JP2001052892A - トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極及び前記電極の改質方法 - Google Patents
トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極及び前記電極の改質方法Info
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- JP2001052892A JP2001052892A JP11222659A JP22265999A JP2001052892A JP 2001052892 A JP2001052892 A JP 2001052892A JP 11222659 A JP11222659 A JP 11222659A JP 22265999 A JP22265999 A JP 22265999A JP 2001052892 A JP2001052892 A JP 2001052892A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より低電流でのプラズマ生成が可能なトリウ
ム含有タングステン熱陰極直流放電電極、並びにより低
電流でのプラズマを生成できるように前記電極を改質す
る方法を提供する。 【解決手段】 トリウム含有タングステン材をヘキサメ
チルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理した
後、真空下で加熱してなることを特徴とするトリウム含
有タングステン熱陰極直流放電電極、もしくはトリウム
含有タングステン材を真空下で加熱した後に、ヘキサメ
チルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理してな
ることを特徴とするトリウム含有タングステン熱陰極直
流放電電極。上記の処理は、直流プラズマ生成装置内で
行うことができる。
ム含有タングステン熱陰極直流放電電極、並びにより低
電流でのプラズマを生成できるように前記電極を改質す
る方法を提供する。 【解決手段】 トリウム含有タングステン材をヘキサメ
チルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理した
後、真空下で加熱してなることを特徴とするトリウム含
有タングステン熱陰極直流放電電極、もしくはトリウム
含有タングステン材を真空下で加熱した後に、ヘキサメ
チルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理してな
ることを特徴とするトリウム含有タングステン熱陰極直
流放電電極。上記の処理は、直流プラズマ生成装置内で
行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流プラズマ生成
装置に使用されるトリウム含有タングステン熱陰極直流
放電電極並びにその改質方法に関する。
装置に使用されるトリウム含有タングステン熱陰極直流
放電電極並びにその改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、プラズマ生成装置を用いて材
料表面に薄膜を成膜したり、エッチング等の加工を施す
ことが行われている。このプラズマ生成装置では、チャ
ンバ内に陽極と陰極とを対向配置し、電極間に高電圧を
印加して放電させることによりプラズマを発生させてい
る。また、放電方式も種々あり、直流放電や交流放電の
他、高周波やマイクロ波を磁界の存在下で作用させるマ
グネトロン放電等が一般的である。一方でプラズマ生成
装置の省電力化等を目的として電極材料の開発、改良も
行われており、現在では２重量％程度のトリウムを含有
したタングステン陰極が一般的に使用されている。ま
た、プラズマの生成効率をより高めるために、このトリ
ウム含有タングステン陰極を加熱して電極表面を活性化
させることも行われるようになってきている。
料表面に薄膜を成膜したり、エッチング等の加工を施す
ことが行われている。このプラズマ生成装置では、チャ
ンバ内に陽極と陰極とを対向配置し、電極間に高電圧を
