JP2002313269A

JP2002313269A - 電界放射型電子銃

Info

Publication number: JP2002313269A
Application number: JP2001111007A
Authority: JP
Inventors: Mikiaki Kai; 幹朗甲斐
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は電界放射型電子銃に関し、放電を抑
制することができる電界放射型電子銃を提供することを
目的としている。【解決手段】電子を放射するエミッター１と、該エミ
ッター１に加速電圧を印加するための高電圧ケーブル４
と、前記エミッター１の周囲に配置された引き出し電極
２と、該引き出し電極２の外側に配置されたアノード３
とにより構成された電界放射型電子銃において、前記高
電圧ケーブル４を保持し、引き出し電極取り付け用に設
けられた高電圧絶縁碍子５の引き出し電極取り付け部に
メタライズした溝１０を設け、この溝１０の部分の電位
を引き出し電位とするように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射型電子銃
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子線を用いた分析装置には、電
子流密度が高く、エネルギー幅が小さい電界放射型電子
銃（ＦＥＧ：ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＧｕｎ）
が用いられている。このＦＥＧは、エミッターと呼ばれ
る電子発生源と、エミッターに強電界を印加して電子を
引き出させるための引き出し電極（対エミッターに対し
＋数ｋＶ）、引き出された電子を加速させるためのアノ
ード（対エミッター＋数１０ｋＶ、大地０Ｖ）で構成さ
れ、電位的にはエミッターの電位と加速電圧は等しく、
引き出し電圧は加速電圧に重畳されている。

【０００３】図７は従来の電界放射型電子銃の構成概念
図、図８は電界放射型電子銃の電圧の印加状態を示す図
である。図８において、１は電子を放射するエミッタ
ー、Ｅ３は該エミッター１に電位を与える電圧、２はエ
ミッター１の周囲に配置された引き出し電極、３は引き
出し電極２の外側に配置されたアノードである。該アノ
ード３は接地され、その電位は０Ｖである。エミッター
１には、アノード３との間に加速電圧Ｅ１が印加され、
引き出し電極２には電圧Ｅ２が印加されている。引き出
し電圧Ｅ２は、加速電圧Ｅ１に重畳された形となってい
る。このような電位の印加状態により、エミッター１か
ら電子線ＥＢが放射され、引き出し電極２の真ん中に開
けられた開口を通過する。引き出し電極２を通過した電
子線ＥＢは、アノード３により加速され、アノード３に
開けられた開口を通過する。

【０００４】図７において、図８と同一のものは、同一
の符号を付して示す。図７において、１はエミッター、
２は引き出し電極、３はアノードである。４はエミッタ
ー１に加速電圧を与えると共に、引き出し電極２に引き
出し電圧を与える高電圧ケーブルである。５は高電圧ケ
ーブル４を保持し、引き出し電極取り付け用に設けられ
た高電圧絶縁碍子である。６、７はエミッター１に加速
電圧を与える導線、８は引き出し電極２に引き出し電圧
を与える導線で、いずれも高電圧ケーブル４を介して与
えられている。９はＦＥＧを取り囲むガンチャンバーで
あり、その内部は高真空に保たれている。

【０００５】引き出し電極２の電圧は−数１０ｋＶで、
エミッター１との間の電位差は数ｋＶである。このよう
な構成により、エミッター１から放射された電子線ＥＢ
は引き出し電極２により加速され、次に引き出し電極２
の開口を通過した電子はアノード３により引っ張られ、
アノード３の開口を通過して出ていく。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の装置では、図
中Ａに示す部分で引き出し電極２と高電圧絶縁碍子５と
の間が狭くなり電位勾配がきつくなるため、この部分で
放電が起きることがある。図９は、図７に示す構成図の
一点鎖線部分の電位分布を示す図である。図７のＡ部分
の電位勾配がきつくなっていることが分かる。なお、電
位勾配に示した数字９０、８０、〜１０等は印加電圧に
対する電圧の割合（％）を示しており、例えば印加電圧
が１００ｋＶの場合、９０（％）と記載されている部分
は９０ｋＶの電位であることを示している。

