develops and the measured value of the emission current changes as it is in Flg. 2 (e) is shown. Assuming that this value increases, the differential amplifier 10 sends out a corresponding differential signal after comparison with the reference signal. The pulse amplifier 14 is automatically controlled by the converter 12 and the circuit 13 and the pulse duty factor (-JJi- = 0.3) is reduced, as shown in FIG. 2 (d) is shown. As a result, the tent grows during which the cathode tip maintains surface tension. The radius of curvature of the cathode

SOS P 3 8 / 0 8 7 ? SOS P 3 8/0 8 7 ?

spitze wächst an bis zu dem Krümmungsradius, der gleich Ist dem bei Gleichgewicht.Point grows up to the radius of curvature, which is the same at Balance.

Die Flg. 3 zeigt die Ausgangs Impulshöhe des Impulsverstärkers, welche V angewachsen Ist, so daß die Anordnung In der Flg. 1 Im Glel chgewlcht gehalten wird, Indem der Feldemisslonsstrom angewachsen 1st. In diesem Fall kann das Gleichgewicht zurückerhalten werden, Indem das Impulstastverhältnis ^—) 0,32 beträgt.The Flg. 3 shows the output pulse height of the pulse amplifier, which V has increased so that the arrangement in Flg. 1 Grown equally is maintained by increasing the field emission current. In this case, the balance can be regained by the pulse duty factor ^ -) is 0.32.

Die Anordnung, die In Flg. 1 dargestellt ist, steuert das Impulstastverhältnis der Impulsspannung, indem sie die Impulsdauer verändert.The arrangement in Flg. 1 controls the duty cycle the pulse voltage by changing the pulse duration.

Es Ist jedoch auch möglich, die Impulsbreite zu ändern und die Impulsdauer konstant zu halten.However, it is also possible to change the pulse width and the pulse duration keep constant.

Die Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der ein konstanter Feldemisslonsstrom aufrechterhalten wird, Indem die Vorspannung während der Ruhezelt der Impulsspannung gesteuert wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Spannung, welche zwischen die Kathode 2 und die Elektrode 4 gelegt wird, als Ausgang des Impulsspannungsgene rators 15 und der Vorspannungsquelle 16 gewonnen. Die Perlode der Impulsspannung Ist synchronisiert mit dem Eingangssignal, das von einem Zeltschaltkrels 17 kommt. Der Ausgang des Zeltschaltkrelses 17 steuert desweiteren einen Schaltkreis 18, der eingeschaltet Ist, wenn die Impulsspannung angelegt Ist und ausgeschaltet Ist an den anderen Zelten. Demzufolge ist der Ausgang der Vorspannungsquelle zwischen die Kathode 2 und die Elektrode 4 nur während der Impulsruhezeit gelegt.Fig. 4 shows a second embodiment of the invention in which a constant field emission current is maintained by the Bias voltage is controlled during the rest period of the pulse voltage. In this embodiment, the voltage between the Cathode 2 and electrode 4 is placed as the output of the pulse voltage genes rators 15 and the bias source 16 obtained. the Perlode of the pulse voltage Is synchronized with the input signal, that comes from a tent switchboard 17. The output of the tent switching circuit 17 also controls a switching circuit 18, which is switched on Is when the pulse voltage is applied and switched off to the other tents. Hence the output is the bias source placed between the cathode 2 and the electrode 4 only during the pulse rest time.

-0--0-

Der Ausgang des Impulsspannungsgenerators 15 Ist so verschaltet, daß das Potential der Elektrode 4 positiv Ist bezüglich dem der Kathode, wobei jedoch der Ausgang der Vorspannungsquelle 16 unabhängig von der Polarität des Potentials der Elektrode 4 bezüglich dem der Kathode Ist. Nichtsdestoweniger Ist es jedoch vorteilhafter, das Potential negativ zu halten, da hierdurch thermische Ionen von der Kathode abblocklert werden. Oblelch die Wirkung der Vorspannung bezüglich der Abstumpfung der Kathode unverändert bleibt, unabhängig von der Polarität, solange die Größe konstant ist, wird bei Anwachsen der Spannung die Abstumpfung angehalten und wenn die Spannung eine bestimmte Höhe überschreitet, wird Kristallbildung festgestellt.The output of the pulse voltage generator 15 is connected so that the potential of the electrode 4 is positive with respect to that of the cathode, however, the output of the bias voltage source 16 is independent of the polarity of the potential of the electrode 4 with respect to that of the cathode. Nevertheless, it is more advantageous to take the potential negative hold, as this blocks thermal ions from the cathode. Oblelch the effect of bias on dulling the cathode remains unchanged, regardless of the polarity, as long as the size is constant, as the voltage increases, the dulling becomes stopped and when the voltage exceeds a certain level, crystal formation is observed.

