JP2009026594A - Electron source, manufacturing method thereof, and discharge device - Google Patents

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Tadashi Sakai
忠司 酒井
Yoshihiko Nakano
義彦 中野
Atsushi Tamura
淳 田村
Hisashi Sakuma
尚志 佐久間
Tomio Ono
富男 小野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electron source that achieves electron emission at low voltage, stable operation and high reliability; a method for manufacturing the electron source; and a discharge device such as a cold cathode discharge lamp using the electron source. <P>SOLUTION: An electron source 1 has a substrate 2, an aggregate of diamond crystal particles 3 that is formed on the substrate 2, and platinum particles 4 formed on the top surface of the diamond crystal particles 3. The electron source 1 is used for a discharge device such as a cold cathode discharge lamp. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子源、この電子源の作製方法、および、この電子源を使用する放電装置に関する。   The present invention relates to an electron source, a method for manufacturing the electron source, and a discharge device using the electron source.

電子を放電ガス中や真空中に放出する電子源には、熱電子源と冷電子源が知られている。特に、冷電子源は、待機電力が不要で即時に電子放出できること、加熱手段が不要なこと、それにより小型化が期待できること等から、幅広い電子デバイスのブレークスルーの原動力として実現が期待されている。しかしながら、低温化に伴う表面の不安定性から、これまでに加熱型の電子源を置き換えるのに十分な、高性能の冷電子源が得られているとはいえない。   As an electron source for emitting electrons into a discharge gas or vacuum, a thermionic source and a cold electron source are known. In particular, a cold electron source is expected to be realized as a driving force for a breakthrough of a wide range of electronic devices, because standby power is not required and electrons can be emitted immediately, heating means are unnecessary, and miniaturization can be expected. . However, it cannot be said that a high-performance cold electron source sufficient to replace the heating electron source has been obtained so far due to the instability of the surface accompanying the lowering of temperature.

この様な状況で、各種の炭素系材料を用いた冷電子源が注目され、開発が活発に行われている。これは、炭素表面に酸化膜が形成されないという性質が、常温での安定した特性の保持に有効であるためである。さらに、炭素の一形態であるダイヤモンドを用いた冷電子源は、そのワイドバンドギャップ特性に基づく負性電子親和力特性により、表面電子の障壁が小さく、周囲の変動に左右されない安定した電子放出が期待されている(特許文献1参照)。   Under such circumstances, cold electron sources using various carbon-based materials have attracted attention and are being actively developed. This is because the property that no oxide film is formed on the carbon surface is effective in maintaining stable characteristics at room temperature. Furthermore, a cold electron source using diamond, which is a form of carbon, has a negative electron affinity characteristic based on its wide bandgap characteristics, so the surface electron barrier is small, and stable electron emission that is not affected by ambient fluctuations is expected. (See Patent Document 1).

特開2001−283715号公報JP 2001-283715 A

しかしながら、ダイヤモンドの有する電子親和力は確かに小さいが、電子をきわめて容易に放出する負の電子親和力を持つためには、ダイヤモンド表面の終端状態が重要であることが知られている。具体的には、その表面に水素が終端された場合には負の電子親和力を得ることができるが、この水素終端が失われると電子親和力が増大するため、電子親和力は正となってしまう。このため、ダイヤモンド表面の水素終端に荷電粒子が衝突し、その水素終端が失われると、ダイヤモンドの負の電子親和力が失われ、冷電子源の電子放出特性が著しく劣化してしまうという問題があった。   However, although the electron affinity of diamond is certainly small, it is known that the terminal state of the diamond surface is important in order to have a negative electron affinity that releases electrons very easily. Specifically, when hydrogen is terminated on the surface, a negative electron affinity can be obtained. However, if this hydrogen termination is lost, the electron affinity is increased, so that the electron affinity becomes positive. For this reason, when charged particles collide with the hydrogen terminal of the diamond surface and the hydrogen terminal is lost, the negative electron affinity of the diamond is lost and the electron emission characteristics of the cold electron source are significantly deteriorated. It was.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子放出特性が優れた電子源、この電子源の作製方法、および、この電子源を使用する放電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an electron source having excellent electron emission characteristics, a method for producing the electron source, and a discharge device using the electron source.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されたダイヤ結晶粒子の集合体と、前記ダイヤ結晶粒子の表面に形成された白金族の微粒子と、を備えること、を特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a substrate, an aggregate of diamond crystal particles formed on the substrate, and platinum group fine particles formed on the surface of the diamond crystal particles. And comprising.

また、本発明は、白金コロイドまたは白金酸水溶液と、ダイヤ結晶粒子とを混合する混合工程と、前記混合工程で混合されたものを水素雰囲気で熱処理する熱処理工程と、を含むこと、を特徴とする。   In addition, the present invention includes a mixing step of mixing platinum colloid or an aqueous solution of platinic acid and diamond crystal particles, and a heat treatment step of heat-treating the mixture in the mixing step in a hydrogen atmosphere. To do.

本発明によれば、低い印加電圧で電子を放出し続けることが可能で、動作が安定しており信頼性が高いという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to continue to emit electrons at a low applied voltage, and there is an effect that the operation is stable and the reliability is high.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子源、電子源の作製方法、および放電装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of an electron source, an electron source manufacturing method, and a discharge device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態にかかる電子源の構成を示す図面である。電子源1は、基板2、ダイヤモンド結晶微粒子(NPD,nano particulate diamond)3、および、白金微粒子(Pt)4を備えて構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electron source according to a first embodiment. The electron source 1 includes a substrate 2, diamond crystal fine particles (NPD) 3, and platinum fine particles (Pt) 4.

基板2は、ダイヤモンド結晶微粒子3の集合体を保持する。基板2は、電圧が印加されるため、導電性を有する物質であればいずれの材料でも使用できるが、本実施の形態では、その表面にNi等の金属を用いている。   The substrate 2 holds an aggregate of diamond crystal fine particles 3. Since a voltage is applied to the substrate 2, any material can be used as long as it has conductivity. In this embodiment, a metal such as Ni is used for the surface of the substrate 2.

ダイヤモンド結晶微粒子3は、基板2上に集合体として形成された結晶ダイヤモンドの微粒子であり、その表面は水素終端をしている。ダイヤモンド結晶微粒子3のサイズは、サブミクロンのナノメートルオーダで、平均200nm以下が望ましい。本実施の形態では、平均50nmである。電子源1に電圧が印加されるとダイヤモンド結晶微粒子3は、その表面から電子を放出する。   The diamond crystal particles 3 are crystal diamond particles formed as an aggregate on the substrate 2, and the surface thereof is hydrogen-terminated. The size of the diamond crystal fine particles 3 is preferably on the order of submicron nanometers and an average of 200 nm or less. In the present embodiment, the average is 50 nm. When a voltage is applied to the electron source 1, the diamond crystal particles 3 emit electrons from the surface.

白金微粒子4は、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面に担持された白金の微粒子である。白金微粒子4は、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面を水素終端させるため、微粒子化されている。白金微粒子4のサイズは、数nmから10nmレベルが望ましく、少なくともダイヤモンド結晶微粒子3よりも小さくすることが望ましい。   The platinum fine particles 4 are platinum fine particles carried on the surface of the diamond crystal fine particles 3. The platinum fine particles 4 are finely divided in order to terminate the surface of the diamond crystal fine particles 3 with hydrogen. The size of the platinum fine particles 4 is preferably a few nm to 10 nm level, and is preferably at least smaller than the diamond crystal fine particles 3.

ここで、ダイヤモンド結晶微粒子において、その表面が水素終端されている場合と水素終端されていない場合とで、電子放出特性に違いが生じる理由を説明する。図2は、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面構造を説明するための図面である。ダイヤモンドは、5.5eVと非常に大きなバンドギャップを有する半導体であるため、伝導帯のエネルギーレベルが非常に高い。このため、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面が水素終端されていなくても、真空に対する電子親和力は小さい。さらに、その表面が水素終端されると、真空中の電子のエネルギーレベルの方が伝導帯のエネルギーレベルよりも低くなる負性親和力状態が実現される。この状態では、ダイヤモンド結晶微粒子3からの電子放出障壁が小さいことから、電子が容易に放出し、電子放出特性の向上が期待できる。   Here, the reason for the difference in electron emission characteristics between the case where the surface of the diamond crystal fine particle is hydrogen-terminated and the case where the surface is not hydrogen-terminated will be described. FIG. 2 is a drawing for explaining the surface structure of the diamond crystal fine particles 3. Since diamond is a semiconductor having a very large band gap of 5.5 eV, the energy level of the conduction band is very high. For this reason, even if the surface of the diamond crystal fine particles 3 is not hydrogen-terminated, the electron affinity for vacuum is small. Furthermore, when the surface is hydrogen-terminated, a negative affinity state is realized in which the energy level of electrons in vacuum is lower than the energy level of the conduction band. In this state, since the electron emission barrier from the diamond crystal fine particles 3 is small, electrons are easily emitted, and an improvement in electron emission characteristics can be expected.

ダイヤモンド結晶微粒子3表面の水素終端されている部分の炭素−水素結合は、温度が700℃になるまでは安定しており、他の原子同士の結合、例えば、シリコンと水素の結合等と比べて、その安定性はきわめて高い。しかしながら、電子源として使用する場合、ダイヤモンド結晶微粒子には負極性の電圧が印加されるため、雰囲気中の正の荷電イオン粒子が、表面の水素終端部に衝突することは避けられず、この衝撃(正の荷電イオン粒子によるスパッタ)により、水素が脱離してしまう恐れがある。本実施の形態に係る白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3では、この問題を解決することができる。   The carbon-hydrogen bond at the hydrogen-terminated portion of the surface of the diamond crystal fine particle 3 is stable until the temperature reaches 700 ° C. Compared with the bond between other atoms, for example, the bond between silicon and hydrogen. , Its stability is very high. However, when used as an electron source, a negative voltage is applied to the diamond crystal fine particles, so that positively charged ion particles in the atmosphere cannot avoid collision with the hydrogen termination on the surface. There is a possibility that hydrogen is desorbed by (sputtering with positive charged ion particles). The diamond crystal fine particles 3 supporting the platinum fine particles 4 according to the present embodiment can solve this problem.

