JP2015518245A - 低仕事関数及び高い化学的安定性を備えた電極材料 - Google Patents
低仕事関数及び高い化学的安定性を備えた電極材料 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明の電極材料は電子を放出する際に、より低い仕事関数を有し、同時に酸化物薄膜層とエミッタとの結合がよりしっかりとしているため、化学的安定性がより高い。本発明の真空電界電子エミッタは長時間の高電流密度を実現し、且つ電流密度が変化しないことを維持する電子放出を実現することができる。
102 ピンポイント
104 基体針
106 フィラメント
108 金属柱
110 絶縁ブロック
200 放出ブロック
202 先端プラットフォーム
204 コーンゾーン
206 シリンダゾーン
208 結合層
402 酸化物薄膜層
500 放出ブロック
502 先端プラットフォーム
504 先端円柱
506 コーンゾーン
508 シリンダゾーン
600 真空電界電子エミッタ
601 ブロック状エミッタ
602 放出先端
604 基体
606 加熱板
608 フィラメント
704 基体線材をフィラメントに溶接
708 小サイズの放出体を作る
712 基体線材上に小半径の針先端を形成
716 基体針先端上に保護層を形成
720 放出体を基体針先端に接続
724 放出体上に小半径の針先端を形成
728 放出針先端部にプラットフォームを形成
732 放出針先端プラットフォーム上にコーティング層を形成
804 <001>方向と1つの先端プラットフォームを有する放出針先端を形成
808 荷電粒子の機械の中に置き、真空排気を実施
812 1000Kで1分間加熱し、吸着物を取り除く
816 放出針先端の酸化物薄膜の形成をチェック
820 900kで酸素の中で放出体を1分間加熱することにより、近隣する表面に酸化物質を形成
824 電界で、放出体を700kまで加熱し、酸化物質を放出針先端まで拡散させ酸化物薄膜を形成
828 放出を稼動
832 放出波動>10%?をチェック
900 電界放出走査型電子顕微鏡
904 フィラメント電源
908 引出電圧電源
912 電子ビーム
916 引出電極
920 走査と集束システム
924 腔体
928 信号検出器
932 サンプル移動台
936 サンプル
940 酸素源
944 真空ポンプ
Claims (30)
- 一種の低仕事関数及び高い化学的安定性を備えた電極材料、その特徴は:当該電極材料は、電気伝導するエミッタ及び当該エミッタ表面に設けられた電子放出層を含み、その内、当該エミッタは化合物基材から作られており、当該電子放出層の材質は酸化物薄膜である。
- 特許請求1に記載される電極材料、その特徴は:当該化合物基材の材質は、金属ホウ化物、金属窒化物或いは金属炭化物であり、且つ、その内の金属元素はカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン系元素、トリウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの内の一種類、或いは多種類の組合せである。
- 特許請求2に記載される電極材料、その特徴は:当該金属ホウ化物は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム或いはランタン系元素の単結晶六ホウ化物の内から選出され、また当該金属ホウ化物の結晶方位は格子(100)、(110)或いは(111)の方位である。
- 特許請求2に記載される電極材料、その特徴は:当該金属炭化物はトリウム、チタン、ジルコニウム或いはハフニウムの単結晶単炭化物から選出され、また当該金属炭化物の結晶方位は格子(100)、(110)或いは(111)の方位である。
- 特許請求1に記載される電極材料、その特徴は:当該酸化物薄膜は金属酸化物から構成され、且つ、当該酸化物薄膜中で、酸元素以外の金属元素は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イッテルウム或いはランタン系元素、トリウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの内の一種類或いは多種類の組み合わせである。
- 特許請求1に記載される電極材料、その特徴は:当該化合物基材は、金属ホウ化物、金属窒化物或いは金属炭化物から選出され、当該酸化物薄膜は金属酸化物から構成され、且つ、当該化合物基材の中の金属元素は、当該酸化物薄膜の中の金属元素の組合せと同一である。
- 特許請求1〜6の内、任意一項目に記載される電極材料、その特徴は:当該エミッタは針状であり、当該酸化物薄膜は当該針状エミッタの先端部分に位置する。
- 特許請求7に記載される電極材料、その特徴は:当該針状のエミッタの先端は、当該エミッタの軸方向と垂直となる先端プラットフォームを形成し、当該酸化物薄膜は少なくとも先端プラットフォームの区域を被覆するもの。
- 特許申請8に記載される電極材料、その特徴は:当該針状のエミッタの先端は、軸方向がエミッタの軸方向に対して平行或いは重なる形の先端円柱を形成し、先端円柱の上面はエミッタの軸方向と垂直となる先端プラットフォームである。
- 一種の真空電界電子エミッタは絶縁ブロック及び当該絶縁ブロック上の二本の金属柱を含み、その特徴は:当該真空電界電子エミッタは、両端がそれぞれ当該2本の電子柱の末端に溶接されたフィラメント、及び当該フィラメントの中央部分に溶接された針状の基体を含み、当該針状の基体の先端にピンポイントが形成され、また当該真空電界電子エミッタは以下部分をも含む:結合層を経由して当該針状基体のピンポイント位置に設けられる円筒形の放出ブロック、及び当該円筒形の放出ブロックの先端部分に設けられた電子放出層;当該放出ブロックはシリンダゾーンを有し、当該シリンダゾーンの上辺は、当該放出ブロックの軸に向けて、内側に収縮しコーンゾーンを形成、当該コーンゾーンの上辺は、当該放出ブロック軸方向と垂直となる先端プラットフォームを形成し、よって当該電子放出層は当該先端プラットフォームに設けられる;当該放出ブロックは化合物基材から作られ、当該電子放出層の材質は酸化物薄膜である。
- 特許請求10に記載される真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該放出ブロックの材質は、金属ホウ化物、金属窒化物或いは金属炭化物から選出され、且つ、その内の金属元素はカルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン系元素、トリウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの内の一種類或いは多種類の組合せである。
- 特許請求10に記載される真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該酸化物薄膜は金属酸化物から構成され、当該酸化物薄膜の中、酸元素以外の金属元素は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン系元素、トリウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの内の一種類或いは多種類の組合せである。
- 特許請求10に記載される真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該針状基体は高融点の導電材料から作られ、当該高融点の導電材料は、カーボン、ウォルフラム、レニウム、タンタル或いはモリブデンから選出される。
- 特許請求10に記載される真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該結合層はカーボン、プラチナ或いはウォルフラムから構成される。
- 特許申請10に記載される真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該エミッタのコーンゾーンの上辺に、軸方向がエミッタの軸方向と平行或いは重なる形の先端円柱が形成され、当該先端円柱の上面は当該エミッタの軸方向と垂直となる先端プラットフォームである。
- 一種の電極材料の作成方法、その特徴は:当該電極材料は、電気伝導するエミッタ及び当該エミッタ表面に設けられる電子放出層を含み、その内、当該エミッタは化合物基材から作られ、当該電子放出層の材質は酸化物薄膜である;当該化合物基材が金属六ホウ化物で、当該エミッタの構造が針状或いは柱状で、且つ当該エミッタの先端は、軸方向が当該エミッタの軸方向と平行或いは重なる形の先端円柱を形成する場合、当該電極材料の作成方法は、当該先端円柱の作成手順を含み、先端円柱の作成手順は具体的には以下のとおりである:a. 真空環境において、当該エミッタの先端を半球体表面に形成させ、この半球面の先端が(100)結晶表面となる;b. 一定な腐蝕性気体の気圧の中で、当該エミッタと相対する近隣の電極が、当該エミッタの上に正電圧を印加する;c. 半球型の表面が腐蝕性気体により腐蝕される時、先端の(100)結晶表面の腐蝕速度は他の結晶表面の腐蝕速度より遅いため、当該半球型表面がエミッタの軸方向と垂直となる円柱型を形成する際に、加圧された正電圧および腐蝕性気体を撤去すれば、当該先端円柱が形成される。
- 特許請求16に記載される作成方法、その特徴は:当該腐蝕性気体は、酸素、窒素または水蒸気である。
