JP2013541150A - 電子顕微鏡法用に構成された、高電圧下で放射する電子銃 - Google Patents
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Abstract
本発明は、支持された電子放射チップと、取り出しアノードと、放射チップと取り出しアノードとの間に電位差を生成可能な手段とを備える電界放射型電子銃に関する。放射チップは、ナノファイバ上に化学蒸着することによって形成される端部コーン、および金属チップを有する。コーンは、導電チップ支持部と整列して、該導電チップ支持部に結合される。本発明は、透過型電子顕微鏡に用いられ得る。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
本発明は、高電圧下で放射する、電子顕微鏡法用に構成された電子銃に関する。
電子顕微鏡法は、光学顕微鏡法にて用いられる光ビームの代わりに、電子ビームを用いることができる。電子ビームに関連付けられる波長によって、光学顕微鏡法にて得られる分解能よりも、実質的に高い分解能を得ることが可能となる。しかしながら、電子の使用に関連した制限もある。特に、顕微鏡の内部は、高真空となっている必要がある。そして、電子源は、電磁レンズを介して、試料を観測する。透過型電子顕微鏡法においては（走査型電子顕微鏡法とは異なって）、使用される試料は、電子に対して可能な限り透明となるために、極薄くなっている必要がある。そして、試料を通り抜けた電子のみが、分析される。したがって、電子は、３タイプに分けられる。すなわち、試料と相互作用しなかった放射電子、試料の原子と相互作用し、且つ、エネルギーの損失を伴うことなく散乱された電子、および、入射した電子が、試料の原子の電子雲と相互作用し、且つ、エネルギーを損失しつつ散乱された電子である。放射電子のビーム、および散乱電子のビームを分析することによって、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭとも呼ばれる）にて得られる画像のコントラストを生成することが可能となる。
本発明は、電子顕微鏡法（特に、例えば透過型電子顕微鏡法）の原理を用いることを可能とする電子顕微鏡に関する。より具体的には、本発明は、このような顕微鏡に用いられる電子銃、すなわち、電子ビームを観測用に試料上に放射するのを可能とする装置に関する。また、本発明は、１つまたは複数の電子源を含む、視覚用または処理用の他の装置に関するものであって、このような装置としては、例えば、走査型電子顕微鏡、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：集束イオンビーム）型のナノエッチング装置、またはナノリソグラフィー装置が含まれる。
電子銃には、主に二つのファミリーがある。すなわち、熱陰極電子銃と、冷陰極電子銃とに分けられる。
熱陰極電子銃は、フィラメントから電子を取り出すために、ジュール効果を利用する。フィラメントは、一般的には、タングステン、または６ホウ化ランタンのフィラメントである。このファミリーにおいて、熱イオン放射銃は、高温に加熱された、Ｖ字状の金属チップを有する。したがって、金属内に存在する電子は、高速で移動している。Ｖ形状のチップに到達した電子は、次いで、金属から放出される。金属から放出された電子を加速するために、高電位差が加えられる。これら電子は、観測のために、試料の方向へ、アノードに向かって引き寄せられる。
このタイプの電子銃の欠点は、得られる電子ビームの空間的および時間的コヒーレンスが欠如してしまうことである。時間的コヒーレンスに関して、放射された電子の運動エネルギー（それ故に、速度）は、ガウス分布に従って拡散する。タングステンフィラメントにおいては、６ホウ化ランタンよりも大きな色収差が観測される。しかしながら、タングステンフィラメントにおいては、６ホウ化ランタンよりも遥かに高価である。空間的コヒーレンスに関して、フィラメントの端部における電子の放射用の面が大規模であることから、空間的コヒーレンスは、極限定されたものに留まる。
電子銃の他のファミリーは、電解放射銃（または、冷陰極銃とも呼ばれる）である。電子銃のこのファミリーにおいては、電子は、高精細な金属チップから、トンネル効果によって引き離される。金属チップは、一般的にはタングステンであって、高電界（２〜７ｋＶのオーダーの電位差）に供される。