図3は、本実施の形態にかかる白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3の表面での反応を説明する図面である。本実施の形態では、ダイヤモンド結晶微粒子3上に白金微粒子4を担持させることによって、白金微粒子4の表面で雰囲気中の水素Hを吸着・分解し、原子状水素Hを生成し、さらに、生成した原子状水素Hをダイヤモンド結晶微粒子3の表面に供給させることができる。このような、白金微粒子4による水素の分解、および、分解した原子状水素の他の部分への供給は、スピルオーバー現象として知られている。 FIG. 3 is a view for explaining the reaction on the surface of the diamond crystal fine particles 3 carrying the platinum fine particles 4 according to the present embodiment. In the present embodiment, the platinum fine particles 4 are supported on the diamond crystal fine particles 3 to adsorb and decompose hydrogen H 2 in the atmosphere on the surfaces of the platinum fine particles 4 to generate atomic hydrogen H. The atomic hydrogen H thus produced can be supplied to the surface of the diamond crystal fine particles 3. Such decomposition of hydrogen by the platinum fine particles 4 and supply of the decomposed atomic hydrogen to other parts are known as a spillover phenomenon.

従って、このスピルオーバー現象を利用することにより、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面に活性な原子状水素Hが補充され、荷電粒子の衝突により未終端となっている表面部分を再び水素終端した状態に戻すことができる。このような原子状水素Hの生成は白金微粒子4で行われるため、前述したように、白金微粒子4は微粒化されることが望ましく、その直径は数nmから10nmレベルが望ましい。また、少なくともダイヤモンド粒子よりも小さくすることが望ましい。   Therefore, by utilizing this spillover phenomenon, the surface of the diamond crystal fine particles 3 is replenished with active atomic hydrogen H, and the surface portion that is not terminated due to the collision of the charged particles is returned to the hydrogen-terminated state again. Can do. Since the generation of the atomic hydrogen H is performed by the platinum fine particles 4, as described above, the platinum fine particles 4 are desirably atomized, and the diameter is desirably several nm to 10 nm. Moreover, it is desirable to make it at least smaller than diamond particles.

このように、電子源1においては、正に帯電した荷電粒子の衝突によるダイヤモンド結晶微粒子3表面のスパッタを避けることはできないが、スパッタによって水素終端が損傷しても、一旦脱離した水素を白金微粒子4を触媒として表面に再吸着・終端させることができ、電子源1の電子放出特性は維持される。   As described above, in the electron source 1, sputtering of the surface of the diamond crystal fine particles 3 due to collision of positively charged charged particles cannot be avoided. The fine particles 4 can be re-adsorbed and terminated on the surface as a catalyst, and the electron emission characteristics of the electron source 1 are maintained.

図4は、白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3における電荷移動を説明する図面である。ダイヤモンド結晶微粒子3は、その表面を水素終端することにより、その表面にp型の伝導層が発生する。本実施の形態では、結晶ダイヤモンドを微粒子化し、さらに、その表面を水素終端した上で、基板2上に結晶ダイヤモンドを集合体として積層する。このため、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面に伝導経路が形成され、バルク結晶では得られない、深さ方向の伝導を得ることができる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the charge transfer in the diamond crystal particles 3 carrying the platinum particles 4. The diamond crystal fine particles 3 are terminated with hydrogen to generate a p-type conductive layer on the surface. In the present embodiment, the crystalline diamond is made into fine particles, and the surface thereof is hydrogen-terminated, and then the crystalline diamond is laminated on the substrate 2 as an aggregate. For this reason, a conduction path is formed on the surface of the diamond crystal fine particles 3, and conduction in the depth direction, which cannot be obtained with a bulk crystal, can be obtained.

従って、電子源1は、B(ホウ素)等がドーピングされていないアンドープ微粒子を用いた積層構造であるが、ダイヤモンド結晶微粒子3の最も表面側に存在する部分と、基板2との間に電子伝導を得ることができる。もちろん、ダイヤモンド結晶微粒子3を単層または離散的に形成し、その形成物を電子源の一部として使用することを否定するものではない。   Therefore, the electron source 1 has a laminated structure using undoped fine particles not doped with B (boron) or the like, but the electron conduction between the portion present on the most surface side of the diamond crystal fine particles 3 and the substrate 2. Can be obtained. Of course, it does not deny that the diamond crystal fine particles 3 are formed as a single layer or discretely and the formed product is used as a part of the electron source.

また、ダイヤモンド結晶および白金を微粒子化し、その後集合体として基板2上に積層することにより、ダイヤモンド結晶微粒子3と白金微粒子4とによる構造が何重にも基板2上に形成される。このため、最も表面側に存在する白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3が、正の荷電イオン粒子によりスパッタされても、同じ構造をした別の白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3が表面に露出するので、電子源1の電子放出特性を維持することができる。   Further, diamond crystals and platinum are finely divided and then laminated on the substrate 2 as an aggregate, whereby a structure composed of the diamond crystal fine particles 3 and the platinum fine particles 4 is formed on the substrate 2 several times. For this reason, even if the diamond crystal fine particles 3 carrying the platinum fine particles 4 existing on the most surface side are sputtered by the positively charged ion particles, the diamond crystal fine particles 3 carrying another platinum fine particles 4 having the same structure are surfaced. Therefore, the electron emission characteristics of the electron source 1 can be maintained.

また、ダイヤモンド結晶微粒子3を微粒子化すると、同量のダイヤモンド結晶に比べて表面積の合計を大きくでき、その表面を全て水素終端することにより、電子を放出する部分の水素終端が損傷しても、他の表面の部分に終端している水素で補給することができる。   Further, when the diamond crystal fine particles 3 are made fine, the total surface area can be increased compared to the same amount of diamond crystals, and even if the hydrogen termination of the part from which electrons are emitted is damaged by ending the entire surface with hydrogen, It can be replenished with hydrogen terminating in other surface parts.

(作製方法)
本実施の形態にかかる電子源の作製方法について説明する。初めに、高圧合成法によって作製された結晶ダイヤモンドを、粉砕法によって微粒子化し、ダイヤモンド結晶微粒子3を作製する。微粒子のサイズは、本実施の形態では、平均50nmである。粉砕を進めることによって、高圧合成時に入った結晶の欠陥が取り除かれ、結果的に高品質のダイヤモンド結晶微粒子3が得られる。そして、粉砕後、250℃以上の加熱硝酸を用いて処理し、表面に付着している不純物やグラファイト成分を除去する。この状態におけるダイヤモンド結晶微粒子3の表面は酸化状態にあり、これに、水素雰囲気での熱処理、あるいは、水素プラズマ雰囲気での熱処理を施すことによって、その表面を水素終端することができる。なお、本作製方法における表面の水素終端は、次に説明するダイヤモンド結晶微粒子3の表面に白金微粒子4を担持させる工程で、同時に行われる。
(Production method)
A method for manufacturing the electron source according to this embodiment will be described. First, the crystal diamond produced by the high-pressure synthesis method is made into fine particles by the pulverization method, and the diamond crystal fine particles 3 are produced. In the present embodiment, the average size of the fine particles is 50 nm. By proceeding the pulverization, the crystal defects that have entered during the high-pressure synthesis are removed, and as a result, high-quality diamond crystal fine particles 3 are obtained. And after grinding | pulverization, it processes using the heated nitric acid of 250 degreeC or more, and removes the impurity and graphite component which have adhered to the surface. The surface of the diamond crystal fine particles 3 in this state is in an oxidized state, and the surface thereof can be hydrogen-terminated by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere or a heat treatment in a hydrogen plasma atmosphere. The surface hydrogen termination in this production method is simultaneously performed in the step of supporting the platinum fine particles 4 on the surface of the diamond crystal fine particles 3 described below.

次に、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面に白金微粒子4を担持させる。図5は、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面に白金微粒子4を担持させる工程を説明する図面である。初めに、ダイヤモンド結晶微粒子3を、テトラアンミン塩化白金(Pt(NH)4Cl)溶液に含浸させ、その後、ダイヤモンド結晶微粒子3にテトラアンミン塩化白金を乾固させる。次に、テトラアンミン塩化白金が乾固したダイヤモンド結晶微粒子3を、水素ガス雰囲気で常温より昇温し、熱処理する。この熱処理工程で、テトラアンミン塩化白金の化合物が分解し、塩化アンモニウム等が生成されるとともに、白金微粒子4がダイヤモンド結晶微粒子3の表面に担持される。また、この熱処理工程で、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面を水素終端することができる。 Next, platinum fine particles 4 are supported on the surface of the diamond crystal fine particles 3. FIG. 5 is a diagram for explaining a process of supporting the platinum fine particles 4 on the surface of the diamond crystal fine particles 3. First, the diamond crystal fine particles 3 are impregnated in a tetraammine platinum chloride (Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 ) solution, and then the diamond crystal fine particles 3 are solidified with tetraammine platinum chloride. Next, the diamond crystal fine particles 3 in which tetraammineplatinum chloride is dried are heated from room temperature in a hydrogen gas atmosphere and heat-treated. In this heat treatment step, the tetraammine platinum chloride compound is decomposed to produce ammonium chloride and the like, and the platinum fine particles 4 are supported on the surface of the diamond crystal fine particles 3. Moreover, the surface of the diamond crystal particle 3 can be hydrogen-terminated by this heat treatment step.

なお、テトラアンミン塩化白金の代わりに、白金コロイド溶液にダイヤモンド結晶微粒子3を含浸させ、その後、ダイヤモンド結晶微粒子3に白金を乾固させ、その後熱処理することにより、白金微粒子4をダイヤモンド結晶微粒子3の表面に担持させることも可能である。   The platinum colloid solution is impregnated with the diamond crystal fine particles 3 instead of tetraammine platinum chloride, and then the diamond crystal fine particles 3 are solidified with platinum, followed by heat treatment, so that the platinum fine particles 4 are converted into the surface of the diamond crystal fine particles 3. It is also possible to carry it.

