JP2930701B2 - Field emission type electron gun - Google Patents

Field emission type electron gun

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電界放出電子銃に関し、軸合わせ機構とコン
デショニング機構を備えた電界放出型電子銃に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission electron gun, and more particularly, to a field emission electron gun having an axis alignment mechanism and a conditioning mechanism.

[従来の技術] 電界放出型電子銃においては、エミッタの位置を光軸
に合わせるため、大気側からエミッタチップの位置を調
整できるようになっている。そのため、電界放出電子銃
においては、大気側からこのエミッタチップの位置を調
整するための軸合わせ用棒を有しており、この軸合わせ
用棒は碍子で形成された筒内に挿入されている。
[Prior Art] In a field emission electron gun, the position of an emitter tip can be adjusted from the atmosphere side in order to align the position of the emitter with the optical axis. Therefore, the field emission electron gun has a shaft alignment rod for adjusting the position of the emitter tip from the atmosphere side, and the shaft alignment rod is inserted into a cylinder formed of an insulator. .

又、電界放出型電子銃においては、コンデショニング
を行うための機構を有している。このコンデショニング
機構は、前記碍子筒に負の高圧を印加して接地電位に保
持された筐筒との間に放電を生ぜせしめ、電子銃の稼動
時には放電が生じないようにさせるためのものである。
Further, the field emission type electron gun has a mechanism for performing conditioning. This conditioning mechanism is for applying a negative high voltage to the insulator tube to generate a discharge between the insulator tube and the case held at the ground potential, so that no discharge occurs when the electron gun is operated. is there.

このコンデショニングに伴って、放電がアノードと引
出電極との間に及ぶと、引出電極の電位が大きく変動す
るため、チップと引出電極間に大電圧が印加される。そ
のため、チップと引出電極間に大電流が流れてチップが
損傷してしまう。従って、このようなチップの損傷を防
ぐため、コンデショニングが行われる際には、引出電極
をアノードと導通させてこれらを同電位とし、放電がア
ノードと引出電極間に及ぶことがあっても、チップと引
出電極間に大電流が流れることを防ぎ、チップを保護す
るようにしている。従って、従来の電界放出型電子銃に
おいては大気側からチップと引出電極との導通非導通を
切り換えるための操作棒を有しており、この操作棒も前
記碍子筒に挿入されている。
When the discharge extends between the anode and the extraction electrode with this conditioning, the potential of the extraction electrode greatly changes, so that a large voltage is applied between the chip and the extraction electrode. Therefore, a large current flows between the chip and the extraction electrode, and the chip is damaged. Therefore, in order to prevent such damage to the chip, when conditioning is performed, the extraction electrode is brought into conduction with the anode to make them the same potential, and even if the discharge extends between the anode and the extraction electrode, A large current is prevented from flowing between the chip and the extraction electrode to protect the chip. Therefore, the conventional field emission type electron gun has an operation rod for switching conduction and non-conduction between the chip and the extraction electrode from the atmosphere side, and this operation rod is also inserted into the insulator tube.

[発明が解決しようとする課題] このような従来の装置において、前記軸合わせ用棒と
操作棒については、特に配慮がなされていないため、こ
れらを別個の材質で形成していると共に、これらの径も
異なっていた。
[Problem to be Solved by the Invention] In such a conventional apparatus, since the shaft alignment rod and the operation rod are not particularly considered, they are formed of different materials, and The diameter was also different.

そのため従来においては、各棒の間や棒と碍子内面間
等で微小放電が生じてしまい、その結果、このような微
小放電によりチップに印加される高圧が変動してしま
う。従って、このような電子銃を例えば走査電子顕微鏡
に用いた場合、像のチラツキが生じていた。
Therefore, in the related art, a minute discharge is generated between the rods or between the rod and the inner surface of the insulator, and as a result, the high voltage applied to the chip fluctuates due to the minute discharge. Therefore, when such an electron gun is used for a scanning electron microscope, for example, flickering of an image has occurred.

本発明はこのような従来の欠点を解決し、前述した微
小放電の発生を抑制し得る電界放出型電子銃を提供する
ことを目的としている。
An object of the present invention is to solve such a conventional drawback and to provide a field emission type electron gun capable of suppressing generation of the above-mentioned minute discharge.

