JP2016042435A - 希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、表面改質希土類ホウ化物エミッタ及び表面改質装置兼電子線源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、簡易にＢ末端表面を希土類末端表面に改質できる希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、及び。希土類末端表面に改質され、電子放出能が向上された表面改質希土類ホウ化物エミッタ及び表面改質装置兼電子線源装置を提供することを課題とする。
【解決手段】希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法であって、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質することを特徴とする希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法を用いることにより、前記課題を解決できる。
【選択図】図６
【解決手段】希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法であって、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質することを特徴とする希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法を用いることにより、前記課題を解決できる。
【選択図】図６
Description
本発明は、希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、表面改質希土類ホウ化物エミッタ及び表面改質装置兼電子線源装置に関する。
電子ビーム・アプリケーションにおいては、静電レンズ又は電磁レンズのような電子光学部材を用いて、電子源で発生させた電子線を収束させて利用する。しかし、このシステムでは、球面収差と色収差の点で欠点がある。
以下の２つの特性を備えた電子源を持つことにより、プローブサイズが小さくても高い電子プローブ流を発生させることができ、球面収差と色収差の問題を解決できる。
第１の特性は、放出角度発散が小さく、放出領域が小さく制限されて、電子流値が高いことであり、第２の特性は、エネルギーの広がりが低いことである。
第１の特性は、放出角度発散が小さく、放出領域が小さく制限されて、電子流値が高いことであり、第２の特性は、エネルギーの広がりが低いことである。
電子源としては、熱電子エミッタ、ショットキー（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）エミッタ及びコールド・フィールド・エミッタの３種類がある。
コールド・フィールド・エミッタは、その電子ビームが最も高輝度であり、エネルギーの広がりも最も低いので、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、スキャン透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）及び電子ビームリソグラフィー装置のような高解像度アプリケーションに好ましく用いられている。
コールド・フィールド・エミッタは、その電子ビームが最も高輝度であり、エネルギーの広がりも最も低いので、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、スキャン透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）及び電子ビームリソグラフィー装置のような高解像度アプリケーションに好ましく用いられている。
コールド・フィールド・エミッタの輝度とエネルギーの広がりは、エミッタ材料の仕事関数に依存し、エミッタ材料の仕事関数が低くなればなるほど、コールド・フィールド・エミッタの輝度は高くなり、エネルギーの広がりは低くなることがよく知られている。
代表的なコールド・フィールド・エミッタとして、（３１０）面を有するタングステン（Ｗ）単結晶ワイヤーがある。このワイヤーをコールド・フィールド・エミッタとして使用する前には、熱フィラメントを用い、短時間の間、フラッシュさせて、エミッタの表面の清浄化を行っている。しかし、このワイヤーをコールド・フィールド・エミッタとして使用するうちに、清浄化された表面は、次第に残留水素ガスによって覆われ、表面からの放出電流値が徐々に小さくなる。水素が表面を覆う範囲が多くなり、放出電流値が非常に小さくなった場合には、エミッタを再フラッシュさせることが必要となる。
別のコールド・フィールド・エミッタとして、先端から電子を放出させるＬａＢ６ナノファイバーからなるエミッタもある（非特許文献１〜４）。
ＬａＢ６ナノファイバーの表面は、Ｌａ末端及びＢ末端のいずれかの末端表面となるが、ＬａはＢに対し電子的に陽性で、Ｌａ末端表面はＢ末端より仕事関数が低くなり、Ｌａ末端表面は電子放出能力に優れる。これによりので、ＬａＢ６ナノファイバーを電子光学的アプリケーションに用いる場合には、Ｌａ末端表面とするとよい（非特許文献５）。
ＬａＢ６ナノファイバーの表面は、Ｌａ末端及びＢ末端のいずれかの末端表面となるが、ＬａはＢに対し電子的に陽性で、Ｌａ末端表面はＢ末端より仕事関数が低くなり、Ｌａ末端表面は電子放出能力に優れる。これによりので、ＬａＢ６ナノファイバーを電子光学的アプリケーションに用いる場合には、Ｌａ末端表面とするとよい（非特許文献５）。
電場誘起蒸発法により、ＬａＢ６ナノファイバーをＬａ末端表面にすることが知られている。しかし、この電場誘起蒸発法を利用するには、通常の電子顕微鏡にイメージング機構を付加することを要する。イメージング機構とは、マイクロチャネル・プレートやイメージング・ガスのような付加的機構である。そのため、電場誘起蒸発法を簡易に使用するわけにはいかなかった。
