JP2019153432A - Electron source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一側面は、光電子を放出する電子源に関する。 One aspect of the present invention relates to an electron source that emits photoelectrons.
従来から、外部からのレーザ光等の入射光に応じてその入射光の入射方向に光電子を放出する透過型の電子源が用いられている。例えば、下記特許文献１に開示された電子源は、サファイア、ダイアモンド等からなる基板上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、金属等からなる導電層と臭化セシウム（ＣｓＢｒ）層とをこの順で積層した構成を有している。このような構成によれば、基板側から入射させたレーザ光に応じてＣｓＢｒ層側から光電子が放出される。 Conventionally, a transmission electron source that emits photoelectrons in the incident direction of incident light according to incident light such as laser light from the outside has been used. For example, an electron source disclosed in Patent Document 1 below includes a conductive layer made of ITO (Indium Tin Oxide), a metal, and a cesium bromide (CsBr) layer in this order on a substrate made of sapphire, diamond, or the like. It has a stacked configuration. According to such a configuration, photoelectrons are emitted from the CsBr layer side in response to laser light incident from the substrate side.
上述したような従来の電子源においては、入射光に対する光電子の取り出し効率が十分でない傾向にあった。 In the conventional electron source as described above, the extraction efficiency of photoelectrons with respect to incident light tends to be insufficient.
そこで、本発明の一側面は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めることが可能な電子源を提供することを課題とする。 Therefore, an aspect of the present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide an electron source capable of sufficiently increasing the extraction efficiency of photoelectrons with respect to incident light.
本発明の一側面は、外部からの入射光に応じて入射光の入射方向に光電子を放出する電子源であって、一方側の面及び他方側の面を有し、他方側の面から一方側の面に向けて入射光を透過する透光性部材と、透光性部材の一方側の面上に形成され、第１の導電性材料を含む透光性の導電層と、導電層の一方側に形成されたセシウム化合物を含む複数の粒状部を有する光電子放出層と、を備える。 One aspect of the present invention is an electron source that emits photoelectrons in the incident light incident direction in response to incident light from the outside, and has one surface and the other surface, and the other surface is A translucent member that transmits incident light toward the side surface, a translucent conductive layer that is formed on one surface of the translucent member and includes a first conductive material, and a conductive layer And a photoelectron emission layer having a plurality of granular portions including a cesium compound formed on one side.
上記一側面によれば、光電子放出層が粒状部を備えることで、単位面積あたりで十分な量のセシウムを得ることができるため、光電子の放出効率を向上させることができる。その結果、透光性部材の他方側の面から入射する入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めることができる。 According to the above aspect, since the photoelectron emission layer includes the granular portion, a sufficient amount of cesium can be obtained per unit area, and thus the photoelectron emission efficiency can be improved. As a result, it is possible to sufficiently increase the photoelectron extraction efficiency with respect to incident light incident from the other surface of the translucent member.
上記一側面においては、複数の粒状部の一方側の表面の少なくとも一部が、第２の導電性材料によって覆われている、ことが好適である。この場合、光電子放出層の一方側の表面近傍でも入射光による光電効果を生じさせることができる。これにより、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。 In the said one side surface, it is suitable for at least one part of the surface of the one side of a some granular part to be covered with the 2nd electroconductive material. In this case, a photoelectric effect due to incident light can be generated even near the surface on one side of the photoelectron emission layer. Thereby, the extraction efficiency of photoelectrons with respect to incident light can be further increased.
また、透光性部材の一方側の面上の所定範囲の導電層の専有面積は、所定範囲の第２の導電性材料の専有面積より大きい、ことも好適である。この場合、導電層の導電性が高められて効率的に光電効果を生じさせることができると共に、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。 It is also preferable that the exclusive area of the conductive layer in a predetermined range on the one side surface of the translucent member is larger than the exclusive area of the second conductive material in the predetermined range. In this case, the conductivity of the conductive layer can be increased to efficiently generate a photoelectric effect, and the photoelectron extraction efficiency for incident light can be further increased.
さらに、第１の導電性材料及び第２の導電性材料の少なくとも一方は遷移金属であってもよく、第１の導電性材料及び第２の導電性材料は遷移金属であってもよく、遷移金属は第三遷移金属であってもよく、第三遷移金属は白金であってもよい。これにより、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。 Furthermore, at least one of the first conductive material and the second conductive material may be a transition metal, and the first conductive material and the second conductive material may be a transition metal. The metal may be a third transition metal, and the third transition metal may be platinum. Thereby, the extraction efficiency of photoelectrons with respect to incident light can be further increased.
またさらに、セシウム化合物は、臭化セシウムであってもよい。かかる構成によれば、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。 Still further, the cesium compound may be cesium bromide. According to such a configuration, the extraction efficiency of photoelectrons with respect to incident light can be further increased.
