JP3164651B2 - 熱電界放射陰極の操作方法 - Google Patents
熱電界放射陰極の操作方法Info
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子顕微鏡、測長機、電
子ビーム露光機、電子ビームテスターなどに用いられる
熱電界放射陰極に関する。
子ビーム露光機、電子ビームテスターなどに用いられる
熱電界放射陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】安定な高輝度電子源としてLaB6からなる
熱電子放射体が使用されているが、より輝度の高い超高
速電子ビーム露光装置などに必要とされる放射条件を満
たすには至っていない。そこで、近年、軸方位が＜１０
０＞方位からなるタングステン単結晶の針状電極にジル
コニウムと酸素とからなる被覆層を設けた、いわゆるZr
O/Ｗ熱電界放射陰極が、従来の熱陰極に比べて高輝度、
長寿命であり、また冷電界放射陰極よりも安定で使いや
すいという特徴を有するため、使用されるようになって
いる。
熱電子放射体が使用されているが、より輝度の高い超高
速電子ビーム露光装置などに必要とされる放射条件を満
たすには至っていない。そこで、近年、軸方位が＜１０
０＞方位からなるタングステン単結晶の針状電極にジル
コニウムと酸素とからなる被覆層を設けた、いわゆるZr
O/Ｗ熱電界放射陰極が、従来の熱陰極に比べて高輝度、
長寿命であり、また冷電界放射陰極よりも安定で使いや
すいという特徴を有するため、使用されるようになって
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した熱電界放射陰
極は所定の回路にセットして真空に排気した後、熱電界
放射陰極の温度を上げながら所定の電界を印加して電子
ビームを放射させるが、安定に動作させるには、限られ
た温度領域と良好な真空度を確保することが重要であ
る。一般的には温度領域として1400〜1900度Ｋ、真空度
として10-8Torrより良い真空下で動作させる必要があ
る。
極は所定の回路にセットして真空に排気した後、熱電界
放射陰極の温度を上げながら所定の電界を印加して電子
ビームを放射させるが、安定に動作させるには、限られ
た温度領域と良好な真空度を確保することが重要であ
る。一般的には温度領域として1400〜1900度Ｋ、真空度
として10-8Torrより良い真空下で動作させる必要があ
る。
【０００４】このような条件下で動作させても、時には
容易に電子ビームを発生しなかったり、またある時には
放電現象を生じて熱電界放射陰極を破損したりするとい
う問題があった。
容易に電子ビームを発生しなかったり、またある時には
放電現象を生じて熱電界放射陰極を破損したりするとい
う問題があった。
【０００５】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たものであって、放電現象が生じ難く、効率よく動作で
きる熱電界放射陰極の操作方法を提供することを目的と
する。特にサプレッサー電極の材質と立ち上げ時の引出
し電圧と真空度が重要な要因であることを見いだし鋭意
検討した結果、本発明を完成するに至った。
たものであって、放電現象が生じ難く、効率よく動作で
きる熱電界放射陰極の操作方法を提供することを目的と
する。特にサプレッサー電極の材質と立ち上げ時の引出
し電圧と真空度が重要な要因であることを見いだし鋭意
検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の特徴
は、ジルコニウムと酸素からなる被覆層を有する軸方位
が＜１００＞方位のタングステン単結晶の針状電極と 6
00°Ｋにおける水素ガスの拡散速度が５×10-10 ｍ2/ｓ
より小さい導電性材料で形成されたサプレッサー電極と
からなる熱電界放射陰極を、引出し電圧を１ｋＶ以下に
真空度を１×１０-8Torr以下に保ちながら加熱して、前
記熱電界放射陰極部材から揮発物を揮発させた後、さら
に引出し電圧をあげて電子ビームを放出させることを特
徴とする熱電界放射陰極の操作方法である。
は、ジルコニウムと酸素からなる被覆層を有する軸方位
が＜１００＞方位のタングステン単結晶の針状電極と 6
00°Ｋにおける水素ガスの拡散速度が５×10-10 ｍ2/ｓ
より小さい導電性材料で形成されたサプレッサー電極と
からなる熱電界放射陰極を、引出し電圧を１ｋＶ以下に
真空度を１×１０-8Torr以下に保ちながら加熱して、前
記熱電界放射陰極部材から揮発物を揮発させた後、さら
に引出し電圧をあげて電子ビームを放出させることを特
徴とする熱電界放射陰極の操作方法である。
【０００７】
【作用】熱電界放射陰極の針状電極から電子ビームを安
定に引き出すための要因として、サプレッサー電極の材
質、針状電極の温度、表面状態、この部分の電界強度お
よび雰囲気の真空度等があげられる。熱電界放射陰極動
作条件に導く、いわゆる立ち上げの段階では、針状電極
表面やサプレッサー電極に付着していた酸化物等の揮発
が起こり、各々の電極表面の清浄化が行われる。また、
サプレッサー電極内部からのガス発生も生じる。
定に引き出すための要因として、サプレッサー電極の材
質、針状電極の温度、表面状態、この部分の電界強度お
よび雰囲気の真空度等があげられる。熱電界放射陰極動