Die Fig. 5 und 6 stellen die verschiedenen Gleichgewichtszustände der In Flg. 4 gezeigten Anordnung dar. Bei dieser wird das ImpulstastverhältnisFIGS. 5 and 6 represent the various states of equilibrium of the In Flg. 4 represents the arrangement shown. In this, the pulse duty factor

2
(-ff—) der Impulsspannung konstant gehalten. Es wird jedoch die Vor- 2
(-ff-) the pulse voltage kept constant. However, there will be the

spannung währen! der Impulsruhezeit geändert, wie es in den Fig. 5 (a) und 6(a) dargestellt Ist, so daß Gleichgewichtsbedingungen hergestellt sind, wenn FeldemlsslonsstrÖme (I und I) mit verschiedenen Werten, wie es in den Fig. 5 (b) und 6 (b) dargestellt ist, erforderlich sind.
Wenn ein größerer Feldemlsslonsstrom (I > I) benötigt wird, erhält man ein Gleichgewicht, indem der vorbestimmte Wert der Impulsspannung (V_Q > V₄) anwächst und gleichzeitig der Absolutwert der Vor-live tension! of the pulse quiet time is changed as shown in Figs. 5 (a) and 6 (a), so that equilibrium conditions are established when field emission currents (I and I) have different values, as shown in Figs. 5 (b) and 6 (b) are required.
If a larger field isolation current (I> I) is required, an equilibrium is obtained in that the predetermined value of the pulse voltage (V _Q > V ₄ ) increases and at the same time the absolute value of the

άά 4L4L

spannung (|VJ< |V |) gleichzeitig sich verringert. Hieraus resultiert, wie in den Flg. 5 (c) und 6 (c) dargestellt 1st, daß der Betrag der
Kathodenverformung In Abhängigkeit von der Kristallbildung (entspricht den schraffierten Flächen von S und S) gleich wird dem Betrag der Kathodenverformung, welche aus der Abstumpfung (entspricht den
schraffierten Flächen von S und S) hervorgerufen wird.voltage (| VJ <| V |) decreases at the same time. As a result, as shown in Flg. 5 (c) and 6 (c) show that the amount of
Cathode deformation Depending on the crystal formation (corresponds to the hatched areas of S and S), the amount of cathode deformation resulting from blunting (corresponds to the
hatched areas of S and S).

OO 44th

IC-IC-

Die Flg. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein konstanter Feldemlsslonsstrom mittels Steuerung der Temperatur der Kathode hervorgerufen wird. Wenn die Temperatur anwächst, werden Im gleichen Feld die Kristallbildung und die Kristallabstumpfung gefördert. Demzufolge kann die Kristallbildung und die Kristallabstumpfung gleich gemacht werden, indem die Kathodentemperatur während der Impulsdauer und während der Impulsruhe auf verschiedenen Werten gehalten wird.The Flg. Figure 7 shows a third embodiment of the invention in which a constant field isolation current is produced by controlling the temperature of the cathode. As the temperature increases, crystal formation and crystal blunting are promoted in the same field. Accordingly, the crystal formation and the crystal blunting can be made the same by keeping the cathode temperature at different values during the pulse duration and during the pulse rest.

