JP2019527918A - 電子エミッタ及びそれを製作する方法 - Google Patents
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Abstract
電子エミッタ及びその電子エミッタを製作する方法が開示される。特定の実施形態により、電子エミッタは、約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する平面領域を備えた先端部を含む。電子エミッタ先端部は、電界放出電子を解放するように構成される。この電子エミッタは、先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料を更に含む。【選択図】図２
Description
関連出願の相互参照
[001] 本出願は、２０１６年８月８日に出願された米国特許出願第６２／３７２，０８４号及び２０１７年７月１２日に出願された米国特許出願第６２／５３１，７９３号の優先権を主張するものであり、これらの出願は参照により全体が本明細書に組み込まれる。
[001] 本出願は、２０１６年８月８日に出願された米国特許出願第６２／３７２，０８４号及び２０１７年７月１２日に出願された米国特許出願第６２／５３１，７９３号の優先権を主張するものであり、これらの出願は参照により全体が本明細書に組み込まれる。
[002] 本発明は、一般に荷電粒子源の分野に関し、詳細には電子ビーム装置で使用される電子エミッタ及びその電子エミッタを製作する方法に関する。
[003] 集積回路（ＩＣ）の製造プロセスでは、設計通りに製造され、欠陥がないことを保証するために、完成していないか又は完成した回路コンポーネントが検査される。光学顕微鏡を使用する検査システムは典型的に数百ナノメートルの分解能を有し、その分解能は光の波長によって制限される。ＩＣコンポーネントの物理的サイズは１００ナノメートル未満又は１０ナノメートル未満まで縮小し続けているので、光学顕微鏡を使用するものより高い分解能が可能な検査システムが必要である。
[004] １ナノメートル未満の分解能が可能な走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの荷電粒子（例えば、電子）ビーム顕微鏡は、１００ナノメートル未満のフィーチャサイズを有するＩＣコンポーネントを検査するための実用向きのツールとして機能する。ＳＥＭでは、単一の１次電子ビームの電子又は複数の１次電子ビームの電子を検査中のウェーハの所定のスキャン位置に合焦させることができる。１次電子は、ウェーハと相互作用し、後方散乱される場合もあれば、ウェーハに２次電子を放出させる場合もある。後方散乱された電子及び２次電子を含む電子ビームの強度は、ウェーハの内部及び／又は外部構造の特性に基づいて変動する可能性があり、その結果、ウェーハに欠陥があるかどうかを示す。
[005] しかしながら、その高い分解能のために、典型的な電子ビーム検査ツールのスループットは低い。これが、電子ビーム検査ツールを大規模なウェーハ検査に適用するのを制限している。スループットを改善するための手法の１つは、ウェーハ上のより大きい領域をスキャンできるように又は複数の別個の領域を同時にスキャンするために複数のビームレットに分割できるように、１次電子ビームのビーム電流を増加することである。ショットキーエミッタなどの現在の電子エミッタは、明るい照明を発生できるが、電子を放出できる放出領域として小さい放出領域を有するだけである。これが、所与の輝度で達成可能な最大ビーム電流を制限している。その上、放出領域は高輝度動作（即ち、高温及び／又は高電界）中に容易に変形される可能性があり、これが放出された電子ビームに対する不安定性を引き起こすか又は放出領域を低減する。従って、現在の電子エミッタは高スループット要件を満たすことができない。
[006] 本発明の諸実施形態は、電子エミッタ及びその電子エミッタを製作する方法に関する。いくつかの実施形態では、電子エミッタが提供される。この電子エミッタは、約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する平面領域を備えた先端部を含む。この電子エミッタは、先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料（work-function-lowering material）を更に含む。
[007] いくつかの実施形態では、熱電界放出カソード（thermal field emission cathode）が提供される。熱電界放出カソードはエミッタを含み、そのエミッタは電界放出電子を解放するように構成された先端部を更に含み、その先端部は約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を備えた平面領域を有する。この熱電界放出カソードは、先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料も含む。この熱電界放出カソードは、エミッタに熱エネルギーを提供するように構成された加熱コンポーネントを更に含む。
[008] いくつかの実施形態では、電子エミッタを製作する方法が提供される。この方法は、先端部を有する電子エミッタに抑制（restraint）を加えることを含む。また、この方法は、抑制の下で、先端部上に平面領域を形成することも含む。この方法は、抑制を除去することを更に含む。
[009] いくつかの実施形態では、電子エミッタを製作する方法が提供される。この方法は、基礎材料を有する電子エミッタの先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることを含む。この仕事関数低下材料は、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物、ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物、及びジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つを含む。
[010] 開示されている諸実施形態の追加の目的及び利点は、部分的に以下の説明に明記され、部分的にその説明から明らかになり、あるいは諸実施形態の実践から学習することもできる。開示されている諸実施形態の目的及び利点は、特許請求の範囲に明記されている要素及び組み合わせによって実現し、達成することができる。
[011] 上記の一般的な説明及び以下の詳細な説明は模範的かつ説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載の開示された諸実施形態について制限的なものではないことを理解されたい。
[020] 次に、模範的な諸実施形態について詳細に言及するが、その例は添付図面に示されている。以下の説明は添付図面を参照するものであり、添付図面では、異なる図面における同じ番号は、他の表現がない限り、同じか又は同様の要素を表している。模範的な諸実施形態の以下の説明に明記されている実施形態は、本発明と一貫しているすべての実施形態を表しているわけではない。その代わりに、それらは、特許請求の範囲に列挙されているように本発明に関する諸態様と一貫している装置及び方法の例にすぎない。