[課題を解決するための手段] そのため本発明は、電子銃筐筒と、該電子銃筐筒の内
側に固定された碍子筒と、エミッターチップに高圧を与
えるためのリード線を含み碍子筒の内側中心部に配置さ
れる被覆層と、前記碍子筒の内周面と該被覆層のほぼ中
間の同一円周上に略等間隔に配置され大気側からの操作
によりエミッターチップを移動させて光軸中心に合わせ
るための複数の絶縁物から成る軸合わせ用棒と、前記碍
子筒の内周面と被覆層の中間で2本の軸合わせ用棒の中
間に配置されコンデショニング時にチップとアノード間
を導通させるための絶縁物から成る操作棒とを備えた電
界放射型電子銃において、前記軸合わせ用棒と操作棒を
同じ径となるように形成したことを特徴としている。
Means for Solving the Problems Therefore, the present invention provides an electron gun casing including an electron gun casing, an insulator cylinder fixed inside the electron gun casing, and a lead wire for applying a high voltage to an emitter chip. A coating layer disposed at the inner central portion, and an emitter chip which is disposed at substantially equal intervals on the same circumference substantially in the middle of the inner peripheral surface of the insulator cylinder and the coating layer and which is moved from the atmosphere side to emit light. A shaft alignment rod made of a plurality of insulators for adjusting to the center of the shaft, and an intermediate member between the inner shaft of the insulator cylinder and the coating layer and between the two shaft alignment rods and between the tip and the anode during conditioning. In the field emission type electron gun provided with an operation rod made of an insulator for conducting the electric field, the axis alignment rod and the operation rod are formed to have the same diameter.

[実施例] 以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例の断面図を示すためのもの
で、図中1は電子銃の筐筒であり、2は碍子筒である。
碍子筒2の底部には金属製ドーナツ板3が取り付けられ
ている。この金属製ドーナツ板3にはベローズ4が取り
付けられており、ベローズ4には絶縁物性チップ支持板
5が取り付けられている。チップ支持板5にはエミッタ
チップ10が取り付けられている。6aは第1の軸合わせ用
棒であり、この軸合わせ用棒6aは図示していないが、気
密を維持して大気側に取り出されており、大気側からそ
の軸心の周りに回転できるようになっている。軸合わせ
用棒の先端は調整ネジ7aの凹部に嵌合されている。調整
ネジ7aの先端は前記ドーナツ板3に固定された当接部材
8に当接されている。この当接部材8は絶縁物で形成さ
れている。前記ドーナツ板3には絶縁部材11,12を介し
て電極支持筒13が取り付けられている。電極支持筒13に
は引出電極14が固定されていると共に磁界レンズ15が取
り付けられている。9はコンデショニング時にチップ10
と引出電極14間を導通させるための操作棒である。操作
棒9の先端には金属性の接点17が固定されており、接点
17はリード線16によりチップ10と接続されている。接点
17に対向して金属部材18が配置されている。この金属部
材18は前記引出電極14に電気的に接続されていると共
に、絶縁部材12によってチップ10側と絶縁されている。
図示していないが、稼動時には引出電極14には電子引出
用チップ10よりやや高い電位が与えられる。碍子筒2は
アノード19が取り付けられている。碍子筒2の内部には
前記チップ等に高圧を与えるため等の目的でリード線2
1,22(第1図)が挿入されている。これらリード線はエ
ポキシ樹脂より成る被覆層20でモールドされている。チ
ップ支持板5及びベローズ4及びドーナツ板3によって
碍子筒2は封じられており、この封じられた空間内に絶
縁性を高めるためのガスが封入されている。
FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the present invention, in which 1 is an electron gun casing, and 2 is an insulator cylinder.
A metal donut plate 3 is attached to the bottom of the insulator tube 2. A bellows 4 is attached to the metal donut plate 3, and an insulating material chip support plate 5 is attached to the bellows 4. An emitter chip 10 is mounted on the chip support plate 5. Reference numeral 6a denotes a first alignment rod, which is not shown, but is taken out to the atmosphere side while maintaining airtightness, and is rotatable around its axis from the atmosphere side. It has become. The tip of the shaft alignment rod is fitted into the recess of the adjustment screw 7a. The tip of the adjusting screw 7a is in contact with a contact member 8 fixed to the donut plate 3. This contact member 8 is formed of an insulator. An electrode support tube 13 is attached to the donut plate 3 via insulating members 11 and 12. The extraction electrode 14 is fixed to the electrode support cylinder 13 and a magnetic lens 15 is attached to the extraction electrode 14. 9 is tip 10 during conditioning
And an operating rod for conducting between the lead-out electrode 14. A metal contact 17 is fixed to the tip of the operating rod 9.
17 is connected to the chip 10 by a lead wire 16. contact
A metal member 18 is arranged opposite to 17. The metal member 18 is electrically connected to the extraction electrode 14 and is insulated from the chip 10 by the insulating member 12.
Although not shown, a potential that is slightly higher than the electron extraction chip 10 is applied to the extraction electrode 14 during operation. An anode 19 is attached to the insulator tube 2. A lead wire 2 is provided inside the insulator tube 2 for the purpose of applying a high pressure to the chip or the like.
1,22 (FIG. 1) have been inserted. These leads are molded with a coating layer 20 made of epoxy resin. The insulator cylinder 2 is sealed by the chip support plate 5, the bellows 4, and the donut plate 3, and a gas for enhancing insulation is sealed in the sealed space.

