JP2008181876A5

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Publication number: JP2008181876A5
Application number: JP2008010227A
Authority: JP
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2028-01-21

Claims

ベースと、
前記ベースを通って延びる２つの電極と、
前記２つの電極に接続されたフィラメントと、
前記フィラメントに取り付けられた金属エミッタであって、エミッタ先端を一の端部にもち、＜１１１＞結晶方向の長手方向軸をもつ前記先端を含む前記エミッタの一部をもつ金属エミッタと、
前記エミッタ先端のコーティングであって、前記先端の金属材料と化学的に結合した第２の材料のコーティングと、
を含む冷電界電子源。
前記金属エミッタがタングステンを含み、前記エミッタ先端上の前記コーティングが窒素とタングステンの化合物または酸素とタングステンの化合物を含む請求項１に記載の冷電界電子源。
前記エミッタ先端の前記端部以外からの放出を減少させ、それにより放出を前記先端に集中させる結晶面を含む側面を前記エミッタ先端が含む請求項１に記載の冷電界電子源。
前記コーティングが前記エミッタ先端への残留気体の吸着を減少させる請求項１に記載の冷電界電子源。
前記先端が、ピラミッドの各側面が、｛１１２｝平面を含む３面のピラミッドのアレイを含む請求項１に記載の冷電界電子源。
前記ピラミッドの前記側面が、前記残留気体の吸着を減少させ、かつ室温における放出の安定性を改良する酸化物層を含む請求項５に記載の冷電界電子源。
前記エミッタ先端が、３００ｎｍ未満の半径をもつ請求項１に記載の冷電界電子源。
請求項１による冷電界電子源と、
実質的な熱電子放出が発生しない温度における前記先端からの電子の前記放出を容易にするために、前記エミッタ先端の近くに電界を生じさせるために配置された電極とを含む電子銃。
ベースを用意することと、
前記ベースを通って延びる複数の電極を用意することと、
前記電極の２つに接続されたフィラメントを用意することと、
前記フィラメントに取り付けられたエミッタであって、エミッタ先端の材料の単結晶であるエミッタ先端を一の端部にもつエミッタを用意することと、
前記エミッタ先端が構成される前記材料と他の材料との化学的な組み合わせを含むコーティング材料の層を前記エミッタ先端上に形成することと、
前記エミッタ先端を実質的な熱電子放出が発生しない温度に維持しながら、電子を抽出するために前記エミッタ先端近傍に抽出電圧を加えることと、
を含む冷電界エミッタを用いて電子を放出する方法。
前記エミッタ先端上にコーティング材料の層を形成することが、酸素または窒素にタングステンのエミッタ先端をさらすことと、前記酸素または窒素をタングステンと反応させるのに十分な温度に前記先端を加熱することとを含む請求項１０に記載の方法。
コーティング材料の層を形成することが、｛１１２｝平面によって画定されるピラミッドのアレイを形成するのに十分な温度に前記エミッタ先端を加熱することを含む請求項９に記載の方法。
前記エミッタ先端上にコーティング材料の層を形成することが、前記エミッタを構成する前記材料の酸化物または窒化物を形成することを含む請求項９に記載の方法。
前記エミッタ先端上に層を形成することが、複数の種を含むコーティング材料の層を形成することを含む請求項９に記載の方法。
前記エミッタ先端上にコーティング材料の層を形成することが、炭素および酸素を含むコーティング材料の層を形成することを含む請求項１３に記載の方法。
前記エミッタ先端上でコーティング材料の層を形成することが、単分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）より小さい被覆面積をもつコーティング材料の層を形成することを含む請求項９に記載の方法。
前記エミッタを動作させる前に、前記エミッタの前記先端に放出をさらに限定するために、電子を抽出しながら前記エミッタを加熱することをさらに含む請求項９に記載の方法。
第１の材料からなりかつ先端を含む金属エミッタと、
＜１１１＞結晶方向の長手方向軸をもつ前記先端を含む前記エミッタの一部と、
前記先端を被覆する第２の材料のコーティングであって、前記先端の金属材料と化学的に結合し、前記金属エミッタが、放出された電子間のエネルギーの広がりに熱電子放出が実質的に寄与しない温度で、かつ１．３×１０ ^-8 ｍｂａｒの圧力で、２４時間、プラスまたはマイナス５％未満のビーム電流の変化で、外付けのフィードバック制御ループなしで、ゼロｎＡより大きいビーム電流で、動作することができるコーティングとを含む冷電界電子源。