本発明の一側面によれば、入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めることができる。 According to one aspect of the present invention, the extraction efficiency of photoelectrons with respect to incident light can be sufficiently increased.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
図１は、実施形態の電子源である面状電子源１の構造を示す断面図である。図１に示す面状電子源１は平板状の形状を有し、外部からの入射光Ｉに応じてその入射方向に光電子ｐｅを放出する透過型光電面を用いた電子源であり、外部からの入射光Ｉとしては、本実施形態においては紫外線領域の光とする。面状電子源１は、透光性部材３、導電層５、及び光電子放出層７がこの順で積層されて構成されている。なお、以下に記述する各層の膜厚は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ：X-ray Fluorescence）によって測定された膜厚（平均膜厚）を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a planar electron source 1 that is an electron source of the embodiment. A planar electron source 1 shown in FIG. 1 has a flat plate shape and is an electron source using a transmission type photocathode that emits photoelectrons pe in the incident direction according to incident light I from the outside. In this embodiment, the incident light I is assumed to be light in the ultraviolet region. The planar electron source 1 is configured by laminating a translucent member 3, a conductive layer 5, and a photoelectron emission layer 7 in this order. In addition, the film thickness of each layer described below has shown the film thickness (average film thickness) measured by the fluorescent X ray analysis (XRF: X-ray Fluorescence).
透光性部材３は、入射光Ｉの入射側（他方側）の面３ａ、及びその面３ａの反対側（一方側）の面３ｂを有しており、入射光Ｉを透過する性質を有する平板状部材である。このような透光性部材３を構成する材料としては、例えばガラスであり、より具体的にはサファイアあるいは石英等が挙げられる。 The translucent member 3 has a surface 3a on the incident side (the other side) of the incident light I and a surface 3b on the opposite side (one side) of the surface 3a, and has a property of transmitting the incident light I. It is a flat member. As a material which comprises such a translucent member 3, it is glass, for example, More specifically, sapphire or quartz etc. are mentioned.
導電層５は、透光性部材３の面３ｂ上を覆うように第１の導電性材料を含んで形成された透光性を有する層であり、光電変換を行う層である。この導電層５は例えば蒸着によって透光性部材３上に形成される。導電層５の構成材料である第１の導電性材料としては、十分な光電効果を示し得る金属、例えば第３族〜第１１族元素である遷移金属が好適に用いられ、第三遷移系列の遷移金属である第三遷移金属がさらに好適に用いられる。本実施形態では、第１の導電性材料は、白金（Ｐｔ）であるが、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ニッケル（Ｎｉ）等であってもよい。 The conductive layer 5 is a light-transmitting layer formed by including the first conductive material so as to cover the surface 3b of the light-transmitting member 3, and is a layer that performs photoelectric conversion. The conductive layer 5 is formed on the translucent member 3 by vapor deposition, for example. As the first conductive material that is a constituent material of the conductive layer 5, a metal that can exhibit a sufficient photoelectric effect, for example, a transition metal that is a Group 3 to Group 11 element is preferably used. A third transition metal which is a transition metal is more preferably used. In the present embodiment, the first conductive material is platinum (Pt), but may be ruthenium (Ru), gold (Au), osmium (Os), nickel (Ni), or the like.
また、導電層５は、少なくとも光電子放出層７との接触領域において十分かつ均一な導電性を有するような連続性を持つとともに、少なくとも一部の入射光Ｉが一方側の面５ｂ側に達しつつ、さらに導電層５を透過するような膜厚で形成されている。例えば、導電層５は、白金によって構成されている場合には、６〜１０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ルテニウムによって構成されている場合には、０．５〜５．０ｎｍの膜厚を有する。 In addition, the conductive layer 5 has continuity that has sufficient and uniform conductivity at least in the contact region with the photoelectron emission layer 7, and at least a part of the incident light I reaches the one surface 5b side. Further, the film thickness is formed so as to pass through the conductive layer 5. For example, when the conductive layer 5 is made of platinum, the conductive layer 5 has a thickness in the range of 6 to 10 nm. When the conductive layer 5 is made of ruthenium, the conductive layer 5 has a thickness of 0.5 to 5.0 nm. Have.
光電子放出層７は、透光性部材３を覆う導電層５の一方側の面５ｂにおける所定形状（矩形状、円形状等）の中央領域１１上に層状に形成されている。この光電子放出層７は、例えば蒸着によって導電層５上に形成される。詳細には、光電子放出層７は、複数の粒状部１３と、粒状部１３間に存在し、粒状部１３よりも厚さの薄い薄膜状の膜状部１４とを含んでおり、いずれもセシウム化合物によって構成されている。光電子放出層７の構成材料であるセシウム化合物は、特定の化合物には限定されないが、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）であってもよいし、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）であってもよい。本実施形態では、セシウム化合物は臭化セシウムである。 The photoelectron emission layer 7 is formed in a layered form on a central region 11 of a predetermined shape (rectangular shape, circular shape, etc.) on one surface 5 b of the conductive layer 5 covering the translucent member 3. The photoelectron emission layer 7 is formed on the conductive layer 5 by vapor deposition, for example. Specifically, the photoelectron emission layer 7 includes a plurality of granular portions 13 and a thin film-like film portion 14 that exists between the granular portions 13 and is thinner than the granular portions 13, all of which are cesium. It is composed of compounds. The cesium compound that is a constituent material of the photoelectron emitting layer 7 is not limited to a specific compound, but may be cesium bromide (CsBr) or cesium iodide (CsI). In this embodiment, the cesium compound is cesium bromide.
