JP3581254B2 - 熱電界放出形電子銃 - Google Patents
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡等に使用される熱電界放出形電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は熱電界放出形電子銃の基本構成を示している。１はタングステン単結晶よりなる電子放出エミッタであり、加熱電源２により所定の温度に加熱される。エミッタ１と引出電極３との間には、引出電圧電源４から引出電圧が印加され、また、エミッタ１と接地電位の加速電極５との間には、加速電源６から加速電圧が印加される。
【０００３】
ところで、上記した熱電界放出形電子銃において、エミッタ１の先端半径は、冷陰極タイプの電界放出形電子銃の先端半径が大略０．２μｍ以下であるのに対して、大略０．４μｍ以上と大きい。
【０００４】
これは、熱電界放出形電子銃においては、エミッタ先端形状は、エミッタ先端に掛かっている電界強度の大きさと、エミッタ先端温度とのバランスによって保たれているためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した熱電界放出形電子銃では、エミッタ先端半径が大きくなり、この結果、仮想光源が大きく、かつ、輝度が小さくなるという問題点があった。この点を図２、図３を用いて更に詳細に説明する。図２、図３はいずれも従来のエミッタ１の先端部を示しているが、図２は断面方向から見た図、図３は斜視図である。
【０００６】
タングステン単結晶からなるエミッタ１の頂点には、ファセットＦと呼ばれる結晶面があり、この面より電子が放出される。この放出電子Ｅの軌道の接線は、エミッタ１内でクロスし、最小径となる部位が仮想光源Ｓとなり、その大きさｄが光源の大きさとなる。
【０００７】
したがって、ファセットＦが大きいと、仮想光源Ｓが大きくなってしまう。しかし、エミッタ１の先端の半径を小さくすると、エミッタ先端に掛かっている電界強度とエミッタ先端での温度とのバランスが崩れ、エミッタ先端での原子が不安定となり、エミッションが不安定となり、最終的にはエミッションしなくなってしまうという問題点があった。なお、仮想光源Ｓが大きいと、この電子銃を用いた走査電子顕微鏡では、高い分解能の像を観察することができない。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、仮想光源が小さく、輝度が高く、更にはエミッションが安定な熱電界放出形電子銃を実現するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出形電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落としたことを特徴としている。
【００１０】
第１の発明では、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とし、その先端から熱電界放出電子を放出させる。
第２の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、請求項１の発明において、エミッタ先端に形成されるファセット面を、集束イオンビームによってリング状に削り落としたことを特徴としている。
【００１１】
第３の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出形電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とすことにより比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成したことを特徴としている。
【００１２】
第３の発明では、比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成し、比較的小さな先端半径を有したエミッタの先端に形成されたファセット面から熱電界放出電子を放出させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４、図５は本発明に基づく熱電界放射型電子銃のエミッタ１０を示しており、図４は断面方向から見た図、図５は斜視図である。このエミッタ１０は、頂面の外側にリング状の溝１１が形成されている。
【００１４】
このエミッタ１０は、例えば、図２に示した比較的広い面積のファセット面Ｆを有したエミッタ１に対して、集束イオンビームによる微細加工装置によりリング状に溝１１を掘って削り落とし、その後、溝１１が形成されたエミッタ１０の先端に、再度熱電界を掛けることによって形成される。この熱電界の印加により、エミッタ１０は自己修復し、頂上チップ１２とその頂上に結晶面であるファセットＦ０ が形成される。
【００１５】
この頂上チップ１２上に形成されたファセットＦ０ は、図２に示したファセットＦよりも小さく、ファセットＦ０ から放出される放出電子Ｅの仮想光源Ｓの大きさが小さくなり、また、輝度が高くなる。
【００１６】
図６において、エミッタ１０の先端に頂上チップ１２を形成した場合のエミッタ先端付近の電界強度を等電位線１３で示す。この図６から明らかなように、エミッタ１０の先端の全体形状は、先端半径Ｒの大きな先端形状を維持しており、溝１１を掘って頂上チップ１２を形成しても、頂上チップ１２上に掛かる電界強度は図２に示した従来の形状のエミッタとあまり変わらない。
【００１７】
そのため、熱電界を掛けてもエミッタ先端の形状は長時間に渡って崩れることがなく、安定したエミッションをさせることができる。これによって、先端半径Ｒのエミッタ先端に、先端半径ｒのエミッタが形成された構造となる。
【００１８】
このように、図４，図５に示したエミッタを備えた熱電界放出形電子銃を走査電子顕微鏡の電子銃として用いると、仮想光源の径が小さいので、高い分解能の像を観察することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明では、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とし、その先端から熱電界放出電子を放出させるようにしたので、仮想光源を小さくできると共に、輝度を高くすることができる。また、エミッタの全体構造としては大きいため、エミッタ先端の形状が崩れにくく、長時間に渡って安定して動作させることができる。