[021] 本出願は、高い輝度及びビーム電流を備えた電子ビームを発生できる電子エミッタ並びにその電子エミッタを調製又は製作するための方法を開示するものである。開示されている電子エミッタは、集積回路（ＩＣ）の製造プロセスなどの多くの技術で使用することができる。図１は、本発明の諸実施形態と一貫している、模範的な電子ビームツール１０を示す概略図である。図１に示されているように、電子ビームツール１０は、電動ステージ（motorized stage）１３４と、検査すべきウェーハ１５０を保持するために電動ステージ１３４によって支持されるウェーハホルダ１３６とを含む。電子ビームツール１０は、カソード１００と、アノード１２０と、ガンアパーチャ１２２と、ビーム限定アパーチャ１２４と、集光レンズ１２６と、ソース変換ユニット１２８と、対物レンズアセンブリ１３２と、ビームセパレータ１３８と、電子検出器１４０とを更に含む。ソース変換ユニット１２８は、いくつかの実施形態では、マイクロデフレクタアレイ１２９とビームレット限定プレート１３０とを含むことができる。対物レンズアセンブリ１３２は、一実施形態では、変更スウィング対物レンズ制動液浸レンズ（modified swing objective retarding immersion lens）（ＳＯＲＩＬ）を含むことができ、これは磁極片１３２ａ、制御電極１３２ｂ、デフレクタ１３２ｃ、及び励磁コイル１３２ｄを含む。電子ビームツール１０は、ウェーハ上の材料を特徴付けるためにエネルギー分散型Ｘ線分光計（ＥＤＳ）検出器（図示せず）を更に含むことができる。
[022] 電子ビームツール１０が動作すると、検査すべきウェーハ１５０は、電動ステージ１３４によって支持されたウェーハホルダ１３６上に装着又は配置される。アノード１２０とカソード１００の間に電圧が加えられ、カソード１００が電子ビーム１６０を放出する。放出された電子ビームはガンアパーチャ１２２及びビーム限定アパーチャ１２４を通過し、どちらのアパーチャも、ビーム限定アパーチャ１２４の下に存在する集光レンズ１２６に入る電子ビームのサイズを決定することができる。電子ビーム１６０がソース変換ユニット１２８に入る前に、集光レンズ１２６は放出された電子ビーム１６０を合焦させることができる。マイクロデフレクタアレイ１２９は、放出されたビームを複数の１次電子ビーム１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃに分割することができる。複数の１次ビームの数は３に限定されず、マイクロデフレクタアレイ１２９は、放出されたビームをより大きい数の１次電子ビームに分割するように構成することができる。ビームレット限定プレート１３０は、対物レンズアセンブリ１３２に入る前に複数の１次電子ビームのサイズを設定することができる。デフレクタ１３２ｃは、ウェーハ上のビームスキャンを容易にするために、１次電子ビーム１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃを偏向する。例えば、スキャンプロセスにおいて、デフレクタ１３２ｃは、ウェーハ１５０の異なる部分について画像再構成のためのデータを提供するために、異なる時点でウェーハ１５０の上面の異なる位置上に同時に１次電子ビーム１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃを偏向するように制御することができる。
[023] 励磁コイル１３２ｄ及び磁極片１３２ａは、磁極片１３２ａの一方の端部から始まり、磁極片１３２ａのもう一方の端部で終わる磁界を発生する。１次電子ビーム１６０によってスキャンされているウェーハ１５０の一部は、磁界に浸すことができ、帯電させることができ、次にこれが電界を発生する。電界は、ウェーハと衝突する前にウェーハの表面付近で１次電子ビーム１６０と衝突するエネルギーを低減する。制御電極１３２ｂは、磁極片１３２ａから電気的に隔離され、ウェーハのマイクロアーチングを防止し、適切なビーム焦点を保証するために、ウェーハ上の電界を制御する。
[024] 後方散乱された１次電子及び２次電子は、１次電子ビーム１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃを受け取った時にウェーハ１５０の一部から放出することができる。ビームセパレータ１３８は、後方散乱された２次電子を含む２次及び／又は散乱電子ビーム１７０ａ、１７０ｂ、及び１７０ｃを電子検出器１４０のセンサ表面に誘導することができる。検出された電子ビーム１７０ａ、１７０ｂ、及び１７０ｃは、電子検出器１４０のセンサ表面上に対応するビームスポット１８０ａ、１８０ｂ、及び１８０ｃを形成することができる。電子検出器１４０は、受け取ったビームスポットの強度を表す信号（例えば、電圧、電流など）を発生し、その信号を処理システム（図１には図示せず）に提供することができる。２次及び／又は散乱電子ビーム１７０ａ、１７０ｂ、及び１７０ｃ並びにその結果のビームスポットの強度は、ウェーハ１５０の外部及び／又は内部構造に応じて変動する可能性がある。その上、上述のように、１次電子ビーム１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃは、ウェーハ１５０の上面の異なる位置に投影されて、異なる強度の２次及び／又は散乱電子ビーム１７０ａ、１７０ｂ、及び１７０ｃ（並びにその結果のビームスポット）を発生することができる。従って、ウェーハ１５０の位置によってビームスポットの強度をマッピングすることにより、処理システムは、ウェーハ１５０の内部及び／又は外部構造を反映する画像を再構成することができる。
[025] 図１は、ウェーハ１５０の複数の位置を同時にスキャンするために複数の１次電子ビームレットを使用するマルチビーム検査ツールとして電子ビームツール１０を示しているが、電子ビームツール１０は、一度にウェーハ１５０の１つの位置をスキャンするために１つの１次電子ビームのみを使用する単一ビーム検査ツールにすることができることも企図されている。その上、電子ビームツール１０は、電子ビーム直接描画（ＥＢＤＷ）システムなどの電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ）システムとして実現することもできる。本出願は、開示されている電子エミッタが適用される特定のシステム又は技術分野を限定しない。
[026] 電子ビームツール１０がウェーハを検査するために使用されるのか又は電子ビームリソグラフィを実行するために使用されるのかにかかわらず、開示されている電子エミッタは、電子ビームツール１０のスループットを改善するためにより大きいビーム電流を放出することができる。図２は、図１の模範的な電子ビームツールで使用されるカソード１００を示す概略図である。模範的な諸実施形態では、カソード１００は、電子を放出するために熱と電界の組み合わせを使用する熱電界放出カソード、例えば、ショットキーカソードにすることができる。図２を参照すると、カソード１００は、電子エミッタ１０２と、フィラメント１１０と、２つの電極１１２と、ベース１１４とを含む。