一般的には、このような（冷陰極を備える）電子源は、低いエネルギー変動性を有しており、それ故に、熱陰極電子源よりも良好な時間的コヒーレンスを有する。さらに、電解放射源は、実際上、空間的コヒーレンスを大幅に改善するポイントに配置される。したがって、電解放射源は、熱陰極源よりも遥かに高い輝度を有する。しかしながら、これらの冷陰極源は、極めて高次の高真空を要する。このような高真空ではない場合、銃のチップが酸化し、放射の効果が減少してしまう。
また、様々な電子銃が存在している。例えば、熱補助型の電解放射銃が挙げられる。また、ショットキー銃として知られる電解効果型の銃も存在する。このような銃は、より大きなチップを有しており、このチップは、表面にジルコニア（ＺｒＯ２）の層を有する。ジルコニアは、（電子の放射を増加させる）タングステンよりも低い電子仕事関数を有し、より幅が広いチップを使用可能とする。後者のタイプの銃（電解効果型の銃）によって、良好なレベルの輝度を得ることが可能となる。
電子源の特質が如何なるものであれ、一旦、電子が電子源から取り出されると、電子は、カソードと、加速するアノードとの間に加えられる電圧によって、加速される。走査型電子顕微鏡においては、この電圧は、１〜３０ｋＶのオーダーとなる。透過型電子顕微鏡においては、この電圧は、３００ｋＶ以上に達し得る。
電子ホログラフィーの視野、特に、暗視野ホログラフィーにおいては、特に強度、輝度、コヒーレンスに関して、良好な性能が必要である。上記した電子源は、限定された性能を有している。したがって、本発明は、ビームを供給する電子源を提供することに関するものであって、このビームは、分解能、およびホログラフィック画像の視野を改善可能とする強度、輝度、および上記した全てのコヒーレンスを同時に有している。
したがって、技術的な課題は、厳しい条件の下、超高真空において、継続的に、超高電圧下で動作すると同時に、高輝度、高強度、低いエネルギー分散、および、高い空間的コヒーレンスを、安定且つ持続可能な特性とともに与えることができる、電子顕微鏡法用の電子銃を得ることである。
この目的のために、本発明は、支持された電子放射チップと、取り出しアノードと、放射チップと取り出しアノードとの間に電位差を生成可能な手段とを備える電界放射型電子銃を提供する。
本発明によれば、放射チップは、ナノファイバ上に化学蒸着することによって形成される１つの端部コーン、および１つの導電チップ支持部（例えば、金属製チップ）を有し、コーンは、導電チップ支持部と整列して、該導電チップ支持部に結合される。
原理的には、このような構造によって、電子ビームの優れた空間的コヒーレンスを得ることが可能となる。チップの端部の寸法は、従来技術に係る銃の放射チップの端部に比べて、実質的に大幅に小さくすることができる。
本発明の電子銃において、端部コーンは、その材料が、カーボンと、化学式ＣｘＢｙＮｚによって記載され、または表される材料と、を含む材料グループから選択されるコーンである場合、使用される端部コーンによって、良好な性能を得ることが可能となる。ここで、Ｃはカーボンに相当し、Ｂはボロンに相当し、且つＮは窒素に相当する。ナノファイバに関して、例えば、ナノファイバは、その材料が、カーボンと、化学式ＣｘＢｙＮｚによって記載され、または表される材料と、化学式ＳｉｘＯｙによって記載され、または表される材料と、を含む材料グループから選択されるナノファイバである。ここで、Ｃはカーボンに相当し、Ｂはボロンに相当し、Ｎは窒素に相当し、Ｓｉはシリコンに相当し、且つ、Ｏは酸素に相当する。しかしながら、材料が化学蒸着プロセスと両立可能である場合、異なる材料から製造されたナノファイバを有するように、提供されてもよい。
良好な製造を得るために、ナノファイバは、有利には、カーボンナノチューブであり、該カーボンナノチューブの直径は、２０ｎｍよりも小さく、好ましくは１０ｎｍよりも小さい（ｎｍ＝１０−９ｍ）。ここで、チューブの直径は、放射チップの端部または先端（ここでは、カーボン（または他の材料の）コーンの端部）の直径に相当する。
本発明に係る電子銃においては、導電ポイント支持部は、タングステンからなる。何故ならば、タングステンとカーボンとの間に良好な結合を形成することができるからである。また、チップ用の支持部を、例えばタングステンからなる金属フィラメントとしてもよい。支持部は、２つのマイクロ電極または他の支持装置によって構成されてもよい。
本発明に係る電子銃に用いられる端部コーンは、例えば、０．５〜１０μｍ（１μｍ＝１０−６ｍ）の範囲の長さを有する。