【００２０】
第２の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、第１の発明において、エミッタ先端に形成されるファセット面を、集束イオンビームによってリング状に削り落とすようにしたので、精密にリング状の溝を形成することができる。
【００２１】
第３の発明では、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とすことにより比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成し、比較的小さな先端半径を有したエミッタの先端に形成されたファセット面から熱電界放出電子を放出させるようにしたので、仮想光源を小さくできると共に、輝度を高くすることができる。また、エミッタの全体構造としては大きいため、エミッタ先端の形状が崩れにくく、長時間に渡って安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱電界放出形電子銃の基本構成を示す図である。
【図２】従来のエミッタの形状を示す図である。
【図３】従来のエミッタの形状を示す図である。
【図４】本発明に基づくエミッタの形状を示す図である。
【図５】本発明に基づくエミッタの形状を示す図である。
【図６】本発明に基づくエミッタの先端部分の等電位線を示す図である。
【符号の説明】
１０ エミッタ
１１ リング状溝
１２ 頂上チップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査電子顕微鏡等に使用される熱電界放出形電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は熱電界放出形電子銃の基本構成を示している。１はタングステン単結晶よりなる電子放出エミッタであり、加熱電源２により所定の温度に加熱される。エミッタ１と引出電極３との間には、引出電圧電源４から引出電圧が印加され、また、エミッタ１と接地電位の加速電極５との間には、加速電源６から加速電圧が印加される。
【０００３】
ところで、上記した熱電界放出形電子銃において、エミッタ１の先端半径は、冷陰極タイプの電界放出形電子銃の先端半径が大略０．２μｍ以下であるのに対して、大略０．４μｍ以上と大きい。
【０００４】
これは、熱電界放出形電子銃においては、エミッタ先端形状は、エミッタ先端に掛かっている電界強度の大きさと、エミッタ先端温度とのバランスによって保たれているためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した熱電界放出形電子銃では、エミッタ先端半径が大きくなり、この結果、仮想光源が大きく、かつ、輝度が小さくなるという問題点があった。この点を図２、図３を用いて更に詳細に説明する。図２、図３はいずれも従来のエミッタ１の先端部を示しているが、図２は断面方向から見た図、図３は斜視図である。
【０００６】
タングステン単結晶からなるエミッタ１の頂点には、ファセットＦと呼ばれる結晶面があり、この面より電子が放出される。この放出電子Ｅの軌道の接線は、エミッタ１内でクロスし、最小径となる部位が仮想光源Ｓとなり、その大きさｄが光源の大きさとなる。
【０００７】
したがって、ファセットＦが大きいと、仮想光源Ｓが大きくなってしまう。しかし、エミッタ１の先端の半径を小さくすると、エミッタ先端に掛かっている電界強度とエミッタ先端での温度とのバランスが崩れ、エミッタ先端での原子が不安定となり、エミッションが不安定となり、最終的にはエミッションしなくなってしまうという問題点があった。なお、仮想光源Ｓが大きいと、この電子銃を用いた走査電子顕微鏡では、高い分解能の像を観察することができない。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、仮想光源が小さく、輝度が高く、更にはエミッションが安定な熱電界放出形電子銃を実現するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出形電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落としたことを特徴としている。
【００１０】
第１の発明では、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とし、その先端から熱電界放出電子を放出させる。
第２の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、請求項１の発明において、エミッタ先端に形成されるファセット面を、集束イオンビームによってリング状に削り落としたことを特徴としている。
【００１１】
第３の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出形電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とすことにより比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成したことを特徴としている。
【００１２】
第３の発明では、比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成し、比較的小さな先端半径を有したエミッタの先端に形成されたファセット面から熱電界放出電子を放出させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４、図５は本発明に基づく熱電界放射型電子銃のエミッタ１０を示しており、図４は断面方向から見た図、図５は斜視図である。このエミッタ１０は、頂面の外側にリング状の溝１１が形成されている。
【００１４】
このエミッタ１０は、例えば、図２に示した比較的広い面積のファセット面Ｆを有したエミッタ１に対して、集束イオンビームによる微細加工装置によりリング状に溝１１を掘って削り落とし、その後、溝１１が形成されたエミッタ１０の先端に、再度熱電界を掛けることによって形成される。この熱電界の印加により、エミッタ１０は自己修復し、頂上チップ１２とその頂上に結晶面であるファセットＦ０ が形成される。
【００１５】
