JP2008166265A - 電子放出源 - Google Patents

Abstract

【課題】端子間抵抗値の上昇を抑制し、安定して通電加熱できる電子放出源を提供する。
【解決手段】本発明は、希土類六硼化物からなる電子放出源チップと、それを把持し加熱するための炭素質部材からなるヒーターを有する電子放出源において、電子放出源チップとヒーターとの間隙の前記電子放出源チップ側の面が導電性物質で被覆されていることを特徴とする電子放出源である。他の発明は、導電性物質がカーボン、レニウム、炭化ホウ素、ホウ素化ジルコニウムの群から選ばれた１種以上を含有する導電性物質であることを特徴とする電子放出源である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子顕微鏡、電子測長機、電子線露光機などに用いられるランタンヘキサボライドやセリウムヘキサボライド単結晶を用いた熱電子陰極を始めとする電子放出源に関する。

電子線描画装置や電子顕微鏡などの電子線利用装置に用いられる電子源としては、高配向性炭素などの通電加熱可能なヒーターとして機能する部材を用い、電子を放射する希土類六硼化物からなる電子放出源チップ（以下、単に「チップ」という。）を前記ヒーターで挟み込み、更に、導電性の支柱で前記ヒーター毎前記チップを把持したものが利用されている（特許文献１参照）。
特公昭６０−２３４５６号公報

更に詳しくは、例えば図１に示すとおりに、碍子１に端子２ａ、２ｂ及び導電性の支柱３を取り付け、この支柱３の先端に、電子を放出するチップ４、およびチップ４の両側面に配置させた直方体のヒーター５を挟み込み、これらのチップ４、ヒーター５を把持したものであり、電子放出源チップ４の材料としてはＬａＢ_６等が使用されている。

ヒーターとしては、フラン樹脂などをホットプレスすることによって得られる、いわゆるホットプレスカーボン（特許文献１参照）や熱分解炭素（特許文献２参照）などの炭素質部材が使用されている。前記部材は、体積抵抗率に異方性があり、一般的には直方体形状に加工され、体積抵抗率の大きい方向に通電できるように導電性支柱３で挟み込んで用いられる。
特開昭４５−１３８３１号公報

図１に示した電子放出源は、高真空中で端子２ａ、２ｂから直流電源を流し、ヒーター５によってチップ４を所定の温度に加熱し、更にチップ４を電界中に置くことで、チップ４から電子を取り出し、電子線描画装置や電子顕微鏡の電子源などとして利用される。

一般に、電子放出源チップ４としてＬａＢ_６等を用いる場合には１４００〜１５００℃に加熱して使用される。

電子放出源は、上記した通りに、加熱しながら使用するのが一般的であるが、電子放出用チップ４としてＬａＢ_６等の希土類六硼化物を用い、ヒーターに炭素質部材を用いた場合に、使用するまでの保管期間や状況によっては、端子２ａ、２ｂ間の抵抗値が極端に上昇してしまい、使用時に通電加熱できなくなるといった問題が生じる。この原因としてはチップ４とヒーター５の間で電子放出源チップ４の加水分解生成物として絶縁物が形成される為と考えられている。

本発明の目的は、上記問題である端子間抵抗値の上昇を抑制し、安定して通電加熱できる荷電粒子源を提供することである。

そして、本発明者は、従来技術の状況に鑑みていろいろ検討した結果、六硼化物と炭素質部材であるヒーターとの間の前記電子放出源チップ側の面を導電性物質で被覆することで、前記問題を解消できることを見いだし本発明に至ったものである。

本発明は、希土類六硼化物からなる電子放出源チップと、前記電子放出源チップを把持し加熱するための炭素質部材からなるヒーターとを有する電子放出源において、前記電子放出源チップとヒーターの間にその間隙の前記電子放出源チップ側の面が導電性物質で被覆されていることを特徴とする電子放出源であり、好ましくは、前記導電性物質がカーボン、レニウム、炭化ホウ素、ホウ素化ジルコニウムの群から選ばれた１種以上を含有する導電性物質であることを特徴とする電子放出源であって、更に好ましくは、前記導電性物質の主成分がカーボンであることを特徴とする電子放出源である。また、本発明は、前記電子放出源の製造方法において、前記電子放出源チップの面にペースト状の前記導電物質を塗布する工程を含むことを特徴とする前記電子放出源の製造方法である。

本発明の電子放出源は、電子放出源チップと炭素質部材であるヒーターとの間隙の前記電子放出源チップ側の面に導電性物質で被覆することにより、前記電子放出源チップと気相中の水分との加水分解により生じる反応生成物を抑制し、従来公知の電子放出源が有していた端子間抵抗値の上昇を防ぐことができる。

以下、本発明の一例を図２と図３をもって説明する。
図２に例示する本発明に於いては、電子放出源チップ４とヒーター５の間に間隙を埋めるようにペースト状のカーボン６を塗布しており、ペースト状のカーボン６にはコロイダルグラファイト（水性コロイド黒鉛）を選定した。このようなペースト状の導電性物質を用いることで、容易に電子放出源チップ表面に塗布することが可能となる。また図３に例示する本発明においては、電子放出源チップ４とヒーター５の間のチップ側の面にレニウム層７が被覆されている。これらの構造より、ＬａＢ_６等の希土類六硼化物からなる電子放出源チップの気相との接触部分がなくなり、従来の電子放出源で見られたチップとヒーターとの界面で生じる反応生成物が生成するのを抑制することができる。

図２に例示する本発明の電子放出源において、間隙を埋める物質としてペースト状のカーボンを主成分とすることが電子放出源チップ表面に塗りやすく好ましいが、希土類六硼化物からなる電子放出源チップと反応しにくい物質で、電子放出源チップとヒーターの間隙を埋めていれば良いので、この物質に限定されるものではない。カーボン以外の物質としてはレニウム等の高融点金属の他、炭化ホウ素、ホウ化ジルコニウム等がＬａＢ_６と同様にホウ素化合物である点から望ましい。

同様に、図３に例示する本発明の電子放出源は、電子放出源チップ側の面を被覆する物質として、箔状のレニウム層７が設けられている。すなわち、電子放出源チップとの反応しにくい物質で、電子放出源チップとヒーターとの間隙のチップ側の面が気相から隔離されていれば、前記導電物質が箔状であっても構わない。

本発明の電子放出源は、図３に例示する通りに、レニウム層７の形状がコの字形（或いは、Ｕ溝形状）が示されているが、電子放出源チップとヒーターとの間隙のチップ側の面がレニウム層によって被覆されていれば良いので、この構造に限定されるものではない。

尚、レニウム層の厚みに関しては、電子放出源チップ加熱時の消費電力や空間的な制限等から５μｍ〜０.１ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。

（実施例１及び実施例２、比較例）
電子放出源チップ材料としてＬａＢ_６単結晶を最大長さ方向が＜１００＞結晶方位であり、０.６ｍｍ×０.７５ｍｍ×２ｍｍの大きさの角柱状に切り出し、０.６ｍｍ×０.７５ｍｍの面を有する一端を９０°の円錐状にし、円錐の頂点部分を半径１５μｍの球状に加工した。

ヒーターについては、熱分解炭素を０.７５ｍｍ×０.７５ｍｍ×０.６８ｍｍの大きさに切り出した。そして実施例１では図２に示すようにペースト状のカーボン（応研商事株式会社製、商品名ＣＯＬＬＯＩＤＡＬ ＧＲＡＰＨＩＴＥ）を電子放出源チップに塗布した。このとき、塗布面積はヒーターの接触面積と同程度以上とした。その後碍子１に端子及び導電性の支柱を取り付け、この支柱の先端に、ペースト状のカーボンを塗布してある電子放出源チップ、およびヒーターを挟み込み、これら電子放出源チップ、ヒーターを把持した。
同様に実施例２では図３に示すように、厚み２５μｍ、幅０.７５ｍｍのレニウム箔（ニラコ社製）をコの字型に折り曲げ、電子放出源チップとその両側面に配置させたヒーターの間に介した。その後碍子１に端子及び導電性の支柱を取り付け、この支柱の先端に、レニウム箔を介してある電子放出源チップ、およびヒーターを挟み込み、これら電子放出源チップ、レニウム箔、ヒーターを把持した。
比較例においては図１に示すように碍子に端子及び導電性の支柱を取り付け、この支柱の先端に、チップおよびチップの両側面に配置させた直方体のヒーターを挟み込み、これらのチップ、ヒーターを把持して、実施例１，２及び比較例の電子放出源を得た。

実施例１，２及び比較例の電子放出源の室温での端子間抵抗値を測定精度０.０１Ωのテスター（日置電機社製）で測定し、その後絶縁物形成反応を促進させる為に温度８０℃、湿度８０％ＲＨの高湿度下の恒温恒湿槽に投入した。

恒温恒湿槽投入後、任意時間毎に実施例及び比較例の電子放出源を恒温恒湿槽から取り出し、端子間抵抗値を測定し、以降この操作を繰り返した。

経過時間毎の端子間抵抗値の上昇率を、恒温恒湿槽投入前の端子間抵抗値を基準として求めた。その上昇率の計算結果を図４に示した。本発明の（実施例の）電子放出源では、約５００時間後の上昇率は３０％未満であった。これに対し比較例の電子放出源では、上昇率は急激に増大し、２００％以上にも達していた。

本発明の電子放出源は、希土類六硼化物からなる電子放出源チップと、それを把持し加熱するための炭素質部材からなるヒーターを構成要素として有する電子放出源において、前記電子放出源チップとヒーターの間にその間隙の前記電子放出源チップ側の面が導電性物質で被覆されていることを特徴としていて、これ故に、従来公知の電子放出源では使用するまでの保管期間や状況によって生じてしまう端子間抵抗値の上昇を抑制でき、電子放出源の品質向上に有効であるという効果が得られ、産業上非常に有用である。

従来公知の電子放出源の概略図。 本発明の実施例１に係る電子放出源の概略図。 本発明の実施例２に係る電子放出源の概略図。 実施例１、実施例２、比較例の経過時間による端子間抵抗の上昇率の変化を示す図。

符号の説明

１ 碍子
２ａ、２ｂ 端子
３ 導電性支柱
４ 電子放出源チップ
５ ヒーター
６ ペースト状カーボン
７ レニウム層

Claims (4)

1. 希土類六硼化物からなる電子放出源チップと、前記電子放出源チップを把持し加熱するための炭素質部材からなるヒーターとを有する電子放出源において、前記電子放出源チップとヒーターの間隙の前記電子放出源チップ側の面が導電性物質で被覆されていることを特徴とする電子放出源。
2. 前記導電性物質がカーボン、レニウム、炭化ホウ素、ホウ素化ジルコニウムの群から選ばれた１種以上を含有する導電性物質であることを特徴とする請求項１記載の電子放出源。
3. 前記導電性物質の主成分がカーボンであることを特徴とする請求項１記載の電子放出源。
4. 前記電子放出源の製造方法において、前記電子放出源チップの面にペースト状の前記導電物質を塗布する工程を含むことを特徴とする前記電子放出源の製造方法。

Images