作条件に導く、いわゆる立ち上げの段階では、針状電極
表面やサプレッサー電極に付着していた酸化物等の揮発
が起こり、各々の電極表面の清浄化が行われる。また、
サプレッサー電極内部からのガス発生も生じる。
【０００８】サプレッサー電極内部からのガスの発生は
針状電極温度の上昇と電界の印加により、放射される電
子の一部がサプレッサー電極に衝突したり、陰極からの
熱放射によりサプレッサー電極の一部が加熱されること
で、サプレッサー電極内部に吸蔵されていたガス成分が
放出されることが、放電現象を生じる原因となってい
る。
針状電極温度の上昇と電界の印加により、放射される電
子の一部がサプレッサー電極に衝突したり、陰極からの
熱放射によりサプレッサー電極の一部が加熱されること
で、サプレッサー電極内部に吸蔵されていたガス成分が
放出されることが、放電現象を生じる原因となってい
る。
【０００９】そして、吸蔵ガスの中で水素ガスは拡散速
度が大きく、放電現象を生じる上で最大の原因となって
いる。この水素ガスの発生について検討を続け、前記の
放電現象を回避できることを見いだしたものである。
度が大きく、放電現象を生じる上で最大の原因となって
いる。この水素ガスの発生について検討を続け、前記の
放電現象を回避できることを見いだしたものである。
【００１０】すなわち、 600度Ｋでの拡散速度が５×10
-10 ｍ2/ｓより小さい導電性材料をサプレッサー電極に
用い、かつ立ち上げに先だって、引出し電圧を１ｋＶ以
下に、圧力を１×10-8Torr以下に保ちながら加熱するこ
とによって、放電を起こすことなく熱陰極構成部材から
揮発物を揮発させることができる。この後、引出し電圧
をあげることによって安定した電子ビームを引出すこと
ができる。
-10 ｍ2/ｓより小さい導電性材料をサプレッサー電極に
用い、かつ立ち上げに先だって、引出し電圧を１ｋＶ以
下に、圧力を１×10-8Torr以下に保ちながら加熱するこ
とによって、放電を起こすことなく熱陰極構成部材から
揮発物を揮発させることができる。この後、引出し電圧
をあげることによって安定した電子ビームを引出すこと
ができる。
【００１１】また、電極表面に働く電界強度は、針状電
極とサプレッサー電極によって形成されるが、この電界
が強すぎると、揮発物や発生ガスを通じて放電現象が発
生すると考えられている。一方、電極表面に働く電界強
度が低すぎると、容易に電子ビームを引き出すことが出
来ず、いたずらに時間を費やすばかりである。
極とサプレッサー電極によって形成されるが、この電界
が強すぎると、揮発物や発生ガスを通じて放電現象が発
生すると考えられている。一方、電極表面に働く電界強
度が低すぎると、容易に電子ビームを引き出すことが出
来ず、いたずらに時間を費やすばかりである。
【００１２】従って、上述したように熱陰極を実用的に
立ち上げ、安定な動作をさせるためには、電極表面の電
界強度は、揮発物や発生ガスが針状電極及びサプレッサ
ー電極表面から早く脱離する様に調整されていることが
重要である。
立ち上げ、安定な動作をさせるためには、電極表面の電
界強度は、揮発物や発生ガスが針状電極及びサプレッサ
ー電極表面から早く脱離する様に調整されていることが
重要である。
【００１３】
【実施例及び比較例】以下、本発明の実施例にいて添付
の図面を参照して具体的に説明する。
の図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】図１は本発明の熱電界放射陰極の構造を示
す断面図である。軸方位が＜１００＞方位からなるタン
グステン単結晶の針状電極１にジルコニウムと酸素とか
らなる被覆層を設けた針状電極は、所定の寸法精度が維
持される様にサプレッサー電極２に組み込まれている。
針状電極１は、これを加熱するタングステンワイヤー３
に溶接固定され、該タングステンワイヤーは、碍子４に
固定された金属製支柱５にも溶接固定されている。ここ
で、サプレッサー電極は、 600°Ｋにおける水素ガスの
拡散速度が５×10-10 ｍ2/ｓより小さい導電性材料で形
成されている。
す断面図である。軸方位が＜１００＞方位からなるタン
グステン単結晶の針状電極１にジルコニウムと酸素とか
らなる被覆層を設けた針状電極は、所定の寸法精度が維
持される様にサプレッサー電極２に組み込まれている。
針状電極１は、これを加熱するタングステンワイヤー３
に溶接固定され、該タングステンワイヤーは、碍子４に
固定された金属製支柱５にも溶接固定されている。ここ
で、サプレッサー電極は、 600°Ｋにおける水素ガスの
拡散速度が５×10-10 ｍ2/ｓより小さい導電性材料で形
成されている。
【００１５】表１に示す材質のサプレッサー電極を用い
て、熱電界放射陰極を試作し、図３の回路に組み上げて
電子放射特性を調べた。このときの熱電界放射陰極の立
ち上げは図２に示す代表的な実用的立ち上げスケジュー
ルで行った。すなわち、１×10-8Torrに減圧した後、加
熱しながら10分で温度1500℃に、さらに10分後に1800℃
に昇温した。その後20分後に引出し電圧を0.5 kVに、さ
らに５分後に１kVにあげた。この後、引出し電圧を３kV
にあげ、電子ビームを放射した。その結果、表１に示す
とおり、実験No.1〜No.14 は放電現象がなく、順調に立
ち上げることができ 100μＡ〜 200μＡの全放射電流を