上記したように、電界放射型または冷陰極型電子銃は、超高真空を生成することを要する。ここで、チャンバ内で真空を形成するために、例えばＮＥＧ（Ｎｏｎ−Ｅｖａｐｏｒａｂｌｅ Ｇｅｔｔｅｒ：非蒸発性ゲッター）ポンプを用いることが有利である。上記チャンバにおいて、放射チップと取り出しアノードが設置される。
また、本発明は、透過型の電子顕微鏡に関する。この電子顕微鏡は、電子銃および柱を備え、柱は、電子光学コンポーネントのような種々の部材と、電子銃によって放射された電子を加速させる手段とを有する。ここで、この電子銃は、上記した電子銃である。
また、本発明は、上記した電子銃を備えた、他の如何なる装置に関し、特に、局部的に電子を照射する装置、特に、このような銃、または、該銃を有するナノエッチング装置もしくはナノリソグラフィー装置を備えた、走査型電子顕微鏡またはエッチング装置に関する。
本発明に係る顕微鏡用の加速手段は、２００ｋＶ以上の電位差を生成可能な手段を有する。当然ながら、より低い電位差も想定され得る。
本発明の詳細および利点は、添付した図面を参照して説明された以下の記載によって、より明確となるであろう。
本発明は、電子顕微鏡に関し、特に、透過型または走査型の電子顕微鏡に関する。この分野において、本発明は、斬新な電子銃を提供するものであって、このような電子銃を用いる電子顕微鏡のために、非常に有利な性能を得ることを可能とする。このため、本発明は、例えば、分光法、ホログラフィー、および暗視野ホログラフィーの分野におけるアプリケーションを包含する。また、本発明は、ナノエッチングの分野に関する。
本発明に係る電子銃は、ＦＥＧ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｇｕｎ：電解放射銃）タイプのものである。このような銃においては、電子は、フィラメントとアノードとの間に存在する電界の取り出し力によって、金属フィラメント（例えば、タングステン）から取り出される。ここでは、電界放射の原理が用いられ、これはトンネル効果とも呼ばれる。電子の取り出しは、真空下で行われる。取り出し電圧は、一般的には、２０００Ｖ〜７０００Ｖ（すなわち、２ｋＶ〜７ｋＶ）の間に設定される。
本発明は、好ましくは、冷陰極電界放射銃に用いられる。この場合、フィラメントは加熱されず、電子の放射は、純粋な電界放射となる。
ここで、本発明は、タングステンフィラメントの放射チップを修正することによって、冷陰極の電界放射銃（ＦＥＧ）として知られる構造を用いることを、提供する。一方、従来技術に係る電子銃の放射チップは、一般的に、タングステンから製造される。本稿では、本発明の好ましい実施形態において、カーボンオンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ−ｏｎ−ｎａｎｏｔｕｂｅ）のコーンを用いることを提供する。
放射チップの端部は、理想的には、１つの原子から形成される。しかしながら、そのようなチップを製造する方法は知られていない。公知のタングステンチップは、一般的には、５０〜１００ｎｍ（１ｎｍ＝１０−９ｍ）のオーダーの寸法を有する先端（すなわち、チップにおける、最も末端の領域）を有する。
本発明に関しては、その先端がナノメートルのオーダーの直径を有するような、電子放射用のコーンの使用を提供する。
カーボンナノファイバによって支持されているカーボンコーンを製造するために、化学蒸着技術（「Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ：飛行時間型」とも呼ばれる）を用いることは、既に知られている。
しかしながら、炭素系以外のナノファイバの特徴を有してもよい。これらは、例えば、シリコン系であってもよい。また、ボロン（ＣｘＢｙ系）によってドープされたナノファイバも提供されてもよいし、または、他の可能性として、窒素（ＣｘＮｙ系）によってドープされたカーボン系ナノファイバ、もしくは、より一般的には、ＣｘＢｙＮｚ系に属するナノファイバが提供されてもよい。
コーンに関しても同様に、コーンは、上記したようにカーボンから構成されてもよいが、これに限らず、ボロン（ＣｘＢｙ系）によってドープされたカーボンコーンであってよいし、または、他の可能性として、窒素（ＣｘＮｙ系）によってドープされたカーボン系コーン、もしくは、より一般的には、ＣｘＢｙＮｚ系に属するコーンであってもよい。