また、光電子放出層７は、導電層５を透過してきた入射光Ｉの少なくとも一部を透過するような膜厚で形成されている。それにより、入射光Ｉの少なくとも一部が、後述する第２の導電性材料９に照射されることとなる。例えば、光電子放出層７は、臭化セシウムによって構成されている場合には、３〜５０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ヨウ化セシウムによって構成されている場合には、３〜５０ｎｍの膜厚を有する。なお、その際の粒状部１３は、数１０ｎｍ程度の高さを有していると考えられる。臭化セシウムによって構成される膜厚３〜３０ｎｍの光電子放出層７は、臭化セシウムを単位面積あたり１．３３〜１３．３μｇ／ｃｍ２の量で蒸着させることによって形成される。このような構成の光電子放出層７において、粒状部１３による中央領域１１上の被覆率は、例えば、２０〜５５％と設定される。 In addition, the photoelectron emission layer 7 is formed with a film thickness that transmits at least a part of the incident light I transmitted through the conductive layer 5. Thereby, at least a part of the incident light I is irradiated to the second conductive material 9 described later. For example, when the photoelectron emission layer 7 is made of cesium bromide, it has a thickness in the range of 3 to 50 nm, and when it is made of cesium iodide, the film thickness is 3 to 50 nm. Have In addition, it is thought that the granular part 13 in that case has a height of about several tens of nm. The photoelectron emission layer 7 having a film thickness of 3 to 30 nm constituted by cesium bromide is formed by vapor-depositing cesium bromide in an amount of 1.33 to 13.3 μg / cm 2 per unit area. In the photoelectron emission layer 7 having such a configuration, the coverage on the central region 11 by the granular portion 13 is set to 20 to 55%, for example.
図２及び図３には、導電層５の面５ｂ上に形成された光電子放出層７を面５ｂに対して垂直な方向から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いて同一倍率で観察した画像を示している。図２（ａ）〜（ｃ）は、光電子放出層７が、それぞれ、膜厚３ｎｍ、６ｎｍ、１０ｎｍとなるように形成された光電子放出層７の画像、図３（ａ）〜（ｂ）は、光電子放出層７が、ぞれぞれ、膜厚２０ｎｍ、３０ｎｍとなるように形成された光電子放出層７の画像である。このように膜厚が厚く形成されるにしたがって、粒状部１３の１個あたりの面積が大きくなっている。また、図４には、光電子放出層７の膜厚とその中央領域１１上の被覆率との関係を示す。この関係から、光電子放出層７が厚く形成されるにしたがって、光電子放出層７の粒状部１３による中央領域１１上の被覆率が高くなっていることもわかる。 2 and 3, the photoelectron emission layer 7 formed on the surface 5b of the conductive layer 5 is viewed from the direction perpendicular to the surface 5b with a scanning electron microscope (SEM) at the same magnification. The observed image is shown. 2A to 2C are images of the photoelectron emission layer 7 formed so that the photoelectron emission layer 7 has a film thickness of 3 nm, 6 nm, and 10 nm, respectively, and FIGS. The photoelectron emission layer 7 is an image of the photoelectron emission layer 7 formed to have a film thickness of 20 nm and 30 nm, respectively. Thus, as the film thickness increases, the area of each granular portion 13 increases. FIG. 4 shows the relationship between the film thickness of the photoelectron emission layer 7 and the coverage on the central region 11. From this relationship, it can also be seen that as the photoelectron emission layer 7 is formed thicker, the coverage of the photoelectron emission layer 7 on the central region 11 by the granular portion 13 is increased.
図１に戻って、この光電子放出層７の複数の粒状部１３の一方側の表面１３ａの少なくとも一部は、第２の導電性材料９によって覆われている。実際には、図５に示すように、第２の導電性材料９は、光電子放出層７を構成する粒状部１３及び膜状部１４の表面上に粒子状に点在していることが想定される。この第２の導電性材料９は例えば蒸着によって粒状部１３上に形成される。第２の導電性材料としては、十分な光電効果を示し得る金属、例えば第３族〜第１１族元素である遷移金属が好適に用いられ、第三遷移系列の遷移金属である第三遷移金属がさらに好適に用いられる。本実施形態では、第２の導電性材料は、白金（Ｐｔ）であるが、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ニッケル（Ｎｉ）等であってもよい。 Returning to FIG. 1, at least a part of one surface 13 a of the plurality of granular portions 13 of the photoelectron emission layer 7 is covered with the second conductive material 9. Actually, as shown in FIG. 5, the second conductive material 9 is assumed to be scattered in the form of particles on the surface of the granular portion 13 and the film-like portion 14 constituting the photoelectron emitting layer 7. Is done. The second conductive material 9 is formed on the granular portion 13 by vapor deposition, for example. As the second conductive material, a metal that can exhibit a sufficient photoelectric effect, for example, a transition metal that is a Group 3 to Group 11 element is preferably used, and a third transition metal that is a transition metal of the third transition series. Is more preferably used. In the present embodiment, the second conductive material is platinum (Pt), but may be ruthenium (Ru), gold (Au), osmium (Os), nickel (Ni), or the like.