被覆された前記エミッタが、７００Ｋ未満の温度で、かつ１．３×１０ ^-9 ｍｂａｒの圧力で、２４時間、プラスまたはマイナス５％未満のビーム電流の変化で、外付けのフィードバック制御ループなしで、ゼロｎＡより大きいビーム電流で、動作することができる請求項１７に記載の冷電界電子源。
前記第２の材料の前記コーティングが単分子層より少ない被覆面積を含む請求項１７に記載の冷電界電子源。
前記第１の材料がタングステンを含み、前記第２の材料が酸素を含む請求項１７に記載の冷電界電子源。
請求項１７による冷電界電子源をもつ電子機器。
走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型透過電子顕微鏡、オージェ電子分光器または電子エネルギー損失分光器またはエネルギー分散型電子分光器または電子集束能力をもつ任意の機器を含む請求項２１に記載の電子機器。
先端に向かって先細りになる部分をもつワイヤを用意することと、
前記ワイヤに気体分子を吸着させるために、低圧で気体に前記ワイヤをさらすことと、
前記ワイヤを低圧で気体にさらした後で、吸着された気体分子が前記ワイヤと反応して、低温での前記放出の安定性を改良するコーティングを形成するのに十分な温度に、前記ワイヤを加熱することとを含む冷電界エミッタを製造する方法。
前記ワイヤを低圧で気体にさらした後で、吸着気体分子が前記ワイヤと反応するのに十分な温度にまで前記ワイヤを加熱することが、前記ワイヤからの放出が前記ワイヤの前記先端に集中されるように低放出面を形成することを含む請求項２３に記載の方法。
前記ワイヤを低圧力で気体にさらした後、前記ワイヤを加熱した後で、かつ前記エミッタを動作させる前に、前記エミッタの前記先端に前記放出をさらに限定するために電子を抽出しながら、動作温度より高温に前記エミッタを加熱することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
実質的な熱電子放出が発生する温度未満の温度で、前記ワイヤに電子を放出させるために、前記ワイヤと抽出電極との間に電位を加えることが、７００Ｋ未満の温度で、前記ワイヤに電子を放出させるために、前記ワイヤと抽出電極との間に電位を加えることを含む請求項２３に記載の方法。
前記ワイヤを低圧で気体にさらす前に、前記ワイヤを少なくとも１５００Ｋに加熱することをさらに含む方法であって、
ワイヤを用意することが、タングステン・ワイヤを用意することを含み、
前記ワイヤを低圧で気体にさらすことが、１．３×１０ ^-4 ｍｂａｒ未満の分圧の酸素に前記ワイヤをさらすことを含み、
前記ワイヤを加熱することが、前記ワイヤを１０００Ｋより高く加熱することを含む請求項２３に記載の方法。
タングステン・ワイヤを用意することを含むワイヤを用意することが、４００ｎｍ未満の先端半径と、＜１１１＞結晶方向の長手方向軸とをもつ単結晶タングステン・ワイヤを用意することを含む請求項２７に記載の方法。
ワイヤを用意することが、２００ｎｍ未満の半径をもつ先端に向かって先細りになる単結晶ワイヤを用意することを含む請求項２８に記載の方法。
ワイヤを用意することが、＜１１１＞方向の長手方向軸をもつタングステン・ワイヤを用意することを含む請求項２９に記載の方法。
７００Ｋ未満の温度で、７×１０ ^-9 ｍｂａｒより大きい圧力の中で、５０時間より長い間、プラスまたはマイナス５％未満のビーム電流の変化で、外付けのフィードバック制御ループなしで、ゼロｎＡより大きいビーム電流で、前記エミッタを動作させるために前記エミッタに電圧を加えることをさらに含む請求項２３に記載の方法。
前記吸着気体分子を反応させるために前記ワイヤを加熱することが、前記エミッタチップに与える電界がない状態で前記ワイヤを加熱することを含む請求項２３に記載の方法。
前記吸着気体分子に反応させるために前記ワイヤを加熱することが、前記ワイヤを３０秒間から６０秒間の間加熱することを含む請求項２３に記載の方法。
先端の基本材料上にコーティングが施されているエミッタを真空チャンバ内に装填することと、
前記真空チャンバを約１．３×１０ ^-9 ｍｂａｒ以上の圧力に排気することと、
電子を抽出するために、前記エミッタの先端に電界を供給することであって、２４時間より長い間、５％未満のビーム電流の変化で、外付けのフィードバック制御ループなしで、ゼロｎＡより大きいビーム電流で連続的に電子を抽出するために、前記エミッタ温度が実質的な熱電子放出が発生する温度未満の温度であることとを含む冷電界電子エミッタを動作する方法。
前記エミッタ温度が実質的な熱電子放出の発生する温度より低い、電子を抽出するために前記エミッタの先端に電界を供給することが、前記エミッタの温度が７００Ｋ未満の、電子を抽出するために前記エミッタの先端に電界を供給することを含む請求項３４に記載の方法。