特許文献１は、六ホウ化金属冷電界エミッタ、その製造方法及び電子銃に関するものであり、先端に金属終端（１００）面が形成されたＬａＢ６等の六ホウ化金属ナノワイヤーは、仕事関数が小さいことにより、この（１００）面から非常に細い電子ビームを放射することができるが、低温で使用すると、ごく短時間に汚染されて出力電流が大きく低下してしまうので、先端の金属終端（１００）面を低温で水素に曝露する安定化処理を施すことで、長時間安定動作する冷電界エミッタとしたものが開示されている。
特許文献１は、六ホウ化金属冷電界エミッタ、その製造方法及び電子銃に関するものであり、先端に金属終端（１００）面が形成されたＬａＢ６等の六ホウ化金属ナノワイヤーは、仕事関数が小さいことにより、この（１００）面から非常に細い電子ビームを放射することができるが、低温で使用すると、ごく短時間に汚染されて出力電流が大きく低下してしまうので、先端の金属終端（１００）面を低温で水素に曝露する安定化処理を施すことで、長時間安定動作する冷電界エミッタとしたものが開示されている。
Ｈ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２７（２００５），２８６２．
Ｈ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２７（２００５），８００２．
Ｈ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２７（２００５），１３１２０．
Ｈ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ．ａｌ．Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１８（２００６），８７．
Ｈ．Ｚｈａｎｇ，ｅｔ．ａｌ．Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１０（２０１０），３５３９．
本発明は、簡易にＢ末端表面を希土類末端表面に改質できる希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、及び。希土類末端表面に改質され、電子放出能が向上された表面改質希土類ホウ化物エミッタ、その表面改質希土類ホウ化物エミッタを具備した表面改質装置兼電子線源装置を提供することを課題とする。
本発明者は、ＬａＢ６を始め、ＣｅＢ６やＧｄＢ６等の希土類ホウ化物ナノファイバーのエミッタ応用を検討してきた（非特許文献１〜５）。様々な条件を試行錯誤した結果、Ｂ末端表面の希土類ホウ化物ナノファイバーの電子放出性能が低いこと、及び、所定の電圧を印加するか又は所定温度以上に加熱する操作を行うことにより、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる希土類ホウ化物ナノファイバー・エミッタの表面改質方法を見出し、この方法によって処理した表面改質希土類ホウ化物ナノファイバー・エミッタの電子放出能が高いことを見出して、本発明を完成した。
本発明は、以下の構成を有する。
本発明は、以下の構成を有する。
（１） 希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法であって、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質することを特徴とする希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（２） ２００Ｖ以上の電圧を１時間以上印加する操作であることを特徴とする（１）に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（３） 電圧印加の際、前記ナノファイバーを５００℃以上に加熱することを特徴とする（１）又は（２）に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（４） ５００℃以上に３分以上加熱することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（５） 前記希土類ホウ化物がＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６のうちのいずれかであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（３） 電圧印加の際、前記ナノファイバーを５００℃以上に加熱することを特徴とする（１）又は（２）に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（４） ５００℃以上に３分以上加熱することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（５） 前記希土類ホウ化物がＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６のうちのいずれかであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法により、希土類ホウ化物からなるナノファイバーの表面が希土類元素末端表面に改質されたことを特徴とする表面改質希土類ホウ化物エミッタ。
（７） （６）に記載の表面改質希土類ホウ化物エミッタと、前記表面改質希土類ホウ化物エミッタが取り付けられる一対のフィラメントと、前記一対のフィラメントに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電流計と、引出電圧の電圧部と、加速電圧部と、前記電圧部の電流計と、引出電圧の電力供給部と、加速電圧の電力供給部と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部と、を有することを特徴とする表面改質装置兼電子線源装置。