カーボンコーンの合成は、当業者に公知である。これは、以下のように要約される。このようなコーンの製造の原理は、ナノファイバを堆積用の基材として用いること、および、化学蒸着プロセスを用いることに在る。ナノファイバは、フィラメントまたはナノチューブであり、その直径は、ナノメートルのオーダーである。化学蒸着プロセスは、筒状のピストン型オートクレーブを用いる。このオートクレーブは、非常に広範なクラッキング堆積領域（ｃｒａｃｋｉｎｇ−ｄｅｐｏｓｉｔ ｚｏｎｅ）を堆積させるものである。Ａｌｌｏｕｃｈｅ、Ｍｏｎｔｈｉｏｕｘ、およびＪａｃｏｂｓｅｎによる「カーボンナノチューブに対する熱分解カーボンの化学蒸着」（Ｃａｒｂｏｎ ４１，２８９７−２９１２）という文献には、ナノファイバにおける、このようなコーンの形態論と、このようなコーンの合成プロセスについて、記載されている。本稿では、新しいタイプの電子顕微鏡用の電子銃を提供するために、このようなコーンを用いることを、提供する。
図３に示すように、この銃の概略構造は、冷陰極ＦＥＧである。この銃は、特に、取り出しアノード２を備え、取り出しアノード２は、正電位を有している。この正電位によって、電子は、チップ４から、純粋な電界放射により取り出される。図３に示すように、チップ４（エミッタ先端とも呼ばれる）は、Ｖ字状のフィラメント６の端部に設置されている。フィラメント６は、抑制器８の内部に配置される。このような抑制器の設置は、必須ではなく、抑制器の省略によって、本発明の範囲から逸脱することはない。
上記したように、ナノファイバ上に支持されたコーンを使用することが、電子エミッタ先端として提供される。このようなコーンは、ミクロサイズのベースを備えるので、容易に操作され得る。したがって、コーンのベースを、冷陰極ＦＥＧにて従来使用されているタングステンフィラメントの端部に配置することによって、コーンは、位置決めされ、固定される。このようなコーンの端部（または、先端）は、コーンを保持するナノチューブに相当する直径を有する。したがって、本稿では、先端のサイズは、ナノ-メートルのオーダーであって、例えば、０．２ｎｍ〜１０ｎｍの間である。よって、本稿におけるチップは、従来技術に係るタングステンよりも、遥かに小さい。コーンの先端は、依然として存在し、且つコーンの端部から突出する場合、コーンを支持するナノチューブの先端であってもよい。
特に、電流に耐えるためのキャパシティー、機械的強度、および耐熱性等に関する、カーボンナノチューブの特性によって、極高い輝度を有し、且つ、透過型電子顕微鏡の分野において、空間的および時間的コヒーレンスの技術的段階を前進させるような電子ビームを生成することが可能となる。
ＦＥＧの分野にて広く知られているように、図３に示す銃は、チップ／取り出し器の組立体を備え、この組立体は、特に、チップ４と取り出しアノード２を有する。この第１ブロックは、電子を供給し、次いで、電子を集束させる。次に、加速アノード１０は、第１ブロックによって供給された電子を加速する。銃は、２つのステップのプロセスに従って動作する。電子を取り出す第１ステップは、最も重要となる。何故ならば、第１ステップは、用いられるビームの特性を規定するからである。本発明は、銃のこの部分に関する。加速に係る第２ステップは、本発明に関連するものではない。取り出しに関連する動作原理は、本発明に係る銃の第１ブロックの構造が、従来技術に係る冷陰極ＦＥＧ電子銃の第１ブロックと異なっていたとしても、同じ原理に従って動作する。
取り出しに関して、フェルミエネルギーＥＦに到達するまで、チップに存在する電子は、蓄積され、チップから脱出するために、エネルギー障壁Φによって分離された真空中に入射する必要がある。本発明に係る銃においては、正の高電圧Ｖ（例えば、３０００Ｖ）は、電界Ｆのために、先端に可能な限り近い位置で、印加される。電界Ｆにて、先端は、可能な限り高い。このＦは、電圧Ｖに比例する。電界の存在に起因して、より高い取り出し電圧に対してより急となる負の傾きによって、真空中の電位をモデル化することができる。このように、フェルミエネルギーにある電子は、電界の効果によって電位障壁が十分に下げられた場合に、トンネル効果によって電位障壁を通り抜けることによって、真空中に脱出する。論理的には、取り出し電圧Ｖが高くなる程、放射電流は高くなる。放射チップの端にて上記したようなコーン（特に、カーボンコーン）を用いることによって、放射領域のサイズは、大幅に減少され、これにより、取り出しアノードに印加される正電圧Ｖに起因する、先端における電界Ｆの値を増加させることができる。フィールド要因（比率Ｆ／Ｖに相当する）は、ここでは、従来技術に係る公知のチップのフィールド要因よりも遥かに大きい。