図6は、上記の方法で作製した白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察した写真である。写真中で、黒色に見える粒子が白金微粒子4、白金微粒子4が付着した灰色に見える大きな粒子がダイヤモンド結晶微粒子3である。写真より明らかなように、白金微粒子4がダイヤモンド結晶微粒子3に担持されていることがわかる。このときのダイヤモンド結晶微粒子3への白金微粒子4の担持量は、ダイヤモンド結晶微粒子3に対し重量比で約40%である。もちろん、担持量がこの数値に限定されるものではない。また、写真より、熱処理温度が300℃、500℃、700℃と高くなるに従って、白金微粒子4が明瞭になり、その凝集が進んでいることがわかる。   FIG. 6 is a photograph of the diamond crystal fine particles 3 carrying the platinum fine particles 4 produced by the above method observed with a TEM (transmission electron microscope). In the photograph, particles that appear black are platinum fine particles 4, and large particles that appear gray with platinum fine particles 4 attached are diamond crystal fine particles 3. As is apparent from the photograph, the platinum fine particles 4 are supported on the diamond crystal fine particles 3. The amount of platinum fine particles 4 supported on the diamond crystal fine particles 3 at this time is about 40% by weight with respect to the diamond crystal fine particles 3. Of course, the carrying amount is not limited to this value. Moreover, it can be seen from the photograph that the platinum fine particles 4 become clearer and the agglomeration progresses as the heat treatment temperature increases to 300 ° C., 500 ° C., and 700 ° C.

テトラアンミン塩化白金の化合物のほとんどは、500℃の熱処理温度で分解し、その時点で、白金微粒子4は触媒能力を有する状態となる。しかし、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面の水素終端を確実なものにするためには、700℃以上まで昇温し、熱処理することが必要である。一方で、あまり高温にし過ぎると、ダイヤモンド結晶微粒子3自体の分解が始まること、さらに、白金微粒子4が凝集し粒径の増大が進むこと等から、800℃以下で熱処理を行うことが望ましい。   Most of the tetraammineplatinum chloride compound is decomposed at a heat treatment temperature of 500 ° C., and at that time, the platinum fine particles 4 are in a state having catalytic ability. However, in order to ensure the hydrogen termination on the surface of the diamond crystal fine particles 3, it is necessary to raise the temperature to 700 ° C. or higher and to perform heat treatment. On the other hand, if the temperature is too high, the diamond crystal particles 3 themselves start to decompose, and further, the platinum particles 4 aggregate to increase the particle size.

このように、700℃から800℃の範囲で熱処理を行うことにより、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面が充分に水素終端された、電子放出特性の優れた電子源1を作製することができる。   Thus, by performing heat treatment in the range of 700 ° C. to 800 ° C., the electron source 1 having excellent electron emission characteristics in which the surface of the diamond crystal fine particles 3 is sufficiently hydrogen-terminated can be produced.

次に、白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3を、基板2上に形成する。本実施の形態では、基板2の表面層に炭化物形成しやすいNi等の金属を選択し、ダイヤモンド結晶微粒子3を基板2上にこすりつけ、その後に熱処理等を行うことにより、最終的に電子源1が完成する。この方法により、ダイヤモンド結晶微粒子3と基板2との接触を確実なものにすることができる。基板への形成方法はこれに限定されず、基板表面と微粒子間のコンタクトを確実にするために、あらかじめ基板表面を炭化した後に、微粒子を形成したり、微粒子形成後水素雰囲気で熱処理してもよい。さらに膜として強度を持たせるために、粒子にバインダーを混入させてもよい。バインダー材としてはアクリル樹脂等のポリマーが上げられ、これを微粒子と混合して塗膜とし、水素雰囲気で熱処理することでカーボン成分を粒子間に残すことができる。   Next, diamond crystal particles 3 carrying platinum particles 4 are formed on the substrate 2. In the present embodiment, a metal such as Ni that easily forms carbide is selected for the surface layer of the substrate 2, the diamond crystal fine particles 3 are rubbed on the substrate 2, and then heat treatment or the like is performed. Is completed. By this method, the contact between the diamond crystal particles 3 and the substrate 2 can be ensured. The formation method on the substrate is not limited to this, and in order to ensure contact between the substrate surface and the fine particles, the substrate surface is carbonized in advance and then fine particles are formed, or heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere after the fine particles are formed. Good. Further, a binder may be mixed into the particles in order to give strength as a film. As the binder material, a polymer such as an acrylic resin can be used, and this can be mixed with fine particles to form a coating film, which can be heat treated in a hydrogen atmosphere to leave the carbon component between the particles.

また、微粒子であるダイヤモンド結晶を使用することで、これまでCVD(化学気相成長)でなければ形成することができなかった、複雑な形状を有する電極や耐熱性の低い基板等にも、塗布、スピンコーティング、またはラビング等により、ダイヤモンド結晶微粒子を形成することができ、電子源に適用することができる。   In addition, by using diamond crystals that are fine particles, it can be applied to electrodes with complex shapes and substrates with low heat resistance that could not be formed without CVD (chemical vapor deposition). Diamond crystal fine particles can be formed by spin coating, rubbing or the like, and can be applied to an electron source.

図7は、従来の各種材料の光電子放出特性を示すグラフであり、図8は、従来の各種材料と、本実施の形態にかかる電子源の作製方法で作製された、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子を有する電子源の光電子放出特性を示すグラフである。両図とも横軸が励起光エネルギー、縦軸が光電子の放出量を表す。   FIG. 7 is a graph showing the photoelectron emission characteristics of various conventional materials, and FIG. 8 is a diamond carrying platinum fine particles produced by various conventional materials and the method of producing an electron source according to the present embodiment. It is a graph which shows the photoelectron emission characteristic of the electron source which has a crystal particle. In both figures, the horizontal axis represents the excitation light energy, and the vertical axis represents the amount of photoelectrons emitted.

ここで、図中のAは、粒子径が150nmであるダイヤモンド結晶微粒子を酸処理し、その表面に付着している不純物やグラファイト成分を除去した段階のものである。また、図中のBは、Aのダイヤモンド結晶微粒子を水素雰囲気で750℃で熱処理し、その表面を水素終端したものである。また、図中のCは、粒子径が50nmであるダイヤモンド結晶微粒子を酸処理し、その表面に付着している不純物やグラファイト成分を除去した後、さらに水素雰囲気で750℃で熱処理し、その表面を水素終端したものである。   Here, A in the figure is a stage where the diamond crystal fine particles having a particle diameter of 150 nm are acid-treated, and impurities and graphite components adhering to the surface are removed. Further, B in the figure is obtained by heat-treating the diamond crystal particles of A at 750 ° C. in a hydrogen atmosphere and terminating the surface with hydrogen. In the figure, C is a diamond crystal fine particle having a particle diameter of 50 nm, acid-treated to remove impurities and graphite components adhering to the surface, and then heat-treated at 750 ° C. in a hydrogen atmosphere. Is hydrogen-terminated.

また、図中のDは、化学気相成長によって作製した、ホウ素がドーピングされた多結晶ダイヤモンド薄膜である。また、図中のEは、その表面に白金コロイドが乾固された段階のダイヤモンド結晶微粒子である。また、図中のFは、その表面に何も形成されていないNi基板である。   In addition, D in the figure is a polycrystalline diamond thin film doped with boron and produced by chemical vapor deposition. In addition, E in the drawing is diamond crystal fine particles at the stage where platinum colloid is dried on the surface. Moreover, F in the figure is a Ni substrate on which nothing is formed on the surface.

また、図中のG、H、Iは、上述した本実施の形態にかかる電子源の作製方法を使用し、白金微粒子をダイヤモンド結晶微粒子に担持させるための水素ガス雰囲気下での熱処理温度をそれぞれ、300℃、500℃、700℃とした場合における、白金微粒子を担持する粒子径50nmのダイヤモンド結晶微粒子(電子源)である。   G, H, and I in the figure are the heat treatment temperatures in a hydrogen gas atmosphere for supporting the platinum fine particles on the diamond crystal fine particles, respectively, using the method for manufacturing the electron source according to the present embodiment described above. These are diamond crystal fine particles (electron source) having a particle diameter of 50 nm and carrying platinum fine particles at 300 ° C., 500 ° C., and 700 ° C.

図7からわかるように、ダイヤモンド結晶微粒子の表面が水素終端しているBおよびCは、励起光エネルギーが5eV以下の段階から光電子の放出を示し始め、きわめて高い光電子放出特性を有している。これらの光電子放出特性は、ホウ素がドーピングされた多結晶ダイヤモンド薄膜であるDを越えている。一方、ダイヤモンド結晶微粒子の表面が酸処理のみされており水素終端していないAは、励起光エネルギーが7eV以下では、ほとんど光電子を放出していない。   As can be seen from FIG. 7, B and C whose surfaces of the diamond crystal fine particles are hydrogen-terminated begin to exhibit photoelectron emission from the stage where the excitation light energy is 5 eV or less, and have extremely high photoelectron emission characteristics. These photoelectron emission characteristics exceed D, which is a polycrystalline diamond thin film doped with boron. On the other hand, the diamond crystal fine particles whose surface is only acid-treated and not hydrogen-terminated do not emit photoelectrons when the excitation light energy is 7 eV or less.

また、図8からわかるように、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子のうち、300℃および500℃で熱処理したGおよびHは、きわめて弱い光電子の放出しか示さない。これに対し、700℃で熱処理したIは、ホウ素がドーピングされた多結晶ダイヤモンド薄膜であるDより高い光電子放出特性を示し、さらに、750℃で熱処理した白金微粒子を担持していないダイヤモンド結晶微粒子であるCとほぼ同じオーダーの光電子放出特性を示している。   Further, as can be seen from FIG. 8, among diamond crystal fine particles carrying platinum fine particles, G and H heat-treated at 300 ° C. and 500 ° C. show only very weak photoelectron emission. On the other hand, I heat-treated at 700 ° C. shows higher photoelectron emission characteristics than D, which is a polycrystalline diamond thin film doped with boron, and diamond crystal fine particles not carrying platinum fine particles heat-treated at 750 ° C. The photoelectron emission characteristic of the same order as that of a certain C is shown.

図9は、図7および図8の光電子放出特性を示すグラフから、各種材料ごとに励起光エネルギーが7eVの時の光電子放出量を抽出し、比較したグラフである。前述した説明と重複するが、図からわかるように、ダイヤモンド結晶微粒子の表面が酸処理のみされており水素終端されていないAは、単なるNi基板であるFにも及ばないきわめて少ない量の光電子しか放出していない。一方、700℃で熱処理した白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子であるIは、ホウ素がドーピングされた多結晶ダイヤモンド薄膜であるDより多く、750℃で熱処理した白金微粒子を担持していないダイヤモンド結晶微粒子であるCと遜色のない量の光電子を放出している。   FIG. 9 is a graph comparing photoelectron emission amounts when the excitation light energy is 7 eV for each material from the graphs showing the photoelectron emission characteristics of FIGS. 7 and 8. Although overlapping with the above description, as can be seen from the figure, the surface of the diamond crystal particles that has been subjected to acid treatment only and not hydrogen-terminated has only a very small amount of photoelectrons that do not reach F, which is a simple Ni substrate. Not released. On the other hand, diamond crystal fine particles I carrying platinum fine particles heat-treated at 700 ° C. are larger than D, which is a polycrystalline diamond thin film doped with boron, and diamond crystal fine particles not carrying platinum fine particles heat-treated at 750 ° C. The amount of photoelectrons is comparable to that of C.