[027] ベース１１４は、セラミック又はサーマルセラミックなどの電気絶縁材料で作られる。いくつかの実施形態では、電気絶縁材料は、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などにすることができる。ベース１１４は２つの電極１１２を支持する。それぞれの電極１１２は一方の端部がベース１１４に埋め込まれている。電極１１２は、ニッケル鉄合金などの導電材料で作られる。
[028] フィラメント１１０は、例えば、タングステン又はレニウムで作られた導電ワイヤである。フィラメント１１０の２つの端部は、２つの電極１１２にそれぞれ溶接される。また、フィラメント１１０は中心部分で曲げることもできる。フィラメント１１０の曲げた角度は１０〜１００度の範囲にすることができる。電子エミッタ１０２は、フィラメット１１０が中心部分で電子エミッタ１０２に対して凸状になるように、フィラメント１１０の中心部分に装着される。
[029] 電子エミッタ１０２は、頂点１０６を有するエミッタ先端部１０４を含む。頂点１０６は平面領域にすることができる。放出された電子は、狭いエネルギー帯にあり、頂点１０６から放出円錐内に放出される。通常、電子エミッタ１０２から脱出するために、電子は、頂点１０６の表面に存在する原子及び／又は分子によってもたらされたエネルギー障壁を克服するために十分なエネルギーを獲得しなければならない。エネルギー障壁を克服するために必要なエネルギーの量は電子エミッタ１０２の仕事関数として知られている。模範的な諸実施形態では、エミッタ先端部１０４及び特にスペック１０６は、仕事関数を低下させるためにコーティング材料１０８の薄い層でコーティングすることができる。本発明では、電子エミッタ１０２の本体を構成する材料は「基礎材料」と呼び、コーティング材料１０８は「仕事関数低下材料」と呼ぶ。
[030] カソード１００がショットキーカソードとして実現されると、電流は電極１１２を通ってフィラメント１１０に供給される。フィラメント１１０は電子エミッタ１０２を加熱し、仕事関数障壁を越えて脱出できるように電子エミッタ１０２内の電子を熱励起する。追加的に又は代替的に、カソード１００及びアノード１２０はエミッタ先端部１１２で強い電界を発生することができ、これは仕事関数障壁を通り抜けることにより電子の放出を容易にする。エミッタ温度及び／又は電界の強さを調節することにより、カソード１００は電子エミッタ１０２から放出されるビーム電流を変更することができる。
[031] ショットキーカソードは明るい電子ビームを発生することができる。典型的なショットキーカソードで使用されるエミッタ、即ち、典型的なショットキーエミッタは、＜１００＞、＜１１０＞、＜１１１＞、又は＜３１０＞の方位に配向されたタングステンの単結晶から作られる。ショットキーエミッタは、モリブデン、イリジウム、又はレニウムなどのその他の基礎材料から作ることもできる。また、ショットキーエミッタは、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウム、ニオブ、バナジウム、トリウム、スカンジウム、ベリリウム、又はランタンの酸化物、窒化物、及び炭素化合物などの化合物を含む、仕事関数低下材料によってコーティングすることもできる。例えば、ショットキーエミッタの頂点表面をタングステンの（１００）結晶面にし、仕事関数低下材料として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）を使用することにより、ショットキーエミッタの仕事関数を４．５ｅＶから２．８ｅＶに低下することができる。仕事関数の低減はショットキーエミッタをより明るい電子源にする。このようなＺｒＯコーティングのタングステンエミッタの作業温度、即ち、エミッタの頂点における温度は（３００〜１，８００）Ｋの範囲内になる。
[032] タングステンショットキーエミッタは明るい電子ビームを発生できるが、エミッタに加えられた電界及び温度はエミッタの頂点で表面自己拡散を引き起こす可能性がある。具体的には、ショットキーエミッタの高い作業温度では、基礎材料及びコーティング材料がエミッタの頂点から蒸発する傾向があり、これが頂点の本来の平面状の表面を湾曲した表面に変化させる。その間に、高い電界は頂点において基礎材料及びコーティング材料を移動させ、従って、頂点の表面を収縮させ、例えば、エミッタの先端部を先鋭化させる。このため、高温と高電界の複合効果は頂点を不規則な表面にする傾向がある。図３Ａは、コーティング材料なしの従来のタングステンエミッタの先端部２０４を示す概略図である。図３Ａに示されているように、先端部２０４は頂点２０６を含み、これは本来は平面状の表面を有する（図示せず）。しかしながら、タングステンエミッタが高温及び高電界の下で動作し続けると、頂点２０６の表面は徐々に変形され、これが電子放出に対する不安定性を引き起こし、ビーム電流を低下させる。
[033] 図２に戻って参照すると、開示されている諸実施形態では、表面変形を低減するために、電子エミッタ１０２の基礎材料は、遷移金属炭化物化合物及び／又は遷移金属ホウ化物化合物から選択することができる。例えば、遷移金属炭化物化合物は、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物にすることができる。また、例えば、遷移金属ホウ化物化合物は、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物にすることができる。
[034] タングステンと比較すると、遷移金属炭化物又は遷移金属ホウ化物は、より高い融点、より高い硬さ、及びより低い仕事関数を有する。例えば、炭化ハフニウムは、４，１６３Ｋの融点を有し、（３．３〜３．６）ｅＶの範囲内の仕事関数を有する。遷移金属炭化物及び遷移金属ホウ化物のこのような特性により、これらの化合物は高温及び／又は高電界の下で表面変化を受けにくくなる。
[035] いくつかの実施形態では、その仕事関数を更に低下させるために、遷移金属炭化物及び遷移金属ホウ化物上に仕事関数低下材料をコーティングすることができる。仕事関数低下材料は、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
[036] 代替的に又は追加的に、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
[037] 代替的に又は追加的に、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
[038] 図３Ｂは、本発明の諸実施形態と一貫している、仕事関数低下材料１０８によってコーティングされたエミッタ先端部１０４を示す概略図である。エミッタ先端部１０４の基礎材料は遷移金属炭化物及び／又は遷移金属ホウ化物を含む。仕事関数低下材料１０８は、上記で開示されている仕事関数低下材料を含み、例えば、約３．３ｅＶから約２．３ｅＶに遷移金属炭化物及び／又は遷移金属ホウ化物の仕事関数を低下させることができる。低下した仕事関数により、頂点１０６から放出される電子ビームの角強度は、電子が放出される立体角で割った電子流（即ち、ビーム電流）として定義され、（１５〜４００）ｍＡ／Ｓｒの範囲に達する可能性がある。その上、所与の輝度を達成するためにエミッタ先端部１０４に加える必要がある電界が低減される可能性がある。このようにより弱い電界により、頂点１０６における表面変形の機会が低減される。図３Ｂによって示されているように、頂点１０６の平面状の表面は、延長された期間の間、変形なしで維持することができる。