【０００７】ここで、図９の破線部分を拡大した図が、
右側に示されている。図中、実線で示す矢印が放電経路
を示している。高電圧絶縁碍子５と引き出し電極２の隙
間から放電が発生し、電位勾配に従い、碍子沿面に到達
し、碍子沿面での電子なだれ現象により、チャンバー９
（０Ｖ）に向かって放電していく。電位勾配がきつい
（電位の線が密集している）ほど、放電経路はできやす
い。

【０００８】ＦＥＧでの放電により、エミッター１を直
接破壊することがある。このことは、ＦＥＧの品質低下
だけでなく、ユーザに対する装置の信頼性も低下する。
従って、極力、放電を抑制する必要がある。前述したよ
うに、一般に放電は電極と碍子の隙間から発生し、電位
勾配に従い、碍子沿面に到着し、碍子沿面での電子なだ
れ現象により、チャンバー９（０Ｖ）に向かって放電し
ていく。このため、電極２と碍子５の隙間の電位勾配が
きついほど放電経路ができやすく、放電が生じやすかっ
た。

【０００９】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、放電を抑制することができる電界放射型
電子銃を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）前記した課題を解
決する請求項１記載の発明は、電子を放射するエミッタ
ーと、該エミッターに加速電圧を印加するための高電圧
ケーブルと、前記エミッターの周囲に配置された引き出
し電極と、該引き出し電極の外側に配置されたアノード
とにより構成された電界放射型電子銃において、前記高
電圧ケーブルを保持し、引き出し電極取り付け用に設け
られた高電圧絶縁碍子の引き出し電極取り付け部にメタ
ライズした溝を設け、この溝の部分の電位を引き出し電
位とするように構成したことを特徴とする。

【００１１】このように構成すれば、引き出し電極と高
電圧絶縁碍子５の隙間部分の電位勾配を緩和することが
できるので、放電の発生を抑止することができる。（２）請求項２記載の発明は、前記溝の形状は、角を丸
めた形状であることを特徴とする。

【００１２】このように構成すれば、溝の角を丸めるこ
とで、発熱等により高電圧絶縁碍子部にクラックが入る
ことを防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形
態例を示す構成図である。図７と同一のものは、同一の
符号を付して示す。図において、１はエミッター、２は
引き出し電極、３はアノード、４は高電圧ケーブル、５
は高電圧絶縁碍子、６〜８は導線、９はガンチャンバー
である。これらの構成要素の配置は、図７にて説明した
通りである。

【００１４】引き出し電極２の電位は、例えば−数１０
ｋＶであり、アノード３の電位は接地電位（０Ｖ）であ
る。そして、エミッター１と引き出し電極２間にかかる
電位差は数ｋＶである。

【００１５】１０は高電圧ケーブル４を保持し、引き出
し電極２の取り付け用に設けられた高電圧絶縁碍子５の
引き出し電極取り付け部に設けられた溝であり、その表
面はメタライズされている。且つ、この溝１０の電位は
引き出し電極２と接続され、引き出し電極の電位と同電
位になっている。

【００１６】図２はＦＥＧの電位分布を示す図であり、
図１の一点鎖線部で示す領域の電位分布を示している。
図９に示す従来装置の電位分布と比較すると、図１のＡ
に示す領域の電位勾配が緩和されていることが分かる。
破線で示す領域を拡大したものが右側に示されている。

【００１７】本発明によれば、ＦＥＧ用高電圧絶縁碍子
５の引き出し電極取り付け部にメタライズした溝１０を
設け、この溝１０の電位を引き出し電極２の電位と同じ
にしているため、碍子内部の電位勾配が褶曲することに
より、電極と碍子の隙間の電位勾配が緩和される。これ
により、加速電圧は安定して印加され、放電は抑止さ
れ、より信頼性のあるＦＥＧとすることが可能となる。