- 一種の真空電界電子エミッタは絶縁ブロック及び当該絶縁ブロック上に設けられる2本の金属柱を含み、その特徴は:当該真空電界電子エミッタは以下部分を含む:当該2本の金属柱の末端と溶接される2本のフィラメントと、当該2本のフィラメントの間に溶接される2つのグラファイト加熱板、及び当該2つのグラファイト加熱板の間に挟まれたブロック状の基体;当該ブロック状基体の中央は上方に向けて突起し、針状の先端を有するエミッタを形成、当該針状エミッタの先端位置は、当該針状エミッタ軸方向と垂直となる先端プラットフォームを形成、また当該真空電界電子エミッタは、当該針状エミッタ先端の電子エミッタをも含む;当該針状エミッタは化合物基材から作られ、当該電子放出層の材質は酸化物薄膜である。
- 特許請求18に記載された真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該ブロック状の基体、及び当該針状エミッタの材質は、金属ホウ化物、金属窒化物或いは金属炭化物から選出され、且つ、その内の金属元素は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン系元素、トリウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの内の一種類或いは多種類の組合せである。
- 特許請求18に記載された真空電界電子エミッタ、その特徴は:当該酸化物薄膜は金属酸化物により構成され、当該酸化物薄膜の内、酸元素以外の金属元素は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン系元素、トリウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの内の一種類或いは多種類の組合せである。
- 一種の電極材料の作成方法、その特徴は:電極材料は、電気導電するエミッタ及び当該エミッタ表面に設けられる電子放出層を含み、その内、当該エミッタは化合物基材から作られ、当該電子放出層の材質は酸化物薄膜である;当該化合物基材が金属ホウ化物、金属窒化物或いは金属炭化物であり、当該エミッタの構造が、先端に先端プラットフォームを有する針状或いは円柱状である場合、当該電極材料の作成方法の内、一つの手順はエミッタの先端プラットフォーム上に酸化物薄膜層を設けることであり、当該手順の具体的な実施方法は以下のとおり:a. エミッタの先端プラットフォームの近隣表面に酸化物を設ける;b. 真空環境の中、先端プラットフォームと相対する近隣電極は、当該エミッタ上に電圧を加圧し、酸化物を当該先端プラットフォームの上に拡散させる。c. 当該先端プラットフォームが酸化物により完全に被覆された後、電圧の加圧を中止、当該酸化物薄膜層は当該エミッタの先端プラットフォーム上に設置完了となる。
- 特許請求21に記載される作成方法、その特徴は:手順aは酸素を含む気体の中で当該エミッタを加熱することで実現させる。
- 特許請求21に記載される作成方法、その特徴は:手順aは薄膜沈殿技術を利用し、先端プラットフォームの近隣表面に酸化物を沈殿することにより実現される。
- 特許請求21に記載される作成方法、その特徴は:手順bには、酸化物遷移率が増加する温度まで加熱することを含み、手順cに至れば、加熱を中止する。
- 特許請求21に記載される作成方法、その特徴は:手順cの後は手順dが続くもの:エミッタを酸化物薄膜蒸発点より低い温度まで加熱することにより、酸化物薄膜層と当該先端プラットフォームのしっかりとした結合を実現させる。
- 特許請求21に記載される作成方法、その特徴は:手順cの後は手順dが続くもの:加熱或いは加熱しない状況の中で、エミッタが一定の時間内に酸素を含む気体気圧の中で、酸化物薄膜層と当該先端プラットフォームのしっかりとした結合を実現させる。
- 特許申請1-6に記載された電極材料は電子を提供できる電子源の用途にあり、当該電極材料は稼動する際、電界放出により電子を放出するもの。
- 特許申請27に記載された電極材料の用途について、電極材料が稼動する際は加熱を伴い、且つ加熱温度は当該エミッタが熱放出方式により電子を放出する温度より低いものである。
- 特許請求1〜6の内、任一項目に記載される電極材料は、電子ビーム装置の真空電子源、有機或いは無機発光ダイオードの電子注入電極、及び有機或いは無機太陽電池、有機或いは無機トランジスタ及び電化学装置の陰極に応用。
- 特許請求29に記載される電子ビーム装置は走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、電子ビームリソグラフィー装置、エネルギー拡散x線損失分光法装置、電子エネルギー損失分光法装置を含む。
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