図10は、従来の白金微粒子を担持していないダイヤモンド結晶微粒子表面のFT−IR(フーリエ変換型赤外分光)スペクトルである。なお、図中のAおよびBは、図7および図9におけるAおよびBと同じものである。図より明らかなように、ダイヤモンド結晶微粒子の表面が酸処理のみされており水素終端されていないAは、酸処理が由来と考えられる酸素(O)を含む修飾基結合と、エッチング液の水由来と考えられる酸素−水素(OH)結合とで、その表面が占められている。ここで、Aを750℃で高温水素熱処理すると、表面にあるこれらの結合が消失し、Bのように、表面がきれいな炭素−水素(CH)結合に置き換わり、水素終端状態となっていることがわかる。   FIG. 10 is an FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum of the surface of diamond crystal fine particles not supporting conventional platinum fine particles. In addition, A and B in the figure are the same as A and B in FIG. 7 and FIG. As is apparent from the figure, the diamond crystal fine particles whose surface is only acid-treated and not hydrogen-terminated, A is derived from a modification group bond containing oxygen (O), which is considered to be derived from acid treatment, and from the etching solution water. The surface is occupied by oxygen-hydrogen (OH) bonds considered to be Here, when A is subjected to a high-temperature hydrogen heat treatment at 750 ° C., these bonds on the surface disappear, and like B, the surface is replaced with a clean carbon-hydrogen (CH) bond, resulting in a hydrogen-terminated state. Recognize.

また、図11は、本実施の形態の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面のFT−IR(フーリエ変換型赤外分光)スペクトルである。なお、図中のG〜Iは、図8および図9におけるG〜Iと同じものである。図より明らかなように、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子でも、その水素ガス雰囲気下での熱処理温度が低温であるG(処理温度300℃)やH(処理温度500℃)では、その表面は酸処理時の状態からあまり変化していない。このため、酸処理が由来と考えられる酸素(O)を含む修飾基結合と、エッチング液の水由来と考えられる酸素−水素(OH)結合とを有している。これに対して、水素ガス雰囲気下で700℃で熱処理したIでは、ダイヤモンド結晶微粒子の表面にあるこれらの結合が、消失またはきわめて弱くなり、代わりに強い炭素−水素(CH)結合が形成され、水素終端状態となっていることがわかる。   FIG. 11 is an FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum of the surface of the diamond crystal particle carrying the platinum particle of the present embodiment. In addition, GI in a figure is the same as GI in FIG. 8 and FIG. As is apparent from the figure, even with diamond crystal particles supporting platinum particles, the surface of the diamond crystal particles is G (treatment temperature 300 ° C.) or H (treatment temperature 500 ° C.) where the heat treatment temperature in the hydrogen gas atmosphere is low. There is not much change from the state during acid treatment. For this reason, it has the modification group coupling | bonding containing oxygen (O) considered that acid treatment originates, and the oxygen-hydrogen (OH) coupling | bonding considered that it originates in the water of etching liquid. In contrast, in the case of I heat-treated at 700 ° C. in a hydrogen gas atmosphere, these bonds on the surface of the diamond crystal fine particles disappear or become extremely weak, and instead a strong carbon-hydrogen (CH) bond is formed. It turns out that it is in a hydrogen termination state.

また、図12は、本実施の形態の電子源1の放電開始電圧とPD積の関係を測定した結果を示す図面である。図において、横軸がPD積、縦軸が放電開始電圧を表す。なお、本測定は、アルゴンガス中で測定を行っている。図からわかるように、広い範囲で放電電圧の低減を確認することができる。   FIG. 12 is a diagram showing the results of measuring the relationship between the discharge start voltage and the PD product of the electron source 1 of the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents the PD product, and the vertical axis represents the discharge start voltage. In addition, this measurement is performed in argon gas. As can be seen from the figure, the reduction of the discharge voltage can be confirmed over a wide range.

なお、本実施の形態では、ダイヤモンド結晶微粒子の表面に担持される微粒子は白金であるが、他の白金族等、スピルオーバー現象を発生させることが可能な他の物質を使用してもよい。   In the present embodiment, the fine particles supported on the surface of the diamond crystal fine particles are platinum, but other substances capable of generating a spillover phenomenon such as other platinum groups may be used.

また、本実施の形態では、高圧合成法によって作製された結晶ダイヤモンドを、粉砕法によって微粒子化し、ダイヤモンド結晶微粒子を作製したが、CVD法により合成された多結晶ダイヤモンドを、粉砕法によって微粒子化し、ダイヤモンド結晶微粒子を作製してもよい。   Further, in the present embodiment, the crystal diamond produced by the high-pressure synthesis method is finely divided by the pulverization method to produce the diamond crystal fine particles, but the polycrystalline diamond synthesized by the CVD method is finely divided by the pulverization method, Diamond crystal fine particles may be produced.

このように、第1の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面のスパッタにより水素終端が損傷しても、ダイヤモンド結晶微粒子に担持された白金微粒子の作用により一旦脱離した水素を再度表面に終端させることができ、電子源の電子放出特性が維持されるので、低い印加電圧で電子を放出し続けることが可能で、高い動作安定性と信頼性を実現することが可能となる。   As described above, according to the electron source according to the first embodiment, even if the hydrogen termination is damaged by sputtering on the surface of the diamond crystal fine particles supporting platinum fine particles, the action of the platinum fine particles supported on the diamond crystal fine particles is effective. The once desorbed hydrogen can be terminated again on the surface, and the electron emission characteristics of the electron source are maintained, allowing electrons to continue to be emitted at a low applied voltage, realizing high operational stability and reliability. It becomes possible to do.

さらに、第1の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の表面に存在する水素終端部が電子を伝導することができるので、電子源の抵抗が低くなり、低い印加電圧で電子を放出することが可能となる。   Furthermore, according to the electron source according to the first embodiment, since the hydrogen termination portion existing on the surface of the diamond crystal fine particles supporting the platinum fine particles can conduct electrons, the resistance of the electron source is reduced, Electrons can be emitted with a low applied voltage.

さらに、第1の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶が微粒子化し集合体となっているので、電子源の表面にある白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子がスパッタされても、同じ構造をした別の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が表面に露出し、電子源の電子放出特性が維持されるので、低い印加電圧で電子を放出し続けることが可能で、高い動作安定性と信頼性を実現することが可能となる。   Furthermore, according to the electron source according to the first embodiment, since the diamond crystal carrying the platinum fine particles is finely divided into an aggregate, the diamond crystal fine particles carrying the platinum fine particles on the surface of the electron source are sputtered. Even so, the diamond crystal particles carrying other platinum particles having the same structure are exposed on the surface, and the electron emission characteristics of the electron source are maintained, so it is possible to continue emitting electrons at a low applied voltage, High operational stability and reliability can be realized.

さらに、第1の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶が微粒子化し集合体となっているので、表面積の合計が大きくなり、電子放出部の水素終端が損傷しても他の表面に終端している水素を補給することができ、電子源の電子放出特性が維持されるので、低い印加電圧で電子を放出し続けることが可能で、高い動作安定性と信頼性を実現することが可能となる。   Further, according to the electron source according to the first embodiment, since the diamond crystal carrying the platinum fine particles is finely divided into an aggregate, the total surface area is increased, and the hydrogen termination of the electron emission portion is damaged. However, hydrogen terminated on the other surface can be replenished, and the electron emission characteristics of the electron source are maintained, so that electrons can be continuously emitted at a low applied voltage, and high operational stability and reliability are achieved. Can be realized.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と比べて、ダイヤモンド結晶微粒子に不純物が添加されている点が異なっている。第2の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment is different from the first embodiment in that impurities are added to the diamond crystal fine particles. A second embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

図13は、第2の実施の形態にかかる電子源の構成を示す図面である。電子源5は、基板2、不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子6、および、白金微粒子4を備えて構成されている。ここで、基板2および白金微粒子4は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an electron source according to the second embodiment. The electron source 5 includes a substrate 2, impurity-doped diamond crystal particles 6, and platinum particles 4. Here, since the substrate 2 and the platinum fine particles 4 are the same as those described in the first embodiment, the description is omitted with reference to the above description.

不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子6は、ダイヤモンド結晶微粒子に、不純物が添加(ドーピング)されている。不純物の種類としては、B(ホウ素)等のIII族の元素や、P(リン)、N(窒素)等のV族の元素を使用することができる。不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子6は、Bを高濃度ドーピングした場合はp型的伝導となるので、放電電子源等の二次電子源に使用することができ、PやNを高濃度ドーピングした場合はn型的伝導となるので、一次電子源に使用することができる。   Impurity-added diamond crystal particles 6 are doped (doped) with diamond crystal particles. As the types of impurities, group III elements such as B (boron) and group V elements such as P (phosphorus) and N (nitrogen) can be used. The impurity-added diamond crystal fine particles 6 have p-type conductivity when B is doped at a high concentration, and therefore can be used for a secondary electron source such as a discharge electron source, and when P or N is doped at a high concentration. Since it has n-type conduction, it can be used as a primary electron source.

図14は、白金微粒子4を担持する不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子6における電荷移動を説明する図面である。不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子6には、その表面に生じたp型の伝導経路だけでなく、その内部に存在するキャリアにより生じたp型またはn型の伝導経路も形成されるため、電子がより伝導しやすくなる。その結果、電子源5はより低抵抗となる。   FIG. 14 is a diagram for explaining the charge transfer in the impurity-added diamond crystal particles 6 carrying the platinum particles 4. The impurity-doped diamond crystal fine particles 6 are formed not only with p-type conduction paths generated on the surface thereof, but also with p-type or n-type conduction paths generated by carriers existing therein, so that electrons are more conductive. It becomes easy to do. As a result, the electron source 5 has a lower resistance.