印加して放電させることによりプラズマを発生させてい
る。また、放電方式も種々あり、直流放電や交流放電の
他、高周波やマイクロ波を磁界の存在下で作用させるマ
グネトロン放電等が一般的である。一方でプラズマ生成
装置の省電力化等を目的として電極材料の開発、改良も
行われており、現在では２重量％程度のトリウムを含有
したタングステン陰極が一般的に使用されている。ま
た、プラズマの生成効率をより高めるために、このトリ
ウム含有タングステン陰極を加熱して電極表面を活性化
させることも行われるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したようなプラズ
マ生成装置の省電力化に対する要求は、今後益々高まる
ことが十分に予測される。しかしながら、加熱による活
性化では十分な熱電子の引き出しが出来ず、更なる改善
が求められている。本発明はこのような状況に鑑みてな
されたものであり、より低電流でのプラズマ生成が可能
なトリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極を提供
すること、並びにより低電流でのプラズマを生成できる
ように前記電極を改質する方法を提供することを目的と
する。
マ生成装置の省電力化に対する要求は、今後益々高まる
ことが十分に予測される。しかしながら、加熱による活
性化では十分な熱電子の引き出しが出来ず、更なる改善
が求められている。本発明はこのような状況に鑑みてな
されたものであり、より低電流でのプラズマ生成が可能
なトリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極を提供
すること、並びにより低電流でのプラズマを生成できる
ように前記電極を改質する方法を提供することを目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る第１の発明は、直流プラズマ生成装
置に使用されるトリウム含有タングステン熱陰極直流放
電電極において、トリウム含有タングステン材をヘキサ
メチルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理した
後、真空下で加熱してなることを特徴とする。また、第
２の発明は、直流プラズマ生成装置に使用されるトリウ
ム含有タングステン熱陰極直流放電電極において、トリ
ウム含有タングステン材を真空下で加熱した後、ヘキサ
メチルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理して
なることを特徴とする。また、第３の発明は、トリウム
含有タングステン熱陰極直流放電電極と陽極とを対向設
置した反応容器を備える直流プラズマ生成装置を用いて
被処理材料を加工する際、加工に先立ち、前記反応容器
内にヘキサメチルジシランと水素とを導入して放電を行
った後、真空下で前記トリウム含有タングステン熱陰極
直流放電電極を加熱することを特徴とする。また、第４
の発明は、トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電
極と陽極とを対向設置した反応容器を備える直流プラズ
マ生成装置を用いて被処理材料を加工する際、加工に先
立ち、真空下で前記トリウム含有タングステン熱陰極直
流放電電極を加熱した後、前記反応容器内にヘキサメチ
ルジシランと水素とを導入して放電させることを特徴と
する。
めに、本発明に係る第１の発明は、直流プラズマ生成装
置に使用されるトリウム含有タングステン熱陰極直流放
電電極において、トリウム含有タングステン材をヘキサ
メチルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理した
後、真空下で加熱してなることを特徴とする。また、第
２の発明は、直流プラズマ生成装置に使用されるトリウ
ム含有タングステン熱陰極直流放電電極において、トリ
ウム含有タングステン材を真空下で加熱した後、ヘキサ
メチルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理して
なることを特徴とする。また、第３の発明は、トリウム