（７） （６）に記載の表面改質希土類ホウ化物エミッタと、前記表面改質希土類ホウ化物エミッタが取り付けられる一対のフィラメントと、前記一対のフィラメントに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電流計と、引出電圧の電圧部と、加速電圧部と、前記電圧部の電流計と、引出電圧の電力供給部と、加速電圧の電力供給部と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部と、を有することを特徴とする表面改質装置兼電子線源装置。
本発明の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法であって、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質する構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の表面改質希土類ホウ化物エミッタは、先に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法により、希土類ホウ化物からなるナノファイバーの表面が希土類元素末端表面に改質された構成なので、電子放出能が優れたエミッタとすることができる。
本発明の表面改質装置兼電子線源装置は、先に記載の表面改質希土類ホウ化物エミッタと、前記表面改質希土類ホウ化物エミッタが取り付けられる一対のフィラメントと、前記一対のフィラメントに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電流計と、引出電圧の電圧部と、加速電圧部と、前記電圧部の電流計と、引出電圧の電力供給部と、加速電圧の電力供給部と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部と、を有する構成なので、電子放出能が優れた表面改質装置兼電子線源装置とすることができる。
（表面改質希土類ホウ化物エミッタ）
まず、本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタについて説明する。
図１は、本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタの一例を示す図であって、全体図（ａ）、部分拡大概念図（ｂ）である。
図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１は、希土類ホウ化物からなる略線状のナノファイバー製のエミッタであり、一端側の先端１１ａが電子放出部とされている。 表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１は、先端１１ａから末端側１１ｂに向けてなだらかに増径するように形成されている。
まず、本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタについて説明する。
図１は、本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタの一例を示す図であって、全体図（ａ）、部分拡大概念図（ｂ）である。
図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１は、希土類ホウ化物からなる略線状のナノファイバー製のエミッタであり、一端側の先端１１ａが電子放出部とされている。 表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１は、先端１１ａから末端側１１ｂに向けてなだらかに増径するように形成されている。
図１（ｂ）に示すように、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１は、Ｂのケージ様構造（ｃａｇｅ ｌｏｏｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の間にＬａが配置された基本構造を有する。また、内部のＬａの一部が先端１１ａ側に移動し、内部に空洞欠陥部を形成するとともに、先端１１ａ表面を完全にＬａ末端とされている。先端１１ａ表面が完全にＬａ末端とされることにより、効率高く、電子放出させることができ、その輝度を高く、エネルギーの広がりを低くできる。これにより、高解像度の電子線アプリケーション機器に応用できる。
表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の長さｌは、１００ｎｍ以上５０μｍ以下である。１００ｎｍ未満では短すぎて、取り扱いが困難となる。逆に、５０μｍ超とした場合は、長すぎて、取り扱いが困難となる。１μｍ以上３０μｍ以下とすることがより好ましく、６μｍ以上１０μｍ以下とすることがさらに好ましい。
表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の径ｄは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。１０ｎｍ未満では電子放出量が少なすぎて、電子放出能が低下する。逆に、５００ｎｍ超とした場合は、解像度が低減する。２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下とすることがより好ましく、４５ｎｍ以上８５ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。
表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の材料は、希土類ホウ化物である。例えば、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６などを挙げることができる。
（表面改質装置兼電子線源装置）