このように、第2の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持する不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子の表面に存在する水素終端部が電子を伝導するだけでなく、その内部に存在するキャリアも電子を伝導することができるので、より低抵抗の電子源を作製することが可能となる。   As described above, according to the electron source according to the second embodiment, the hydrogen terminal portion existing on the surface of the impurity-added diamond crystal fine particles supporting the platinum fine particles not only conducts electrons, but also exists in the interior thereof. Since carriers can also conduct electrons, an electron source with lower resistance can be manufactured.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、第1の実施の形態と比べて、ダイヤモンド結晶微粒子間にカーボンナノチューブ等の導電性ファイバーが存在している点が異なっている。第3の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment is different from the first embodiment in that conductive fibers such as carbon nanotubes exist between diamond crystal particles. A third embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

図15は、第3の実施の形態にかかる電子源の一部を上側から見た図面である。電子源7は、基板2(図示せず)、ダイヤモンド結晶微粒子3、白金微粒子4、およびカーボンナノチューブ(CNT)8を備えて構成されている。ここで、基板2、ダイヤモンド結晶微粒子3、および、白金微粒子4は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。   FIG. 15 is a view of a part of the electron source according to the third embodiment as viewed from above. The electron source 7 includes a substrate 2 (not shown), diamond crystal particles 3, platinum particles 4, and carbon nanotubes (CNT) 8. Here, since the substrate 2, the diamond crystal fine particles 3, and the platinum fine particles 4 are the same as those described in the first embodiment, the description is omitted with reference to the above description.

カーボンナノチューブ8は、直径がナノメートル単位で、長さが数十μm程度の円筒の形をした炭素の結晶であり、導電性を有する。カーボンナノチューブ8は、互いに絡みあいながらダイヤモンド結晶微粒子3の間に存在し、ダイヤモンド結晶微粒子3とともに、複雑な3次元構造を形成している。なお、カーボンナノチューブ8の代わりに、他の導電性ファイバーが追加されてもよい。   The carbon nanotube 8 is a carbon crystal in the shape of a cylinder having a diameter of a nanometer unit and a length of about several tens of μm, and has conductivity. The carbon nanotubes 8 exist between the diamond crystal particles 3 while being entangled with each other, and form a complicated three-dimensional structure together with the diamond crystal particles 3. Note that other conductive fibers may be added instead of the carbon nanotubes 8.

電子源7は、ダイヤモンド結晶微粒子3の表面に生じたp型の伝導経路だけでなく、カーボンナノチューブ8による伝導経路も形成されるため、電子がより伝導しやすくなる。その結果、電子源7はより低抵抗となる。さらに、基板2の上に形成されたダイヤモンド結晶微粒子3とカーボンナノチューブ8の集合体は複雑に絡みあっているので、ダイヤモンド結晶微粒子3単体の集合体と比べて強度が向上している。   In the electron source 7, not only the p-type conduction path generated on the surface of the diamond crystal fine particle 3 but also the conduction path formed by the carbon nanotubes 8 is formed, so that electrons are more easily conducted. As a result, the electron source 7 has a lower resistance. Furthermore, since the aggregate of the diamond crystal fine particles 3 and the carbon nanotubes 8 formed on the substrate 2 are intertwined in a complicated manner, the strength is improved as compared with the aggregate of the diamond crystal fine particles 3 alone.

(作製方法)
本実施の形態にかかる電子源の作製方法について説明する。まず、第1の実施の形態にかかる電子源の作製方法を途中まで実行し、白金微粒子4を担持し、その表面が水素終端された状態のダイヤモンド結晶微粒子3を作成する。
(Production method)
A method for manufacturing the electron source according to this embodiment will be described. First, the electron source manufacturing method according to the first embodiment is executed halfway to form the diamond crystal particles 3 that carry the platinum particles 4 and whose surfaces are hydrogen-terminated.

次に、この白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3に、有機溶媒やポリマーを加え混錬し、スラリー状にする。そして、カーボンナノチューブ8を加えて、さらに混錬する。   Next, an organic solvent or a polymer is added to the diamond crystal particles 3 supporting the platinum particles 4 and kneaded to form a slurry. Then, carbon nanotubes 8 are added and further kneaded.

この際、使用されるカーボンナノチューブ8は、単層タイプより多層タイプの方が望ましい。なぜならば、多層タイプは金属的な伝導を示すため、白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3を含めた伝導性を向上させることができるからである。   At this time, the carbon nanotube 8 to be used is preferably a multi-layer type rather than a single-wall type. This is because the multi-layer type exhibits metallic conduction, so that the conductivity including the diamond crystal particles 3 supporting the platinum particles 4 can be improved.

さらに、カーボンナノチューブ8は、構造欠陥がない真っ直ぐなものより、折れ曲がっていたり巻きぐせのあるものが望ましい。なぜならば、混錬工程でカーボンナノチューブ8同士が相互に絡み合い、その結果、白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3との間に複雑に絡みあった3次元構造が形成され、構造が安定するからである。   Further, the carbon nanotube 8 is preferably bent or wound rather than a straight one having no structural defect. This is because the carbon nanotubes 8 are entangled with each other in the kneading process, and as a result, a complicated entangled three-dimensional structure is formed between the diamond crystal particles 3 supporting the platinum fine particles 4 and the structure is stabilized. It is.

次に、白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3と、カーボンナノチューブ8とがスラリー状になったかたまりを、基板2上へこすりつけ、その後に熱処理を行い有機溶媒を除去することにより、最終的に電子源7が完成する。なお、ダイヤモンド結晶微粒子3の酸化を防ぐため、熱処理を水素雰囲気中で行うことが望ましい。基板への形成方法はこれに限定されず、基板表面と微粒子間のコンタクトを確実にするために、あらかじめ基板表面を炭化した後に、微粒子を形成したり、微粒子形成後水素雰囲気で熱処理してもよい。さらに膜として強度を持たせるために、粒子にバインダーを混入させてもよい。バインダー材としてはアクリル樹脂等のポリマーが上げられ、これを微粒子と混合して塗膜とし、水素雰囲気で熱処理することでカーボン成分を粒子間に残すことができる。   Next, the diamond crystal fine particles 3 supporting the platinum fine particles 4 and the carbon nanotubes 8 are rubbed onto the substrate 2 and then subjected to heat treatment to remove the organic solvent. The electron source 7 is completed. In order to prevent oxidation of the diamond crystal fine particles 3, it is desirable to perform the heat treatment in a hydrogen atmosphere. The formation method on the substrate is not limited to this, and in order to ensure contact between the substrate surface and the fine particles, the substrate surface is carbonized in advance and then fine particles are formed, or heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere after the fine particles are formed. Good. Further, a binder may be mixed into the particles in order to give strength as a film. As the binder material, a polymer such as an acrylic resin can be used, and this can be mixed with fine particles to form a coating film, which can be heat treated in a hydrogen atmosphere to leave the carbon component between the particles.

このように、第3の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の表面に存在する水素終端部が電子を伝導するだけでなく、ダイヤモンド結晶微粒子の間に存在するカーボンナノチューブも電子を伝導することができるので、より低抵抗の電子源を作製することが可能となる。   As described above, according to the electron source according to the third embodiment, the hydrogen terminal portion existing on the surface of the diamond crystal fine particles supporting the platinum fine particles not only conducts electrons but also exists between the diamond crystal fine particles. Since the carbon nanotube that conducts can also conduct electrons, an electron source with lower resistance can be produced.

さらに、第3の実施の形態にかかる電子源によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子とカーボンナノチューブとが複雑に絡みあった集合体が形成されるので、構造を安定させることができ、ダイヤモンド結晶微粒子単体で形成された集合体と比べて強度を向上させることが可能となる。   Furthermore, according to the electron source according to the third embodiment, since the aggregate in which the diamond crystal particles carrying the platinum particles and the carbon nanotubes are intricately formed, the structure can be stabilized, The strength can be improved as compared with the aggregate formed of the diamond crystal fine particles alone.

(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態にかかる電子源を冷陰極放電灯に適用したものである。図16は、第1の実施の形態で説明した電子源を適用した冷陰極放電灯の一例を示す側面断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the electron source according to the first embodiment is applied to a cold cathode discharge lamp. FIG. 16 is a side sectional view showing an example of a cold cathode discharge lamp to which the electron source described in the first embodiment is applied.

冷陰極放電灯10は、ガラス管11内に微量の水銀、微量の水素(または炭化水素)、および、不活性ガスであるアルゴン(Ar)およびネオン(Ne)を封入し、ガラス管11の内壁には、紫外線により可視光を発生する蛍光体12をさらに形成している。そして、ガラス管11の両端部には、電子源13が備えられ、各電子源13の一端には外部から電圧を印加するための導入線14が接続されている。   The cold cathode discharge lamp 10 encloses a glass tube 11 with a small amount of mercury, a small amount of hydrogen (or hydrocarbon), and inert gases such as argon (Ar) and neon (Ne). Further, a phosphor 12 that generates visible light by ultraviolet rays is further formed. In addition, electron sources 13 are provided at both ends of the glass tube 11, and lead wires 14 for applying a voltage from the outside are connected to one end of each electron source 13.

ここで、電子源13は、第1の実施の形態の電子源をカップ形状に形成したものであり、Ni基板がカップ形状に形成され、その内面に白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の集合体が何重にも塗布された構造となっている。基板表面と微粒子間のコンタクトを確実にするために、あらかじめ基板表面を炭化した後に、微粒子を形成したり、微粒子形成後水素雰囲気で熱処理してもよい。さらに膜として強度を持たせるために、粒子にバインダーを混入させてもよい。バインダー材としてはアクリル樹脂等のポリマーが上げられ、これを微粒子と混合して塗膜とし、水素雰囲気で熱処理することでカーボン成分を粒子間に残すことができる。   Here, the electron source 13 is the one in which the electron source of the first embodiment is formed in a cup shape, a Ni substrate is formed in a cup shape, and an aggregate of diamond crystal particles carrying platinum particles on the inner surface thereof. Has a structure in which multiple coatings are applied. In order to ensure contact between the substrate surface and the fine particles, the substrate surface may be carbonized in advance and then fine particles may be formed, or heat treatment may be performed in a hydrogen atmosphere after the fine particles are formed. Further, a binder may be mixed into the particles in order to give strength as a film. As the binder material, a polymer such as an acrylic resin can be used, and this can be mixed with fine particles to form a coating film, which can be heat treated in a hydrogen atmosphere to leave the carbon component between the particles.