本発明に係る電子銃におけるカソードを製造するために、導電性のチップ（特に、タングステン）は、同じ材料から製造されるＶ字状のフィラメントの上に、微細結合される。使用されるタングステンは、例えば、その結晶の向きが晶帯軸［３１０］に沿って方向付けられているものである。しかしながら、他の金属、または電気的導体が、チップを製造するために用いられてもよい。ここでは、熱電子源として用いられるフィラメントに相当するフィラメントを、用いてもよい。そして、先端が約百〜数百ｎｍのオーダーとなるチップを製造するために、タングステンチップは、炭酸の混合物を用いて細くされる。
このように処理されたフィラメントと、カーボンコーンは、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：集束イオンビーム）装置内に配置される。ＦＩＢ装置は、ナノマニピュレータと、ＧＩＳ（Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ガス導入システム）とを備える。コーンのベースは、イオンビームによって切断され、次いで、チップをタングステンフィラメントの軸に沿って配列することに特に注意しつつ、タングステンフィラメントの端部に結合される。予め切断されたコーンベースの、タングステンチップに対する位置決めは、ナノマニピュレータによって行われる。結合に関しては、イオンビームの効果と、気体タングステン導入の効果の組み合わせを利用して、行われる。次いで、タングステンチップとカーボンコーンを有するチップは、電子の取り出しが行われる位置で、電子銃の第１ブロックに配置される。次いで、真空が電子銃内に形成される。超高真空（例えば、１０−１０Ｔｏｒｒ以下（すなわち、約１．３３×１０−８Ｐａ以下）に相当する真空）が、ここで形成される。
その全表面に不純物が付着しているチップを洗浄するために、上記のポイントを浄化するステップが、６００℃程に達する温度で行われる。電子の放射において不安定化をもたらす、このような不純物を除去することは、重要である。
一旦、これらのステップが実行されると、本発明に係る電子銃は、電子顕微鏡（特に、透過型または走査型の電子顕微鏡）の柱の頂部に、設置される。従来の顕微鏡の構造が知られており、この構造においては、現在必要となっている不良な機械的な整列を光学的に補償するために、電子銃の後に、偏向コイルが設置される。このような電子銃は、ナノエッチング装置、または、一般的には、極めて局部的に、電子ビームによって対象物を照射することを要する如何なる装置（例えば、電子ナノリソグラフィー）内においても、使用され得る。
電子銃の内部にて真空を形成するために、ポンプ１２が用いられる。好ましい実施形態によれば、このポンプは、ＮＥＧタイプのポンプ、すなわち、非蒸発性のゲッターポンプであり、このポンプにより、超高真空を形成可能となる。このタイプのポンプは、ガストラップを用いており、このガストラップは、化学吸着または吸着により作用する。このガストラップを生成するために用いられる材料は、ゲッターと呼ばれ、例えば、ジルコニアまたはチタンに基づく合金から、製造される。
図４は、このような電子銃の一実施形態を示している。閉じられた空間１４は、フィラメント６およびチップ４を受容する。このフィラメント６は、Ｕ字状であり、カソード１６によって、保持される。カソード１６は、２つのターミナル１８を有する。（Ｕ字状の）フィラメント６の自由端は、それぞれ、ターミナル１８に接続される。
上記したように、フィラメント６は、円筒状のベースによって形成されたチップ４を保持し、ベースの一端は、先尖化するように機械加工される。円筒状のベースは、フィラメント６に、Ｕ字の底端にて、固定される。このチップ４は、例えば、タングステンから形成される。図４の上側の写真は、チップ４（より具体的には、その円筒ベース）と、フィラメントとの間の接続を示している。
チップ４は、上記したコーンのためのチップ支持部である。図４の中央の写真は、チップ４の先尖化された先端を示している。チップ４の先端は、フィラメント６の反対側に配置されている。この画像では、比較的に大きなスケールで、コーンを明確に識別することができない。なお、このコーンは、（写真上に示されているように）３番目の写真にて、拡大されたスケールで明確に視認可能となる。ここで、先尖化された先端４は、結合によって固定されたコーンを保持している。このコーンから、電子が、上記した電子銃より放射される。
電子を取り出すために、取り出しアノード２が、チャンバ１４の底部の下に配置されていることを、理解されるであろう。小さな開口が形成されている上記ベースに対面するように、コーンが配置される。取り出しアノード２は、チャンバ１４のベースの下に設置され、上記小さな開口を取り囲む。電子は、取り出しアノード２とカソード１６との間に形成される電位差に起因して、取り出される。
一旦、電子が取り出されると、チャンバ１４の外部に向かい、取り出しアノード２を通過して、且つ、集束アノード２０を通過する。この集束アノード２０は、ここでは、ベル状である。その頂部に設けられた開口によって、電子が通過可能となる。特に、電子ビームの通路の位置において、ベル内部に真空を形成可能とするために、側壁に開口が設けられる。
図１は、時間（秒）に対する電子ビーム（ｍＡ）の強度を示すグラフである。このグラフは、１時間における強度の変動が、１６％以下となっていることを示している。
図２は、放射されたビームの、良好な空間的コヒーレンス性能を示している。このグラフにおいて、本発明に係る電子銃の空間的コヒーレンスに関する性能が、タングステンフィラメントのみを備える電子銃と比較されている。図２に示されているように、空間的コヒーレンスは、従来技術に係る冷陰極ＦＥＧにて得られるものよりも、少なくとも２倍良好である。この図における曲線Ｃ１は、タングステンチップを独自に備えた従来の電子銃にて得られた曲線を示す。曲線Ｃ２は、本発明に係る、同じタイプの電子銃にて得られた曲線を示す。
また、本発明に係る電子銃は、より低い輝度を得ることを可能とする。この輝度は、１．６ １０−９Ａｍ−２Ｓｒ−１Ｖ−１、すなわち、タングステンのみのチップを用いた従来のＦＥＧよりも、５倍大きい値である。
本発明に係る電子銃における、上記した（比率Ｆ／Ｖ）として言及されるフィールド要因は、１３０００の値を有する。この値は、専用の試験台にて計測され、透過型電子顕微鏡のホログラフィーによって確認される。
最終的には、電子銃は、２００ｋＶの高電圧下にて安定した。
チップおよびコーン組立体の形状、および結合方法によって、このように得られた組立体は、堅固であり、且つ、チップの振動を制限する。また、上記したように、高輝度は、チップのカーボン（または、ボロンおよび／または窒素でドープされたカーボンのような、他の材料）の先端によって、得られる。また、タングステンチップ上にコーンを取り付けることによって、この構造が高電流に耐えることができることから、高い強度を得ることが可能となる。放射チップの品質、およびその寸法によって、形成される電子ビームにおいて、エネルギー分散を低くすることが可能となる。ナノメートルサイズの先端によって、高い空間的コヒーレンスを得ることもできる。製造されているような、タングステンとカーボンとの間の結合は、安定した結合であり、これにより、装置の超高真空下において優れた安定性と耐久性を保証することができる。
これら全ての性能特性は、以下を意味する。すなわち、本発明に係る電子銃は、電子顕微鏡法の分野、特に、例えば分光法、ホログラフィー、および暗視野ホログラフィーといった特定のアプリケーションにおける透過型電子顕微鏡法において、有利に用いることができる。
さらには、以下のことも加えられ得る。特に電子顕微鏡法での使用に供される冷陰極電子源の分野において、Ｎｉｅｌｓ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等は、放射チップとしてカーボン（特に、複数壁（ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌ）ナノチューブ）の利点を強調することにより主要な進歩を成し遂げた（Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＮａｔｕｒｅ４２０（２００２）の３９３−３９５、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＡＰＬ８５（９） １６０７−１６０９（２００４）、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ、Ｎ．Ｊ．