JP2002510848A - 電子トーチ型電子銃 - Google Patents

電子トーチ型電子銃

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JP2002510848A
JP2002510848A JP2000542783A JP2000542783A JP2002510848A JP 2002510848 A JP2002510848 A JP 2002510848A JP 2000542783 A JP2000542783 A JP 2000542783A JP 2000542783 A JP2000542783 A JP 2000542783A JP 2002510848 A JP2002510848 A JP 2002510848A
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JP
Japan
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electron beam
thin film
cathode
generator according
electron
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JP2000542783A
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English (en)
Inventor
ロベール バティスト,
ミシェル ブリュエル,
Original Assignee
コミツサリア タ レネルジー アトミーク
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J33/00Discharge tubes with provision for emergence of electrons or ions from the vessel; Lenard tubes

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、一方の側面を電子が通過可能な薄膜(6)で封止したエンクロージャ(8)と、電子ビーム(4)を照射するマイクロチップカソード(2)とを有する電子ビーム発生装置に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は電子銃、特に電子トーチ型の電子銃と当該電子銃の種々の応用に関す
るものである。
【0002】 従来のCRTについて記載したエル.ハンロン他による「電子ウインドウ陰極
線管の応用」と称する真空科学技術論文集(L. Hanlon et al. "Electron Window
Cathode Ray Tube Applications" J. Vac. Sci. Technol. B 4(1), pp 305-309,
1986)は、電子がスクリーンのイオウに衝突するプレートの一部をBNまたはS
iCの薄膜によって置き換えた構造を開示している。当該薄膜は電子が通り抜け
ることができる程度に薄い膜である。電子は20keV以上のエネルギーを有して
おり、膜厚は1μm以上であり、表面積はmm2のオーダー以上である。電子の
85%以上が伝達され、2つの適用例(蛍光と複写)について記載されている。
厚みのより厚いグリッドによって支持されて真空下で必要な強度補強を行った金
属薄膜(エンボス加工した薄膜)についても言及されている。これらは厚みが厚
いために、これらの薄膜の透過率は小さい。
【0003】 この文献においては、「テレビ銃」型の電子銃は直径の小さなビームを発生す
るものであり、その製造においては陰極線管(CRT)技術が使用されている。
【0004】 ジェイ.ウィーザー他による「真空希ガス紫外線エキシマ光源」と題する科学
装置レビューの論文(J. Wieser et al. "Vacuum Ultraviolet Rare Gas Excimer
Light Source", Rev. Sci. Instrum, 68(3), p. 1360-1364, 1997)によれば、
加熱されたフィラメントから発せられた電子を10から20keVに加速して、S
34からなる300nmのウインドウを通過させ、加圧されたガス(キセノン
)を励起することでこのガスに特徴的な紫外線を放射させることが記載されてい
る。
【0005】 この2番目の論文では、ガスに注入される電荷の密度を高くするために、可能
な限り高密度の電子ビームが模索されている。この電子ビームは加熱されたフィ
ラメントによって発生するものである。電子ビームの大部分は、薄膜の支持部に
照射され当該支持部を過熱する。フィラメントにおける電力消費が10Wである
ことから、数ミリアンペアが流れており、薄膜とその支持部がかなり熱せられる