また、第２の導電性材料９は、光電子放出層７を透過してきた入射光Ｉに対する光電効果を示し得る膜厚で形成されている。例えば、第２の導電性材料９は、白金によって構成されている場合には、０．５〜６．０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ルテニウムによって構成されている場合には、１．０〜２．０ｎｍの膜厚を有する。白金によって構成される膜厚０．５〜６．０ｎｍの第２の導電性材料９は、白金を単位面積あたり１．０７〜１２．９μｇ／ｃｍ２の量で蒸着させることによって形成される。なお、第２の導電性材料９は導電層５の面５ｂ上に部分的に形成された粒状部１３を覆うように形成されているので、中央領域１１の範囲（所定範囲）における第２の導電性材料９の専有面積（すなわち被覆率）は、中央領域１１の範囲における導電層５の専有面積（すなわち被覆率）よりも小さくなる。 The second conductive material 9 is formed with a film thickness that can exhibit a photoelectric effect with respect to the incident light I transmitted through the photoelectron emission layer 7. For example, when the second conductive material 9 is made of platinum, the second conductive material 9 has a film thickness in the range of 0.5 to 6.0 nm. When the second conductive material 9 is made of ruthenium, the second conductive material 9 is 1.0. It has a film thickness of ˜2.0 nm. The second conductive material 9 having a thickness of 0.5 to 6.0 nm composed of platinum is formed by depositing platinum in an amount of 1.07 to 12.9 μg / cm 2 per unit area. The second conductive material 9 is formed so as to cover the granular portion 13 partially formed on the surface 5b of the conductive layer 5, so that the second conductive material 9 in the range (predetermined range) of the central region 11 is formed. The exclusive area (that is, the coverage) of the conductive material 9 is smaller than the exclusive area (that is, the coverage) of the conductive layer 5 in the range of the central region 11.
次に、上記構成の面状電子源１を、評価システムを用いて評価した結果について説明する。 Next, the result of evaluating the planar electron source 1 having the above-described configuration using the evaluation system will be described.
図６は、面状電子源１を評価する評価システム２０の概略構成図である。図６に示す評価システム２０は、２６６ｎｍの深紫外領域のレーザ光を照射するＤＵＶレーザ装置２１、ＮＤフィルタ２３、ビームエクスパンダー２５、ミラー２７、レンズ２９、真空容器３１、及びホルダー３３によって構成されている。この評価システム２０は次のように機能する。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an evaluation system 20 that evaluates the planar electron source 1. The evaluation system 20 shown in FIG. 6 includes a DUV laser device 21 that irradiates laser light in the deep ultraviolet region of 266 nm, an ND filter 23, a beam expander 25, a mirror 27, a lens 29, a vacuum container 31, and a holder 33. ing. This evaluation system 20 functions as follows.
すなわち、ＤＵＶレーザ装置２１によって出力されたレーザ光は、ＮＤフィルタ２３及びビームエクスパンダー２５を透過することにより、ビーム径が所定幅（例えば、６ｍｍ）に拡大された平行光として出射された後に、ミラー２７によって反射されてからレンズ２９を通過することによって、真空容器３１内の面状電子源１に向けて入射光Ｉとなって集光される。ホルダー３３は、真空容器３１の内部において、入射光Ｉの入射する窓部４１に面状電子源１の透光性部材３の面３ａを向かい合わせるように、面状電子源１を保持する保持部材である。このホルダー３３には、窓部４１側に面状電子源１の面３ａの中央を露出させるための所定の径（例えば、６ｍｍ）の開口４３が設けられる。このようなホルダー３３により、入射光Ｉが面状電子源１の透光性部材３の面３ａから面３ｂに向けて透過するように照射され、かつ、面状電子源１の導電層５の面５ｂ近傍に入射光Ｉが集光されるように、面状電子源１が配置される。 That is, after the laser beam output by the DUV laser device 21 passes through the ND filter 23 and the beam expander 25 and is emitted as parallel light whose beam diameter is expanded to a predetermined width (for example, 6 mm), By being reflected by the mirror 27 and passing through the lens 29, the incident light I is condensed toward the planar electron source 1 in the vacuum vessel 31. The holder 33 holds the planar electron source 1 so that the surface 3 a of the translucent member 3 of the planar electron source 1 faces the window 41 where the incident light I is incident inside the vacuum container 31. It is a member. The holder 33 is provided with an opening 43 having a predetermined diameter (for example, 6 mm) for exposing the center of the surface 3a of the planar electron source 1 on the window 41 side. By such a holder 33, the incident light I is irradiated so as to be transmitted from the surface 3a of the translucent member 3 of the planar electron source 1 toward the surface 3b, and the conductive layer 5 of the planar electron source 1 is irradiated. The planar electron source 1 is arranged so that the incident light I is collected near the surface 5b.
