JPH01258351A - 液体金属イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は液体金属イオン源に関するものであり、特に
加熱手段の構造の改良された抵抗加熱方式の液体金属イ
オン源に関するものである。

［従来の技術］ 液体金属イオン源は、液体金属のイオンから由来するイ
オンビームを与えるものであり、イオン注入装置、イオ
ンビームエツチング装置、イオンマイクロアナライザ等
に利用されている。

第２図は第１の従来例である実開昭５９−５５８４８号
公報に掲載されている液体金属イオン源の断面図である
。

その底面が錐状の形をした円筒形状のるつぼ１の中に、
エミッタの働きをする針状チップ２が設置されている。

針状チップ２の先端は、るつぼ１の底面にある錐状の部
分１ａの中心部に設けられた中心孔１　ａ　／を貫通し
、外部に突出している。

針状チップ２の先端部２ａの対向する位置に、引出電極
３が設けられている。るつぼ１の外部には、該るつぼ１
を加熱するエナメル線でできた通電加熱用ヒータ４がコ
イル状に巻きつけられて設けられている。るつぼ１内に
は、イオン化すべき金属たとえばＧａ５Ａｕ５　Ｉ　ｎ
、ＡｕＳ　１ＳＡｕＳ　ｉＢｅ等のイオン金属５が入れ
られる。そして、るつぼ１の上部はるつぼ蓋６によって
閉じられている。

通電加熱用ヒータ４は加熱用電源７に接続されている。

エミッタである針状チップ２と引出電極３の間には引出
電圧用電源８が接続されており、通常数ｋＶの電圧がか
けられる。加熱用電源７の一端には、イオンを加速する
ための加速電源９が接続されており、該加速電源９の他
方端は接地されている。

次に動作について説明する。

るつぼ１内にイオン源金属５を入れる。次いで、加熱用
電源７をＯＮＬ、通電加熱用ヒータ４でるつぼ１を加熱
する。するとその熱により、るつぼ１内に入れられたイ
オン源金属５は溶融する。イオン源金属５がたとえばＧ
ａ　（２９，７℃）等の金属である場合はおおよそ数百
度の温度で溶融する。液化した金属は、該るつぼ１の下
方に形成された錐状の部分１ａの中心部に形成された中
心孔１ａ′を通って、針状チップ２の先端２ａに微滴と
なって留まる。金属の微滴が重力によって下方部に落ち
てしまわないのは、その表面張力によるものである。

次いで、針状チップ２と引出電極３の間に接続された引
出電圧用電源８をＯＮＬ、数ｋＶの電圧を印加する。す
ると、針状チップ２の先端部２ａに留まっていた液体金
属の微滴はイオン化して、引出電極３の方に向かってイ
オンビーム１０として引出される。なお、るつぼ１内で
イオン源金属５が液化した際に生じる該金属の飽和蒸気
は、るつぼ蓋６があることにより、外部に逸散すること
なく、るつぼ１内に留まる。

第３図は、第２の従来例である特開昭５８−１３７９４
０号公報に掲載されている液体金属イオン源の断面図で
ある。第３図に示す従来例は、以下の点を除いて、第２
図に示す第１の従来例と同様であり、相当する部分には
同一の参照番号を付し、その説明を省略す心。

第２の従来例が第１の従来例と異なる点は、通電加熱用
ヒータ４がるつぼ１の上部に取付けられる電極１１．１
１’の上に、挾まれるようにして、設けられている点で
ある。加熱用電源７をＯＮして電極１１．１１’間に電
圧を印加して、通電加熱用ヒータを加熱し、その熱によ
りるつぼ１を加熱する方式である。イオンビーム１０を
取出す動作は第１の従来例と同様であるので、その説明
を省略する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の液体金属イオン源は以上のように構成されており
、るつぼ１を加熱する方式に工夫が凝らされている。し
かしながら、第１の従来例においては、通電加熱用ヒー
タ２がるつぼ１の外側にコイル状に巻きつけられて設け
られているので、通電加熱用ヒータ４とるつぼ１との接
触面積が小さくなり、そのため熱が周囲に放散しやすく
なり、その結果、加熱効率が悪くなるという問題点があ
った。また、第３図に示す第２の従来例においては、通
電加熱用ヒータ４が、液体金属イオン源を加熱するに真
に必要な部分（るつぼ１の下方部）から遠く離れて設け
られているので、加熱効率が悪くなり、その結果、多量
の電力を必要とするという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、加熱効率の高められた液体金属イオン源を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る液体金属イオン源は、以下に示す部材を
備えており、 （１）　イオン化すべき金属を入れるためのものであり
、絶縁性材料でその側壁および底壁が形成されたるつぼ
。