示し良好な作動を示したが、実験No.15〜No.18 は放電
が発生し、うまく作動することができなかった。
て、熱電界放射陰極を試作し、図３の回路に組み上げて
電子放射特性を調べた。このときの熱電界放射陰極の立
ち上げは図２に示す代表的な実用的立ち上げスケジュー
ルで行った。すなわち、１×10-8Torrに減圧した後、加
熱しながら10分で温度1500℃に、さらに10分後に1800℃
に昇温した。その後20分後に引出し電圧を0.5 kVに、さ
らに５分後に１kVにあげた。この後、引出し電圧を３kV
にあげ、電子ビームを放射した。その結果、表１に示す
とおり、実験No.1〜No.14 は放電現象がなく、順調に立
ち上げることができ 100μＡ〜 200μＡの全放射電流を
示し良好な作動を示したが、実験No.15〜No.18 は放電
が発生し、うまく作動することができなかった。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明の操作方法によれば、熱電界放射
陰極を実用的な立ち上げ条件で作動させるときに放電現
象などのトラブルの発生もなく、安定して立ち上げ良好
な作動状態とすることができるので、特に超高速電子ビ
ーム露光装置などの用途に有効である。
陰極を実用的な立ち上げ条件で作動させるときに放電現
象などのトラブルの発生もなく、安定して立ち上げ良好
な作動状態とすることができるので、特に超高速電子ビ
ーム露光装置などの用途に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電界放射陰極の構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明の熱電界放射陰極の代表的な立ち上げス
ケジュールである。
ケジュールである。
【図３】熱電界放射陰極の電子放射特性を評価する回路
の説明図である。
の説明図である。
【符号の説明】 １ タングステン単結晶の針状電極 ２ サプレッサー電極 ３ タングステンワイヤー ４ 碍子 ５ 金属支柱 ６ ネジ ７ 引き出し電圧 12 バイアス電圧 13 全放射電流 14 加熱電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 37/073
Claims (1)
- 【請求項１】 ジルコニウムと酸素からなる被覆層を有
する軸方位が＜１００＞方位のタングステン単結晶の針
状電極と 600°Ｋにおける水素ガスの拡散速度が５×10
-10 ｍ2/ｓより小さい導電性材料で形成されたサプレッ
サー電極とからなる熱電界放射陰極を、引出し電圧を１
ｋＶ以下に真空度を１×１０-8Torr以下に保ちながら加
熱して、前記熱電界放射陰極構成部材から揮発物を揮発
させた後、さらに引出し電圧をあげて電子ビームを放出
させることを特徴とする熱電界放射陰極の操作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18895392A JP3164651B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 熱電界放射陰極の操作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18895392A JP3164651B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 熱電界放射陰極の操作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0612973A JPH0612973A (ja) | 1994-01-21 |
| JP3164651B2 true JP3164651B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=16232814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18895392A Expired - Fee Related JP3164651B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 熱電界放射陰極の操作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164651B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3264775B2 (ja) * | 1994-06-29 | 2002-03-11 | 電気化学工業株式会社 | 熱電界放射電子銃 |
| JP2008140623A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Japan Science & Technology Agency | 電子線源装置 |
-
1992
- 1992-06-24 JP JP18895392A patent/JP3164651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0612973A (ja) | 1994-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |