JP2003007195A - 電子放射陰極及びその製造方法 - Google Patents
電子放射陰極及びその製造方法Info
- Publication number
- JP2003007195A JP2003007195A JP2001186111A JP2001186111A JP2003007195A JP 2003007195 A JP2003007195 A JP 2003007195A JP 2001186111 A JP2001186111 A JP 2001186111A JP 2001186111 A JP2001186111 A JP 2001186111A JP 2003007195 A JP2003007195 A JP 2003007195A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- needle
- tip
- electron emission
- single crystal
- emission cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】角電流密度が高く、エネルギー幅が小さくて、
しかもトータルエミッション電流を抑制した安定な電子
ビームが得られる電子放射陰極を提供する。 【解決手段】軸方位が＜１００＞方位の高融点金属の単
結晶からなるニードルに前記高融点金属の仕事関数を低
減するための元素と酸素とからなる被覆層を設けた電子
放射陰極であって、前記ニードルの少なくとも円錐部に
（１００）面が形成されておらず、しかも前記高融点金
属の単結晶からなるニードルの尖鋭部に内接する球の半
径をＲ１、先端円錐部の全角をテーパー角θとするとき
に、先端半径Ｒ１が１．０μｍ以上１０μｍ以下であ
り、テーパー角θが２５゜以下であることを特徴とする
電子放射陰極。
しかもトータルエミッション電流を抑制した安定な電子
ビームが得られる電子放射陰極を提供する。 【解決手段】軸方位が＜１００＞方位の高融点金属の単
結晶からなるニードルに前記高融点金属の仕事関数を低
減するための元素と酸素とからなる被覆層を設けた電子
放射陰極であって、前記ニードルの少なくとも円錐部に
（１００）面が形成されておらず、しかも前記高融点金
属の単結晶からなるニードルの尖鋭部に内接する球の半
径をＲ１、先端円錐部の全角をテーパー角θとするとき
に、先端半径Ｒ１が１．０μｍ以上１０μｍ以下であ
り、テーパー角θが２５゜以下であることを特徴とする
電子放射陰極。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡、電子
線露光機、電子ビームテスタ、ウエハ検査装置、オージ
ェ電子分光装置などの電子源として用いられる電子放射
陰極に関する。
線露光機、電子ビームテスタ、ウエハ検査装置、オージ
ェ電子分光装置などの電子源として用いられる電子放射
陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、より高輝度の電子ビームを得るた
めに、タングステン単結晶の針状電極を用いた電子放射
陰極が利用されている。この電子放射陰極は、軸方位が
＜１００＞方位からなるタングステン単結晶ニードル
に、ジルコニウム及び酸素からなる被覆層（以下、Ｚｒ
Ｏ被覆層という）を設け、該ＺｒＯ被覆層によってタン
グステン単結晶の（１００）面の仕事関数を４．５ｅＶ
から約２．８ｅＶに低下させたもので、前記ニードルの
先端部に形成された（１００）面に相当する微小な結晶
面のみが電子放射領域となるので、従来の熱陰極よりも
高輝度の電子ビームが得られ、しかも長寿命である特徴
を有する。また冷電界放射陰極よりも安定で、低い真空
度でも動作し、使いやすいという特徴を有している。
めに、タングステン単結晶の針状電極を用いた電子放射
陰極が利用されている。この電子放射陰極は、軸方位が
＜１００＞方位からなるタングステン単結晶ニードル
に、ジルコニウム及び酸素からなる被覆層（以下、Ｚｒ
Ｏ被覆層という）を設け、該ＺｒＯ被覆層によってタン
グステン単結晶の（１００）面の仕事関数を４．５ｅＶ
から約２．８ｅＶに低下させたもので、前記ニードルの
先端部に形成された（１００）面に相当する微小な結晶
面のみが電子放射領域となるので、従来の熱陰極よりも
高輝度の電子ビームが得られ、しかも長寿命である特徴
を有する。また冷電界放射陰極よりも安定で、低い真空
度でも動作し、使いやすいという特徴を有している。
【０００３】電子線放射陰極として例えば測長ＳＥＭに
用いる場合、角電流密度０．２ｍＡ／ｓｒ以上で動作さ
せる際、先端半径を０．２〜１．０μｍのものを用いる
と、放射される電子のエネルギー幅が大きくなり、その
結果、高分解能を得ることができないという問題があっ
た。
用いる場合、角電流密度０．２ｍＡ／ｓｒ以上で動作さ
せる際、先端半径を０．２〜１．０μｍのものを用いる
と、放射される電子のエネルギー幅が大きくなり、その
結果、高分解能を得ることができないという問題があっ
た。
【０００４】放射電子のエネルギー分布幅の増大はＢｏ
ｅｒｓｃｈ効果により説明でき（Ｐｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ１
９，３３５３，（１９７９）参照）、電子光学系におけ
る色収差が増加し、特に低加速度ＳＥＭにおける分解能
の劣化は甚大である。
ｅｒｓｃｈ効果により説明でき（Ｐｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ１
９，３３５３，（１９７９）参照）、電子光学系におけ
る色収差が増加し、特に低加速度ＳＥＭにおける分解能
の劣化は甚大である。
【０００５】電子光学系における色収差が増加する問題
に対し、針状電極の曲率半径を大きくすることが効果的
であり、特に１μｍ以上の曲率半径が好ましいことが知
られている（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、
１６，１７０４（１９７９）参照）。
に対し、針状電極の曲率半径を大きくすることが効果的
であり、特に１μｍ以上の曲率半径が好ましいことが知
られている（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、
１６，１７０４（１９７９）参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常単結晶タングステ
ンを先鋭化するために電解研磨法が用いられ、電解電
圧、電解液等の諸条件を変えることで、いろいろな形状
のものを得ることができる。しかしながら、通常の電解
研磨により、図２に示すように先端半径Ｒ１を大きくし
ようとすると、それに従い尖鋭部のテーパー角が大きく
なってしまい、先端にかかる実効的な電界強度が小さく
なり、十分な角電流密度を得ることができない。
ンを先鋭化するために電解研磨法が用いられ、電解電
圧、電解液等の諸条件を変えることで、いろいろな形状
のものを得ることができる。しかしながら、通常の電解
研磨により、図２に示すように先端半径Ｒ１を大きくし
ようとすると、それに従い尖鋭部のテーパー角が大きく
なってしまい、先端にかかる実効的な電界強度が小さく
なり、十分な角電流密度を得ることができない。
【０００７】本問題を解決するために、先端半径を大き
くし、かつ尖鋭部のテーパー角を増大させない構造とし
て、電解研磨後真空中で加熱処理などをすることによ
り、図３及び図４に示すようなものが提案されている
（特開平８−３６９８１号公報）。
くし、かつ尖鋭部のテーパー角を増大させない構造とし
て、電解研磨後真空中で加熱処理などをすることによ
り、図３及び図４に示すようなものが提案されている
（特開平８−３６９８１号公報）。
【０００８】この形状の陰極を真空装置内にて電界を印
加すると、静電力が駆動力となって、先端方向に表面に
沿って物質のマイグレーションが起こり、表面エネルギ
ー的に安定なファセットが形成される。代表的なファセ
ットの面方位は（１００）であり、タングステンは立方
晶なので、＜１００＞方位を軸方位とするタングステン
単結晶をニードルとして用いると、最先端部の他に図３
及び図４に示すＢ部側面に４つの（１００）面からなる
ファセットが形成される。実際に電子放射陰極として真
空装置内にて電子放射を行うと、前述した通りＺｒＯ被
覆層により（１００）面の仕事関数を低減化するため、
先端のみならず、側面に形成された（１００）ファセッ
トからの電子放射が起こりやすくなり、結果的にトータ
ルエミッション電流が増大する。トータルエミション電
流が増大すると、特に側面からの電子放射の寄与により
周辺部材からのガス放出が起こり、真空が劣化し、エミ
ッションの不安定化や放電などが起きやすくなる。
加すると、静電力が駆動力となって、先端方向に表面に
沿って物質のマイグレーションが起こり、表面エネルギ
ー的に安定なファセットが形成される。代表的なファセ
ットの面方位は（１００）であり、タングステンは立方
晶なので、＜１００＞方位を軸方位とするタングステン
単結晶をニードルとして用いると、最先端部の他に図３
及び図４に示すＢ部側面に４つの（１００）面からなる
ファセットが形成される。実際に電子放射陰極として真
空装置内にて電子放射を行うと、前述した通りＺｒＯ被
覆層により（１００）面の仕事関数を低減化するため、
先端のみならず、側面に形成された（１００）ファセッ
トからの電子放射が起こりやすくなり、結果的にトータ
ルエミッション電流が増大する。トータルエミション電
流が増大すると、特に側面からの電子放射の寄与により
周辺部材からのガス放出が起こり、真空が劣化し、エミ
ッションの不安定化や放電などが起きやすくなる。
【０００９】本発明はこの問題点を鑑みてなされたもの
であって、角電流密度が高く、エネルギー幅が小さく
て、しかもトータルエミッション電流を抑制した安定な
電子ビームが得られる電子放射陰極とその製造方法を提
供することを目的とする。
であって、角電流密度が高く、エネルギー幅が小さく
て、しかもトータルエミッション電流を抑制した安定な
電子ビームが得られる電子放射陰極とその製造方法を提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決させるための手段】即ち、本発明は、軸方
位が＜１００＞方位の高融点金属の単結晶からなるニー
ドルに前記高融点金属の仕事関数を低減するための元素
と酸素とからなる被覆層を設けた電子放射陰極であっ
て、前記ニードルの少なくとも円錐部に（１００）面が
形成されておらず、しかも前記高融点金属の単結晶から
なるニードルの尖鋭部に内接する球の半径をＲ１、先端
円錐部の全角をテーパー角θとするときに、先端半径Ｒ
１が１．０μｍ以上１０μｍ以下であり、テーパー角θ
が２５゜以下であることを特徴とする電子放射陰極であ
り、より具体的には、前記高融点金属がタングステン
（Ｗ）であり、前記元素がジルコニウム（Ｚｒ）である
ことを特徴とする前記の電子放射陰極である。
位が＜１００＞方位の高融点金属の単結晶からなるニー
ドルに前記高融点金属の仕事関数を低減するための元素
と酸素とからなる被覆層を設けた電子放射陰極であっ
て、前記ニードルの少なくとも円錐部に（１００）面が
形成されておらず、しかも前記高融点金属の単結晶から
なるニードルの尖鋭部に内接する球の半径をＲ１、先端
円錐部の全角をテーパー角θとするときに、先端半径Ｒ
１が１．０μｍ以上１０μｍ以下であり、テーパー角θ
が２５゜以下であることを特徴とする電子放射陰極であ
り、より具体的には、前記高融点金属がタングステン
（Ｗ）であり、前記元素がジルコニウム（Ｚｒ）である
ことを特徴とする前記の電子放射陰極である。
【００１１】また、本発明は、軸方位が＜１００＞方位
の高融点金属の単結晶からなるニードルに前記高融点金
属の仕事関数を低減するための元素と酸素とからなる被
覆層を設けた電子放射陰極の製造方法であって、第１ス
テップとして電解研磨によりニードル先端部に尖鋭部を
形成し、第２ステップとして第１ステップとは異なる電
極配置の電解研磨により、ニードル先端半径を所定の大
きさに制御することを特徴とする請求項１記載の電子放
射陰極の製造方法である。
の高融点金属の単結晶からなるニードルに前記高融点金
属の仕事関数を低減するための元素と酸素とからなる被
覆層を設けた電子放射陰極の製造方法であって、第１ス
テップとして電解研磨によりニードル先端部に尖鋭部を
形成し、第２ステップとして第１ステップとは異なる電
極配置の電解研磨により、ニードル先端半径を所定の大
きさに制御することを特徴とする請求項１記載の電子放
射陰極の製造方法である。
【００１２】更に、本発明は、電解研磨によりニードル
先端部に尖鋭部を形成する前に、融点金属の単結晶から
なるニードルの所定の位置に前記被覆層を構成する元素
の供給源物質を取り付けて酸素分圧の存在する減圧下で
加熱処理をすることを特徴とする前記の電子放射陰極の
製造方法であり、好ましい実施態様として、前記高融点
金属がタングステンであり、前記元素がジルコニウムで
あることを特徴とする前記の電子放射陰極の製造方法で
ある。
先端部に尖鋭部を形成する前に、融点金属の単結晶から
なるニードルの所定の位置に前記被覆層を構成する元素
の供給源物質を取り付けて酸素分圧の存在する減圧下で
加熱処理をすることを特徴とする前記の電子放射陰極の
製造方法であり、好ましい実施態様として、前記高融点
金属がタングステンであり、前記元素がジルコニウムで
あることを特徴とする前記の電子放射陰極の製造方法で
ある。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、軸方位が＜１００＞方
位の高融点金属の単結晶からなるニードルに前記高融点
金属の仕事関数を低減するための元素と酸素とからなる
被覆層を設けた電子放射陰とその製造方法に関するもの
である。ここで、前記高融点金属としてＷ或いはＭｏ
が、前記仕事関数を低減するための元素としてＺｒ、Ｔ
ｉ、Ｓｃ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｙ、Ｖ、及びＬａからな
る群から選ばれる１種以上が選択される。
位の高融点金属の単結晶からなるニードルに前記高融点
金属の仕事関数を低減するための元素と酸素とからなる
被覆層を設けた電子放射陰とその製造方法に関するもの
である。ここで、前記高融点金属としてＷ或いはＭｏ
が、前記仕事関数を低減するための元素としてＺｒ、Ｔ
ｉ、Ｓｃ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｙ、Ｖ、及びＬａからな
る群から選ばれる１種以上が選択される。
【００１４】以下、本発明の電子放射陰極について、図
に基づいて、高融点金属がＷであり仕事関数を低減する
元素がＺｒの場合を例示しながら、説明する。
に基づいて、高融点金属がＷであり仕事関数を低減する
元素がＺｒの場合を例示しながら、説明する。
【００１５】図１は、本発明の電子放射陰極のＷの単結
晶からなるニードルの尖鋭部の断面図である。また図
２、３及び４は従来法で作製された電子放射陰極のＷの
単結晶からなるニードルの尖鋭部の断面図を示す。
晶からなるニードルの尖鋭部の断面図である。また図
２、３及び４は従来法で作製された電子放射陰極のＷの
単結晶からなるニードルの尖鋭部の断面図を示す。
【００１６】まず、本発明の電子放射陰極の特徴の一つ
はニードルの尖鋭部の形状にある。即ち、図３或いは図
４では、ニードル円錐部に（１００）面が存在するのに
対し、本発明の電子放射陰極は図１に示すようにニード
ル円錐部に（１００）面を有していないことを特徴とし
ている。また、本発明の電子放射陰極の他の特徴は、前
記の特徴を有しながらも、円錐部が、従来公知の形状の
もの（図２）と異なり、より延びた特定の形状を有する
ことを特徴としている。
はニードルの尖鋭部の形状にある。即ち、図３或いは図
４では、ニードル円錐部に（１００）面が存在するのに
対し、本発明の電子放射陰極は図１に示すようにニード
ル円錐部に（１００）面を有していないことを特徴とし
ている。また、本発明の電子放射陰極の他の特徴は、前
記の特徴を有しながらも、円錐部が、従来公知の形状の
もの（図２）と異なり、より延びた特定の形状を有する
ことを特徴としている。
【００１７】即ち、本発明の電子放射陰極は、図１に示
す形状を有しており、しかもニードルの尖鋭部に内接す
る球の半径をＲ１、先端円錐部の全角をテーパー角θと
するときに、先端半径Ｒ１が１．０μｍ以上１０μｍ以
下であり、テーパー角θが２５゜以下であることを特徴
としている。
す形状を有しており、しかもニードルの尖鋭部に内接す
る球の半径をＲ１、先端円錐部の全角をテーパー角θと
するときに、先端半径Ｒ１が１．０μｍ以上１０μｍ以
下であり、テーパー角θが２５゜以下であることを特徴
としている。
【００１８】本発明において、先端半径Ｒ１が１．０μ
ｍ未満の場合、放射される電子のエネルギー幅が大き
く、電子ビームの変動率が増大する。この理由は明確で
ないが、タングステン単結晶ニードルの先端近傍に形成
される電界分布や電子放出部分が一様性を欠くためであ
ると考えられる。先端半径Ｒ１が１０μｍを越える場合
や、図２に示すような円錐部の全角θが大きい場合、高
角電流密度を得ようとすると、大きな引き出し電圧を印
加する必要があり、それによりニードル側面部からの電
子放射量も増大し、周辺部材からのガス放出が起こり、
真空が劣化し、エミッションの不安定化や放電などが起
きやすくなる。
ｍ未満の場合、放射される電子のエネルギー幅が大き
く、電子ビームの変動率が増大する。この理由は明確で
ないが、タングステン単結晶ニードルの先端近傍に形成
される電界分布や電子放出部分が一様性を欠くためであ
ると考えられる。先端半径Ｒ１が１０μｍを越える場合
や、図２に示すような円錐部の全角θが大きい場合、高
角電流密度を得ようとすると、大きな引き出し電圧を印
加する必要があり、それによりニードル側面部からの電
子放射量も増大し、周辺部材からのガス放出が起こり、
真空が劣化し、エミッションの不安定化や放電などが起
きやすくなる。
【００１９】従って、エネルギー幅の観点から先端半径
Ｒ１は１．０μｍ以上が好ましく、安定した高角電流密
度の観点から先端半径Ｒ１は１０μｍ以下または尖鋭部
円錐角θは２５゜以下が好ましい。先端半径Ｒ１につい
ては２．５μｍ以下とするのがさらに好ましい。
Ｒ１は１．０μｍ以上が好ましく、安定した高角電流密
度の観点から先端半径Ｒ１は１０μｍ以下または尖鋭部
円錐角θは２５゜以下が好ましい。先端半径Ｒ１につい
ては２．５μｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００２０】また（１００）面方位を有するファセット
がニードル側面にされると前述したとおり、周辺部材か
らのガス放出が起こり、真空が劣化し、エミッションの
不安定化や放電などが起きやすくなる。従って、尖鋭部
側面はニードル中心軸と平行部分のない図１のような形
状が好ましく、電界を印加することにより、ニードル表
面でマイグレーションが起きても側面に（１００）面が
形成されることはない。
がニードル側面にされると前述したとおり、周辺部材か
らのガス放出が起こり、真空が劣化し、エミッションの
不安定化や放電などが起きやすくなる。従って、尖鋭部
側面はニードル中心軸と平行部分のない図１のような形
状が好ましく、電界を印加することにより、ニードル表
面でマイグレーションが起きても側面に（１００）面が
形成されることはない。
【００２１】次に本発明の電子放射陰極の製造方法につ
いて、詳しく説明する。電子放射陰極の一般的な製造方
法は、絶縁碍子の電極ピンにタングステンワイヤーから
なるＶ型フィラメントを取り付け、その先端部に軸方位
が＜１００＞方位からなるタングステン単結晶ニードル
を溶接固定した後、タングステン単結晶ニードルの先端
部を電解研磨法にて尖鋭化し、タングステン単結晶ニー
ドルの中央部にジルコニウム源を取り付けて約１０-4Ｐ
ａの酸素存在下で加熱してタングステン単結晶ニードル
の先端部にまでジルコニウムと酸素を拡散させ（以降、
酸素処理工程と呼ぶ）、しかる後に各種の電極を取り付
けて約１０-7Ｐａの真空下で電圧を印加することで、タ
ングステン単結晶ニードルの先端部の形状を形成させる
ものである。
いて、詳しく説明する。電子放射陰極の一般的な製造方
法は、絶縁碍子の電極ピンにタングステンワイヤーから
なるＶ型フィラメントを取り付け、その先端部に軸方位
が＜１００＞方位からなるタングステン単結晶ニードル
を溶接固定した後、タングステン単結晶ニードルの先端
部を電解研磨法にて尖鋭化し、タングステン単結晶ニー
ドルの中央部にジルコニウム源を取り付けて約１０-4Ｐ
ａの酸素存在下で加熱してタングステン単結晶ニードル
の先端部にまでジルコニウムと酸素を拡散させ（以降、
酸素処理工程と呼ぶ）、しかる後に各種の電極を取り付
けて約１０-7Ｐａの真空下で電圧を印加することで、タ
ングステン単結晶ニードルの先端部の形状を形成させる
ものである。
【００２２】ここで電解研磨にて尖鋭化された先端部
は、酸素処理工程中でタングステン表面が酸化し、蒸発
することによる表面のエッチングが起きるので、実際に
は酸素処理後では、電解研磨後より先端半径がさらに小
さくなる。従って、酸素処理は電解研磨する前に実施す
るのが先端形状を制御する上で好ましい。
は、酸素処理工程中でタングステン表面が酸化し、蒸発
することによる表面のエッチングが起きるので、実際に
は酸素処理後では、電解研磨後より先端半径がさらに小
さくなる。従って、酸素処理は電解研磨する前に実施す
るのが先端形状を制御する上で好ましい。
【００２３】電解研磨工程では、前述したように電解電
圧、電解液濃度などをパラメータとして、先端形状を制
御することができる。一般的な装置構成を図５に示す
が、電極はリング状のものを用い、その中心にニードル
先端を浸漬して電解研磨を行う。
圧、電解液濃度などをパラメータとして、先端形状を制
御することができる。一般的な装置構成を図５に示す
が、電極はリング状のものを用い、その中心にニードル
先端を浸漬して電解研磨を行う。
【００２４】電極をリング状にすることにより、側面か
らのエッチングが促され、くびれが形成され、ついには
切断され、その直後においては比較的先端半径が小さ
く、かつ円錐角の小さな先端部を形成することができ
る。さらにニードルを上下方向に往復する動作を組み合
わせることにより、ニードル軸に対して非常に軸対称性
のよい円錐状の先端部を形成することが可能になる。し
かしながら、さらに電解研磨を続けることにより、先端
半径をある程度増大させることはできるが、それに伴い
円錐角も増大し、図２に示すような高角電流が得られに
くい形状になってしまうという問題がある。
らのエッチングが促され、くびれが形成され、ついには
切断され、その直後においては比較的先端半径が小さ
く、かつ円錐角の小さな先端部を形成することができ
る。さらにニードルを上下方向に往復する動作を組み合
わせることにより、ニードル軸に対して非常に軸対称性
のよい円錐状の先端部を形成することが可能になる。し
かしながら、さらに電解研磨を続けることにより、先端
半径をある程度増大させることはできるが、それに伴い
円錐角も増大し、図２に示すような高角電流が得られに
くい形状になってしまうという問題がある。
【００２５】一方、電極としてたとえば液中に図６に示
すようにニードルに対向させて電解研磨を行うと、リン
グ状電極を用いた場合と同様に側面がくびれて切断さ
れ、尖鋭部を有する先端部を形成することができるが、
側面部が円周方向で均一にエッチングされず、結果とし
ていびつな円錐状の形状となってしまい、エミッション
特性において個体間のばらつきを生じるという問題があ
る。
すようにニードルに対向させて電解研磨を行うと、リン
グ状電極を用いた場合と同様に側面がくびれて切断さ
れ、尖鋭部を有する先端部を形成することができるが、
側面部が円周方向で均一にエッチングされず、結果とし
ていびつな円錐状の形状となってしまい、エミッション
特性において個体間のばらつきを生じるという問題があ
る。
【００２６】そこで、第一ステップでリング状電極を図
５に示すように設置して切断されるまで電解研磨を行
い、続いて第二ステップとして図６に示すようなニード
ルに対向した電極を配置して電解研磨を行う。これによ
り第一ステップにおける研磨で、高角電流密度が得られ
る先端部を形成し円錐角を小さく維持した状態で、第二
ステップにおける研磨により先端を所定の半径まで大き
くすることができる。
５に示すように設置して切断されるまで電解研磨を行
い、続いて第二ステップとして図６に示すようなニード
ルに対向した電極を配置して電解研磨を行う。これによ
り第一ステップにおける研磨で、高角電流密度が得られ
る先端部を形成し円錐角を小さく維持した状態で、第二
ステップにおける研磨により先端を所定の半径まで大き
くすることができる。
【００２７】以下実施例に基づいて、本発明をさらに詳
細に説明する。
細に説明する。
【００２８】
【実施例】〔実施例１〕絶縁碍子の電極ピンにタングス
テンワイヤーからなるＶ型フィラメントを取り付け、そ
の先端に軸方位が＜１００＞方位からなるタングステン
単結晶ニードルを溶接して固定した。次に前記タングス
テン単結晶ニードルの中央部に水素化ジルコニウム粉を
塗布し、酸素ガスを導入した１×１０-4Ｐａの減圧下で
１８００Ｋで２０時間加熱した。
テンワイヤーからなるＶ型フィラメントを取り付け、そ
の先端に軸方位が＜１００＞方位からなるタングステン
単結晶ニードルを溶接して固定した。次に前記タングス
テン単結晶ニードルの中央部に水素化ジルコニウム粉を
塗布し、酸素ガスを導入した１×１０-4Ｐａの減圧下で
１８００Ｋで２０時間加熱した。
【００２９】次に、タングステン単結晶ニードルを電解
研磨法により、尖鋭部の形成を行った。まず、第１段階
として図５に示すような構成からなる装置にて切断を行
い、第２段階として図６に示すような電極構成からなる
装置にて先端部の研磨を行った。その結果、尖鋭部円錐
角が１８゜で、先端半径が１．２μｍの先端部を形成し
た。
研磨法により、尖鋭部の形成を行った。まず、第１段階
として図５に示すような構成からなる装置にて切断を行
い、第２段階として図６に示すような電極構成からなる
装置にて先端部の研磨を行った。その結果、尖鋭部円錐
角が１８゜で、先端半径が１．２μｍの先端部を形成し
た。
【００３０】最後にサプレッサー電極及び引き出し電極
を取り付け、１×１０-7Ｐａの真空中で１８００Ｋに保
ちながら、サプレッサー電極を−３００Ｖに、引き出し
電極を２．５ｋＶとし、タングステン単結晶ニードルに
電圧を印加し、電子放射を開始した。引き出し電極を通
過した軸上電流をモニターし、電流が安定するまで電子
放射を維持した。安定後、電子ビーム特性を測定したと
ころ、引き出し電圧が３．２ｋＶ時に角電流密度０．２
０ｍＡ／ｓｒ、エネルギー幅０．５０ｅＶであり、トー
タル電流が１４３μＡであった。尚、データは下記の算
出方法により導出した。
を取り付け、１×１０-7Ｐａの真空中で１８００Ｋに保
ちながら、サプレッサー電極を−３００Ｖに、引き出し
電極を２．５ｋＶとし、タングステン単結晶ニードルに
電圧を印加し、電子放射を開始した。引き出し電極を通
過した軸上電流をモニターし、電流が安定するまで電子
放射を維持した。安定後、電子ビーム特性を測定したと
ころ、引き出し電圧が３．２ｋＶ時に角電流密度０．２
０ｍＡ／ｓｒ、エネルギー幅０．５０ｅＶであり、トー
タル電流が１４３μＡであった。尚、データは下記の算
出方法により導出した。
【００３１】＜角電流密度の算出方法＞軸上の開き角
（２α）が１０ｍｒａｄで測定したプローブ電流（Ｉ）
より、Ｉ／（π・α・α）にて算出した。
（２α）が１０ｍｒａｄで測定したプローブ電流（Ｉ）
より、Ｉ／（π・α・α）にて算出した。
【００３２】＜エネルギー幅の算出方法＞Ｏｏｓｔｒｏ
ｍ型のエネルギー分析器を用いて測定されたエネルギー
分布の半値幅をもってエネルギー幅とした。（Ａ．Ｇ．
Ｊ．Ｖｏｎ Ｏｏｓｔｒｏｍ；Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｒｅ
ｓ．Ｒｅｐｔ．Ｓｕｐｐｌ．（１９６６）Ｎｏ．１ Ｐ
Ｐ．１−１０２）
ｍ型のエネルギー分析器を用いて測定されたエネルギー
分布の半値幅をもってエネルギー幅とした。（Ａ．Ｇ．
Ｊ．Ｖｏｎ Ｏｏｓｔｒｏｍ；Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｒｅ
ｓ．Ｒｅｐｔ．Ｓｕｐｐｌ．（１９６６）Ｎｏ．１ Ｐ
Ｐ．１−１０２）
【００３３】〔実施例２及び比較例１〜２〕実施例１に
おいて、電解研磨における電極構成や条件を変えること
により、いろいろな形状の先端部を有する電子放射陰極
を作製し、それぞれについて電子ビーム特性を調べた。
結果を表１に示した。
おいて、電解研磨における電極構成や条件を変えること
により、いろいろな形状の先端部を有する電子放射陰極
を作製し、それぞれについて電子ビーム特性を調べた。
結果を表１に示した。
【００３４】〔比較例３〕実施例１の一段目の電解研磨
においてくびれ部を形成した後、真空中で通電によるジ
ュール熱により切断することにより、先端部を形成した
ものについて、電子放射陰極を作製し、電子ビーム特性
を調べた。その結果を表１に示した。
においてくびれ部を形成した後、真空中で通電によるジ
ュール熱により切断することにより、先端部を形成した
ものについて、電子放射陰極を作製し、電子ビーム特性
を調べた。その結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【発明の効果】本発明の電子放射陰極によれば、エネル
ギー幅が０．５ｅＶ以下、角電流密度が０．１０ｍＡ／
ｓｒ以上で、しかもトータル電流が２００μＡ以下と小
さく、安定した電子ビームを容易に得ることができるの
で、低加速ＳＥＭ、高分解能ＳＥＭ、測長機などの電子
利用機器に用いることができる。また、本発明の電子放
射陰極の製造方法により、前記電子放射陰極を容易に得
ることができる。
ギー幅が０．５ｅＶ以下、角電流密度が０．１０ｍＡ／
ｓｒ以上で、しかもトータル電流が２００μＡ以下と小
さく、安定した電子ビームを容易に得ることができるの
で、低加速ＳＥＭ、高分解能ＳＥＭ、測長機などの電子
利用機器に用いることができる。また、本発明の電子放
射陰極の製造方法により、前記電子放射陰極を容易に得
ることができる。
【図１】本発明の電子放射陰極のニードルの尖鋭部断面
図。
図。
【図２】従来方法で作製した電子放射陰極のニードルの
尖鋭部断面図。
尖鋭部断面図。
【図３】他の従来方法で作製した電子放射陰極のニード
ルの尖鋭部断面図。
ルの尖鋭部断面図。
【図４】他の従来方法で作製した電子放射陰極のニード
ルの尖鋭部断面図。
ルの尖鋭部断面図。
【図５】本発明の電子放射陰極のニードルの尖鋭部を形
成する第一ステップの電解研磨工程を示す模式図。
成する第一ステップの電解研磨工程を示す模式図。
【図６】本発明の電子放射陰極のニードルの尖鋭部を形
成する第二ステップの電解研磨工程を示す模式図。
成する第二ステップの電解研磨工程を示す模式図。
θ ；尖鋭部の円錐角
Ｒ１；先端半径（先端に内接する球の半径）
Ｒ３；先端半径（先端に外接する球の半径）
Ａ部；円錐状の領域
Ｂ部；円柱状の領域
Ｃ部；半球状の領域
Ｄ部；平坦部又は外接する球との共通部分
１ ；高融点金属のニードル
２ ；研磨液
３ ；直流電源
４ ；リング状電極
５ ；対向電極
Claims (5)
- 【請求項１】軸方位が＜１００＞方位の高融点金属の単
結晶からなるニードルに前記高融点金属の仕事関数を低
減するための元素と酸素とからなる被覆層を設けた電子
放射陰極であって、前記ニードルの少なくとも円錐部に
（１００）面が形成されておらず、しかも前記タングス
テン単結晶ニードルの尖鋭部に内接する球の半径をＲ
１、先端円錐部の全角をテーパー角θとするときに、先
端半径Ｒ１が１．０μｍ以上１０μｍ以下であり、テー
パー角θが２５゜以下であることを特徴とする電子放射
陰極。 - 【請求項２】前記高融点金属がタングステンであり、前
記元素がジルコニウムであることを特徴とする請求項１
記載の電子放射陰極。 - 【請求項３】軸方位が＜１００＞方位の高融点金属の単
結晶からなるニードルに前記高融点金属の仕事関数を低
減するための元素と酸素とからなる被覆層を設けた電子
放射陰極の製造方法であって、第１ステップとして電解
研磨によりニードル先端部に尖鋭部を形成し、第２ステ
ップとして第１ステップとは異なる電極配置の電解研磨
により、ニードル先端半径を所定の大きさに制御するこ
とを特徴とする請求項１記載の電子放射陰極の製造方
法。 - 【請求項４】電解研磨によりニードル先端部に尖鋭部を
形成する前に、融点金属の単結晶からなるニードルの所
定の位置に前記被覆層を構成する元素の供給源物質を取
り付けて酸素分圧の存在する減圧下で加熱処理をするこ
とを特徴とする請求項２記載の電子放射陰極の製造方
法。 - 【請求項５】前記高融点金属がタングステンであり、前
記元素がジルコニウムであることを特徴とする請求項３
又は請求項４記載の電子放射陰極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001186111A JP2003007195A (ja) | 2001-06-20 | 2001-06-20 | 電子放射陰極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001186111A JP2003007195A (ja) | 2001-06-20 | 2001-06-20 | 電子放射陰極及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010133599A Division JP2010238670A (ja) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | 電子放射陰極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007195A true JP2003007195A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19025589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001186111A Pending JP2003007195A (ja) | 2001-06-20 | 2001-06-20 | 電子放射陰極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003007195A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007148507A1 (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | 電子源 |
| JP2008159499A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Shimadzu Corp | ショットキーエミッタの製造方法 |
| JP2009541966A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | 株式会社島津製作所 | 電子ビーム制御方法、電子ビーム発生装置、それを用いたデバイス、および、エミッタ |
| DE112009003724B4 (de) * | 2008-12-16 | 2017-07-13 | Hitachi High-Technologies Corporation | Verwendung eines Elektronenstrahlgeräts |
| JPWO2020115825A1 (ja) * | 2018-12-05 | 2021-09-27 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子源、荷電粒子線装置 |
| JP7474889B2 (ja) | 2023-02-27 | 2024-04-25 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子源、荷電粒子線装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0684450A (ja) * | 1992-03-27 | 1994-03-25 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 熱電界放射陰極 |
| JPH1074446A (ja) * | 1997-09-04 | 1998-03-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 電子放射陰極 |
| JPH1131453A (ja) * | 1996-06-12 | 1999-02-02 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 針状電極の製造方法 |
-
2001
- 2001-06-20 JP JP2001186111A patent/JP2003007195A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0684450A (ja) * | 1992-03-27 | 1994-03-25 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 熱電界放射陰極 |
| JPH1131453A (ja) * | 1996-06-12 | 1999-02-02 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 針状電極の製造方法 |
| JPH1074446A (ja) * | 1997-09-04 | 1998-03-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 電子放射陰極 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007148507A1 (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | 電子源 |
| JP2009541966A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | 株式会社島津製作所 | 電子ビーム制御方法、電子ビーム発生装置、それを用いたデバイス、および、エミッタ |
| US9257257B2 (en) | 2006-06-30 | 2016-02-09 | Shimadzu Corporation | Electron beam control method, electron beam generating apparatus, apparatus using the same, and emitter |
| JP2008159499A (ja) * | 2006-12-26 | 2008-07-10 | Shimadzu Corp | ショットキーエミッタの製造方法 |
| DE112009003724B4 (de) * | 2008-12-16 | 2017-07-13 | Hitachi High-Technologies Corporation | Verwendung eines Elektronenstrahlgeräts |
| JPWO2020115825A1 (ja) * | 2018-12-05 | 2021-09-27 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子源、荷電粒子線装置 |
| JP7236462B2 (ja) | 2018-12-05 | 2023-03-09 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子源、荷電粒子線装置 |
| US11651929B2 (en) | 2018-12-05 | 2023-05-16 | Hitachi High-Tech Corporation | Charged particle source and charged particle beam device |
| JP7474889B2 (ja) | 2023-02-27 | 2024-04-25 | 株式会社日立ハイテク | 荷電粒子源、荷電粒子線装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5616926A (en) | Schottky emission cathode and a method of stabilizing the same | |
| JP2005228741A (ja) | 高輝度熱陰極 | |
| JP4167917B2 (ja) | 電子エミッタを形成する方法 | |
| CN109804450B (zh) | 电子束装置 | |
| US8040034B2 (en) | Electron source | |
| EP1308979A1 (en) | Electron gun and a method for using the same | |
| EP2242084B1 (en) | Method of manufacturing an electron source | |
| JP4792404B2 (ja) | 電子源の製造方法 | |
| JP4292108B2 (ja) | 電子源及びその製造方法 | |
| JP7369473B2 (ja) | エミッタ、それを用いた電子銃、それを用いた電子機器、および、その製造方法 | |
| JP3582855B2 (ja) | 熱電界放射陰極及びその製造方法 | |
| JP2003007195A (ja) | 電子放射陰極及びその製造方法 | |
| JP3547531B2 (ja) | 電子線装置 | |
| WO2007148507A1 (ja) | 電子源 | |
| EP2197015B1 (en) | Electron source and electron beam apparatus | |
| JPH1074446A (ja) | 電子放射陰極 | |
| US20230317401A1 (en) | Electron Source, Method of Manufacturing the Same, And Electron Beam Apparatus Using the Same | |
| WO2015058588A1 (zh) | 针状带电粒子束发射体及制作方法 | |
| JP2010238670A (ja) | 電子放射陰極の製造方法 | |
| JP2008004411A (ja) | 電子源 | |
| JPH0684451A (ja) | 熱電界放射陰極 | |
| EP1596418A1 (en) | Electron gun | |
| US20240079198A1 (en) | Emitter, electron gun in which same is used, electronic device in which same is used, and method for manufacturing same | |
| JPH10255703A (ja) | 電子放射陰極 | |
| JP2004306162A (ja) | マイクロ熱加工用電極及びそれを用いた金属部材若しくは半導体部材の熱加工方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071226 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100518 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100525 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100928 |