含有タングステン熱陰極直流放電電極と陽極とを対向設
置した反応容器を備える直流プラズマ生成装置を用いて
被処理材料を加工する際、加工に先立ち、前記反応容器
内にヘキサメチルジシランと水素とを導入して放電を行
った後、真空下で前記トリウム含有タングステン熱陰極
直流放電電極を加熱することを特徴とする。また、第４
の発明は、トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電
極と陽極とを対向設置した反応容器を備える直流プラズ
マ生成装置を用いて被処理材料を加工する際、加工に先
立ち、真空下で前記トリウム含有タングステン熱陰極直
流放電電極を加熱した後、前記反応容器内にヘキサメチ
ルジシランと水素とを導入して放電させることを特徴と
する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関して詳細に説明
する。本発明のトリウム含有タングステン熱陰極直流放
電電極（以下、単にトリウム含有タングステン陰極と呼
ぶ）は、従来の加熱による活性化に加えて、ヘキサメチ
ルジシランと水素との混合雰囲気中での放電処理を施し
て得られる。この放電処理は、加熱による活性化の前に
行ってもよいし、加熱による活性化の後に行ってもよ
い。トリウム含有タングステン陰極では、トリウムが電
極の表面に析出し、タングステン単独の場合に比べてそ
の仕事関数を低下させ、その結果プラズマの生成に要す
る放電電流が低下するものと考えられている。本発明の
ヘキサメチルジシランと水素との混合雰囲気中での放電
処理により、このトリウムの析出が従来の加熱による活
性化に比べて大幅に増加するものと推察される。
する。本発明のトリウム含有タングステン熱陰極直流放
電電極（以下、単にトリウム含有タングステン陰極と呼
ぶ）は、従来の加熱による活性化に加えて、ヘキサメチ
ルジシランと水素との混合雰囲気中での放電処理を施し
て得られる。この放電処理は、加熱による活性化の前に
行ってもよいし、加熱による活性化の後に行ってもよ
い。トリウム含有タングステン陰極では、トリウムが電
極の表面に析出し、タングステン単独の場合に比べてそ
の仕事関数を低下させ、その結果プラズマの生成に要す
る放電電流が低下するものと考えられている。本発明の
ヘキサメチルジシランと水素との混合雰囲気中での放電
処理により、このトリウムの析出が従来の加熱による活
性化に比べて大幅に増加するものと推察される。
【０００６】ヘキサメチルジシランと水素との混合雰囲
気中での放電処理は、以下の手順で行う。先ず、処理容
器内にトリウム含有タングステン陰極と適当な陽極（例
えばステンレス鋼製）とを対向させて設置し、従来の方
法に従って加熱による活性化を行う。次いで、処理容器
内を真空排気した後、水素を導入して処理容器内を一定
圧力に維持する。この水素による処理容器内の圧力は、
３０ｍＴｏｒｒ程度が適当である。そして、トリウム含
有タングステン陰極に十数Ａの加熱電流を流すととも
に、陽極に数十Ｖの電圧を印加して放電を開始させる。
これと同時に、処理容器内にヘキサメチルジシランを導
入する。ここで、ヘキサメチルジシランは、水素圧が３
０ｍＴｏｒｒの場合０．９ｍＴｏｒｒ程度の分圧となる
ように導入するのが適当である。放電時間、即ちヘキサ
メチルジシランによる処理時間は１５分間程度が適当で
ある。そして、放電並びにヘキサメチルジシランの導入
を止めた後、再び水素を導入して電極を冷却して処理が
完了する。あるいは、ヘキサメチルジシランによる放電
処理の後に、加熱による活性化を行ってもよい。この場
合の処理条件は、上記と同様である。
気中での放電処理は、以下の手順で行う。先ず、処理容
器内にトリウム含有タングステン陰極と適当な陽極（例
えばステンレス鋼製）とを対向させて設置し、従来の方
法に従って加熱による活性化を行う。次いで、処理容器
内を真空排気した後、水素を導入して処理容器内を一定
圧力に維持する。この水素による処理容器内の圧力は、
３０ｍＴｏｒｒ程度が適当である。そして、トリウム含
有タングステン陰極に十数Ａの加熱電流を流すととも
に、陽極に数十Ｖの電圧を印加して放電を開始させる。