[039] 開示されている諸実施形態では、頂点１０６から放出される電子の角強度を増すために、電子エミッタ１０２の放出領域、即ち、頂点１０６における平面領域を拡大することもできる。図２に戻って参照すると、いくつかの実施形態では、頂点１０６は、約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有するように構成することができる。例えば、このような頂点直径を備えたタングステンエミッタから放出される電子ビームの角強度は（１〜２５）ｍＡ／Ｓｒの範囲に達する可能性がある。
[040] 伝統的に、タングステンの機械的強度は比較的低いので、タングステン先端部の頂点のサイズを拡大することは困難であった。上記で説明したように、遷移金属炭化物又は遷移金属ホウ化物はタングステンより高い硬さを有する。従って、タングステンエミッタと比較すると、遷移金属炭化物又は遷移金属ホウ化物で作られたエミッタ先端部を研磨することはより容易である。その上、以下に記載されている方法５００及び７００は、エミッタ先端部がタングステン、遷移金属炭化物、遷移金属ホウ化物、又はその他の種類の基礎材料のいずれで作られている場合でも、エミッタ先端部の頂点のサイズを拡大するために使用することができる。
[041] 放出される電子の角強度が増したことにより、開示されている電子エミッタ１０２は、電子ビームツール１０のスループットを改善するのに役立つ可能性がある。例えば、電子ビームツール１０が単一ビーム検査ツールである場合、より高い角強度を備えた１次電子ビームを使用して、ウェーハ１５０上のより大きい領域をスキャンするか又は高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）の電位コントラスト（ＶＣ）欠陥検査を実行することができる。他の例として、電子ビームツール１０が複数ビーム検査ツールである場合、より高い角強度により、ウェーハ１５０上の複数の位置を同時にスキャンできるように、１次電子ビームを複数のビームレットに分割することが実行可能になる。その上、単一ビーム検査ツールの場合と同様に、より高い角強度により、マルチビーム検査ツールが電位コントラスト欠陥検査を実行することが可能になる。更に他の例として、電子ビームツール１０がＥＢＤＷシステムである場合、より高い角強度により、より大きいビーム電流が提供され、これがリソグラフィの効率を改善する。
[042] 次に、開示されている電子エミッタを調製又は製作する模範的な方法を開示する。図４は、本発明のいくつかの実施形態により、電子エミッタを調製する模範的な方法４００のフローチャートである。例えば、電子エミッタは図２に示されている電子エミッタ１０２にすることができる。電子エミッタの基礎材料は、遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。遷移金属炭化物化合物は、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物にすることができる。遷移金属ホウ化物化合物は、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物にすることができる。方法４００は、電子エミッタの仕事関数を低下させるために、電子エミッタのエミッタ先端部（例えば、エミッタ先端部１０４）上に仕事関数低下材料（例えば、仕事関数低下材料１０８）をコーティングするために実行することができる。
[043] 図４を参照すると、方法４００は以下のステップ４１０〜４３０のうちの１つ以上を含むことができる。ステップ４１０では、エミッタワイヤ又はロッドの端部部分をエッチングして、電子エミッタのエミッタ先端部を形成する。エミッタワイヤ／ロッドの基礎材料は遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物を含む。いくつかの実施形態では、エミッタワイヤ／ロッドは、当技術分野で知られている任意のエッチング方法を使用して、電気化学的にエッチングすることができる。いくつかの実施形態では、電子エミッタがすでにエミッタ先端部を有する市販のエミッタである場合など、エミッタ先端部がすでに形成されている場合、ステップ４１０は省略することができる。
[044] ステップ４２０では、電子エミッタ上で熱処理を実行して、エミッタ先端部の表面上の汚染物質を脱着する。例えば、電子エミッタに直流を流すか、電子で電子エミッタに衝撃を与えるか、高温フィラメントを電子エミッタに直接接触させるか、又は電界放出により電子エミッタを抵抗加熱することにより、電子エミッタを加熱することができる。本発明は、熱処理を実行する方法を限定しない。
[045] ステップ４３０では、仕事関数低下材料（例えば、仕事関数低下材料１０８）の層でエミッタ先端部をコーティングする。開示されている諸実施形態では、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
[046] 代替的に又は追加的に、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
[047] 代替的に又は追加的に、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つを含むことができる。
[048] 図５は、本発明のいくつかの実施形態により、電子エミッタを調製する模範的な方法５００のフローチャートである。例えば、電子エミッタは図２に示されている電子エミッタ１０２にすることができる。電子エミッタは、電子を放出するのに適したエミッタ先端部（例えば、エミッタ先端部１０４）をすでに備えている可能性があり、方法５００は電子エミッタの頂点（例えば、頂点１０６）のサイズを拡大するために使用することができる。電子エミッタの基礎材料は、タングステン、モリブデン、イリジウム、レニウム、遷移金属炭化物化合物、遷移金属ホウ化物化合物、又はその他の種類の基礎材料を含むことができる。
[049] 図５を参照すると、方法５００は以下のステップ５１０〜５５０のうちの１つ以上を含むことができる。ステップ５１０では、エミッタ先端部に抑制を加える。抑制は、エミッタ先端部が応力を受けている時にエミッタ先端部が機械的歪に耐えるのを支援するため、エミッタ先端部における基礎材料の機械的強度を強化するため、エミッタ先端部の基礎材料に対する頂点拡大プロセスによって直接加えられた応力を軽減するため、及び／又はエミッタ先端部が動かないように保持するために使用される。このように、エミッタ先端部を破損又は損傷せずに頂点を研磨することができる。いくつかの実施形態では、抑制は、エミッタ先端部の周りを保持するか、それに固定されるか、それに取り付けられるか、それに装着されるか、又はそれに接着される、固定具、ジグ、又はクランプの形にすることができる。
