JP2014075336A - 熱陰極、電子放射装置、及び熱陰極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命が向上する電子放射熱陰極を提供する。
【解決手段】熱陰極は、エミッタ上部２０とエミッタ本体部３０とを有する、結晶エミッタまたは焼結エミッタと、カーボン材料を用いて、エミッタ本体部の側面外周に塗布された下側コーティング部４２と、下側コーティング部から連続して形成され、隙間を空けてエミッタ上部を取り囲む上側コーティング部４１とを有するカーボンコーティング部と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、熱陰極、電子放射装置、及び熱陰極の製造方法に関する。例えば、カーボンコーティングされた表面を有する熱陰極の改良に関する。

焼結形態または結晶形態を成す六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）は、様々な電子ビーム装置（例えば、リソグラフィ装置、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）など）において電子源またはエミッタとして使用される。典型的なエミッタは、図１Ａに示されるように、特定のティップ（先端）サイズまたは切頂サイズであって、円錐角を伴うテーパ形状または円錐形状を成す。

ティップ（切頂）は、用途に応じて、平坦または球であってもよく、５〜１００μｍの直径および６０〜１１０度の円錐角を有する。しかしながら、これらの陰極は２つの固有の欠点を有する。すなわち、欠点１として、動作温度（１６５０〜１９００Ｋ）では、エミッタ材料が蒸発して、ティップサイズが連続的に減少し、それにより、陰極の有効寿命が限られる。欠点２として、動作状態下では、ティップおよび円錐面の両方から放射される電子によって電子ビームが形成される。円錐面から放射される電子は、全放出電流の最大で６５％を成すが、かかる電子を良好に合焦されるビームの状態で使用することが困難である（例えば、非特許文献１参照）。

したがって、陰極円錐面からの材料蒸発および電子放射を抑制する、または排除することが有益である。これは、例えば、円錐面をカーボンでコーティングすることにより行なわれてもよい（例えば、特許文献１参照）。カーボンコーティングされた円錐面を有する陰極の断面図が図１Ｂに示されている。陰極動作温度（例えば、１６５０〜１９００Ｋ）では、カーボンコーティングの蒸発速度が非常に低く、例えば、その蒸発速度は、殆ど無視できる、たった１０^−１０Ｔｏｒｒの蒸気圧で、ＬａＢ_６またはＣｅＢ_６の蒸発速度よりも約１０００倍低い。そのため、コーティングは、陰極寿命（約３０００時間）中にその寸法を変えない。言い換えると、カーボンコーティングされた陰極（例えば、カーボンコーティングされたＫ−ＬａＢ_６、Ｋ−ＣｅＢ_６、および、Ｋ−ＨｆＣ）は電子放射もカーボン蒸発も呈さず、前述したＬａＢ_６陰極の固有の欠点がコーティングによって排除される。

それにもかかわらず、カーボンコーティングされた陰極は欠点を有する。そのような陰極は、蒸発による損失およびエミッタ腐食の両方によって引き起こされる限られた寿命を有し、この損失は、部分的には、カーボンコーティングとＬａＢ_６或いはＣｅＢ_６陰極材料との間の化学的な相互作用によって引き起こされる。これは、隣接するカーボンコーティングによって取り囲まれる円錐の放射面の平坦面を示す図１Ｃに示される写真によって観察され得る。図１Ｃに示されるように、カーボンコーティングと接触する円錐の放射面の縁部は、損傷されている（例えば、穴があけられた、および／またはエッチングされた）ように見える。実際に、放射面のこれらの領域は、損なわれており、もはや電子を合焦態様で効果的に放射することができない。したがって、カーボンコーティングにより与えられる利点にもかかわらず、カーボンコーティングとの接触により、陰極の有効寿命が減少されてしまっていた。

当分野では、陰極の寿命を延ばす代わりの方法を生み出す必要性がある。例えば、カーボンコーティングのプラスの属性を呈するがカーボンコーティングと関連する問題を有さない新規な陰極コーティングを開発する必要性がある。

"Ｍ．Ｇｅｓｌｅｙ，Ｆ．Ｈｏｈｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６４（７）"，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９８８，ｐｐ．３３８０−３３９２ 米国特許第７，１７６，６１０Ｂ２号，Ｆｅｂ．１３，２００７

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、寿命が向上する電子放射熱陰極を提供することを目的とする。

本発明の一態様の熱陰極は、
エミッタ上部とエミッタ本体部とを有する、結晶エミッタまたは焼結エミッタと、
カーボン材料を用いて、エミッタ本体部の側面外周に塗布された下側コーティング部と、下側コーティング部から連続して形成され、隙間を空けてエミッタ上部を取り囲む上側コーティング部とを有するカーボンコーティング部と、
を備えることを特徴とする。

また、結晶エミッタまたは焼結エミッタは、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、焼結ＬａＢ_６、焼結ＣｅＢ_６、焼結ＨｆＣ、焼結タングステン−バリウム−酸素−Ａｌ（Ｗ−Ｂａ−Ａｌ−Ｏ）、および、焼結スカンデート（Ｂａ−Ｓｃ−Ｗ−Ｏ）から成る群から選択される材料から形成されると好適である。

また、エミッタ上部は、円錐形に形成されると好適である。

また、エミッタ上部は、０〜９０度の範囲の円錐角を有するように形成されると好適である。

また、カーボンコーティング部は、黒鉛、コロイド黒鉛、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、および、熱分解炭素から成る群から選択されると好適である。

また、隙間は、１μｍ〜１５μｍ幅であると好適である。

本発明の一態様の電子放射装置は、
エミッタ上部とエミッタ本体部とを有するエミッタと、エミッタ本体部の側面外周に塗布されると共に、エミッタ上部を空間的な隙間を空けて取り囲むように塗布されたカーボンコーティング部と、を有する熱陰極と、
エミッタヒータと、
エミッタのための支持体と、
を備えることを特徴とする。

また、エミッタ上部が円錐形であると好適である。

本発明の一態様の熱陰極の製造方法は、
エミッタの上部を犠牲膜で被覆する工程と、
犠牲膜上にわたってカーボンコーティングを塗布する工程と、
上部を取り囲むが上部から離間されるカーボンコーティングを残存させるように犠牲膜を除去する工程と、
を備えることを特徴とする。

また、上部は、円錐形であると好適である。

また、除去する工程は、エッチング、溶解、および、蒸発から成る群から選択される技術によって行なわれると好適である。

また、犠牲膜が有機材料から形成され、除去する工程は、有機材料の蒸発を引き起こすのに十分な熱を加えることによって行なわれると好適である。

また、有機材料がアクリル樹脂であると好適である。

本発明の一態様によれば、電子放射熱陰極の寿命を向上させることができる。

従来のティップ（放射面）、円錐角、および、円錐面を示す陰極の概略描写を示す図である。 従来のカーボンコーティングされた円錐面を有する陰極の概略描写を示す図である。 従来のカーボンコーティングされた陰極の放射面に対する損傷の写真を示す図である。 実施の形態１における陰極の側断面図である。 実施の形態１における陰極の放射面の平面内における上面図である。 実施の形態１における陰極ティップの斜視図である。 実施の形態１における陰極の一例の概略断面図である。 実施の形態１における陰極を形成する工程または段階の概略図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１では、高輝度で長寿命の熱陰極およびその製造方法について説明する。特に、カーボンコーティングと陰極の表面との間に隙間が存在し、それにより、陰極の損傷をもたらすであろうカーボンと結晶エミッタ材料との相互作用を防止する陰極について説明する。

陰極のエミッタの円錐面は、材料蒸発および電子放射を防止するために、カーボンの層（コーティング）によって保護される。しかしながら、従来技術とは対照的に、実施の形態１の陰極では、カーボン層と円錐部位の電子放射材料との間に隙間が存在する。隙間の存在は、カーボンコーティングとその内側にある結晶放射材料との間の直接の接触を防止する。それにより、これらの２つの間の化学反応を減少させる。そのため、陰極の放射面がカーボンとの反応の結果としての損傷を受けず、陰極の有効寿命がかなり長くなる。したがって、実施の形態１は、寿命が長く、高い角度電流密度および輝度を有する陰極を提供可能となる。かかる陰極を製造する方法も実施の形態１によって包含され、例えば、実施の形態１の陰極、および、陰極ホルダまたは支持体、熱源（ヒータ）などの他の要素を含む装置（アセンブリ）も同様に実施の形態１によって包含される。

実施の形態１における革新的な陰極は、ティップ、円錐、および、側部を備える単結晶エミッタと、エミッタ側部上およびエミッタ円錐面上のカーボンの層（カーボンコーティング）とを含む。しかしながら、エミッタ円錐面はカーボンコーティングから物理的に分離される（隙間を隔てられる）。すなわち、エミッタ円錐部の付近では、カーボン層がエミッタ材料と直接に接触しない。代わりに、エミッタ本体の円錐部とカーボンコーティングとの間に狭い環状の隙間が存在する。したがって、カーボンコーティングは、円錐状のエミッタ表面を取り囲むが、このエミッタ表面に直接に貼り付かない。すなわち、カーボンコーティングは、エミッタ表面から離間される「シールド」に類似する。隙間は狭いため、カーボン層は、円錐面からのエミッタ蒸発速度を制限するべく依然として円錐面に十分に近い。しかしながら、円錐状のエミッタ表面とカーボン層との間の直接的な相互作用は防止されまたは軽減され、エミッタ材料とカーボン層との間の化学反応により引き起こされる損傷が防止される（減少され、最小限に抑えられるなど）。言い換えると、図１Ｃに示されるような損傷が回避されまたは減少され、ティップの外周が図示のように劣化されない。結果として、実施の形態１における陰極は、従来の陰極の寿命をかなり超える長い寿命を有する一方で、依然として高い角度電流密度および輝度を与える。したがって、実施の形態１は、例えば少なくともティップの近傍でカーボンコーティングと陰極結晶材料との間の直接的な接触を排除することにより電子源寿命を向上させるための手段を与える。

図２Ａは、実施の形態１における陰極の側断面図である。図２Ａを参照すると、描かれているものは、陰極ホルダ２００内に固定される（保持される、取り付けられるなど）陰極１００（熱陰極）である。陰極１００（カソード）は、結晶エミッタまたは焼結エミッタであり、エミッタ上部２０（円錐形であってもよい）とエミッタ本体３０とを有するエミッタ１０を備える。エミッタ１０のエミッタ上部２０は例えば水平面となる電子放射面２２と円錐面となる斜面２１とを備える。陰極１００はコーティング部４０を更に備え、コーティング部４０（カーボンコーティング部）はテーパ状（円錐面）に狭まる上側コーティング部４１と円筒状の下側コーティング部４２とを有する。図２Ａに示すように、下側コーティング部４２は、エミッタ本体３０の外周側面３１の図面縦方向の長さに沿って外周側面３１に直接隣接してこの外周側面３１に対して直接に付着される。下側コーティング部４２は、エミッタ本体３０の外周側面３１を取り囲んでこの外周側面３１と接触する。その一方で、上側コーティング部４１は斜面２１と直接に接触しない。それどころか、これらの２つの間に隙間５０が介在する（存在する）。隙間５０は、幅が例えば約１μｍ〜約１５μｍの範囲をとり得るが、用途に応じて隙間を更に小さくすることができ、または更に大きくすることができる。

図２Ｂは、実施の形態１における陰極の放射面の平面内における上面図である。なお、図２Ａ、図２Ｂ、及び後述する図２Ｃに示す各図に示した構成のサイズは、互いに一致していない場合がある。よって、原寸に比例していない。図２Ｂでは、環状の隙間５０によって取り囲まれる中心の電子放射面２２を示しており、隙間５０は、図２に示すコーティング部４０の上側コーティング部４１の上端または上側の上面４３によって取り囲まれる。

図２Ｃは、実施の形態１における陰極ティップの斜視図である。図２Ｃにおいて、隙間５０は、コーティング部４０の下側コーティング部４２の上側にあってこの下側コーティング部４２と連続する上側コーティング部４１の上端または上側の上面４３によって取り囲まれる。

図３は、実施の形態１における陰極の一例の概略断面図である。当業者であれば分かるように、陰極の放射材料は、一般に単結晶であり、焼結されてもよい、或いは焼結されなくてもよい幾つかの適した種類の結晶材料のうちのいずれかから形成されてもよく、またはそのような材料を含んでもよい。使用されてもよい典型的な電子放射材料としては、単結晶六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、単結晶六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、単結晶炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、焼結ＬａＢ_６、焼結ＣｅＢ_６、焼結ＨｆＣ、焼結タングステン−バリウム−酸素−Ａｌ（Ｗ−Ｂａ−Ａｌ−Ｏ）、焼結スカンデート（Ｂａ−Ｓｃ−Ｗ−Ｏ）などが挙げられるが、これらに限定されない。当業者であれば分かるように、「焼結」材料は、熱および／または圧力に晒されることにより結合される粒子から形成される材料である。

エミッタ本体は、一般に、形状が円筒状または略円筒状であり、カーボンコーティングで被覆される直線状の側部を有する。エミッタのこの部分では、カーボンコーティング層がエミッタの表面に直接に付着される。エミッタ本体の長さは、一般に、約０．５０〜約３ｍｍの範囲である。エミッタ本体の断面は、一般に、約２００μｍ〜約８００μｍの範囲、例えば約２００、３００、４００、５００、６００、７００、または、８００μｍの直径（または、矩形の場合には、幅）を有する円形または矩形である。

エミッタの上部、例えばエミッタ結晶の上側約１０〜２００μｍの部分は、円錐形、円柱形、正方形、長方形、ピラミッド形などであってもよく、そのような実施形態の全てが本実施の形態１に包含される。上部は、一般に、形状が略円錐形であり、その円錐角は約０°（すなわち、直線状の側部をもった円柱形状の場合）〜約９０°（円錐形状の場合）の範囲である。円錐形の場合、陰極エミッタの円錐角は、約９０度よりも大きくすべきではなく、約２０度〜約９０度の範囲（例えば、約２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５または９０度）であってもよく、約６０度〜約９０度の範囲（例えば、約６０、６５、７０、７５、８０、８５または９０度）であることが好ましい。幾つかの実施形態では、円錐角が６０度である。９０度の典型的な円錐角が図１Ａに示されている。

エミッタの上側の（通常は）円錐形の部分は、カーボンコーティングによって取り囲まれるがコーティングと円錐面との間の隙間の存在に起因してカーボンコーティングにより直接に接触されない部分である。実施の形態１において、エミッタ表面とカーボンコーティングとを離間させる隙間は、約１μｍ〜約１５μｍの幅、例えば、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５μｍの幅である。円錐面に沿う隙間の深さは、一般に、約１０〜約２００μｍであり、例えば、円錐面の全体にわたって及び（円錐面全体を包囲する、覆うなど）、エミッタ本体の上端で終端する。円錐を取り囲んで隙間を隔てられたまたは離間されたカーボン層は、図２Ａの上側コーティング部４１で示したように、円錐の輪郭をたどり、したがって、それ自体が円錐形を成して、円錐の角度と同じまたは類似する角度で位置決めされる。

図２Ａに示したコーティング部４０は、カーボン層またはカーボンコーティングによって形成される。そして、カーボン層またはカーボンコーティングは任意の適した材料から形成されてもよく、そのような材料の例としては、黒鉛、コロイド黒鉛（例えば、アクアダッグ）、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、熱分解炭素などが挙げられるが、これらに限定されない。

エミッタ上部の上面２２は、平坦または球面であってもよく、所望の切頂度および所望の円錐角に応じて、直径が約５μｍほどの小さなサイズから約４００μｍほどの大きなサイズまでの範囲の大きさであってもよい。例えば、直径１００μｍの円形状の平坦な面をもつ場合が図１Ａに示されている。

カーボンコーティングされた放射面を有する典型的な従来技術の陰極は、例えば、全体を参照することによりその全内容が本明細書に組み入れられる米国特許第７，１７６，６１０号明細書に記載されている。

また、実施の形態１は陰極装置またはアセンブリも提供する。アセンブリは、電子源または前述した陰極と、陰極ホルダまたは支持体と、電子放射を引き起こすための十分な熱を陰極に与えるように陰極に作用的に接続されるエミッタヒータとを含む。ヒータは、エミッタヒータ３００として図２Ａに概略的に示される。

また、実施の形態１は、実施の形態１中に記載される陰極を形成するための方法も包含する。実施の形態１の陰極の製造は、エミッタ円錐面とカーボンコーティングとの間に隙間がもたらされることを除き、当分野において知られる方法および工程にしたがって行なわれる。１つの方法において、これは、カーボンコーティングをエミッタに塗布する前にエミッタの円錐状の電子放射面に一時的なまたは犠牲的なコーティングを塗布し、その後、一時的なコーティングを、その除去をもたらす状態、例えば一時的なコーティングを分解させ、溶融させ、蒸発させ、溶解させる状態に晒すことによって達成される。

図４は、実施の形態１における陰極の形成方法の要部工程または段階の概略図である。図４（ａ）では、陰極ホルダ中に覆い隠されるエミッタ材料が示されている。図４（ｂ）では、一時的なまたは犠牲的なコーティングでエミッタ材料の上部円錐面が被覆されたティップを示している。図４（ｃ）では、一時的なコーティングで被覆された状態で円錐面およびエミッタ本体の表面における両方がカーボンコーティングで被覆された状態を示している。図４（ｄ）は、一時的なコーティングが除去されて、エミッタの円錐部の表面とその周りを取り囲むコーティングとの間に隙間（白地で示される）が残存し、コーティングは円錐部の表面を取り囲むが直接に接触しない状態が示されている。