さらに、ホルダー３３には、面状電子源１の導電層５の面５ｂの縁部に電気的に面接触するグラウンド電極３５と、面５ｂの中央部から所定距離（例えば１．５ｍｍ）離れた位置に配置される検出用電極３７と、検出用電極３７に電気的に接続されて真空容器３１の外部に伸びる長尺状の導体部３９とが設けられている。この導体部３９を介して検出用電極３７に外部電源から正電圧が印加されると、入射光Ｉの入射に応じて面状電子源１の一方側の光電子放出層７近傍から放出された光電子が検出用電極３７に吸収されて電流に変換される。その結果、面状電子源１から放出される光電子の放出量が、導体部３９に接続される外部の計測器によって電流値として計測可能とされる。 Further, the holder 33 is separated from the ground electrode 35 in electrical contact with the edge of the surface 5b of the conductive layer 5 of the planar electron source 1 by a predetermined distance (for example, 1.5 mm) from the center of the surface 5b. A detection electrode 37 disposed at a position and a long conductor portion 39 that is electrically connected to the detection electrode 37 and extends to the outside of the vacuum vessel 31 are provided. When a positive voltage is applied from the external power source to the detection electrode 37 through the conductor portion 39, photoelectrons emitted from the vicinity of the photoelectron emission layer 7 on one side of the planar electron source 1 in response to incidence of the incident light I. Is absorbed by the detection electrode 37 and converted into a current. As a result, the amount of photoelectrons emitted from the planar electron source 1 can be measured as a current value by an external measuring instrument connected to the conductor portion 39.
上記構成の評価システム２０を用いて、導電層５の膜厚が次のように変更された面状電子源１の実施例１〜２、比較例１について、光電子の放出効率の時間変化を評価した。このとき、面状電子源１として、外形サイズが厚さ１．２ｍｍ及び径１３ｍｍ、第１の導電性材料及び第２の導電性材料が白金であり、セシウム化合物として臭化セシウムを用いたものを対象に評価した。
実施例１：導電層５の膜厚７．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．５ｎｍ
実施例２：導電層５の膜厚１０．０ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．５ｎｍ
比較例１：導電層５の膜厚１２．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．５ｎｍ
Using the evaluation system 20 having the above-described configuration, the time change of the photoelectron emission efficiency was evaluated for Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 of the planar electron source 1 in which the film thickness of the conductive layer 5 was changed as follows. did. At this time, as the planar electron source 1, the outer size is 1.2 mm in thickness and the diameter is 13 mm, the first conductive material and the second conductive material are platinum, and cesium bromide is used as the cesium compound. Was evaluated.
Example 1: The film thickness of the conductive layer 5 is 7.5 nm, the film thickness of the photoelectron emission layer 7 is 10 nm, and the film thickness of the second conductive material 9 is 1.5 nm.
Example 2: The film thickness of the conductive layer 5 is 10.0 nm, the film thickness of the photoelectron emission layer 7 is 10 nm, and the film thickness of the second conductive material 9 is 1.5 nm.
Comparative Example 1: The thickness of the conductive layer 5 is 12.5 nm, the thickness of the photoelectron emission layer 7 is 10 nm, and the thickness of the second conductive material 9 is 1.5 nm.
図７には、導電層５の膜厚が７．５〜１２．５ｎｍの範囲で変更された実施例１、２、比較例１において、入射光Ｉの入射開始からの入力電力に対する電流値の比率である光電子の放出効率の時間的変化を示している。このように、いずれの実施例においても、光の照射に伴って光電子の放出効率が向上し、所定の放出効率に達する傾向が見られることが分かる。これは、面状電子源１においては、透光性部材３の他方側の面３ａから入射する入射光Ｉに応じて、光電子放出層７のセシウム化合物が分解されてセシウムが生じ、光電子放出層７の仕事関数が低下することで、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなるためと考えられる。そして、実施例１では２０〜３０時間経過時において放出効率が十分に高められており、実施例２でも実施例１には劣るが放出効率がある程度高められているが、比較例１においては、実施例１及び実施例２のいずれに対しても放出効率が低い。これは、実施例１及び実施例２においては、比較例１と比べて導電層５を薄くすることで入射光Ｉの透過率が上がり、光電子放出層７近傍の導電層５（導電層５における一方側の面５ｂ側）及び第２の導電性材料９における入射光Ｉの吸収が増えて、光電変換効率及び光電子放出効率が向上しているためと思われる。一方で、導電層５においては、光電子放出のために外部からの電子の供給を行うことができるよう、ある程度の膜厚を有することで層全体に十分な導電性を備える必要がある。そのため、白金を用いた導電層５においては、少なくとも６ｎｍ以上の膜厚は必要であると判断される。このように、導電層５が、入射光Ｉの透過率と導電性のバランスのとれた膜厚であることで、実施例１，２では光電子の放出効率が高められているものと考えられる。これに対して、比較例１においては、導電層５の膜厚が大きすぎるために入射光Ｉの透過率が比較的低下しており、その結果、光電子の放出効率も比較的低下していると考えられる。 In FIG. 7, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in which the film thickness of the conductive layer 5 is changed within the range of 7.5 to 12.5 nm, The time-dependent change of the photoelectron emission efficiency as a ratio is shown. Thus, it can be seen that in any of the examples, the emission efficiency of photoelectrons is improved with light irradiation, and a tendency to reach a predetermined emission efficiency is observed. In the planar electron source 1, the cesium compound of the photoelectron emission layer 7 is decomposed to generate cesium according to the incident light I incident from the other surface 3 a of the translucent member 3. This is considered to be because photoelectrons are easily emitted from the photoelectron emission layer 7 because the work function of 7 is lowered. And in Example 1, the release efficiency is sufficiently increased at the time of 20 to 30 hours, and in Example 2, the release efficiency is increased to some extent although it is inferior to Example 1, but in Comparative Example 1, The release efficiency is low compared to both Example 1 and Example 2. In Example 1 and Example 2, the transmittance of incident light I is increased by making the conductive layer 5 thinner than in Comparative Example 1, and the conductive layer 5 in the vicinity of the photoelectron emission layer 7 (in the conductive layer 5). This is probably because the absorption of the incident light I in the one surface 5b side) and the second conductive material 9 is increased, and the photoelectric conversion efficiency and the photoelectron emission efficiency are improved. On the other hand, in the conductive layer 5, it is necessary to provide sufficient conductivity to the entire layer by having a certain thickness so that external electrons can be supplied for photoelectron emission. Therefore, in the conductive layer 5 using platinum, it is judged that a film thickness of at least 6 nm or more is necessary. Thus, it is thought that the emission efficiency of photoelectrons is enhanced in Examples 1 and 2 because the conductive layer 5 has a film thickness in which the transmittance of the incident light I and the conductivity are balanced. On the other hand, in Comparative Example 1, since the film thickness of the conductive layer 5 is too large, the transmittance of the incident light I is relatively lowered, and as a result, the photoelectron emission efficiency is also relatively lowered. it is conceivable that.