[050] 図６は、本発明のいくつかの実施形態により、図２のエミッタ先端部１０４に取り付けられた模範的な固定具又はジグ１０９を示す概略図である。図６を参照すると、固定具又はジグ１０９は、エミッタ先端部１０４上に塗布されたワックス、例えば、サーマルワックスにすることができる。ワックス１０９は、エミッタ先端部１０４の周りに層を形成する。このワックス層は、エミッタ先端部１０４の基礎材料上の応力を効果的に軽減するのに適した厚さを有する。エミッタ先端部１０４が仕事関数低下材料１０８でプレコーティングされる場合、ワックス１０９は仕事関数低下材料１０８の上に直接塗布することができる。代替的に、仕事関数低下材料１０８はまずエミッタ先端部１０４から除去することができ、ワックス１０９はその後、エミッタ先端部１０４の基礎材料に塗布される。
[051] 図５に戻って参照すると、方法５００のステップ５２０では、抑制の下で望ましいサイズを備えた平面領域を頂点に形成することができる。代替的に、方法５００を実行する前に頂点がすでに平面領域を備えている場合、望ましいサイズに達するように平面領域を拡大することができる。
[052] 平面領域は、様々な方法を使用して、形成又は拡大することができる。いくつかの実施形態では、抑制は、頂点において平面領域を形成又は拡大するのに十分な力を発生することができる。例えば、平面領域を直接形成するためにエミッタ先端部上で固定具／ジグ／クランプを適用することができる。他の実施形態では、抑制を受けたエミッタ先端部を研磨して、平面領域を形成又は拡大することができる。この研磨は、当技術分野で知られている任意の研磨方法を使用して、電気分解的に又は機械的に実行することができる。
[053] エミッタ先端部に抑制（例えば、固定具、ジグ、クランプ、ワックスなど）が加えられるので、エミッタ先端部は、破損又は損傷せずにより大きい歪又は応力に耐えることができる。このため、エミッタ先端部を損傷せずに、例えば（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を備えた平面領域を頂点に形成することができる。
[054] ステップ５３０では、望ましいサイズを備えた平面領域を頂点に形成した後、エミッタ先端部から抑制を除去する。例えば、抑制がワックスの形である場合、ワックスを熱で溶かし、アセトンで洗い流すことができる。
[055] ステップ５４０では、電子エミッタ上で熱処理を実行して、エミッタ先端部の表面上の汚染物質を脱着する。このステップは、方法４００のステップ４２０と同様のものである。
[056] ステップ５５０では、仕事関数低下材料（例えば、仕事関数低下材料１０８）の層でエミッタ先端部をコーティングする。仕事関数低下材料は、基礎材料のタイプに基づいて選択することができる。例えば、基礎材料がタングステン、モリブデン、イリジウム、又はレニウムである場合、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウム、ニオブ、バナジウム、トリウム、スカンジウム、ベリリウム、又はランタンの酸化物、窒化物、及び炭素化合物にすることができる。
[057] 他の例として、基礎材料が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物である場合、仕事関数低下材料は、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物、ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物、及び／又はジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物を含むことができる。
[058] 図７は、本発明のいくつかの実施形態により、電子エミッタを調製する模範的な方法７００のフローチャートである。例えば、電子エミッタは図２に示されている電子エミッタ１０２にすることができる。方法６００とは異なり、方法７００は、電子を放出するのに適したエミッタ先端部（例えば、エミッタ先端部１０４）なしのエミッタワイヤ又はロッドから、望ましい頂点サイズを備えた電子エミッタを調製するために実行することができる。エミッタワイヤ又はロッドは、調製すべき電子エミッタを構成する基礎材料で作られる。図７を参照すると、方法７００は以下のステップ７１０〜７６０のうちの１つ以上を含むことができる。
[059] ステップ７１０では、エミッタワイヤ又はロッドの端部部分をエッチングして、電子エミッタのエミッタ先端部を形成する。ステップ７１０は、方法４００のステップ４１０と同様のものである。
[060] ステップ７２０では、新たに形成されたエミッタ先端部に抑制を加える。ステップ７２０は、方法５００のステップ５１０と同様のものである。
[061] ステップ７３０では、抑制の下で望ましいサイズを備えた平面領域をエミッタ先端部の頂点に形成する。ステップ７３０は、方法５００のステップ５２０と同様のものである。
[062] ステップ７４０では、望ましいサイズを備えた平面領域を頂点に形成した後、エミッタ先端部から抑制を除去する。ステップ７４０は、方法５００のステップ５３０と同様のものである。
[063] ステップ７５０では、電子エミッタ上で熱処理を実行して、エミッタ先端部の表面上の汚染物質を脱着する。このステップは、方法４００のステップ４２０及び方法５００のステップ５４０と同様のものである。
[064] ステップ７６０では、仕事関数低下材料（例えば、仕事関数低下材料１０８）の層でエミッタ先端部をコーティングする。このステップは、方法５００のステップ５５０と同様のものである。
[065] 以下の条項を使用して、諸実施形態について更に記述することができる。
条項１．約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する平面領域を備えた先端部と、
先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料と、
を含む、電子エミッタ。
条項２．先端部が単結晶タングステンを含む、条項１の電子エミッタ。
条項３．単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、条項２の電子エミッタ。
条項４．先端部が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項１の電子エミッタ。
条項５．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項４の電子エミッタ。
条項６．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項４の電子エミッタ。
条項７．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項４から６のいずれか１項の電子エミッタ。
条項８．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項４から６のいずれか１項の電子エミッタ。
条項９．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項４から６のいずれか１項の電子エミッタ。
条項１０．電界放出電子を解放するように構成された先端部であって、約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を備えた平面領域を有する先端部と、