次に、本発明の実施形態である表面改質装置兼電子線源装置について説明する。
図２は、本発明の実施形態である表面改質装置兼電子線源装置の一例を示す図である。
図２に示すように、表面改質装置兼電子線源装置２１は、フィラメント１、１’と、フィラメント１、１’に電力を供給する電力供給部３と、電力供給部３の電流計４と、引出電圧の電圧部９と、加速電圧部１０と、電圧部９の電流計６と、引出電圧の電力供給部５と、加速電圧の電力供給部７と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部８と、を有して概略構成されている。
次に、本発明の実施形態である表面改質装置兼電子線源装置について説明する。
図２は、本発明の実施形態である表面改質装置兼電子線源装置の一例を示す図である。
図２に示すように、表面改質装置兼電子線源装置２１は、フィラメント１、１’と、フィラメント１、１’に電力を供給する電力供給部３と、電力供給部３の電流計４と、引出電圧の電圧部９と、加速電圧部１０と、電圧部９の電流計６と、引出電圧の電力供給部５と、加速電圧の電力供給部７と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部８と、を有して概略構成されている。
表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１は、フィラメント１、１’に取り付けられる。
表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１に電圧を印加できるように、電圧部９が設けられており、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の先端から電子を引き出した電子を加速できるように、加速電圧部１０が設けられている。
例えば、フィラメント１、１’と、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１と、電圧部９と、加速電圧部１０は、真空ポンプにより減圧可能なチャンバー内に配置される（図示略）。
表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１に電圧を印加できるように、電圧部９が設けられており、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の先端から電子を引き出した電子を加速できるように、加速電圧部１０が設けられている。
例えば、フィラメント１、１’と、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１と、電圧部９と、加速電圧部１０は、真空ポンプにより減圧可能なチャンバー内に配置される（図示略）。
この表面改質装置兼電子線源装置２１は、電圧部９を備えることにより、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の先端に引出電圧を印加することができ、表面をＢ末端からＬａ末端に完全に表面改質できるとともに、先端から電子を引き出すことができる。
また、この表面改質装置兼電子線源装置２１は、加速電圧部１０を備えることにより、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の先端から引き出した電子を加速して、様々な態様で電子線として利用できる。
また、この表面改質装置兼電子線源装置２１は、加速電圧部１０を備えることにより、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の先端から引き出した電子を加速して、様々な態様で電子線として利用できる。
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法）
次に、本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法の一例を説明するフローチャート図である。
図３に示すように、本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、表面改質工程Ｓ１を有する。
次に、本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法について説明する。
図３は、本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法の一例を説明するフローチャート図である。
図３に示すように、本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、表面改質工程Ｓ１を有する。
（表面改質工程Ｓ１）
まず、希土類ホウ化物からなるナノファイバーを、例えば、チャンバー内に配置してから、チャンバー内を減圧する。前記希土類ホウ化物としてはＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６を挙げることができる。
次に、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質する。
まず、希土類ホウ化物からなるナノファイバーを、例えば、チャンバー内に配置してから、チャンバー内を減圧する。前記希土類ホウ化物としてはＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６を挙げることができる。
次に、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質する。
２００Ｖの電圧を印加する場合は、１時間以上印加する。また、５１２Ｖの電圧を印加する場合は、１５分以上印加すればよい。これらにより、効率よく、希土類ホウ化物からなるナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、希土類ホウ化物からなるナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質できる。