これと同時に、処理容器内にヘキサメチルジシランを導
入する。ここで、ヘキサメチルジシランは、水素圧が３
０ｍＴｏｒｒの場合０．９ｍＴｏｒｒ程度の分圧となる
ように導入するのが適当である。放電時間、即ちヘキサ
メチルジシランによる処理時間は１５分間程度が適当で
ある。そして、放電並びにヘキサメチルジシランの導入
を止めた後、再び水素を導入して電極を冷却して処理が
完了する。あるいは、ヘキサメチルジシランによる放電
処理の後に、加熱による活性化を行ってもよい。この場
合の処理条件は、上記と同様である。
【０００７】上記の処理を施したトリウム含有タングス
テン陰極を用いることにより、従来の加熱による活性化
を施したトリウム含有タングステン陰極に比べて格段に
低い陰極電流で熱電子の放出が可能になる。具体的に
は、以下の実施例に示す通りである。
テン陰極を用いることにより、従来の加熱による活性化
を施したトリウム含有タングステン陰極に比べて格段に
低い陰極電流で熱電子の放出が可能になる。具体的に
は、以下の実施例に示す通りである。
【０００８】また、上記の加熱による活性化、並びにヘ
キサメチルジシランによる放電処理は、トリウム含有タ
ングステン陰極を装備した直流プラズマ生成装置の反応
容器内で、被処理材料の加工の前に行うことができる。
即ち、加工に先立ち、直流プラズマ生成装置の反応容器
内に、上記に従ってヘキサメチルジシランと水素とを導
入して放電を行った後、真空下でトリウム含有タングス
テン陰極を加熱する。あるいは、真空下でトリウム含有
タングステン材を加熱した後、反応容器内にヘキサメチ
ルジシランと水素とを導入して放電させるてもよい。
キサメチルジシランによる放電処理は、トリウム含有タ
ングステン陰極を装備した直流プラズマ生成装置の反応
容器内で、被処理材料の加工の前に行うことができる。
即ち、加工に先立ち、直流プラズマ生成装置の反応容器
内に、上記に従ってヘキサメチルジシランと水素とを導
入して放電を行った後、真空下でトリウム含有タングス
テン陰極を加熱する。あるいは、真空下でトリウム含有
タングステン材を加熱した後、反応容器内にヘキサメチ
ルジシランと水素とを導入して放電させるてもよい。
【０００９】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に説明す
る。図１は、本実施例において陽極電流電圧特性を測定
するために用いた装置を示す概略構成図である。トリウ
ムを２重量％含むタングステンの線材（直径０．４５ｍ
ｍ）を長さ３２２．９５ｍｍに切断し、図示されるよう
に連続Ｓ字状に湾曲したものを陰極１とし、これにステ
ンレス製の編目状の陽極２とを平行に設置して電極部を
構成し、これを水素ガス及びヘキサメチルジシラン導入
系管路、並びに排気系管路を備える処理容器（何れも図
示せず）内に設置した。また、トリウム含有タングステ
ン陰極１には交流電源３が接続しており、ダイオード４
で半波整流された電流がトリウム含有タングステン陰極
１に供給される。この時の通電量はスライドトランス５
で調整される。一方、陽極２には直流電源６が接続して
おり、オシロスコープ７により波形観察を行う。
る。図１は、本実施例において陽極電流電圧特性を測定
するために用いた装置を示す概略構成図である。トリウ
ムを２重量％含むタングステンの線材（直径０．４５ｍ
ｍ）を長さ３２２．９５ｍｍに切断し、図示されるよう
に連続Ｓ字状に湾曲したものを陰極１とし、これにステ
ンレス製の編目状の陽極２とを平行に設置して電極部を
構成し、これを水素ガス及びヘキサメチルジシラン導入
系管路、並びに排気系管路を備える処理容器（何れも図
示せず）内に設置した。また、トリウム含有タングステ
ン陰極１には交流電源３が接続しており、ダイオード４
で半波整流された電流がトリウム含有タングステン陰極
１に供給される。この時の通電量はスライドトランス５
で調整される。一方、陽極２には直流電源６が接続して
おり、オシロスコープ７により波形観察を行う。
【００１０】上記の装置を用い、処理容器内を１．１×
１０-5Ｔｏｒｒまで排気した後で陽極電流の測定を行っ
た。測定は、陰極電流１０Ａから１３Ａまでの０．５Ａ
間隔について行った。測定の結果得られた陽極電圧電流