【００１８】図３は従来装置と本発明の拡大部の電位分
布比較を示す図である。（ａ）は従来装置の電位分布
図、（ｂ）は本発明装置の電位分布図である。（ａ）に
示す電位分布は、電位勾配がきつく、放電経路ができや
すいので放電しやすい。これに対し、（ｂ）に示す電位
分布は電位勾配が緩和され、放電経路ができず、加速電
圧の安定印加ができる。

【００１９】図４は本発明による溝の形状を示す図であ
る。（ａ）は角に丸み（ラウンド：Ｒ）を付けた場合、
（ｂ）は丸みをつけない場合をそれぞれ示す。図に矢印
で示す領域（図１のＡ部）の電位勾配の緩和状況は同等
である。従って、双方共に放電抑止効果がある点で共通
である。

【００２０】しかしながら、（ｂ）に示す丸みのない溝
の場合、該当部分が発熱することにより、クラックが入
りやすい。そこで、（ｂ）の角に丸みをつけることによ
り、クリックの発生を防止することができる。

【００２１】図５は本発明の効果の説明図である。メタ
ライズした溝を持つ場合、碍子沿面の電位勾配が低く、
電位勾配が緩和されているので、加速電圧の安定印加が
可能となる。

【００２２】図６は溝をつけず碍子沿面にメタライズの
み行なった場合の効果の説明図である。（ａ）は何も手
を加えていない場合の特性を、（ｂ）は碍子沿面に少し
メタライズした場合の特性を、（ｃ）は碍子沿面に多く
メタライズした場合の特性をそれぞれ示している。

【００２３】（ａ）の場合、Ａ部の電位勾配がきつく、
放電経路ができやすい。一方、（ｂ）の場合、碍子の沿
面に少しメタライズしたものであるが（図中の太い実
線）、電位勾配は緩和されておらず、単に碍子沿面をメ
タライズしただけでは特性は改善されていないことが分
かる。（ｃ）の場合、メタライズ端の電位勾配が高くな
るため、この部分から放電しやすくなる。

【００２４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果が得られる。

【００２５】（１）請求項１記載の発明によれば、引き
出し電極と高電圧絶縁碍子の隙間部分の電位勾配を緩和
することができるので、放電の発生を抑止することがで
きる。

【００２６】（２）請求項２記載の発明によれば、溝の
形状として、角を丸めることにより、発熱等により高電
圧絶縁碍子部にクラックが入ることを防止することがで
きる。

【００２７】このように、本発明によれば電極と碍子の
隙間の電位勾配が緩和され、加速電圧の安定印加が可能
となり、ＦＥＧの品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。

【図２】本発明によるＦＥＧの電位分布を示す図であ
る。

【図３】従来装置と本発明の拡大部の電位分布比較を示
す図である。

【図４】本発明による溝の形状を示す図である。

【図５】本発明の効果の説明図である。

【図６】碍子沿面にメタライズのみ行なった場合の効果
の説明図である。

【図７】従来の電界放射型電子銃の構成概念図である。

【図８】電界放射型電子銃の電圧の印加状態を示す図で
ある。

【図９】ＦＥＧの電位分布と放電の発生を示す図であ
る。

【符号の説明】

１エミッタ２引き出し電極３アノード４高電圧ケーブル５高電圧絶縁碍子６〜８導線９ガンチャンバー１０溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放射するエミッターと、該エミッ
ターに加速電圧を印加するための高電圧ケーブルと、前
記エミッターの周囲に配置された引き出し電極と、該引
き出し電極の外側に配置されたアノードとにより構成さ
れた電界放射型電子銃において、前記高電圧ケーブルを保持し、引き出し電極取り付け用
に設けられた高電圧絶縁碍子の引き出し電極取り付け部
にメタライズした溝を設け、この溝の部分の電位を引き
出し電位とするように構成した電界放射型電子銃。
【請求項２】前記溝の形状は、角を丸めた形状である
ことを特徴とする請求項１記載の電界放射型電子銃。