電子源13に、導入線14を介して外部から電圧を印加すると、放電を開始する。放電が開始されると、イオン化された封入ガスが電子源13の放電面を形成する白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子に衝突し、二次電子放出により白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子から電子が放出される。さらに、この電子が加速されて封入ガスの原子に衝突し、イオン化するというサイクルが生じる。つまり、このようなサイクルが生じることで、放電の維持に必要な電圧は、放電開始時の電圧よりも低下する。   When a voltage is applied to the electron source 13 from the outside via the lead-in wire 14, discharge is started. When the discharge is started, the ionized sealed gas collides with the diamond crystal particles carrying the platinum fine particles forming the discharge surface of the electron source 13, and electrons are emitted from the diamond crystal fine particles carrying the platinum fine particles by secondary electron emission. Released. Furthermore, a cycle occurs in which the electrons are accelerated and collide with the atoms of the sealed gas to be ionized. That is, when such a cycle occurs, the voltage required for maintaining the discharge is lower than the voltage at the start of discharge.

ここで、電子源13の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の表面が水素終端されているので、負性親和力状態を保持することができる。従って、電子源13が低い印加電圧で電子を放出することができ、放電開始電圧および放電維持電圧を低減することが可能となる。   Here, since the surface of the diamond crystal fine particles carrying the platinum fine particles of the electron source 13 is hydrogen-terminated, a negative affinity state can be maintained. Therefore, the electron source 13 can emit electrons with a low applied voltage, and the discharge start voltage and the discharge sustain voltage can be reduced.

そして、封入された水銀は、電子やイオン化もしくは励起された封入されたアルゴンおよびネオンの衝突により励起され、紫外線を発生する。この紫外線が蛍光体12に衝突することで、蛍光体12が励起され、可視光が発生する。 The encapsulated mercury is excited by the collision of electrons, ionized or excited encapsulated argon and neon, and generates ultraviolet rays. When the ultraviolet rays collide with the phosphor 12, the phosphor 12 is excited and visible light is generated.

電子源13が放電している間、イオン化したアルゴンおよびネオンは、電子源13の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子に衝突する。その結果、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の表面がスパッタされ、その表面の水素終端が損傷し、このままでは電子源13の電子放出特性が劣化するおそれがある。しかしながら、一旦脱離した水素、および、ガラス管11内に封入されている微量の水素(または炭化水素)を、白金微粒子を触媒として、ダイヤモンド結晶微粒子の表面に再吸着・終端させることができるので、電子源13の電子放出特性は維持される。これにより、冷陰極放電灯10は、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することができる。   While the electron source 13 is discharging, the ionized argon and neon collide with diamond crystal particles carrying the platinum particles of the electron source 13. As a result, the surface of the diamond crystal particle carrying the platinum particle is sputtered, the hydrogen termination on the surface is damaged, and the electron emission characteristics of the electron source 13 may be deteriorated as it is. However, since the hydrogen once desorbed and a minute amount of hydrogen (or hydrocarbon) sealed in the glass tube 11 can be re-adsorbed and terminated on the surface of the diamond crystal fine particle using the platinum fine particle as a catalyst. The electron emission characteristics of the electron source 13 are maintained. Thereby, the cold cathode discharge lamp 10 can achieve power saving, high discharge efficiency, and long life.

また、ダイヤモンド結晶および白金を微粒子化し、その後集合体としてNi基板上に積層することにより、ダイヤモンド結晶微粒子と白金微粒子とによる構造が何重にもNi基板上に形成される。このため、表面に存在する白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が正の荷電イオン粒子によりスパッタされても、同じ構造をした別の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が表面に露出するので、電子源13の電子放出特性は維持される。これにより、冷陰極放電灯10は、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することができる。   Further, diamond crystals and platinum are atomized and then laminated on the Ni substrate as an aggregate, whereby a structure of diamond crystal particles and platinum particles is formed on the Ni substrate. For this reason, even if diamond crystal particles carrying platinum fine particles existing on the surface are sputtered by positive charged ion particles, diamond crystal fine particles carrying other platinum fine particles having the same structure are exposed on the surface, so that the electron source The 13 electron emission characteristics are maintained. Thereby, the cold cathode discharge lamp 10 can achieve power saving, high discharge efficiency, and long life.

このように、第4の実施の形態にかかる冷陰極放電灯によれば、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面のスパッタにより水素終端が損傷しても、ダイヤモンド結晶微粒子に担持された白金微粒子の作用により、冷陰極放電灯内の放電ガスに含有された水素を表面に終端させることができ、電子放出特性を維持することができるので、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することが可能となる。   As described above, according to the cold cathode discharge lamp according to the fourth embodiment, even if the hydrogen termination is damaged by sputtering on the surface of the diamond crystal particles carrying the platinum particles, the platinum particles carried on the diamond crystal particles Due to the action, hydrogen contained in the discharge gas in the cold cathode discharge lamp can be terminated on the surface, and the electron emission characteristics can be maintained, so that power saving, high discharge efficiency, and long life can be realized. Is possible.

さらに、第4の実施の形態にかかる冷陰極放電灯によれば、電子源の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の集合体が何重にも形成されているので、放電動作により電子源の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面がスパッタされても、常に同じ構造の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が電子を放電することができ、電子放出特性を維持することができるので、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することが可能となる。   Furthermore, according to the cold cathode discharge lamp according to the fourth embodiment, the aggregate of the diamond crystal particles supporting the platinum fine particles of the electron source is formed in multiple layers. Even if the surface of the diamond crystal particle carrying the fine particles is sputtered, the diamond crystal particle carrying the platinum fine particles having the same structure can always discharge electrons and maintain the electron emission characteristics. High discharge efficiency and long life can be realized.

(第5の実施の形態)
次に、第5の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態にかかる電子源をマグネトロンに適用したものである。図17は、第1の実施の形態で説明した電子源を適用したマグネトロンの一例を示す側面断面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the electron source according to the first embodiment is applied to a magnetron. FIG. 17 is a side sectional view showing an example of a magnetron to which the electron source described in the first embodiment is applied.

マグネトロン20のうち、フィラメント端子21は、高周波インバータ電源(図示せず)に接続され、この高周波インバータ電源からフィラメント用の電源電圧が供給される。また、フィラメント端子21は、コンデンサー22を通してコイル23に接続されている。なお、コイル23はコンデンサー22と共にフィルター回路を形成し、マグネトロン20が発生するノイズが、フィラメント端子21を通して外部に漏洩しないようにしている。   Of the magnetron 20, the filament terminal 21 is connected to a high-frequency inverter power supply (not shown), and a power supply voltage for the filament is supplied from the high-frequency inverter power supply. The filament terminal 21 is connected to the coil 23 through a capacitor 22. The coil 23 forms a filter circuit together with the capacitor 22 so that noise generated by the magnetron 20 does not leak outside through the filament terminal 21.

また、コイル23はフィラメント支持棒24a、24bに接続されている。なお、フィラメント支持棒24a、24bはステムセラミック25で気密に封止され、フィラメント支持棒24a、24bの上端部分にはフィラメント26が接続されている。   The coil 23 is connected to filament support bars 24a and 24b. The filament support bars 24a and 24b are hermetically sealed with a stem ceramic 25, and a filament 26 is connected to the upper ends of the filament support bars 24a and 24b.

ここで、フィラメント26は、第1の実施の形態の電子源をフィラメント形状に形成したものであり、タングステン等の金属の表面に、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の集合体を何重にも塗布し、固定化した構造となっている。   Here, the filament 26 is obtained by forming the electron source according to the first embodiment into a filament shape, and a plurality of aggregates of diamond crystal particles supporting platinum particles on the surface of a metal such as tungsten. The structure is applied and fixed.

フィラメント26の外側には円筒状の陽極27があり、陽極27で囲まれた空間は、陽極27からフィラメント26方向に放射状に延びる複数のベイン28で区切られ、共振器が形成されている。また、共振器の上方および下方には、共振器に対し上下方向の磁界を印加する磁石29a、29bが配置される。また、陽極27の熱を放出する複数の冷却フィン30が、陽極27の周囲に上下方向にある間隔で設けられている。そして、冷却フィン30や陽極27等は金属の容器31に収納される。なお、金属の容器31は磁石29a、29bの磁路を形成している。   A cylindrical anode 27 is provided outside the filament 26, and a space surrounded by the anode 27 is partitioned by a plurality of vanes 28 extending radially from the anode 27 in the direction of the filament 26 to form a resonator. Magnets 29a and 29b that apply a magnetic field in the vertical direction to the resonator are disposed above and below the resonator. A plurality of cooling fins 30 for releasing the heat of the anode 27 are provided around the anode 27 at intervals in the vertical direction. The cooling fins 30, the anodes 27, etc. are accommodated in a metal container 31. The metal container 31 forms a magnetic path for the magnets 29a and 29b.

上記した構成で、フィラメント端子21に電源電圧が印加されると、フィラメント26から電子が発生し、陽極27に向かって移動する。その際、陽極27とフィラメント26間に位置する共振器等の作用で高周波信号が発生する。この高周波信号はアンテナリード32によって外部に取り出される。   With the configuration described above, when a power supply voltage is applied to the filament terminal 21, electrons are generated from the filament 26 and move toward the anode 27. At that time, a high frequency signal is generated by the action of a resonator or the like located between the anode 27 and the filament 26. This high frequency signal is taken out by the antenna lead 32.

ここで、フィラメント26に印加する電源電圧は、フィラメント26のダイヤモンド結晶微粒子の表面が水素終端されているので、負性親和力状態を保持することができる。このため、従来のフィラメントに比べて、低い電圧で同等の量の電子を発生させることができる。従って、マグネトロン20の動作温度は低くなり、その寿命は従来品よりも長くなる。   Here, the power supply voltage applied to the filament 26 can maintain a negative affinity state because the surface of the diamond crystal fine particles of the filament 26 is hydrogen-terminated. For this reason, compared with the conventional filament, an equivalent amount of electrons can be generated at a lower voltage. Therefore, the operating temperature of the magnetron 20 is lowered, and the lifetime is longer than that of the conventional product.