ｖａｎ Ｄｒｕｔｅｎ Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ９５（２００３）８５−９１、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＡＰＬ８７、１３３１１８ Ｐ８７（２００５）、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＰＲＬ９４、１８６８０７ Ｐ１（２００５）、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＮａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ３、１６２１−１６２４（２００３）、Ｃ．Ｊ．ＥｄｇｅｃｏｍｂｅとＮ ｄｅ ＪｏｎｇｅによるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ Ｂ ２４（２） ８６９−８７３（２００６））。残念ながら、耐電圧容量、機械的安定性、ナノチューブとフィラメントとの電気的接触等に本質的に関連する、多くの技術的課題があることから、この技術を、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、電子リソグラフィー等の市場に移転することが、妨げられている（Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＮａｔｕｒｅ４２０（２００２）の３９３−３９５、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＡＰＬ８５（９） １６０７−１６０９（２００４）、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ、Ｎ．Ｊ．ｖａｎ Ｄｒｕｔｅｎ Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ９５（２００３）８５−９１、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＡＰＬ８７、１３３１１８ Ｐ８７（２００５）、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＰＲＬ９４、１８６８０７ Ｐ１（２００５）、Ｎ ｄｅ Ｊｏｎｇｅ等によるＮａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ３、１６２１−１６２４（２００３）、Ｃ．Ｊ．ＥｄｇｅｃｏｍｂｅとＮ ｄｅ ＪｏｎｇｅによるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ Ｂ ２４（２） ８６９−８７３（２００６））。この文脈において、本発明は、その全価値を見出した。正確には、コーン（特に、カーボンコーン）の使用によって、機械的スチフネスを改善しつつ、材料に関連する利点を維持することができ、且つ、高電圧に耐えうる容量、および、優れた電気接触を可能とした。これら容量と電気接触の利点は、双方とも、コーンのベースと導電フィラメントとのとの間の大規模な結合領域から由来するものである。また、優れた容量と電気接触のみならず、コーン（特に、カーボンコーン）の使用によって、Ｊｏｎｇｅと彼の共同研究者によって使用されたものよりも優れた品質の、ＦＩＢイオン結合を可能とした。この新しい技術を用いることによって、僅か２時間の作業で、従来の冷陰極のタングステン銃を、上記したカーボンの（または他の）ソースに、十分に変換することができる。これにより、上記した輝度、コヒーレンス、および電流安定性の特性を向上させることができ、且つ、真空を変動させずに維持することができる。
本発明は、上記した実施形態と、言及された変形例に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の文脈において当業者の能力内にある様々な実施形態に関するものである。
したがって、例えば、タングステンフィラメントと、カーボンの放射チップとの間に、あるコンポーネントが介装された場合も、本発明の範囲から逸脱しない。特に、スピンフィルタの介装が想定され得る。このスピンフィルタの介装によって、スピン偏極した電子ビームを得ることが可能となる。
Claims (14)
- 支持された電子放射チップと、
取り出しアノード（２）と、
前記放射チップと前記取り出しアノード（２）との間に電位差を生成可能な手段と、を備える、電界放射型電子銃（４）であって、