図４（ａ）を参照すると、エミッタ１０は、外面３１を有するエミッタ本体３０と、円錐面２１およびティップ２２を有する円錐部２０とを備える。エミッタ１０は陰極ホルダ２００内に保持される。図４（ｂ）は、一時的なコーティング６０（表面６１を有する）が円錐面２１に塗布されてしまっていることを示している。図示の実施形態では、一時的なコーティング６０が陰極のティップ２２にも塗布される。しかしながら、これが常にそうである必要はない。一時的なコーティング６０が円錐面２１だけに塗布されてもよい。図４（ｃ）は、カーボンコーティング４０がエミッタ本体の外面３１および一時的なコーティングの外面６１に塗布された後の陰極を示している。（図４（ｂ）に示されるように）一時的なコーティング６１がティップ２２にも塗布されている場合には、ティップ２２を覆う一時的なコーティング６０の部分がカーボンでコーティングされない。これが最終製品において（すなわち、一時的なコーティング６０の除去後に）ティップ２２からの電子放射を遮ってしまうからである。図４（ｃ）に描かれる（一時的なコーティング６０とカーボンコーティング４０とを所定位置に伴う）陰極の形態は、実施の形態１では、「中間陰極」と称されてもよい。その後、この中間陰極は、一時的なコーティング６０の除去をもたらす状態に晒される。図４（ｄ）は、一時的なコーティング６０の除去後の完成品を示している。図示のように、一時的なコーティング６０はもはや存在せず、代わりに、円錐面２１とカーボンコーティング４０との間に隙間５０が介在される。円錐を取り囲むが円錐と接触しないカーボンコーティングの部分は、エミッタ側部を被覆するカーボンの層と連続している。すなわち、これらの２つのカーボンは、連続しており、破損しておらず途切れのない態様で接続される。

エミッタの円錐面に塗布される実施の形態１中で犠牲層（膜、コーティングなど）と称されてもよい一時的なコーティング（犠牲膜）は、陰極の他の構成要素に影響を及ぼさない態様で陰極エミッタから除去され得る１つ以上の材料から形成される。一時的なコーティング（犠牲膜）を形成するために使用されてもよい材料としては、様々な有機膜、アクリル樹脂、ニトロセルロースなどが挙げられるが、これらに限定されない。有機膜の例としては、４−メタクリロイルオキシエチルトリメリテートアンハイドライド（４−ＭＥＴＡ）、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）（メタメチル−メタクリレート）が挙げられるが、これらに限定されない。

実施の形態１の寿命の長い（長寿命）陰極を製造する方法は、以下の工程を含むが、これらの工程に限定されない。
１．エミッタ本体、円錐部または円錐領域、および、ティップを備えるエミッタを設ける工程。
２．エミッタの上部を犠牲膜で被覆する工程。言い換えれば、エミッタの円錐部および場合により、ティップを一時的な犠牲層またはコーティングで被覆する工程。
３．犠牲膜上にわたってカーボンコーティングを塗布する工程。具体的には、エミッタ本体の外面と一時的なコーティング（犠牲膜）とに対してカーボンの層を塗布する工程であって、カーボンが円錐部を覆う一時的なコーティング（犠牲膜）だけに対して塗布されるが陰極のティップに対しては塗布されない工程。この工程は、一時的な保護層を有する中間陰極（例えば、図４（ｃ）参照）の形成をもたらす。
４．上部を取り囲むが上部から離間されるカーボンコーティングを残存させるように犠牲膜を除去する工程。具体的には、他の陰極構成要素を損傷させることなく、一時的なコーティング（犠牲膜）の除去をもたらす状態に中間陰極を晒す工程。この工程は、エミッタの円錐部付近で結晶とカーボンコーティングとの間に数ミクロン幅の隙間を残す。

当業者であれば分かるように、一時的な犠牲膜を除去するために使用される状態は、犠牲膜を形成するために使用される材料の種類にしたがって異なる。例えば、犠牲膜が有機材料から形成される場合には、犠牲膜を除去するために熱が使用されてもよい。そうするための典型的な状態としては、例えば、当業者に知られる条件下で約４００〜約６００℃の範囲の温度まで中間陰極を加熱することが挙げられる。そのような状態下では、有機膜が蒸発し、それにより、空間または隙間が残る。このように、除去する際は、有機材料の蒸発を引き起こすのに十分な熱を加えることによって行なわれる。