この頂上チップ１２上に形成されたファセットＦ０ は、図２に示したファセットＦよりも小さく、ファセットＦ０ から放出される放出電子Ｅの仮想光源Ｓの大きさが小さくなり、また、輝度が高くなる。
【００１６】
図６において、エミッタ１０の先端に頂上チップ１２を形成した場合のエミッタ先端付近の電界強度を等電位線１３で示す。この図６から明らかなように、エミッタ１０の先端の全体形状は、先端半径Ｒの大きな先端形状を維持しており、溝１１を掘って頂上チップ１２を形成しても、頂上チップ１２上に掛かる電界強度は図２に示した従来の形状のエミッタとあまり変わらない。
【００１７】
そのため、熱電界を掛けてもエミッタ先端の形状は長時間に渡って崩れることがなく、安定したエミッションをさせることができる。これによって、先端半径Ｒのエミッタ先端に、先端半径ｒのエミッタが形成された構造となる。
【００１８】
このように、図４，図５に示したエミッタを備えた熱電界放出形電子銃を走査電子顕微鏡の電子銃として用いると、仮想光源の径が小さいので、高い分解能の像を観察することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明では、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とし、その先端から熱電界放出電子を放出させるようにしたので、仮想光源を小さくできると共に、輝度を高くすることができる。また、エミッタの全体構造としては大きいため、エミッタ先端の形状が崩れにくく、長時間に渡って安定して動作させることができる。
【００２０】
第２の発明に基づく熱電界放出形電子銃は、第１の発明において、エミッタ先端に形成されるファセット面を、集束イオンビームによってリング状に削り落とすようにしたので、精密にリング状の溝を形成することができる。
【００２１】
第３の発明では、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とすことにより比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成し、比較的小さな先端半径を有したエミッタの先端に形成されたファセット面から熱電界放出電子を放出させるようにしたので、仮想光源を小さくできると共に、輝度を高くすることができる。また、エミッタの全体構造としては大きいため、エミッタ先端の形状が崩れにくく、長時間に渡って安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱電界放出形電子銃の基本構成を示す図である。
【図２】従来のエミッタの形状を示す図である。
【図３】従来のエミッタの形状を示す図である。
【図４】本発明に基づくエミッタの形状を示す図である。
【図５】本発明に基づくエミッタの形状を示す図である。
【図６】本発明に基づくエミッタの先端部分の等電位線を示す図である。
【符号の説明】
１０ エミッタ
１１ リング状溝
１２ 頂上チップ
Claims (3)
- エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出形電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落としたことを特徴とする熱電界放出形電子銃。
- エミッタ先端に形成されるファセット面を、集束イオンビームによってリング状に削り落としたことを特徴とする請求項１記載の熱電界放出形電子銃。
- エミッタを加熱すると共に、加熱されたエミッタから電子を引き出すようにした熱電界放出形電子銃において、エミッタ先端に形成されるファセット面をリング状に削り落とすことにより比較的大きな先端半径を有したエミッタ先端に比較的小さな先端半径を有したエミッタを形成したことを特徴とする熱電界放出形電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18717998A JP3581254B2 (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 熱電界放出形電子銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18717998A JP3581254B2 (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 熱電界放出形電子銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000021288A JP2000021288A (ja) | 2000-01-21 |
| JP3581254B2 true JP3581254B2 (ja) | 2004-10-27 |
Family
ID=16201499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18717998A Expired - Fee Related JP3581254B2 (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 熱電界放出形電子銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3581254B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2004073010A1 (ja) * | 2003-02-17 | 2004-08-26 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | 電子銃 |
| JP5150800B2 (ja) * | 2007-02-21 | 2013-02-27 | 株式会社トプコン | 電界放出型電子銃の製造方法、その製造方法による電界放出型電子銃、荷電粒子ビーム装置、電界放出型電子銃の再生方法、その再生方法による電界放出型電子銃、荷電粒子ビーム装置、および複数分割エミッタ電極 |
-
1998
- 1998-07-02 JP JP18717998A patent/JP3581254B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000021288A (ja) | 2000-01-21 |
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