前記放射チップ（４）は、ナノファイバ上に化学蒸着することによって形成される１つの端部コーン、および１つの導電チップ支持部を有し、
前記コーンは、前記導電チップ支持部と整列して、該導電チップ支持部に結合されることを特徴とする、電子銃。 - 前記端部コーンは、その材料が、カーボンと、化学式ＣｘＢｙＮｚによって記載され、または表される材料と、を含む材料グループから選択されるコーンであり、Ｃはカーボンに相当し、Ｂはボロンに相当し、且つＮは窒素に相当することを特徴とする、請求項１に記載の電子銃。
- 前記ナノファイバは、その材料が、カーボンと、化学式ＣｘＢｙＮｚによって記載され、または表される材料と、化学式ＳｉｘＯｙによって記載され、または表される材料と、を含む材料グループから選択されるナノファイバであり、Ｃはカーボンに相当し、Ｂはボロンに相当し、Ｎは窒素に相当し、Ｓｉはシリコンに相当し、且つ、Ｏは酸素に相当することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子銃。
- 前記ナノファイバは、カーボンナノチューブであり、該カーボンナノチューブの直径は、２０ｎｍよりも小さく、好ましくは１０ｎｍよりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子銃。
- 前記導電チップ支持部は、金属チップ、特にタングステンからなる金属チップであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子銃。
- 前記チップ（４）は、タングステンからなる金属フィラメント（６）によって支持されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子銃。
- 前記端部コーンは、０．５〜１０μｍの範囲の長さを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子銃。
- 前記放射チップおよび前記取り出しアノードは、チャンバ内に配置され、
前記チャンバにおいて、特に非蒸発性のゲッターを用いたポンプを使用して、高真空が形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子銃。 - 電子銃および柱を備え、
前記柱は、電子光学コンポーネントのような種々の部材と、前記電子銃によって放射された電子を加速させる手段とを有する、電子顕微鏡であって、
前記電子銃は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子銃であることを特徴とする、電子顕微鏡。 - 前記加速手段は、２００ｋＶ以下の電位差を生成可能な手段を有することを特徴とする、請求項９に記載の電子顕微鏡。
- 局部的に電子を照射する装置、特に、ナノエッチング装置またはナノリソグラフィー装置であって、
１以上の、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子銃を備えることを特徴とする、装置。 - 支持された電子放射チップ（４）と、
取り出しアノード（２）と、
前記放射チップと前記取り出しアノード（２）との間に電位差を生成可能な手段と、を備えた、電界放射型電子銃を製造する方法であって、
ナノファイバ上に化学蒸着することによって端部コーンを製造し、次いで、前記端部コーンを導電チップ支持部に整列させ、前記端部コーンを導電チップ支持部に結合することによって、１つの前記導電チップ支持部、および１つの前記端部コーンを用いて、前記放射チップ（４）を形成することを特徴とする、方法。 - ナノマニピュレータと、ＧＩＳとして知られるガス導入システムとを備えた、ＦＩＢ装置として知られる集束イオンビーム装置によって生成された金属イオンのビームを用いて、前記端部コーンを前記チップ支持部に結合することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
- タングステンからなる導電チップ支持部と、
タングステンイオンを生成するように構成されたＦＩＢ装置と、
気体タングステンを導入するように構成されたＧＩＳと、を用いることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
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