特性を図２に示すが、陰極電流が１１．５Ａ以下では陽
極電圧を上げても殆ど陽極には電流が流れず、陰極電流
が１２Ａになってはじめて陽極に電流が流れるようにな
る。
１０-5Ｔｏｒｒまで排気した後で陽極電流の測定を行っ
た。測定は、陰極電流１０Ａから１３Ａまでの０．５Ａ
間隔について行った。測定の結果得られた陽極電圧電流
特性を図２に示すが、陰極電流が１１．５Ａ以下では陽
極電圧を上げても殆ど陽極には電流が流れず、陰極電流
が１２Ａになってはじめて陽極に電流が流れるようにな
る。
【００１１】そこで、加熱による活性化を施すために以
下の処理を行った。処理容器内を６×１０-5Ｔｏｒｒと
した後、陰極に半波整流した加熱電流を流し、処理容器
内の圧力が１０-5Ｔｏｒｒ台になったら次の加熱電流値
に変える。この操作を加熱電流５Ａ（３１分間）、７Ａ
（６１分間）、９Ａ（５９分間）、１１Ａ（６０分
間）、１３．５Ａ（４１分間）について行った後、陽極
電流の測定を行った。尚、括弧内は処理容器内の圧力が
１０-5Ｔｏｒｒ台になるまでに要した時間である。測定
の結果得られた陽極電圧電流特性を図３に示すが、図２
のプロファイルと比較すると、陰極電流が１１Ａの曲線
が若干上昇し、また１１Ａよりも高い陰極電流では全体
的に陽極電流が上昇しており、この加熱による活性化の
影響が現れていることが判る。
下の処理を行った。処理容器内を６×１０-5Ｔｏｒｒと
した後、陰極に半波整流した加熱電流を流し、処理容器
内の圧力が１０-5Ｔｏｒｒ台になったら次の加熱電流値
に変える。この操作を加熱電流５Ａ（３１分間）、７Ａ
（６１分間）、９Ａ（５９分間）、１１Ａ（６０分
間）、１３．５Ａ（４１分間）について行った後、陽極
電流の測定を行った。尚、括弧内は処理容器内の圧力が
１０-5Ｔｏｒｒ台になるまでに要した時間である。測定
の結果得られた陽極電圧電流特性を図３に示すが、図２
のプロファイルと比較すると、陰極電流が１１Ａの曲線
が若干上昇し、また１１Ａよりも高い陰極電流では全体
的に陽極電流が上昇しており、この加熱による活性化の
影響が現れていることが判る。
【００１２】しかしながら加熱による活性化では未だ不
十分であり、以下に示すヘキサメチルジシランによる放
電処理を行った。上記の活性化処理に引き続き、処理容
器内を３×１０-5Ｔｏｒｒまで排気した後、４４．５ｃ
ｃＭの水素を処理容器内に導入して処理容器内を３０ｍ
Ｔｏｒｒに維持し、次いでトリウム含有タングステン陰
極に１３Ａの加熱電流を流すともに、陽極に６０Ｖの電
圧を印加して放電を開始させた。これと同時に、処理容
器内にヘキサメチルジシランを０．９ｍＴｏｒｒの分圧
となるように導入してこの状態を１５分間維持した。そ
して、電圧の印加並びにヘキサメチルジシランの導入を
止めた後、再び反応容器内に水素を７、８分間続けて導
入して電極を冷却した。冷却後に水素の導入を停止し、
処理容器内を３×１０-5Ｔｏｒｒまで排気した後、陽極
電流の測定を行った。測定の結果得られた陽極電圧電流
特性を図４に示すが、図３のプロファイルと比較する
と、陰極電流１０Ａでもかなり高い陽極電流値を示して
おり、ヘキサメチルジシランによる放電処理の効果が認
められた。
十分であり、以下に示すヘキサメチルジシランによる放
電処理を行った。上記の活性化処理に引き続き、処理容
器内を３×１０-5Ｔｏｒｒまで排気した後、４４．５ｃ
ｃＭの水素を処理容器内に導入して処理容器内を３０ｍ
Ｔｏｒｒに維持し、次いでトリウム含有タングステン陰
極に１３Ａの加熱電流を流すともに、陽極に６０Ｖの電
圧を印加して放電を開始させた。これと同時に、処理容
器内にヘキサメチルジシランを０．９ｍＴｏｒｒの分圧
となるように導入してこの状態を１５分間維持した。そ
して、電圧の印加並びにヘキサメチルジシランの導入を
止めた後、再び反応容器内に水素を７、８分間続けて導
入して電極を冷却した。冷却後に水素の導入を停止し、
処理容器内を３×１０-5Ｔｏｒｒまで排気した後、陽極
電流の測定を行った。測定の結果得られた陽極電圧電流
特性を図４に示すが、図３のプロファイルと比較する
と、陰極電流１０Ａでもかなり高い陽極電流値を示して
おり、ヘキサメチルジシランによる放電処理の効果が認
められた。
【００１３】上記の結果から、更に低い陰極電流での陽
極電流を測定した。測定の結果得られた陽極電圧電流特
性を図５に示すが、陰極電流が７Ａでも従来の加熱によ
る活性化の陰極電流１２Ａでの陽極電流値を大幅に上回
ることが判った。また、陽極電圧と陽極電流密度との関
係を図６に示す。
極電流を測定した。測定の結果得られた陽極電圧電流特
性を図５に示すが、陰極電流が７Ａでも従来の加熱によ
る活性化の陰極電流１２Ａでの陽極電流値を大幅に上回
ることが判った。また、陽極電圧と陽極電流密度との関
係を図６に示す。
【００１４】更に、ヘキサメチルジシランによる放電処
理の時期についての検証を行った。即ち、トリウム含有
タングステン陰極を上記と同一のヘキサメチルジシラン
による放電処理を施した後、上記と同一の加熱による活
性化を行った。そして、同様に陽極電圧電流特性を求め
たところ、図７に示す結果が得られた。加熱による活性
化を先に行った場合（図４参照）と比較すると、全体的
に陽極電流値が若干低下しているものの、ほぼ同様のプ
ロファイルを示しており、ヘキサメチルジシランによる
放電処理の時期の違いによる効果の差は小さいと言え
る。
理の時期についての検証を行った。即ち、トリウム含有
タングステン陰極を上記と同一のヘキサメチルジシラン
による放電処理を施した後、上記と同一の加熱による活
性化を行った。そして、同様に陽極電圧電流特性を求め
たところ、図７に示す結果が得られた。加熱による活性
化を先に行った場合（図４参照）と比較すると、全体的
に陽極電流値が若干低下しているものの、ほぼ同様のプ
ロファイルを示しており、ヘキサメチルジシランによる
放電処理の時期の違いによる効果の差は小さいと言え
る。
【００１５】以上述べたように、本発明に従って加熱に
よる活性化に加えてヘキサメチルジシランによる放電処
理を施すことにより、加熱による活性化のみの場合に比
べて陰極電流を大幅に低減できる。この理由について、
仕事関数の観点から考察を行った。仕事関数φは、陽極
の電流密度Ｊｓとの間に（１）式に示す関係があること
が知られている。 Ｊs ＝ＡＴ2 ｅｘｐ（−φ／κB Ｔ） ・・・（１） ここで、Ａは定数、κB はボルツマン定数、Ｔは陰極の
表面温度である。本実施例においては、トリウム含有タ
ングステン陰極の表面積は４．５６３３ｃｍ2、Ａは６
０（Ａ／ｃｍ2 （Ｋ）2 ）、κB は５０３８である。従
って、陽極電流の測定値から電流密度Ｊｓを求め、陰極
の表面温度Ｔを測定すれば、（１）式より仕事関数が算
出される。
よる活性化に加えてヘキサメチルジシランによる放電処
理を施すことにより、加熱による活性化のみの場合に比
べて陰極電流を大幅に低減できる。この理由について、
仕事関数の観点から考察を行った。仕事関数φは、陽極
の電流密度Ｊｓとの間に（１）式に示す関係があること
が知られている。 Ｊs ＝ＡＴ2 ｅｘｐ（−φ／κB Ｔ） ・・・（１） ここで、Ａは定数、κB はボルツマン定数、Ｔは陰極の
表面温度である。本実施例においては、トリウム含有タ
ングステン陰極の表面積は４．５６３３ｃｍ2、Ａは６
０（Ａ／ｃｍ2 （Ｋ）2 ）、κB は５０３８である。従
って、陽極電流の測定値から電流密度Ｊｓを求め、陰極
の表面温度Ｔを測定すれば、（１）式より仕事関数が算
出される。
【００１６】そこで、未処理、加熱による活性化、加熱
による活性化後にヘキサメチルジシランによる放電処理
を施した場合について、それぞれのトリウム含有タング
ステン陰極の仕事関数を（１）式を基に算出する。尚、
電流密度Ｊｓは、何れも陽極電圧４００Ｖでの陽極電流
値を基にした。未処理の場合、陰極電流１２．５Ａ（Ｔ
＝２１００Ｋ）での仕事関数は４．４８、また１２Ａ
（Ｔ＝２０３５Ｋ）での仕事関数は４．５０と算出され
た。一方、加熱による活性化の場合、陰極電流１１．５
Ａ（Ｔ＝２００３Ｋ）での仕事関数は４．４１、また１
２Ａ（Ｔ＝２０３５Ｋ）での仕事関数は４．１９と算出
された。これに対して、加熱による活性化後にヘキサメ
チルジシランによる放電処理を施した場合には、陰極電
流６Ａ（Ｔ＝１４８４．６Ｋ）での仕事関数は３．１
４、また７Ａ（Ｔ＝１５４３Ｋ）での仕事関数は３．０