前記電圧印加の際、前記ナノファイバーを５００℃以上に加熱することが好ましい。これにより、ナノファイバーの表面の希土類元素末端表面への改質時間を短くすることができる。特に、５００℃以上１２００℃以下とすることが好ましい。
加熱は、例えば、ファイラメントを加熱して、行うことができる。
４０２Ｖの電圧を印加する場合は、５００℃以上に３分以上維持することが好ましい。これにより、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質できる。
加熱は、例えば、ファイラメントを加熱して、行うことができる。
４０２Ｖの電圧を印加する場合は、５００℃以上に３分以上維持することが好ましい。これにより、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質できる。
図４は、表面改質希土類ホウ化物エミッタ１１の表面改質経過の一例を示す説明図であって、加熱又は電圧印加開始前の表面（ａ）、加熱又は電圧印加開始時点の表面（ｂ）、加熱又は電圧印加途中時点の表面（ｃ）、加熱又は電圧印加終了時点の表面（ｄ）である。
加熱又は電圧印加開始前の表面（ａ）では、Ｂのケージ様構造（ｃａｇｅ ｌｏｏｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の間に希土類が配置された基本構造を有し、Ｂ末端表面とされている。
加熱又は電圧印加開始時点の表面（ｂ）では、内部のＬａの一部が先端１１ａ側に移動し、内部に空洞欠陥部を形成し、表面近傍の希土類が一部表面に引き出される。
加熱又は電圧印加途中時点の表面（ｃ）では、より多くの希土類が一部表面に引き出される。
加熱又は電圧印加終了時点の表面（ｄ）では、内部でも希土類が表面近傍に移動し、表面が完全に希土類元素末端表面とされる。
加熱又は電圧印加開始前の表面（ａ）では、Ｂのケージ様構造（ｃａｇｅ ｌｏｏｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の間に希土類が配置された基本構造を有し、Ｂ末端表面とされている。
加熱又は電圧印加開始時点の表面（ｂ）では、内部のＬａの一部が先端１１ａ側に移動し、内部に空洞欠陥部を形成し、表面近傍の希土類が一部表面に引き出される。
加熱又は電圧印加途中時点の表面（ｃ）では、より多くの希土類が一部表面に引き出される。
加熱又は電圧印加終了時点の表面（ｄ）では、内部でも希土類が表面近傍に移動し、表面が完全に希土類元素末端表面とされる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法であって、希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質する構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、２００Ｖ以上の電圧を１時間以上印加する構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、電圧印加の際、前記ナノファイバーを５００℃以上に加熱する構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、５００℃以上に３分以上加熱する操作である構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、５００℃以上に３分以上加熱する操作である構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法は、前記希土類ホウ化物がＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６のうちのいずれかである構成なので、Ｂ末端表面を希土類末端表面に容易に、かつ、短時間で改質できる。
本発明の実施形態である表面改質希土類ホウ化物エミッタは、先に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法により、希土類ホウ化物からなるナノファイバーの表面が希土類元素末端表面に改質された構成なので、電子放出能が優れたエミッタとすることができる。
本発明の実施形態である表面改質装置兼電子線源装置は、先に記載の表面改質希土類ホウ化物エミッタと、前記表面改質希土類ホウ化物エミッタが取り付けられる一対のフィラメントと、前記一対のフィラメントに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電流計と、引出電圧の電圧部と、加速電圧部と、前記電圧部の電流計と、引出電圧の電力供給部と、加速電圧の電力供給部と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部と、を有する構成なので、電子放出能が優れた表面改質装置兼電子線源装置とすることができる。
本発明の実施形態である希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、表面改質希土類ホウ化物エミッタ及び表面改質装置兼電子線源装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質実験−電圧印加）
以下のようにして、希土類ホウ化物エミッタの表面改質をした。
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質実験−電圧印加）
以下のようにして、希土類ホウ化物エミッタの表面改質をした。
まず、希土類ホウ化物エミッタとして、ＬａＢ６ナノファイバーを準備した。
ナノファイバーの長さ９０００ｎｍ、径５０ｎｍのものを用いた。
ナノファイバーの長さ９０００ｎｍ、径５０ｎｍのものを用いた。
次に、ＬａＢ６ナノファイバーを表面改質装置のフィラメントに接続してから、表面改質装置のチャンバー内部を減圧した。
次に、表１及び図５に示すオペレーション・フローで、所定のタイムスパンで、室温で、引出電圧を変化させる操作を行い、電圧部を流れる電流を計測した。
図５は、表１の電圧印加表面処理のオペレーション・フロー・タイムチャートである。
次に、表１及び図５に示すオペレーション・フローで、所定のタイムスパンで、室温で、引出電圧を変化させる操作を行い、電圧部を流れる電流を計測した。
図５は、表１の電圧印加表面処理のオペレーション・フロー・タイムチャートである。
表１及び図５に示すように、Ｐｅｒｉｏｄ １では、１５ｍｉｎ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は１１０ｎＡであった。電流値が低かったので、表面はＢ末端であると認定した。
Ｐｅｒｉｏｄ ２では、１ｓｅｃ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は３３０ｎＡであった。電流値が高かったので、表面はＬａ末端に変換されたと認定した。
Ｖｃは、臨界電圧（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）であり、この電圧を閾値として、この電圧以上の電圧を印加することにより、表面改質できる。本実験では、Ｖｃ＝５００（Ｖ）である。
Ｉｔは、閾値電流（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）であり、Ｌａ表面が形成されたときに流れるエミッション電流（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）である。本実験では、Ｉｔ＝２００（ｎＡ）である。
Ｐｅｒｉｏｄ ２では、１ｓｅｃ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は３３０ｎＡであった。電流値が高かったので、表面はＬａ末端に変換されたと認定した。
Ｖｃは、臨界電圧（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）であり、この電圧を閾値として、この電圧以上の電圧を印加することにより、表面改質できる。本実験では、Ｖｃ＝５００（Ｖ）である。
Ｉｔは、閾値電流（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）であり、Ｌａ表面が形成されたときに流れるエミッション電流（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）である。本実験では、Ｉｔ＝２００（ｎＡ）である。
Ｐｅｒｉｏｄ ３では、４ｈｒｓ、３０５Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は４２ｎＡであった。電流値が低かったので、表面はＢ末端であると認定した。
Ｐｅｒｉｏｄ ４では、１５ｍｉｎ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は１１０ｎＡであった。電流値が低かったので、表面はＢ末端であると認定した。
Ｐｅｒｉｏｄ ５では、１５ｍｉｎ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は１１０ｎＡであった。電流値が低かったので、表面はＢ末端であると認定した。
Ｐｅｒｉｏｄ ４では、１５ｍｉｎ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は１１０ｎＡであった。電流値が低かったので、表面はＢ末端であると認定した。
Ｐｅｒｉｏｄ ５では、１５ｍｉｎ、５１２Ｖの引出電圧を印加した。このとき流れる電流は１１０ｎＡであった。電流値が低かったので、表面はＢ末端であると認定した。
図６は、電圧印加表面処理前後のＶ−Ｉ特性を示すグラフである。
電圧印加表面処理により、電子放出特性が向上した。
電圧印加表面処理により、電子放出特性が向上した。
（実施例２）
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質実験−電圧印加＋加熱）
以下のようにして、希土類ホウ化物エミッタの表面改質をした。
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質実験−電圧印加＋加熱）
以下のようにして、希土類ホウ化物エミッタの表面改質をした。
まず、希土類ホウ化物エミッタとして、ＬａＢ６ナノファイバーを準備した。
ナノファイバーの長さ６０００ｎｍ、径８５ｎｍのものを用いた。
ナノファイバーの長さ６０００ｎｍ、径８５ｎｍのものを用いた。
次に、ＬａＢ６ナノファイバーを表面改質装置のフィラメントに接続してから、表面改質装置のチャンバー内部を減圧した。
次に、表２及び図７に示すオペレーション・フローで、所定のタイムスパンで、電圧印加及び加熱操作を行い、電圧部を流れる電流を計測した。
図７は、表２の電圧印加表面処理のオペレーション・フロー・タイムチャートである。
次に、表２及び図７に示すオペレーション・フローで、所定のタイムスパンで、電圧印加及び加熱操作を行い、電圧部を流れる電流を計測した。
図７は、表２の電圧印加表面処理のオペレーション・フロー・タイムチャートである。
図８は、電圧印加＋加熱表面処理前後のＶ−Ｉ特性を示すグラフである。
電圧印加＋加熱表面処理により、電子放出特性が向上した。
Ｖｃは、臨界電圧（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）であり、この電圧を閾値として、この電圧以上の電圧を印加することにより、表面改質できる。本実験では、Ｖｃ＝４００（Ｖ）である。