先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料と、
を含むエミッタと、
エミッタに熱エネルギーを提供するように構成された加熱コンポーネントと、
を含む、熱電界放出カソード。
条項１１．先端部が単結晶タングステンを含む、条項１０の熱電界放出カソード。
条項１２．単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、条項１１の熱電界放出カソード。
条項１３．先端部が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項１０の熱電界放出カソード。
条項１４．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項１３の熱電界放出カソード。
条項１５．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項１３の熱電界放出カソード。
条項１６．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項１３から１５のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項１７．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項１３から１５のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項１８．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項１３から１５のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項１９．加熱手段が、エミッタに取り付けられたフィラメントを含む、条項１０から１８のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項２０．ベースと、
ベース内に埋め込まれた２つの電極と、
２つの端部と中心部分とを含む導電ワイヤであって、導電ワイヤの２つの端部がそれぞれ２つの電極に接続され、エミッタが導電ワイヤの中心部分に装着され、導電ワイヤが中心部分でエミッタに対して凸状になっている導電ワイヤと、
を更に含む、条項１０から１９のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項２１．先端部を有する電子エミッタに抑制を加えることと、
抑制の下で、先端部上に平面領域を形成することと、
抑制を除去することと、
を含む、方法。
条項２２．先端部上に平面領域を形成することが、
電子エミッタの先端部を研磨して、平面領域を形成すること
を含む、条項２１の方法。
条項２３．電子エミッタに抑制を加えることが、
先端部に固定具又はジグを取り付けること
を含む、条項２１及び２２のいずれか１項の方法。
条項２４．先端部上に平面領域を形成することが、
固定具又はジグを使用して、平面領域を形成すること
を含む、条項２３の方法。
条項２５．電子エミッタに抑制を加えることが、
先端部上にワックスを塗布すること
を含む、条項２１から２３のいずれか１項の方法。
条項２６．抑制が除去された後に電子エミッタを加熱することであって、その加熱が先端部上の汚染物質を除去すること
を更に含む、条項２１から２５のいずれか１項の方法。
条項２７．加熱後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすること
を更に含む、条項２６の方法。
条項２８．電子エミッタが単結晶タングステンを含む、条項２１から２７のいずれか１項の方法。
条項２９．単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、条項２８の方法。
条項３０．電子エミッタが遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項２１から２７のいずれか１項の方法。
条項３１．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項３０の方法。
条項３２．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項３０の方法。
条項３３．抑制が除去された後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、仕事関数低下材料が、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つを含むこと
を更に含む、条項３０の方法。
条項３４．抑制が除去された後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、仕事関数低下材料が、ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つを含むこと
を更に含む、条項３０の方法。
条項３５．抑制が除去された後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、仕事関数低下材料が、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つを含むこと
を更に含む、条項３０の方法。
条項３６．電子エミッタの端部部分をエッチングして、先端部を形成すること
を更に含む、条項２１から３５のいずれか１項の方法。
条項３７．先端部の平面領域が約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する、条項２１から３６のいずれか１項の方法。
条項３８．基礎材料を有する電子エミッタの先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることを含み、
仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物と、
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物と、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物
のうちの少なくとも１つを含む、方法。
条項３９．電子エミッタの基礎材料が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項３８の方法。
条項４０．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項３８及び３９のいずれか１項の方法。
条項４１．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項３８及び３９のいずれか１項の方法。
条項４２．先端部上に仕事関数低下材料をコーティングする前に、電子エミッタを加熱して先端部上の汚染物質を除去すること
を更に含む、条項３８から４１のいずれか１項の方法。
条項４３．電子エミッタを加熱して先端部上の汚染物質を除去する前に、電子エミッタの端部部分をエッチングして、先端部を生成すること
を更に含む、条項４２の方法。