当業者は、使用されてもよい他の種類の一時的な保護層を認識しており、例えば、一時的な層を可溶性材料から形成して、中間陰極を適切な溶媒（例えば、水、有機溶媒など）に晒すことにより、または、一時的な層を光解離性材料から形成して、該材料の破壊または崩壊を引き起こすのに適する光の波長に中間陰極を晒すことにより、一時的な層を除去するための方法を認識している。一時的な膜は、任意の適した材料から形成されてもよく、一時的な膜は、エッチング、溶解、蒸発、溶融、アブレーションなどを含むがこれらに限定されない、他の陰極構成要素を損傷させることなく除去をもたらす任意の適した方法によって除去されてもよい。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

本実施の形態１の熱陰極は、電子ビームリソグラフィ装置、査型電子顕微鏡などにおいて、または、熱陰極が利用されてもよい任意の他の用途において使用されてもよい。上述した特許文献１、非特許文献１の内容が本実施の形態１に組み入れられると好適である。

また、上述した実施の形態１のように好ましい実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明は、添付の請求項の思想および範囲内の変更を伴って実施され得る。したがって、本発明は、前述した実施形態に限定されるべきでなく、ここで与えられる説明の思想および範囲内の全ての変更およびその等価物を更に含むべきである。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての熱陰極、電子放射装置、及び熱陰極の製造方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ エミッタ
２０ エミッタ上部
２１ 斜面
２２ 電子放射面
３０ エミッタ本体
３１ 外周側面
４０ コーティング部
４１ 上側コーティング部
４２ 下側コーティング部
４３ 上面
５０ 隙間
１００ 陰極
２００ 陰極ホルダ

Claims (13)

1. エミッタ上部とエミッタ本体部とを有する、結晶エミッタまたは焼結エミッタと、
   カーボン材料を用いて、前記エミッタ本体部の側面外周に塗布された下側コーティング部と、前記下側コーティング部から連続して形成され、隙間を空けて前記エミッタ上部を取り囲む上側コーティング部とを有するカーボンコーティング部と、
   を備えることを特徴とする熱陰極。
2. 前記結晶エミッタまたは焼結エミッタは、六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ_６）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、焼結ＬａＢ_６、焼結ＣｅＢ_６、焼結ＨｆＣ、焼結タングステン−バリウム−酸素−Ａｌ（Ｗ−Ｂａ−Ａｌ−Ｏ）、および、焼結スカンデート（Ｂａ−Ｓｃ−Ｗ−Ｏ）から成る群から選択される材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の熱陰極。
3. 前記エミッタ上部は、円錐形に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の熱陰極。
4. 前記エミッタ上部は、０〜９０度の範囲の円錐角を有することを特徴とする請求項３記載の熱陰極。
5. 前記カーボンコーティング部は、黒鉛、コロイド黒鉛、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、および、熱分解炭素から成る群から選択されることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の熱陰極。
6. 前記隙間は、１μｍ〜１５μｍ幅であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の熱陰極。
7. エミッタ上部とエミッタ本体部とを有するエミッタと、前記エミッタ本体部の側面外周に塗布されると共に、前記エミッタ上部を空間的な隙間を空けて取り囲むように塗布されたカーボンコーティング部と、を有する熱陰極と、
   エミッタヒータと、
   前記エミッタのための支持体と、
   を備えることを特徴とする電子放射装置。
8. 前記エミッタ上部が円錐形であることを特徴とする請求項７記載の電子放射装置。
9. エミッタの上部を犠牲膜で被覆する工程と、
   前記犠牲膜上にわたってカーボンコーティングを塗布する工程と、
   前記上部を取り囲むが前記上部から離間される前記カーボンコーティングを残存させるように前記犠牲膜を除去する工程と、
   を備えることを特徴とする熱陰極の製造方法。
10. 前記上部は、円錐形であることを特徴とする請求項９記載の熱陰極の製造方法。
11. 前記除去する工程は、エッチング、溶解、および、蒸発から成る群から選択される技術によって行なわれることを特徴とする請求項９又は１０記載の熱陰極の製造方法。
12. 前記犠牲膜が有機材料から形成され、前記除去する工程は、前記有機材料の蒸発を引き起こすのに十分な熱を加えることによって行なわれることを特徴とする請求項９又は１０記載の熱陰極の製造方法。
13. 前記有機材料がアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１２記載の熱陰極の製造方法。