また、電子を発生させるため、フィラメント26に電圧が印加されると、金属の容器31内に残存している物質がイオン化され、フィラメント26のダイヤモンド結晶微粒子に衝突する。その結果、ダイヤモンド結晶微粒子の表面がスパッタされ、その表面の水素終端が損傷し、このままではフィラメント26の電子放出特性が劣化するおそれがある。しかしながら、一旦脱離した水素を、白金微粒子を触媒として、ダイヤモンド結晶微粒子の表面に再吸着・終端させることができるので、フィラメント26の電子放出特性は、初期特性を維持することができる。これにより、マグネトロン20は、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することができる。   Further, when a voltage is applied to the filament 26 to generate electrons, the substance remaining in the metal container 31 is ionized and collides with the diamond crystal particles of the filament 26. As a result, the surface of the diamond crystal fine particles is sputtered, the hydrogen termination on the surface is damaged, and there is a possibility that the electron emission characteristics of the filament 26 are deteriorated as it is. However, once desorbed hydrogen can be re-adsorbed and terminated on the surface of the diamond crystal fine particles using platinum fine particles as a catalyst, the electron emission characteristics of the filament 26 can maintain the initial characteristics. Thereby, the magnetron 20 can realize power saving, high discharge efficiency, and long life.

また、ダイヤモンド結晶および白金を微粒子化し、その後集合体としてタングステン等の金属上に積層することにより、ダイヤモンド結晶微粒子と白金微粒子とによる構造が何重にも基板上に形成される。このため、表面に存在する白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が正の荷電イオン粒子によりスパッタされても、同じ構造をした別の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が表面に露出するので、フィラメント26の電子放出特性は維持される。これにより、マグネトロン20は、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することができる。   Further, diamond crystals and platinum are atomized and then laminated on a metal such as tungsten as an aggregate, whereby a structure composed of diamond crystal particles and platinum particles is formed on the substrate. For this reason, even if the diamond crystal particles carrying the platinum fine particles existing on the surface are sputtered by the positive charged ion particles, the diamond crystal fine particles carrying the other platinum fine particles having the same structure are exposed on the surface. The electron emission characteristics of the above are maintained. Thereby, the magnetron 20 can realize power saving, high discharge efficiency, and long life.

このように、第5の実施の形態にかかるマグネトロンによれば、フィラメントの白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面のスパッタにより水素終端が損傷しても、ダイヤモンド結晶微粒子に担持された白金微粒子の作用により、マグネトロン内に一旦脱離した水素を再度表面に終端させることができ、電子放出特性を維持することができるので、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することが可能となる。   As described above, according to the magnetron according to the fifth embodiment, even if the hydrogen termination is damaged by sputtering on the surface of the diamond crystal fine particles supporting the platinum fine particles of the filament, the action of the platinum fine particles supported on the diamond crystal fine particles. Thus, hydrogen once desorbed in the magnetron can be terminated again on the surface, and the electron emission characteristics can be maintained. Therefore, it is possible to realize power saving, high discharge efficiency, and long life.

さらに、第5の実施の形態にかかるマグネトロンによれば、フィラメントの白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の集合体が何重にも形成されているので、電子発生動作によりフィラメント表面の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面がスパッタされても、常に同じ構造の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が電子を発生させることができ、電子放出特性を維持することができるので、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することが可能となる。   Furthermore, according to the magnetron according to the fifth embodiment, since the aggregate of diamond crystal particles supporting the platinum fine particles of the filament is formed in multiple layers, the platinum particles on the surface of the filament are supported by the electron generation operation. Even when the surface of the diamond crystal particles to be sputtered, the diamond crystal particles that carry platinum particles of the same structure can always generate electrons and maintain the electron emission characteristics, thus saving power and high discharge efficiency. It is possible to realize a long life.

(第6の実施の形態)
次に、第6の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態にかかる電子源を開放型X線管に適用したものである。図18は、第1の実施の形態で説明した電子源を適用した開放型X線管の一例を示す側面断面図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the electron source according to the first embodiment is applied to an open X-ray tube. FIG. 18 is a side sectional view showing an example of an open X-ray tube to which the electron source described in the first embodiment is applied.

開放型X線管40は、カソード部41(下部)とアノード部42(中部)とターゲット部43(上部)から構成され、各部はO−リングで互いに真空気密に連結されており、ターボポンプとロータリーポンプ(図示せず)による2段引きがされた真空チャンバ44を形成している。開放型X線管40は、メンテナンスを行う際には、カソード部41、アノード部42、および、ターゲット部43を解放し、その中にあるフィラメント45等の部品を交換することができる。カソード部41は、高電圧ケーブル挿込口46に高電圧ケーブルが挿し込まれ、ウエネルト47の電極とフィラメント45に負の高電圧が印加される。   The open X-ray tube 40 is composed of a cathode part 41 (lower part), an anode part 42 (middle part), and a target part 43 (upper part), and each part is vacuum-tightly connected to each other by an O-ring. A vacuum chamber 44 is formed in two stages by a rotary pump (not shown). When performing maintenance, the open X-ray tube 40 can release the cathode part 41, the anode part 42, and the target part 43, and replace components such as the filament 45 therein. In the cathode portion 41, a high voltage cable is inserted into the high voltage cable insertion port 46, and a negative high voltage is applied to the electrode of the Wehnelt 47 and the filament 45.

ここで、フィラメント45は、第1の実施の形態の電子源をフィラメント形状に形成したものであり、タングステン等の金属の表面に、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の集合体を何重にも塗布し、固定化した構造となっている。さらに、真空チャンバ44内には、微量の水素(または炭化水素)が封入されている。   Here, the filament 45 is obtained by forming the electron source according to the first embodiment into a filament shape, and a plurality of aggregates of diamond crystal particles supporting platinum particles on the surface of a metal such as tungsten. The structure is applied and fixed. Furthermore, a very small amount of hydrogen (or hydrocarbon) is enclosed in the vacuum chamber 44.

アノード部42、ターゲット部43及び真空チャンバ44の外装は接地電位に保たれている。高電圧ケーブル(図示されていない)からフィラメント45に電圧が印加され電流が流れ加熱されると、電子が放出されアノード48に向かって加速され、電子ビームを形成する。   The anode part 42, the target part 43, and the exterior of the vacuum chamber 44 are kept at the ground potential. When a voltage is applied to the filament 45 from a high voltage cable (not shown) and a current flows and is heated, electrons are emitted and accelerated toward the anode 48 to form an electron beam.

電子を放出するため、フィラメント45に電圧が印加されると、真空チャンバ44内に残存している物質がイオン化され、フィラメント45のダイヤモンド結晶微粒子に衝突する。その結果、ダイヤモンド結晶微粒子の表面がスパッタされ、その表面の水素終端が損傷し、このままではフィラメント45の電子放出特性が劣化するおそれがある。しかしながら、一旦脱離した水素、および、真空チャンバ44内に封入されている微量の水素(または炭化水素)を、白金微粒子を触媒として、ダイヤモンド結晶微粒子の表面に再吸着・終端させることができるので、フィラメント45の電子放出特性は、初期特性を維持することができる。これにより、開放型X線管40は、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することができる。   When a voltage is applied to the filament 45 in order to emit electrons, the substance remaining in the vacuum chamber 44 is ionized and collides with the diamond crystal particles of the filament 45. As a result, the surface of the diamond crystal fine particles is sputtered, the hydrogen termination on the surface is damaged, and the electron emission characteristics of the filament 45 may be deteriorated as it is. However, once desorbed hydrogen and a small amount of hydrogen (or hydrocarbon) sealed in the vacuum chamber 44 can be re-adsorbed and terminated on the surface of the diamond crystal particle using the platinum particle as a catalyst. The electron emission characteristics of the filament 45 can maintain the initial characteristics. Thereby, the open X-ray tube 40 can realize power saving, high discharge efficiency, and long life.

また、ダイヤモンド結晶および白金を微粒子化し、その後集合体としてタングステン等の金属上に積層することにより、ダイヤモンド結晶微粒子と白金微粒子とによる構造が何重にも基板上に形成される。このため、表面に存在する白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が正の荷電イオン粒子によりスパッタされても、同じ構造をした別の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が表面に露出するので、フィラメント45の電子放出特性は維持される。これにより、開放型X線管40は、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することができる。   Further, diamond crystals and platinum are atomized and then laminated on a metal such as tungsten as an aggregate, whereby a structure composed of diamond crystal particles and platinum particles is formed on the substrate. For this reason, even if diamond crystal particles carrying platinum fine particles existing on the surface are sputtered by positive charged ion particles, diamond crystal fine particles carrying other platinum fine particles having the same structure are exposed on the surface, so that the filament 45 The electron emission characteristics of the above are maintained. Thereby, the open X-ray tube 40 can realize power saving, high discharge efficiency, and long life.

アノード部42はレンズホルダ49にアノード48とパイプ50を組み込んだものである。電子ビームはパイプ50の中空部を通り、ターゲット部43の収束コイル51によって微小な径の電子ビームに収束されターゲット52に突入する。   The anode portion 42 is obtained by incorporating an anode 48 and a pipe 50 into a lens holder 49. The electron beam passes through the hollow portion of the pipe 50, is converged to a minute diameter electron beam by the focusing coil 51 of the target portion 43, and enters the target 52.

ターゲット部43はポールピース下53の円筒内に収束コイル51を組み込み、ポールピース上54の上部と、ターゲットホルダ55の間にX線透過窓56がサンドイッチされた状態で組込まれており、アルミニウムの厚みT=0.5mm程度のX線透過窓56上の内側に、ターゲット52がマウントされている。ターゲット52は、例えば、厚さが50μm程度のタングステンが使われたり、ターゲット52をX線透過窓56に直接成膜したりしている。   The target portion 43 incorporates a converging coil 51 in a cylinder under the pole piece 53 and is incorporated with an X-ray transmission window 56 sandwiched between the upper portion of the pole piece upper 54 and the target holder 55. A target 52 is mounted inside the X-ray transmission window 56 having a thickness T = about 0.5 mm. As the target 52, for example, tungsten having a thickness of about 50 μm is used, or the target 52 is directly formed on the X-ray transmission window 56.

このターゲット52に電子ビームが突入すると、そこでX線を放射する。その放射方向は指向性を持っており、透過した方向のX線ビームを利用している。X線管のX線条件は管電圧は30〜160kV、管電流は〜1mA程度で、マイクロフォーカスで焦点寸法は1〜200μm程度のものが使われている。   When an electron beam enters the target 52, X-rays are emitted there. The radiation direction has directivity, and an X-ray beam in the transmitted direction is used. The X-ray conditions of the X-ray tube are a tube voltage of 30 to 160 kV, a tube current of about 1 mA, a micro focus and a focal size of about 1 to 200 μm.