Ｉｔは、閾値電流（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）であり、Ｌａ表面が形成されたときに流れるエミッション電流（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）である。本実験では、Ｉｔ＝５０（ｎＡ）である。
Ｔｔは、閾値温度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であり、所定の引出電圧を印加した状態で、この温度以上の温度にファイラメントを加熱することにより、表面改質できる。本実験では、Ｔｔ＝４００（℃）である。
電圧印加＋加熱表面処理により、電子放出特性が向上した。
Ｖｃは、臨界電圧（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）であり、この電圧を閾値として、この電圧以上の電圧を印加することにより、表面改質できる。本実験では、Ｖｃ＝４００（Ｖ）である。
Ｉｔは、閾値電流（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）であり、Ｌａ表面が形成されたときに流れるエミッション電流（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）である。本実験では、Ｉｔ＝５０（ｎＡ）である。
Ｔｔは、閾値温度（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）であり、所定の引出電圧を印加した状態で、この温度以上の温度にファイラメントを加熱することにより、表面改質できる。本実験では、Ｔｔ＝４００（℃）である。
（実施例３）
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質実験−電圧印加）
以下のようにして、希土類ホウ化物エミッタの表面改質をした。
（希土類ホウ化物エミッタの表面改質実験−電圧印加）
以下のようにして、希土類ホウ化物エミッタの表面改質をした。
まず、希土類ホウ化物エミッタとして、ＬａＢ６ナノファイバーを準備した。
ナノファイバーの長さ１００００ｎｍ、径４５ｎｍのものを用いた。
ナノファイバーの長さ１００００ｎｍ、径４５ｎｍのものを用いた。
次に、ＬａＢ６ナノファイバーを表面改質装置のフィラメントに接続してから、表面改質装置のチャンバー内部を減圧した。
次に、表３に示すオペレーション・フローで、所定のタイムスパンで、室温で、電圧印加操作を行い、電圧部を流れる電流を計測した。
次に、表３に示すオペレーション・フローで、所定のタイムスパンで、室温で、電圧印加操作を行い、電圧部を流れる電流を計測した。
図９は、表３の電圧印加表面処理前後のＶ−Ｉ特性を示すグラフである。
電圧印加表面処理により、電子放出特性が向上した。
電圧印加表面処理により、電子放出特性が向上した。
本発明の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、表面改質希土類ホウ化物エミッタ及び表面改質装置兼電子線源装置は、簡易にＢ末端表面を希土類末端表面に改質できる希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法、及び。希土類末端表面に改質され、電子放出能が向上された表面改質希土類ホウ化物エミッタ及び表面改質装置兼電子線源装置に関するものであり、電子放出原理を利用するＳＥＭ、ＴＥＭ、電子線リソグラフィー等の装置産業等において利用可能性がある。
１、１’…フィラメント、２…ＬａＢ６ナノファイバー・エミッタ、３…電力供給部、４…電流計、５…電力供給部、６…電流計、７…電力供給部、８…論理デバイス部、９…電圧部、１０…加速電圧部、１１…希土類ホウ化物エミッタ、１１ａ…先端、１１ｂ…末端、２１…表面改質装置兼電子線源装置。
Claims (7)
- 希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法であって、
希土類ホウ化物からなるナノファイバーに一定時間、２００Ｖ以上の電圧を印加して、前記ナノファイバー内部から表面に希土類元素を引き出して、前記ナノファイバーの表面を希土類元素末端表面に改質することを特徴とする希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。 - ２００Ｖ以上の電圧を１時間以上印加する操作であることを特徴とする請求項１に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
- 電圧印加の際、前記ナノファイバーを５００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
- ５００℃以上に３分以上加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
- 前記希土類ホウ化物がＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＧｄＢ６のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の希土類ホウ化物エミッタの表面改質方法により、希土類ホウ化物からなるナノファイバーの表面が希土類元素末端表面に改質されたことを特徴とする表面改質希土類ホウ化物エミッタ。
- 請求項６に記載の表面改質希土類ホウ化物エミッタと、前記表面改質希土類ホウ化物エミッタが取り付けられる一対のフィラメントと、前記一対のフィラメントに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電流計と、引出電圧の電圧部と、加速電圧部と、前記電圧部の電流計と、引出電圧の電力供給部と、加速電圧の電力供給部と、一連の操作の指示を行う論理デバイス部と、を有することを特徴とする表面改質装置兼電子線源装置。
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