１と算出された。このことから、加熱による活性化後に
ヘキサメチルジシランによる放電処理を施すことによ
り、未処理並びに加熱による活性化の場合に比べてトリ
ウム含有タングステン陰極の仕事関数が大きく低下し、
それにより熱電子の発生がより良好になることが判明し
た。
による活性化後にヘキサメチルジシランによる放電処理
を施した場合について、それぞれのトリウム含有タング
ステン陰極の仕事関数を（１）式を基に算出する。尚、
電流密度Ｊｓは、何れも陽極電圧４００Ｖでの陽極電流
値を基にした。未処理の場合、陰極電流１２．５Ａ（Ｔ
＝２１００Ｋ）での仕事関数は４．４８、また１２Ａ
（Ｔ＝２０３５Ｋ）での仕事関数は４．５０と算出され
た。一方、加熱による活性化の場合、陰極電流１１．５
Ａ（Ｔ＝２００３Ｋ）での仕事関数は４．４１、また１
２Ａ（Ｔ＝２０３５Ｋ）での仕事関数は４．１９と算出
された。これに対して、加熱による活性化後にヘキサメ
チルジシランによる放電処理を施した場合には、陰極電
流６Ａ（Ｔ＝１４８４．６Ｋ）での仕事関数は３．１
４、また７Ａ（Ｔ＝１５４３Ｋ）での仕事関数は３．０
１と算出された。このことから、加熱による活性化後に
ヘキサメチルジシランによる放電処理を施すことによ
り、未処理並びに加熱による活性化の場合に比べてトリ
ウム含有タングステン陰極の仕事関数が大きく低下し、
それにより熱電子の発生がより良好になることが判明し
た。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来に比べて格段に低い電流でプラズマの生成が可能な
トリウム含有タングステン陰極が得られ、これを使用す
ることにより直流プラズマ生成装置の大幅な省電力化を
図ることができるようになる。また、改質方法も簡単で
あり、直流プラズマ生成装置内で加工の前に行うことも
できる。
従来に比べて格段に低い電流でプラズマの生成が可能な
トリウム含有タングステン陰極が得られ、これを使用す
ることにより直流プラズマ生成装置の大幅な省電力化を
図ることができるようになる。また、改質方法も簡単で
あり、直流プラズマ生成装置内で加工の前に行うことも
できる。
【図１】実施例において陽極電圧電流特性を求めるため
に使用した装置を示す回路図である。
に使用した装置を示す回路図である。
【図２】未処理のトリウム含有タングステン電極の陽極
電圧電流特性を示す図である。
電圧電流特性を示す図である。
【図３】従来の加熱により活性化したトリウム含有タン
グステン電極の陽極電圧電流特性を示す図である。
グステン電極の陽極電圧電流特性を示す図である。
【図４】加熱による活性化に加えて、ヘキサメチルジシ
ランと水素との混合雰囲気中で放電処理したトリウム含
有タングステン電極の陽極電圧電流特性を示す図であ
る。
ランと水素との混合雰囲気中で放電処理したトリウム含
有タングステン電極の陽極電圧電流特性を示す図であ
る。
【図５】加熱による活性化に加えて、ヘキサメチルジシ
ランと水素との混合雰囲気中で放電処理したトリウム含
有タングステン電極の陽極電圧電流特性（低陰極電流）
を示す図である。
ランと水素との混合雰囲気中で放電処理したトリウム含
有タングステン電極の陽極電圧電流特性（低陰極電流）
を示す図である。
【図６】加熱による活性化に加えて、ヘキサメチルジシ
ランと水素との混合雰囲気中で放電処理したトリウム含
有タングステン電極の陽極電圧電流密度特性を示す図で
ある。
ランと水素との混合雰囲気中で放電処理したトリウム含
有タングステン電極の陽極電圧電流密度特性を示す図で
ある。
【図７】ヘキサメチルジシランと水素との混合雰囲気中
で放電処理した後、加熱による活性化を施したトリウム
含有タングステン電極の陽極電圧電流特性を示す図であ
る。
で放電処理した後、加熱による活性化を施したトリウム
含有タングステン電極の陽極電圧電流特性を示す図であ
る。
１ 陰極 ２ 陽極 ３ 交流電源 ４ ダイオード ５ スライドトランス ６ 直流電源 ７ オシロスコープ
Claims (4)
- 【請求項１】 直流プラズマ生成装置に使用されるトリ
ウム含有タングステン熱陰極直流放電電極において、ト
リウム含有タングステン材をヘキサメチルジシランと水