ことが考えられる(最小限でも1mA×20kV=20Wである)。このような適用
例は特定分野、特に生物学の分野においては不適当である。
【0006】 さらに、第1の装置は大きく、電子銃は数cmの大きさがある。第2の例にお
いては、フィラメントと薄膜との間に20keVの電位差を発生させるために必要
な20mmの距離は照射された電子のバーストを引き起こし、薄膜を通過する電
子はごく一部になるので効率が非常に悪い。薄膜支持部とエンクロージャでこの
ように多くの電子をロスするので、耐熱保護なしでは素手でエンクロージャを取
り扱うことができない。
【0007】
【発明の要旨】
本発明の第1の主題は、一方の側面を電子が通過可能な薄膜で封止したエンク
ロージャと、 電子ビームを照射する少なくとも1つのマイクロチップカソードとを有する電
子ビーム発生装置である。 方向性のある電子ビームを照射するマイクロチップからなる陰極を使用するこ
とによって、小型の装置を実現することができ、加熱の問題を生ぜず、低温装置
に素手で装着することが可能である。 陰極から照射される電子ビームの誘導手段を装着することも可能である。この
手段は電子ビームの方向性をさらに改善することができる。
【0008】 さらに、エンクロージャ、薄膜あるいは薄膜支持部によるエネルギーの消費を
生じないために、従来のトーチに比較して電力消費量が小さい。
【0009】 一つの実施例によれば、マイクロチップカソードは、所定のパターンにしたが
って敷設されたマイクロチップ領域を有し、前記薄膜は平坦部とマイクロチップ
ゾーンの配列にしたがって平坦部を区分する厚くなった補強部を有する。
【0010】 したがって、陰極の電子ビームを照射する領域と、薄膜の補強部の間に位置す
る薄膜の平端部は、それぞれ1体1に対応する。
【0011】 しかし、薄膜の平端部がそれぞれのマイクロチップ領域に対応しさえすれば、
1つの平端部に1つ以上のマイクロチップ領域が対応することも可能である。補
強部は機械的な働きのみを行うので、マイクロチップ領域のパターンに追従する
ことは必ずしも必要ではない。
【0012】 好ましくは、電子ビームの誘導手段は、磁界発生手段を有する。この磁界は強
度および方向を調節可能である。
【0013】 本発明はまた上述の電子ビーム発生手段の種々の適用に関するものである。
【0014】 特に本発明の電子ビーム発生手段は、 −発光体である固体試料に対して電子ビームを供給する、 −例えば希ガスからなるガス又は液体材料を励起して紫外線を発生させる、 −有機材料の重合、 −薄膜に組み込まれたターゲットに電子ビームを照射してX線を発生させる、 −生物組織の燃焼または処理を行う目的に使用することができる。
【0015】
【実施例】
図1に本発明の第1の実施例を示す。エンクロージャ8の中にマイクロチップ
カソード2が収容されている。マイクロチップカソードは、電子ビーム4を発生
して、エンクロージャ8の一方の側を閉じている膜6に照射する。陰極2はエン
クロージャ8と膜6に対して−10kVまたは−20kVの極性が付与されている。
さらに、例えば永久磁石のような手段が設けられて、例えば1000Gから20
00Gの磁界Bを発生させ、当該磁界は、例えば電子が、エンクロージャ8や膜
の厚い周縁部ではなく膜6に衝突するように方向と強度を調節することができる
ものであっても良い。
【0016】 これらの電子ビーム誘導手段は、電子ビームが十分に高密度でない(例えば、
数十アンペアの照射に対して薄膜を通過する電流が数μAであるような)場合は
実現することができない。
【0017】 軽量な材料(Si34、Si、SiC、ダイアモンド等)からなる厚さが10
0ないし300nmの薄膜の場合、薄膜の透過性は高い。典型的には、薄膜の表
面積はmm2のオーダーである。そのようなトーチの寸法は、単一陰極の場合、
例えば、 −エンクロージャ8の長さ:60mm −エンクロージャの直径:10−15mm −エンクロージャ8の材質:導体又はセラミック、例えば、ステンレスまたはア
ルミナ −薄膜:最も薄い(100nm)領域が数mm2であり、材料はSi34、Si、
SiC、ダイアモンド等 −エンクロージャ8内の真空度:10-8mbar −陰極2:放射表面が約1mm2、電流が電圧100Vに対して1mA −電流:印加電圧20kVに対して0.8mAである。
【0018】 陰極2はマイクロチップカソード、例えばフランス特許第2679653号(
EP−A−0524870)に記載され、そこで使用されているものと同じタイ
プのものであり、図2に示す。この陰極は基本的に、例えばガラスからなる基板
11の上にシリカ層13、およびこれを覆うたとえばシリコンからなる抵抗層1
5からなる。抵抗層15の上にはマイクロチップ17に電力を供給するための1
又は2の陰極16が有り、これらは例えばモリブデン製である。マイクロチップ
17が収容されている貫通孔を有する絶縁層18がグリッドから陰極又は(ニオ
ブからなるものであっても良い)電極16を分離して電子19を導いている。電
子導入グリッド19はそれぞれのマイクロチップ17の上部に開口して電子の放
出を可能にしている。マイクロチップを有してマトリックス構造を有しない単一
の陰極には、少なくともマイクロチップ16に極性を付与するための1つの電極
とグリッド19に極性を付与するための1つの電極が設けられる。
【0019】 マイクロチップ17の電位はVpであり、グリッド電極19の電位はVgであり
、電子は−e(Vg−Vp)の初期運動エネルギーで発射される。 この陰極に関するより詳細な説明、特に電極を形成するための材料の選択につ
いては、フランス特許第2679653号(EP−A−0524870)明細書
を参照されたい。
【0020】 この陰極を製造する方法は、例えば、フランス特許第2663462号および
第2593953号に記載されており、蒸発からの堆積技術、陰極のスパッタリ
ング、形成された層のフォトエッチングおよび反応性イオンエッチングを利用す
るものである。
【0021】 例えば、同一の陰極基板に2つ又はそれ以上のエミッタを設けようとする場合
にはマトリックス構造の陰極を製造することができる。 図3に示したように、表面積が比較的大きな薄膜26の場合には、曲げに抵抗
できるように部分的に厚みのある構造とし、つまり、エンクロージャの内部と外
部の圧力差に抵抗することができるようなものとする。薄膜は、平坦部26−1
と26−3および補強された部分26−2、26−4、26−6を有する。この
場合、マイクロチップ陰極22は、それ自体放射された電子が厚い部分26−2
、26−4、26−6ではなくて薄い部分26−1と26−3に到達する(さも
なければ電子線の大幅な吸収と破壊によって薄膜が過熱される)構造(場合によ
っては互いに独立した各ゾーンからなるマトリックス陰極構造)である。
【0022】 エンクロージャ8,28は、さらに所望の真空度、例えば10-7mbarから10 -8 mbarを達成するために図1および図3には図示されていないポンプ手段に接
続されている。
【0023】 図1と3において、番号20と30は、それぞれエンクロージャ8、28を真
空引きするためのチューブであり、番号12と32は、エンクロージャ8、28
に収容されてポンプ手段を取り外したときに余剰の不純物を吸収して真空を維持
するゲッターである。電圧供給手段14、34は、陰極2、22の運転に必要な
電圧を提供する。
【0024】 図4は、他の実施例を示す図である。薄膜36が補強部材37の上に形成され
ており、直径Dはおよそ3mmである。マイクロチップカソード42は薄膜36
の平端部と同じ数の放電領域を有している。 この明細書では、陰極は同時に複数の電子ビームを発生させる。
【0025】 マイクロチップカソードのゾーンはそれぞれ、例えば、直径dが約100μm
の電子ビームを照射する。陰極の電子照射を行う領域の集合は幅が約10mmの
基板44上に形成されている。このように表現された構造はさらに図4には示さ
れていないが既に記述した:封止することのできる排出チューブ、ゲッター、方
向および強度可変の磁界を発生させる磁気手段を具備する。
【0026】 マイクロチップカソードはマイクロチップゾーンに種々の配置をとることがで
き、この配置形状は所望の用途によって定まる。 マイクロチップの配置に関わらず、薄膜はこの配置に対して相補的なパターン
を有する補強グリッドに取り付けられ、陰極と薄膜は2つの相補的又は完全に補
完的形状を構成する。
【0027】 他の変形例に拠れば、線形の薄膜を同様に線形の陰極の背後に設け、同時に薄
膜の長さに渡って一様な電子の照射を行う。この可能性は、フィラメントタイプ
では実現することはできない。フィラメントは常に中央部が周辺部よりも高温で
、中央部から照射される電子が周辺部からの電子よりも多いからである。
【0028】 本発明に基づく装置の適用について次に記載する。 第1の適用例によれば、本発明による装置は10から20keVの電子を発生す
るために使用することができる。この電子ビームはIII−V半導体型の発光性
化合物(量子ウエル構造のGaNやAlN化合物)に照射して青又は紫外光を発
光させる。これは、光源が薄膜の可能な限り近傍に位置してはいるが、真空領域
の外部に設けられたマイクロチップレーザである。
【0029】 他の適用例に拠れば、発生した電子をガス又は液体(例えば、ガス又は液状の
キセオン(−110℃)に照射して発光させ、エキシマのエネルギ低下が(例えば
170nmの)照射を行わせる。この装置は、電子ビーム発生装置を本発明によ
るものに交換した以外は、ウィーザー(Wieser)の文献に記載された装置である。
【0030】 上記以外の適用としては、本発明に基づく電子ビーム源から発生した電子ビー
ムを、 −有機化合物の重合化、 −例えば薄膜に埋め込まれたか近傍に設けられたMoやCrのようなエックス線
を発生する材料からなるターゲットに照射してエックス線を発生させることに使
用することができる。ターゲットの冷却は、これが電子ビーム源を収容した真空
チャンバの外部に設置されているために非常に容易である。さらに、陽極の交換
も容易である、 −レーザによって行うような生物組織の燃焼、ただし、深度は極めて浅いために
皮膚科学的な利用が可能である。
【0031】 最後に、電子ビーム源を外部環境から保護する必要がある状況で使用できる極
小型の電子ビーム源が提供される。例えば、高圧プラズマ発生源の内部に設けて
その中に電子ビームを照射することも可能である。
【0032】 本発明の特徴および利点は明細書の記載から明らかである。本明細書の記載は
説明のために実施例の記載を中心としたが、これらは限定的な意味に解釈される
べきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1の実施例を示す。
【図2】 図2は、マイクロチップカソードの例を示すものである。
【図3】 図3は、本発明の他の実施例を示す。
【図4】 図4は、本発明のさらに他の実施例を示す。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の側面を電子ビームが通過可能な薄膜(6、26)で封
    止したエンクロージャ(8、28)と、 電子ビーム(4、24)を照射するマイクロチップカソード(2、22)とを有
    する電子ビーム発生装置であって、 前記マイクロチップカソードは所定のパターンにしたがって敷設されたマイク
    ロチップ領域を有し、各領域は少なくとも1つのマイクロチップを有し、前記薄
    膜は平坦部(26−1、26−3)と平坦部を区分する厚くなった補強部(26
    −2、26−4、26−6)を有し、それぞれのマイクロチップ領域は当該平坦
    部に正対することを特徴とする電子ビーム発生装置。
  2. 【請求項2】 さらに陰極から照射された電子を薄膜に向けて誘導する手段
    を有することを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム発生装置。
  3. 【請求項3】 前記電子の誘導手段は磁界発生手段を有することを特徴とす
    る請求項2に記載の電子ビーム発生装置。
  4. 【請求項4】 前記磁界の強度と方向が調整可能であることを特徴とする請
    求項3に記載の電子ビーム発生装置。
  5. 【請求項5】 前記薄膜と陰極は共に細長い形状であることを特徴とする請
    求項1ないし4のいずれかに記載の電子ビーム発生装置。
  6. 【請求項6】 電子の照射によって電磁波を発生させる固体と、 当該固体に電子を照射するための請求項1ないし5のいずれかに記載された電
    子ビーム発生装置を具備することを特徴とする電磁波発生装置。
  7. 【請求項7】 前記固体が電子ビーム照射装置に対向して設けられたターゲ
    ットである、請求項6に記載の装置を具備するX線発生装置。
  8. 【請求項8】 対象となる波長に対して透明な光学的窓を有する、気体又は
    液状の希ガスを封入したセルと、 請求項1ないし5のいずれかに記載された電子ビーム発生装置を具備すること
    を特徴とする紫外線発生装置。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし5のいずれかに記載された電子ビーム発生装
    置によって有機化合物の重合化を行うことを特徴とする電子ビームによる有機化
    合物の重合化方法。
  10. 【請求項10】 請求項1ないし5のいずれかに記載された電子ビーム発生
    装置によって電子ビームを発生させ、 当該装置によって組織を処理する過程を有することを特徴とする生物組織の処
    理方法。
  11. 【請求項11】 請求項1ないし5のいずれかに記載された電子ビーム発生
    装置を具備することを特徴とする生物組織の処理装置。
JP2000542783A 1998-04-03 1999-04-02 電子トーチ型電子銃 Pending JP2002510848A (ja)

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FR9804177A FR2777113B1 (fr) 1998-04-03 1998-04-03 Canon a electrons de type "torche a electrons"
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FR (1) FR2777113B1 (ja)
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