条項１．約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する平面領域を備えた先端部と、
先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料と、
を含む、電子エミッタ。
条項２．先端部が単結晶タングステンを含む、条項１の電子エミッタ。
条項３．単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、条項２の電子エミッタ。
条項４．先端部が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項１の電子エミッタ。
条項５．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項４の電子エミッタ。
条項６．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項４の電子エミッタ。
条項７．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項４から６のいずれか１項の電子エミッタ。
条項８．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項４から６のいずれか１項の電子エミッタ。
条項９．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項４から６のいずれか１項の電子エミッタ。
条項１０．電界放出電子を解放するように構成された先端部であって、約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を備えた平面領域を有する先端部と、
先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料と、
を含むエミッタと、
エミッタに熱エネルギーを提供するように構成された加熱コンポーネントと、
を含む、熱電界放出カソード。
条項１１．先端部が単結晶タングステンを含む、条項１０の熱電界放出カソード。
条項１２．単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、条項１１の熱電界放出カソード。
条項１３．先端部が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項１０の熱電界放出カソード。
条項１４．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項１３の熱電界放出カソード。
条項１５．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項１３の熱電界放出カソード。
条項１６．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項１３から１５のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項１７．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項１３から１５のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項１８．仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、条項１３から１５のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項１９．加熱手段が、エミッタに取り付けられたフィラメントを含む、条項１０から１８のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項２０．ベースと、
ベース内に埋め込まれた２つの電極と、
２つの端部と中心部分とを含む導電ワイヤであって、導電ワイヤの２つの端部がそれぞれ２つの電極に接続され、エミッタが導電ワイヤの中心部分に装着され、導電ワイヤが中心部分でエミッタに対して凸状になっている導電ワイヤと、
を更に含む、条項１０から１９のいずれか１項の熱電界放出カソード。
条項２１．先端部を有する電子エミッタに抑制を加えることと、
抑制の下で、先端部上に平面領域を形成することと、
抑制を除去することと、
を含む、方法。
条項２２．先端部上に平面領域を形成することが、
電子エミッタの先端部を研磨して、平面領域を形成すること
を含む、条項２１の方法。
条項２３．電子エミッタに抑制を加えることが、
先端部に固定具又はジグを取り付けること
を含む、条項２１及び２２のいずれか１項の方法。
条項２４．先端部上に平面領域を形成することが、
固定具又はジグを使用して、平面領域を形成すること
を含む、条項２３の方法。
条項２５．電子エミッタに抑制を加えることが、
先端部上にワックスを塗布すること
を含む、条項２１から２３のいずれか１項の方法。
条項２６．抑制が除去された後に電子エミッタを加熱することであって、その加熱が先端部上の汚染物質を除去すること
を更に含む、条項２１から２５のいずれか１項の方法。
条項２７．加熱後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすること
を更に含む、条項２６の方法。
条項２８．電子エミッタが単結晶タングステンを含む、条項２１から２７のいずれか１項の方法。
条項２９．単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、条項２８の方法。
条項３０．電子エミッタが遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項２１から２７のいずれか１項の方法。
条項３１．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項３０の方法。
条項３２．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項３０の方法。
条項３３．抑制が除去された後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、仕事関数低下材料が、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つを含むこと
を更に含む、条項３０の方法。
条項３４．抑制が除去された後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、仕事関数低下材料が、ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つを含むこと
を更に含む、条項３０の方法。
条項３５．抑制が除去された後に先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、仕事関数低下材料が、ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つを含むこと
を更に含む、条項３０の方法。
条項３６．電子エミッタの端部部分をエッチングして、先端部を形成すること
を更に含む、条項２１から３５のいずれか１項の方法。