また、評価システム２０を用いて、導電層５の膜厚が次のように変更された面状電子源１の実施例３〜５について、光電子の放出効率の時間変化を評価した。このとき、面状電子源１として、外形サイズが実施例１，２と同じであり、第１の導電性材料及び第２の導電性材料がルテニウムであり、セシウム化合物として臭化セシウムを用いたものを対象に評価した。
実施例３：導電層５の膜厚０．８ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．４ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．２ｎｍ
実施例４：導電層５の膜厚１．９ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．４ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．２ｎｍ
比較例５：導電層５の膜厚５．６ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．４ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．２ｎｍ
Moreover, the time change of the emission efficiency of the photoelectron was evaluated about Examples 3-5 of the planar electron source 1 by which the film thickness of the conductive layer 5 was changed as follows using the evaluation system 20. FIG. At this time, as the planar electron source 1, the outer size was the same as in Examples 1 and 2, the first conductive material and the second conductive material were ruthenium, and cesium bromide was used as the cesium compound. We evaluated things.
Example 3: The thickness of the conductive layer 5 is 0.8 nm, the thickness of the photoelectron emission layer 7 is 10.4 nm, and the thickness of the second conductive material 9 is 1.2 nm.
Example 4: The thickness of the conductive layer 5 is 1.9 nm, the thickness of the photoelectron emission layer 7 is 10.4 nm, and the thickness of the second conductive material 9 is 1.2 nm.
Comparative Example 5: Film thickness of conductive layer 5, film thickness of photoelectron emission layer 7 10.4 nm, film thickness of second conductive material 9 1.2 nm
図８には、導電層５の膜厚が０．８〜５．６ｎｍの範囲で変更された実施例３〜５において、光電子の放出効率の時間的変化を実施例１とともに示し、図９には、実施例３〜５の評価結果における導電層５の膜厚と経過時間４０時間における放出効率との関係を示している。このように、いずれの実施例においても、光の照射に伴って光電子の放出効率が向上し、所定の放出効率に達する傾向が見られることが分かり、実施例３〜５では２０〜５０時間経過時において放出効率が十分に高められている。そして、実施例１、２と同様に、導電層５が薄くなるにつれて光電子の放出効率が高くなっており、導電層５の厚さと放出効率とはほぼ線形の関係を有していることがわかる。また、導電層５にルテニウムを用いた場合、白金を用いた場合と比較して、薄い膜厚でも十分な導電性を得られることもわかる。 FIG. 8 shows temporal changes in photoelectron emission efficiency together with Example 1 in Examples 3 to 5 in which the thickness of the conductive layer 5 is changed in the range of 0.8 to 5.6 nm. These show the relationship between the film thickness of the conductive layer 5 in the evaluation results of Examples 3 to 5 and the emission efficiency at an elapsed time of 40 hours. Thus, in any of the examples, it can be seen that the emission efficiency of photoelectrons is improved with light irradiation, and a tendency to reach a predetermined emission efficiency is seen. In Examples 3 to 5, 20 to 50 hours have elapsed. At times, the release efficiency is sufficiently increased. As in Examples 1 and 2, the emission efficiency of photoelectrons increases as the conductive layer 5 becomes thinner, and it can be seen that the thickness of the conductive layer 5 and the emission efficiency have a substantially linear relationship. . It can also be seen that when ruthenium is used for the conductive layer 5, sufficient conductivity can be obtained even with a thin film thickness as compared with the case where platinum is used.