Bei der Anordnung In Fig. 7 wird die Kathode nur während der Impulsruhezelt erhitzt. Demzufolge sind der Ausgang des Impuls spannungsgenerator und der EIn-/Umschalter 19 an der Eingangsseite des Transformators 7, der die Heizspannung der Helzspannungsquelle 20 überträgt, mittels des Zeltschaltkreises 17 synchronisiert. Wenn der Umschalter 19 eingeschaltet Ist, wird von der Heizspannungsquelle (Wechselspannung) über den Transformator 7 an den GlUhdraht 3 gelegt. Dieser Ausgang wird mittels des Ausganges des Differenzverstärkers gesteuert. Demzufolge Ist der Ausgang der Helzspannungsquelle 20 gering, wenn der Feldemlsslonsstrom, der vom Stromdetektor 9 erfaßt wird, unter dem gegebenen Wert liegt, der von dem Ausgang des Differenzsignalschaltkreises 11 abhängt. Der Ausgang der Helzspannungsquelle wird jedoch groß, wenn dieser vorgegebene Wert überschritten wird.In the arrangement in Fig. 7, the cathode is heated only during the pulse rest period. Accordingly, the output of the pulse voltage generator and the on / changeover switch 19 on the input side of the transformer 7, which transmits the heating voltage of the heating voltage source 20, by means of the tent circuit 17 are synchronized. When the changeover switch 19 is switched on, the heating voltage source (alternating voltage) is applied to the glow wire 3 via the transformer 7. This output is controlled by means of the output of the differential amplifier. Accordingly, the output of the heating voltage source 20 is low when the field isolation current detected by the current detector 9 is below the given value which depends on the output of the differential signal circuit 11. However, the output of the heating voltage source becomes large when this specified value is exceeded.

Diese Anordnung Ist ein sogenanntes "Kalt-Emlsslons-Gerät", bei der die Kathode während der Feldemission nicht erhitzt ist. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, indem bei einem Gerät mit beheizter Kathode die Heiztemperatur gesteuert wird. Wie eingangs schon beschrieben, hat die Feldemissionselektronenquelle gemäß der Erfindung hervorragende Eigenschaften bezüglich eines stabilen Feldemisslons-This arrangement is a so-called "cold emulsion device" in which the cathode is not heated during field emission. The same effect can be achieved by using a heated device Cathode the heating temperature is controlled. As already described at the outset, the field emission electron source according to the invention excellent properties with regard to a stable field emission

stromes, wobei die Elektronenquelle auf einem verhältnismäßig niedrigem Vakuum gehalten werden kann, Außerdem wird die Lebensdauer der
Kathode verlängert. Die Erfindung enthält ein Gerät, mit dem eine Feldemission mit einem großen Impulstastfaktor und eine Impulsdauer von
beispielsweise einer Stunde und einer Ruhezeit von einer Sekunde möglich sind.Stromes, whereby the electron source can be kept at a relatively low vacuum, In addition, the life of the
Cathode extended. The invention includes an apparatus with which a field emission with a large pulse duty factor and a pulse duration of
for example, one hour and a rest time of one second are possible.

3 0 S & 9 6 / 0 R 7 23 0 S & 9 6/0 R 7 2

Claims

7336155

Claims

Field emission electron source with a cathode and an electrode to generate a strong electric field in the vicinity of the Cathode, whereby the cathode emits a field electron beam, characterized in that a pulsating voltage with a constant Scheltel value is placed between the electrode and the cathode is that the cathode is also connected to a heater and that an automatic control device for maintaining a right constant field emission current is provided.

2. Field emission electron source, characterized in that a A current detector (9) is provided which detects the deviations in the field release electron beam detects and that an automatic control device (10-14) is also provided, which the output signal of the current detector (9) by controlling the pulse duty factor of the pulses of the current detector (9) keep constant.

3. Field emission electron source according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a bias source (16) is provided which only during the pulse rest period between the electrode (4) and the Cathode (2) places a bias voltage and that further automatic control devices (15-18) are provided, which by controlling the bias voltage, which is placed between the electrode (4) and the cathode (2) is to keep the field emission current constant.

309886/0 ^ 72

4. Feldemtsslonselektronenquelle according to any one of the preceding claims, characterized in that automatic control devices (19, 20) are provided which the output signal of the Keep current detector (9) constant by controlling the heating temperature of the cathode (2).

30MHB6 / 0R72