このように、第6の実施の形態にかかる開放型X線管によれば、フィラメントの白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面のスパッタにより水素終端が損傷しても、ダイヤモンド結晶微粒子に担持された白金微粒子の作用により、開放型X線管の真空チャンバ内に封入された水素を終端させることができ、電子放出特性を維持することができるので、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することが可能となる。   As described above, according to the open type X-ray tube of the sixth embodiment, even if the hydrogen termination is damaged by sputtering on the surface of the diamond crystal particle carrying the platinum fine particle of the filament, it is supported on the diamond crystal fine particle. Because of the action of platinum particles, hydrogen sealed in the vacuum chamber of the open X-ray tube can be terminated, and the electron emission characteristics can be maintained, realizing power saving, high discharge efficiency, and long life. It becomes possible to do.

さらに、第6の実施の形態にかかる開放型X線管によれば、フィラメントの白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の集合体が何重にも形成されているので、電子放出動作によりフィラメント表面の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面がスパッタされても、常に同じ構造の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子が電子を放出させることができ、電子放出特性を維持することができるので、省電力化、高い放電効率、高寿命を実現することが可能となる。   Furthermore, according to the open type X-ray tube of the sixth embodiment, since the aggregate of diamond crystal particles supporting the platinum fine particles of the filament is formed in multiple layers, the surface of the filament surface is formed by the electron emission operation. Even if the surface of the diamond crystal particle carrying the platinum particle is sputtered, the diamond crystal particle carrying the platinum particle having the same structure can always emit electrons and maintain the electron emission characteristics, thus saving power. High discharge efficiency and long life can be realized.

なお、第4〜6の実施の形態では、第1の実施の形態にかかる電子源を適用したが、第2および第3の実施の形態にかかる電子源を適用してもよい。   In the fourth to sixth embodiments, the electron source according to the first embodiment is applied. However, the electron sources according to the second and third embodiments may be applied.

本発明は、電子源を使用するあらゆる装置に有効である。   The present invention is effective for any device using an electron source.

第1の実施の形態にかかる電子源の構成を示す図面である。It is drawing which shows the structure of the electron source concerning 1st Embodiment. ダイヤモンド結晶微粒子の表面構造を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the surface structure of a diamond crystal fine particle. 本実施の形態にかかる白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子の表面での反応を説明する図面である。It is drawing explaining the reaction on the surface of the diamond crystal particle which carry | supports the platinum particle concerning this Embodiment. 白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子における電荷移動を説明する図面である。It is drawing explaining the charge transfer in the diamond crystal particle which carries a platinum particle. ダイヤモンド結晶微粒子の表面に白金微粒子を担持させる工程を説明する図面である。It is drawing explaining the process of carrying platinum fine particles on the surface of diamond crystal fine particles. 上記の方法で作製した白金微粒子4を担持するダイヤモンド結晶微粒子3をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察した写真である。It is the photograph which observed the diamond crystal fine particle 3 which carry | supported the platinum fine particle 4 produced by said method with TEM (transmission electron microscope). 従来の各種材料の光電子放出特性を示すグラフである。It is a graph which shows the photoelectron emission characteristic of various conventional materials. 従来の各種材料と、本実施の形態にかかる電子源の作製方法で作製された、白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子を有する電子源の光電子放出特性を示すグラフである。It is a graph which shows the photoelectron emission characteristic of the electron source which has the diamond crystal microparticles | fine-particles which carry | support the various conventional materials and the electron source manufacturing method concerning this Embodiment and carry | supports platinum microparticles. 図7および図8の光電子放出特性を示すグラフから、各種材料ごとに励起光エネルギーが7eVの時の光電子放出量を抽出し、比較したグラフである。FIG. 9 is a graph obtained by extracting and comparing photoelectron emission amounts when the excitation light energy is 7 eV for each of various materials from the graphs showing the photoelectron emission characteristics of FIGS. 7 and 8. 従来の白金微粒子を担持していないダイヤモンド結晶微粒子表面のFT−IR(フーリエ変換型赤外分光)スペクトルである。It is a FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum of the surface of the diamond crystal fine particle which does not carry the conventional platinum fine particle. 本実施の形態の白金微粒子を担持するダイヤモンド結晶微粒子表面のFT−IR(フーリエ変換型赤外分光)スペクトルである。It is an FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum of the surface of the diamond crystal particle carrying the platinum particle of the present embodiment. 本実施の形態の電子源の放電開始電圧とPD積の関係を測定した結果を示す図面である。It is drawing which shows the result of having measured the relationship between the discharge start voltage of the electron source of this Embodiment, and PD product. 第2の実施の形態にかかる電子源の構成を示す図面である。It is drawing which shows the structure of the electron source concerning 2nd Embodiment. 白金微粒子を担持する不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子における電荷移動を説明する図面である。It is drawing explaining the charge transfer in the impurity-added diamond crystal fine particles carrying platinum fine particles. 第3の実施の形態にかかる電子源の一部を上側から見た図面である。It is drawing which looked at some electron sources concerning 3rd Embodiment from the upper side. 第1の実施の形態で説明した電子源を適用した冷陰極放電灯の一例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows an example of the cold cathode discharge lamp to which the electron source demonstrated in 1st Embodiment is applied. 第1の実施の形態で説明した電子源を適用したマグネトロンの一例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows an example of the magnetron to which the electron source demonstrated in 1st Embodiment is applied. 第1の実施の形態で説明した電子源を適用した開放型X線管の一例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows an example of the open type | mold X-ray tube to which the electron source demonstrated in 1st Embodiment is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1、5、7、13 電子源
2 基板
3 ダイヤモンド結晶微粒子
4 白金微粒子
6 不純物添加ダイヤモンド結晶微粒子
8 カーボンナノチューブ
10 冷陰極放電灯
11 ガラス管
12 蛍光体
14 導入線
20 マグネトロン
21 フィラメント端子
22 コンデンサー
23 コイル
24a、24b フィラメント支持棒
25 ステムセラミック
26 フィラメント
27 陽極
28 ベイン
29a、29b 磁石
30 冷却フィン
31 金属の容器
32 アンテナリード
40 開放型X線管
41 カソード部
42 アノード部
43 ターゲット部
44 真空チャンバ
45 フィラメント
46 高電圧ケーブル挿込口
47 ウエネルト
48 アノード
49 レンズホルダ
50 パイプ
51 収束コイル
52 ターゲット
53 ポールピース下
54 ポールピース上
55 ターゲットホルダ
56 X線透過窓
1, 5, 7, 13 Electron source 2 Substrate 3 Diamond crystal fine particle 4 Platinum fine particle 6 Impurity-added diamond crystal fine particle 8 Carbon nanotube 10 Cold cathode discharge lamp 11 Glass tube 12 Phosphor 14 Lead wire 20 Magnetron 21 Filament terminal 22 Capacitor 23 Coil 24a, 24b Filament support rod 25 Stem ceramic 26 Filament 27 Anode 28 Vane 29a, 29b Magnet 30 Cooling fin 31 Metal container 32 Antenna lead 40 Open X-ray tube 41 Cathode part 42 Anode part 43 Target part 44 Vacuum chamber 45 Filament 46 High voltage cable insertion port 47 Wehnelt 48 Anode 49 Lens holder 50 Pipe 51 Converging coil 52 Target 53 Below pole piece 54 Above pole piece 55 Target holder 56 X-ray transmission window

Claims (10)

基板と、
前記基板上に形成されたダイヤ結晶粒子の集合体と、
前記ダイヤ結晶粒子の表面に形成された白金族の微粒子と、を備えること、
を特徴とする電子源。
A substrate,
An aggregate of diamond crystal particles formed on the substrate;
A platinum group fine particle formed on the surface of the diamond crystal particle,
An electron source characterized by
前記ダイヤ結晶粒子の表面は、水素終端されていること、
を特徴とする請求項1に記載の電子源。
The surface of the diamond crystal particle is hydrogen-terminated,
The electron source according to claim 1.
前記白金族は、プラチナであること、
を特徴とする請求項1または2に記載の電子源。
The platinum group is platinum;
The electron source according to claim 1 or 2.
前記ダイヤ結晶粒子は、微粒子であること、
を特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電子源。
The diamond crystal particles are fine particles,
The electron source according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記ダイヤ結晶粒子には、III族またはV族の元素がドーピングされていること、
を特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電子源。
The diamond crystal particles are doped with a group III or group V element,
The electron source according to claim 1, wherein:
前記ダイヤ結晶粒子間に、カーボンナノチューブをさらに備えること、
を特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子源。
Further comprising carbon nanotubes between the diamond crystal particles,
The electron source according to claim 1, wherein:
白金コロイドまたは白金酸水溶液と、ダイヤ結晶粒子とを混合して混合物を生成する混合工程と、
前記混合工程により生成された混合物を水素雰囲気で熱処理する熱処理工程と、を含むこと、
を特徴とする電子源の作製方法。
A mixing step of mixing a platinum colloid or platinic acid aqueous solution with diamond crystal particles to form a mixture;
A heat treatment step of heat-treating the mixture produced by the mixing step in a hydrogen atmosphere,
A manufacturing method of an electron source characterized by the above.
前記熱処理工程での処理温度は、700℃から800℃の範囲であること、
を特徴とする請求項7に記載の電子源の作製方法。
The treatment temperature in the heat treatment step is in the range of 700 ° C. to 800 ° C.
The method of manufacturing an electron source according to claim 7.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の電子源を備えたこと、
を特徴とする放電装置。
Comprising the electron source according to any one of claims 1 to 6,
A discharge device characterized by the above.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の電子源と、水素または炭化水素を含有するガスとを備えたこと、
を特徴とする放電装置。
Comprising the electron source according to any one of claims 1 to 6 and a gas containing hydrogen or hydrocarbon;
A discharge device characterized by the above.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022088906A (en) * 2020-12-03 2022-06-15 株式会社東芝 Electron emission electrode and magnetron
US20230005694A1 (en) * 2020-07-28 2023-01-05 Physical Sciences, Inc. Passive and active diamond-based electron emitters and ionizers

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230005694A1 (en) * 2020-07-28 2023-01-05 Physical Sciences, Inc. Passive and active diamond-based electron emitters and ionizers
US11875964B2 (en) * 2020-07-28 2024-01-16 Physical Sciences, Inc. Passive and active diamond-based electron emitters and ionizers
JP2022088906A (en) * 2020-12-03 2022-06-15 株式会社東芝 Electron emission electrode and magnetron
US11387069B2 (en) 2020-12-03 2022-07-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Electron-emitting electrode including multiple diamond members and magnetron including same
JP7427575B2 (en) 2020-12-03 2024-02-05 株式会社東芝 Electron emission electrode and magnetron

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