また、図１０には、実施例３及び実施例１の表面をＳＥＭを用いて観察した画像を示している。図１０（ａ）は、実施例３の入射光Ｉの照射部分の画像、図１０（ｂ）は、実施例３の入射光Ｉの非照射部分の画像、図１０（ｃ）は、実施例１の入射光Ｉの照射部分の画像、図１０（ｄ）は、実施例１の入射光Ｉの非照射部分の画像をそれぞれ示す。これらの画像においては、入射光Ｉの照射に伴って光電子放出層７の複数の粒状部１３の分解が進んでいる様子が見られる。 FIG. 10 shows images obtained by observing the surfaces of Example 3 and Example 1 using an SEM. 10A is an image of the irradiated portion of the incident light I of Example 3, FIG. 10B is an image of the non-irradiated portion of the incident light I of Example 3, and FIG. 10C is the embodiment. FIG. 10 (d) shows an image of the non-irradiated part of the incident light I in Example 1, respectively. In these images, it can be seen that a plurality of granular portions 13 of the photoelectron emission layer 7 are being decomposed with the irradiation of the incident light I.
さらに、評価システム２０を用いて、光電子放出層７の材料がヨウ化セシウムに変更された面状電子源１の実施例６について、光電子の放出効率の時間変化を評価した。このとき、面状電子源１として、外形サイズが実施例１，２と同じであり、第１の導電性材料及び第２の導電性材料として白金を用いたものを対象に評価した。
実施例６：導電層５の膜厚７．４ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．１ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．４ｎｍ
Further, the evaluation system 20 was used to evaluate the time variation of the photoelectron emission efficiency for Example 6 of the planar electron source 1 in which the material of the photoelectron emission layer 7 was changed to cesium iodide. At this time, the planar electron source 1 having the same outer size as those in Examples 1 and 2 was evaluated using platinum as the first conductive material and the second conductive material.
Example 6: The thickness of the conductive layer 5 is 7.4 nm, the thickness of the photoelectron emission layer 7 is 10.1 nm, and the thickness of the second conductive material 9 is 1.4 nm.
図１１には、実施例６における光電子の放出効率の時間的変化を実施例１，３とともに示している。このように、実施例６でも、光の照射に伴って光電子の放出効率が向上し、所定の放出効率に達する傾向が見られることが分かり、２０〜１４０時間経過時の長期間にわたって放出効率が十分に高められていることがわかる。 FIG. 11 shows the temporal change of the photoelectron emission efficiency in Example 6 together with Examples 1 and 3. Thus, also in Example 6, it turns out that the emission efficiency of photoelectrons is improved with light irradiation, and a tendency to reach a predetermined emission efficiency is seen, and the emission efficiency is improved over a long period of time after 20 to 140 hours. It can be seen that it has been raised sufficiently.
また、図１２には、実施例６及び実施例１の表面をＳＥＭを用いて観察した画像を示している。図１２（ａ）は、実施例６の入射光Ｉの照射部分の画像、図１２（ｂ）は、実施例６の入射光Ｉの非照射部分の画像、図１２（ｃ）は、実施例１の入射光Ｉの照射部分の画像、図１２（ｄ）は、実施例１の入射光Ｉの非照射部分の画像をそれぞれ示す。これらの画像においても、入射光Ｉの照射に伴って光電子放出層７の複数の粒状部１３の分解が進んでいる様子が見られる。 FIG. 12 shows images obtained by observing the surfaces of Example 6 and Example 1 using an SEM. 12A is an image of the irradiated portion of the incident light I of Example 6, FIG. 12B is an image of the non-irradiated portion of the incident light I of Example 6, and FIG. 12C is the embodiment. FIG. 12D shows an image of a non-irradiated portion of incident light I in Example 1, respectively. Also in these images, it can be seen that the decomposition of the plurality of granular portions 13 of the photoelectron emission layer 7 is progressing with the irradiation of the incident light I.
本実施形態にかかる面状電子源１の作用効果について述べる。 The effects of the planar electron source 1 according to this embodiment will be described.
以上説明した面状電子源１によれば、透光性部材３の他方側の面３ａから入射する入射光Ｉに応じて、複数の粒状部１３を有する光電子放出層７においてセシウム化合物が分解されてセシウムが生じ、光電子放出層７の仕事関数が低下し、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなると考えられる。そして、光電子放出層７が粒状部１３を備えることで、平坦な場合と比較して、単位面積あたりで十分な量のセシウムを得ることができるため、光電子の放出効率を向上させることができる。その結果、透光性部材３の他方側の面３ａから入射する入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率（感度）を十分に高めることができる。 According to the planar electron source 1 described above, the cesium compound is decomposed in the photoelectron emission layer 7 having the plurality of granular portions 13 according to the incident light I incident from the other surface 3a of the translucent member 3. It is considered that cesium is generated, the work function of the photoelectron emission layer 7 is lowered, and photoelectrons are easily emitted from the photoelectron emission layer 7. Since the photoelectron emission layer 7 includes the granular portion 13, a sufficient amount of cesium can be obtained per unit area as compared with the case where the photoelectron emission layer 7 is flat, so that the photoelectron emission efficiency can be improved. As a result, the extraction efficiency (sensitivity) of photoelectrons with respect to the incident light I incident from the other surface 3a of the translucent member 3 can be sufficiently increased.