第1図は第2図のA−A断面を示すためのもので、図
中第1図と同一の構成要素に対しては同一番号が付され
ている。
FIG. 1 shows a cross section taken along the line AA in FIG. 2, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

第1図に示すように、実際には軸合わせ用棒6aに加え
て、軸合わせ用の棒6b、6cが碍子筒2と被覆層20のほぼ
中間の同一円周上に略等間隔に配置されている。これら
軸合わせ用の棒6a,6b,6cはこれら棒の夫々と碍子筒2の
中心を結ぶ向きにチップ10を移動させるためのものであ
る。これら軸合わせ用の棒6a,6b,6cと操作棒9の径は同
一にされていると共に、これら4本の棒は同一の材料で
あるエポキシで形成されている。
As shown in FIG. 1, actually, in addition to the shaft alignment rod 6a, the shaft alignment rods 6b and 6c are arranged at substantially equal intervals on the same circumference substantially in the middle between the insulator tube 2 and the coating layer 20. Have been. The rods 6a, 6b, 6c for axial alignment are for moving the tip 10 in a direction connecting each of these rods to the center of the insulator tube 2. The diameters of the rods 6a, 6b, 6c for alignment and the operation rod 9 are the same, and these four rods are formed of the same material, epoxy.

このような構成において、チップ10の軸合わせを行う
場合には、軸合わせ用の棒6a,6b,6cのうち、必要なもの
を回転させる。いま、例えば軸合わせ用の棒6aを回転さ
せると、調整ネジ7aが回転し、それにより絶縁物性チッ
プ支持板5が傾斜してチップ10が移動する。
In such a configuration, when the axis of the chip 10 is aligned, a necessary one of the axes 6a, 6b, and 6c is rotated. Now, for example, when the alignment rod 6a is rotated, the adjusting screw 7a is rotated, whereby the insulating material chip supporting plate 5 is inclined and the chip 10 moves.

又、コンデショニングを行う場合には、操作棒9をそ
の軸の方向に沿って移動させる。その結果、接点17が金
属部材18に接触してチップ10と引出電極14は同電位とな
る。そこで、碍子筒2と筐筒1との間に高電圧を印加す
れば、チップ10の前述した損傷を防止してコンデショニ
ングを行うことができる。
When performing conditioning, the operating rod 9 is moved along the direction of its axis. As a result, the contact 17 comes into contact with the metal member 18, and the tip 10 and the extraction electrode 14 have the same potential. Thus, if a high voltage is applied between the insulator cylinder 2 and the casing 1, the above-described damage to the chip 10 can be prevented and conditioning can be performed.

次に効果について説明する。 Next, effects will be described.

上述した電界放出型電子銃の碍子筒2内部の電界の様
子を従来の電界放出型電子銃と比較した。そのための電
界分布の解析にあたって以下の点を考慮した。即ち、管
内が導体のみで構成されている場合には、操作棒等の径
が小さければ電界集中の効果がより顕著になり、局所的
に大きな電界が存在することが予想されるが、管内に配
置される要素は絶縁物であるため、電界の分布の解析は
単純で無く、そこで、管内の電界分布の解析をコンピュ
ータシミュレーションで行った。
The state of the electric field inside the insulator tube 2 of the above-mentioned field emission type electron gun was compared with that of the conventional field emission type electron gun. The following points were considered in analyzing the electric field distribution for that purpose. That is, when the inside of the tube is composed of only a conductor, the effect of the electric field concentration becomes more remarkable if the diameter of the operation rod or the like is small, and it is expected that a large electric field exists locally. Since the elements to be arranged are insulators, the analysis of the electric field distribution is not simple. Therefore, the analysis of the electric field distribution in the pipe was performed by computer simulation.

その結果、上述した実施例の場合は、図3(b)のよ
うになり、一方、各棒の材質が同じエポキシで径が異な
る場合は図3(a)のようになった。図3においてイで
示された部分が電界強度の高い部分を示しており、ハッ
チングが濃い程強い電界強度の存在を表している。
As a result, in the case of the above-described embodiment, the result is as shown in FIG. 3B. On the other hand, when the material of each bar is the same epoxy and the diameter is different, the result is as shown in FIG. 3A. In FIG. 3, a portion indicated by a indicates a portion having a high electric field intensity, and the darker the hatching, the stronger the electric field intensity is.

本発明が対象としている電界放射型電子銃の電子銃筒
筐内のように、比誘電率の異なる部材で構成された複合
体で微少放電を抑制するには、電界強度の異常に高い部
分の電界強度を相対的に低下させ、全体に電界強度を均
一化する(一部分の電界強度を下げるようにすること、
他の部分の電界強度が上がるので、そのバランスを考え
て電界強度のバラツキを小さくする)ことが必要であ
る。
As in the case of the electron gun barrel of the field emission type electron gun to which the present invention is directed, in order to suppress micro-discharge in a composite composed of members having different relative dielectric constants, a portion having an abnormally high electric field strength is required. Make the electric field strength relatively low, and make the electric field strength uniform throughout (reducing the electric field strength of a part,
Since the electric field strength in other parts increases, it is necessary to reduce the variation in electric field strength in consideration of the balance.

そのような観点から本願では、軸合わせ用棒6a,6b,6c
と操作棒6dの径を同一としており、これにより電界強度
が極端に強い部分がなくなり、全体的に電界強度が均一
化されるため、各棒の間や棒と碍子筒内面との間の微少
放電を抑えることができる。従って、このような電界放
出型電子銃を例えば、走査電子顕微鏡に用いれば、像の
安定度を向上させることができる。
From such a viewpoint, in the present application, the shaft alignment rods 6a, 6b, 6c
The diameter of the control rod 6d is the same as that of the control rod 6d, which eliminates the part where the electric field strength is extremely strong and makes the electric field strength uniform overall. Discharge can be suppressed. Therefore, if such a field emission type electron gun is used in, for example, a scanning electron microscope, the stability of an image can be improved.

[発明の効果] 上述した説明から明らかなように、本発明に基づく電
界放出型電子銃によれば、碍子筒内での各棒間の微小放
電や、各棒と碍子筒内面間の微小放電を抑えることがで
き、従ってこのような電界放出型電子銃を走査電子顕微
鏡等に用いれば、像の安定度を向上させることができ
る。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the field emission type electron gun of the present invention, the minute discharge between each rod in the insulator cylinder and the minute discharge between each rod and the inner surface of the insulator cylinder are provided. Therefore, if such a field emission electron gun is used in a scanning electron microscope or the like, the stability of an image can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の断面を示すための図、第2
図はこの一実施例装置の他の断面を示すための図、第3
図は本発明の作用効果を説明するための図である。 1:電子銃筐筒、2:碍子筒 3:金属性ドーナツ板、4:ベローズ 5:チップ支持板 6a,6b,6c:軸合わせ用棒 7a:調整ネジ、8:当接部材 9:操作棒、10:チップ 11,12:絶縁部材、13:電極支持筒 14:引出電極、15:磁界レンズ 16:リード線、17:接点 18:金属部材、19:電極 20:被覆層 21,22:リード線
FIG. 1 is a view showing a cross section of one embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a view showing another cross section of the device of this embodiment, and FIG.
The figure is a diagram for explaining the operation and effect of the present invention. 1: Electron gun case, 2: Insulator tube 3: Metallic donut plate, 4: Bellows 5: Chip support plate 6a, 6b, 6c: Alignment rod 7a: Adjustment screw, 8: Contact member 9: Operation rod , 10: chip 11, 12: insulating member, 13: electrode support tube 14: extraction electrode, 15: magnetic lens 16: lead wire, 17: contact 18: metal member, 19: electrode 20: coating layer 21, 22: lead line

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子銃筐筒と、該電子銃筐筒の内側に固定
された碍子筒と、エミッターチップに高圧を与えるため
のリード線を含み碍子筒の内側中心部に配置される被覆
層と、前記碍子筒の内周面と該被覆層のほぼ中間の同一
円周上に略等間隔に配置され大気側からの操作によりエ
ミッターチップを移動させて光軸中心に合わせるための
複数の絶縁物から成る軸合わせ用棒と、前記碍子筒の内
周面と被覆層の中間で2本の軸合わせ用棒の中間に配置
されコンデショニング時にチップとアノード間を導通さ
せるための絶縁物から成る操作棒とを備えた電界放射型
電子銃において、前記軸合わせ用棒と操作棒を同じ径と
なるように形成したことを特徴とする電界放出型電子
銃。
1. A coating layer including an electron gun casing, an insulator cylinder fixed inside the electron gun casing, and a lead wire for applying a high voltage to an emitter chip, and disposed at a central portion inside the insulator cylinder. And a plurality of insulators which are arranged at substantially equal intervals on the same circumference substantially in the middle of the inner peripheral surface of the insulator cylinder and the coating layer, and which are moved from the atmosphere side to move the emitter tip to align with the center of the optical axis. And an insulator disposed between the inner peripheral surface of the insulator tube and the coating layer and between the two shafts, and for conducting between the chip and the anode during conditioning. A field emission type electron gun having an operation rod, wherein the axis alignment rod and the operation rod have the same diameter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI558631B (en) * 2011-03-18 2016-11-21 電化股份有限公司 Handling method of electronic gun or ion gun as well as a container

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