素との混合雰囲気中で放電処理した後、真空下で加熱し
てなることを特徴とするトリウム含有タングステン熱陰
極直流放電電極。 - 【請求項２】 直流プラズマ生成装置に使用されるトリ
ウム含有タングステン熱陰極直流放電電極において、ト
リウム含有タングステン材を真空下で加熱した後、ヘキ
サメチルジシランと水素との混合雰囲気中で放電処理し
てなることを特徴とするトリウム含有タングステン熱陰
極直流放電電極。 - 【請求項３】 トリウム含有タングステン熱陰極直流放
電電極と陽極とを対向設置した反応容器を備える直流プ
ラズマ生成装置を用いて被処理材料を加工する際、加工
に先立ち、前記反応容器内にヘキサメチルジシランと水
素とを導入して放電を行った後、真空下で前記トリウム
含有タングステン熱陰極直流放電電極を加熱することを
特徴とするトリウム含有タングステン熱陰極直流放電電
極の改質方法。 - 【請求項４】 トリウム含有タングステン熱陰極直流放
電電極と陽極とを対向設置した反応容器を備える直流プ
ラズマ生成装置を用いて被処理材料を加工する際、加工
に先立ち、真空下で前記トリウム含有タングステン熱陰
極直流放電電極を加熱した後、前記反応容器内にヘキサ
メチルジシランと水素とを導入して放電させることを特
徴とするトリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極
の改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22265999A JP3558209B2 (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極及び前記電極の改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22265999A JP3558209B2 (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極及び前記電極の改質方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001052892A true JP2001052892A (ja) | 2001-02-23 |
| JP3558209B2 JP3558209B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=16785925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22265999A Expired - Fee Related JP3558209B2 (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | トリウム含有タングステン熱陰極直流放電電極及び前記電極の改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3558209B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009238443A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Univ Waseda | 電子源及び電子源の製造方法 |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP22265999A patent/JP3558209B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009238443A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Univ Waseda | 電子源及び電子源の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3558209B2 (ja) | 2004-08-25 |
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