また、面状電子源１においては、複数の粒状部１３の一方側の表面１３ａの少なくとも一部が、第２の導電性材料９によって覆われている。このような構成により、入射光Ｉに応じて粒状部１３の表面１３ａで生じたセシウムが第２の導電性材料９の近傍にも存在するようになると考えられる。その結果、粒状部１３の一方側の表面１３ａ近傍でも入射光Ｉによる光電効果を生じさせることができる。これにより、入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。 In the planar electron source 1, at least a part of the surface 13 a on one side of the plurality of granular portions 13 is covered with the second conductive material 9. With such a configuration, it is considered that cesium generated on the surface 13 a of the granular portion 13 according to the incident light I also exists in the vicinity of the second conductive material 9. As a result, the photoelectric effect by the incident light I can be generated even in the vicinity of the surface 13a on one side of the granular portion 13. Thereby, the extraction efficiency of the photoelectrons with respect to the incident light I can be further increased.
また、透光性部材３の一方側の面３ｂ上の中央領域１１における導電層５の被覆率は、中央領域１１における第２の導電性材料９の被覆率より大きくされている。このような構成により、導電層５の層全体における導電性が高められて入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができると共に、第２の導電性材料９が光電子放出層７の一方側の表面におけるセシウムの露出を妨げることがないために、光電子放出層７の一方側の表面の仕事関数を十分に低下させることができ、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなる。 Further, the coverage of the conductive layer 5 in the central region 11 on the one side surface 3 b of the translucent member 3 is made larger than the coverage of the second conductive material 9 in the central region 11. With such a configuration, the conductivity of the entire conductive layer 5 is enhanced, and the extraction efficiency of photoelectrons with respect to the incident light I can be further increased, and the second conductive material 9 can be one of the photoelectron emission layers 7. Since the exposure of cesium on the surface on the side is not hindered, the work function of the surface on one side of the photoelectron emission layer 7 can be sufficiently lowered, and photoelectrons are easily emitted from the photoelectron emission layer 7.
また、第１の導電性材料及び第２の導電性材料として遷移金属が用いられている。この場合、入射光Ｉに対して光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。 Further, transition metals are used as the first conductive material and the second conductive material. In this case, the extraction efficiency of photoelectrons with respect to the incident light I can be further increased.
また、光電子放出層７の材料として臭化セシウムが用いられているので、光電子放出層７において入射光Ｉに応じてセシウムを効果的に生じさせることができ、入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率を一層高めることができる。 Further, since cesium bromide is used as the material of the photoelectron emission layer 7, cesium can be effectively generated in the photoelectron emission layer 7 in accordance with the incident light I, and the photoelectron extraction efficiency with respect to the incident light I can be increased. It can be further enhanced.
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 As mentioned above, although various embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It deform | transformed in the range which does not change the summary described in each claim, or applied to others It may be a thing.
１…面状電子源、３…透光性部材、３ａ…面（他方側の面）、３ｂ…面（一方側の面）、５…導電層、７…光電子放出層、９…第２の導電性材料、１１…中央領域（所定範囲）、１３…粒状部、１３ａ…表面（一方側の表面）、Ｉ…入射光、ｐｅ…光電子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Planar electron source, 3 ... Translucent member, 3a ... Surface (the other side surface), 3b ... Surface (one side surface), 5 ... Conductive layer, 7 ... Photoelectron emission layer, 9 ... Second Conductive material, 11 ... central region (predetermined range), 13 ... granular part, 13a ... surface (one side surface), I ... incident light, pe ... photoelectron.
Claims (8)
一方側の面及び他方側の面を有し、前記他方側の面から前記一方側の面に向けて前記入射光を透過する透光性部材と、
前記透光性部材の前記一方側の面上に形成され、第１の導電性材料を含む透光性の導電層と、
前記導電層の前記一方側に形成されたセシウム化合物を含む複数の粒状部を有する光電子放出層と、
を備える電子源。 An electron source that emits photoelectrons in the incident direction of the incident light in response to incident light from outside,
A translucent member having a surface on one side and a surface on the other side and transmitting the incident light from the surface on the other side toward the surface on the one side;
A translucent conductive layer formed on the one surface of the translucent member and including a first conductive material;
A photoelectron emitting layer having a plurality of granular portions containing a cesium compound formed on the one side of the conductive layer;
An electron source.
請求項１に記載の電子源。 At least a part of the surface of the one side of the plurality of granular parts is covered with a second conductive material,
The electron source according to claim 1.
請求項２に記載の電子源。 The exclusive area of the conductive layer in a predetermined range on the one surface of the translucent member is larger than the exclusive area of the second conductive material in the predetermined range,
The electron source according to claim 2.
請求項２又は３に記載の電子源。 At least one of the first conductive material and the second conductive material is a transition metal,
The electron source according to claim 2 or 3.
請求項４に記載の電子源。 The first conductive material and the second conductive material are transition metals,
The electron source according to claim 4.
請求項４又は５に記載の電子源。 The transition metal is a third transition metal;
The electron source according to claim 4 or 5.
請求項６に記載の電子源。 The third transition metal is platinum;
The electron source according to claim 6.
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子源。 The cesium compound is cesium bromide.
The electron source of any one of Claims 1-7.
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