条項３７．先端部の平面領域が約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する、条項２１から３６のいずれか１項の方法。
条項３８．基礎材料を有する電子エミッタの先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることを含み、
仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物と、
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物と、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物
のうちの少なくとも１つを含む、方法。
条項３９．電子エミッタの基礎材料が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含む、条項３８の方法。
条項４０．遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物である、条項３８及び３９のいずれか１項の方法。
条項４１．遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、条項３８及び３９のいずれか１項の方法。
条項４２．先端部上に仕事関数低下材料をコーティングする前に、電子エミッタを加熱して先端部上の汚染物質を除去すること
を更に含む、条項３８から４１のいずれか１項の方法。
条項４３．電子エミッタを加熱して先端部上の汚染物質を除去する前に、電子エミッタの端部部分をエッチングして、先端部を生成すること
を更に含む、条項４２の方法。
[066] 本発明は、上記で記載され、添付図面に示されている正確な構造に限定されず、その範囲を逸脱せずに様々な修正及び変更を行うことができることが認識されるであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるべきものである。
Claims (15)
- 約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を有する平面領域を備えた先端部と、
前記先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料と、
を含む、電子エミッタ。 - 前記先端部が単結晶タングステンを含み、前記単結晶タングステンが＜１００＞の結晶方位を有する、請求項１に記載の電子エミッタ。
- 前記先端部が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含み、前記遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物であり、前記遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、請求項１に記載の電子エミッタ。
- 前記仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ、あるいは
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ、あるいは
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、請求項１に記載の電子エミッタ。 - 電界放出電子を解放するように構成された先端部であって、約（０．０５〜１０）マイクロメートルの範囲内の直径を備えた平面領域を有する先端部と、
前記先端部上にコーティングされた仕事関数低下材料と、
を含むエミッタと、
前記エミッタに熱エネルギーを提供するように構成された加熱コンポーネントと、
を含む、熱電界放出カソード。 - 前記先端部が遷移金属炭化物化合物又は遷移金属ホウ化物化合物のうちの少なくとも１つを含み、前記遷移金属炭化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、又はニオブの炭化物化合物であり、前記遷移金属ホウ化物化合物が、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、又はランタンのホウ化物化合物である、請求項５に記載の熱電界放出カソード。
- 前記仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ、あるいは
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ、あるいは
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含む、請求項５に記載の熱電界放出カソード。 - ベースと、
前記ベース内に埋め込まれた２つの電極と、
２つの端部と中心部分とを含む導電ワイヤであって、前記導電ワイヤの前記２つの端部がそれぞれ前記２つの電極に接続され、前記エミッタが前記導電ワイヤの前記中心部分に装着され、前記導電ワイヤが前記中心部分で前記エミッタに対して凸状になっている導電ワイヤと、
を更に含む、請求項５に記載の熱電界放出カソード。 - 先端部を有する電子エミッタに抑制を加えることと、
前記抑制の下で、前記先端部上に平面領域を形成することと、
前記抑制を除去することと、
を含む、方法。 - 前記先端部上に前記平面領域を形成することが、
前記電子エミッタの前記先端部を研磨して、前記平面領域を形成すること
を含む、請求項９に記載の方法。 - 前記先端部に固定具又はジグを取り付けることと、
前記固定具又はジグを使用して、前記平面領域を形成することと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。 - 前記電子エミッタに前記抑制を加えることが、
前記先端部上にワックスを塗布すること
を含む、請求項９に記載の方法。 - 前記抑制が除去された後に前記電子エミッタを加熱することであって、前記加熱が前記先端部上の汚染物質を除去することと、
前記加熱後に前記先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。 - 前記抑制が除去された後に前記先端部上に仕事関数低下材料をコーティングすることであって、前記仕事関数低下材料が、
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、又はトリウムの酸化物化合物のうちの少なくとも１つ、あるいは
ジルコニウム、チタン、ニオブ、スカンジウム、バナジウム、又はランタンの窒化物化合物のうちの少なくとも１つ、あるいは
ジルコニウム、ハフニウム、チタン、スカンジウム、イットリウム、バナジウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、ニオブ、又はトリウムのオキシナイトライド化合物のうちの少なくとも１つ
を含むこと
を更に含む、請求項９に記載の方法。 - 前記電子エミッタの端部部分をエッチングして、前記先端部を形成すること
を更に含む、請求項９に記載の方法。
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