（２）　上記るつぼ内の金属を加熱溶融するだめの通電
加熱用ヒータ。

（３）　上記るつぼの底壁の中心部に形成された中心孔
にその先端部が位置するように該るつぼ内に配置された
針状チップ。

（４）　上記針状チップの先端部からイオンを引き出さ
せる引出電極。

前記問題点を解決するために、前記通電加熱用ヒータを
導電性材料の膜で形成し、護膜を上記るつぼの側壁外表
面および底壁外表面全体に被覆している。

そして、好ましい実施例では、上記底壁外表面に被覆さ
れた膜の膜厚を、前記側壁外表面に被覆された膜の膜厚
よりも薄くしている。

［作用］ 上述のように、本発明に係る液体金属イオン源では、通
電加熱用ヒータを導電性材料の膜で形成し、護膜を上記
るつぼの側壁外表面および底壁外表面全体に被覆してい
るので、膜とるつぼとの密着性が良（、接触面積を大き
くする。したがって、通電加熱用ヒータで発熱された熱
の周囲への放散が少なくなり、加熱効率が高められる。

また、この発明の好ましい実施例によると、上記底壁外
表面に被覆された膜の膜厚を上記側壁外表面に被覆され
た膜の膜厚よりも薄くしているので、底壁外表面に被覆
された膜の抵抗が高くなり、より強く加熱されるため、
より加熱必要なるつぼ先端部が加熱され、加熱効率が一
層高められる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す部分切欠断面図であ
る。

図において、１はるつぼであり、該るつぼ１は側壁と、
下方向に細るテーパ状に形成された底壁から構成されて
いる。るつぼ１の外側（側壁外表面および底壁外表面）
には、その外表面全体に被覆された導電性材料の膜であ
る、通電加熱用ヒータ４が設けられている。そして、底
壁外表面に被覆された膜の膜厚を側壁外表面に被覆され
た膜の膜厚よりも薄くしている。導電性材料の膜は、導
電性化合物ペーストを焼付けて形成するか、あるいは蒸
着法等の方法による導電性セラミックから形成される。

通電加熱用ヒータである導電性材料の膜は底壁に形成さ
れた中心孔ｌ　ａ　Ｌ　を規定する壁面にまで連なって
被覆されている。この中心孔ｌａ’　に設けられた通電
加熱用ヒータ４の終端にその先端部２ａを接するように
して、針状チップ２がるつぼ１内を貫通して設けられて
いる。該針状チップ２の先端部２ａには、溝２ｂが形成
されており、数構２ｂを通り、るっぽ１内の金属が流出
可能にされている。通電加熱用ヒータ４は、るつぼ１の
外表面全体に被覆されて設けられており、るつぼ１上刃
に位置する通電加熱用ヒータ４の部分には、電極１１が
接するようにして取付けられている。るつぼ１の上には
、るっぽ蓋６が取付けられており、該るつぼ蓋６の上に
はるつぼホルダ１２が取付けられている。

るつぼ１の下方には引出電極３が配置されており、該引
出電極３と電極１１との間には、引出電源が接続されて
いる。また、イオンのエミッタとして働く針状チップ２
と電極１１との間には、加熱用電源７が接続されている
。加熱用電源７の一端には、イオンを加速するための加
速電源９が接続されており、該加速電源９の他方端は接
地されている。

るつぼ１の材質としては、液体金属と反応しない材質が
好ましく、たとえばアルミナなどのセラミックが望まし
い。また、エミッタチップも、液体金属と反応しない材
質のものが好ましく、たとえばタングステンを用いる。

通電加熱用ヒータとしては、たとえばモリブデンやタン
グステンなどの導電性化合物のペーストを焼結したもの
、あるいは導電性セラミックを用いることができる。導
電性セラミックにはＳｉＣ，ＳｉＮ、ＴｉＣ，ＴｉＮが
好ましく用いられる。この場合の膜形成には、たとえば
プラズマＣＶＤ法が利用される。

針状チップ２の先端部２ａは、中心孔１ａ′に設けられ
ている通電加熱用ヒータ４の終端と接しているため、加
熱用電源７からの電流は、針状チップ２から通電加熱用
ヒータ４に流れる。通電加熱用ヒータ４の他端は電極１
１と接しているため、通電加熱用ヒータ４を流れる電流
は電極１１を通り、加熱用型Ｒ７に戻る。このようにし
て、通電加熱用ヒータ４に電流が流れ、るつぼ１内のイ
オン源金属５が加熱される。加熱されたイオン源金属５
は、液状となり、針状チップの先端部２ａに形成された
溝２ｂを通り流出してイオン化され、引出電極３によっ
てイオンビーム１０として引出される。

以上のようにして、この実施例のるつぼ内の金属はイオ
ン化されるが、通電加熱用ヒータ４を上記るつぼ１の外
表面全体に被覆された導電性材料の膜で形成しているの
で、るっぽ１との密着性が良い。したがって、るっぽ１
との接触面積が大きく、通電加熱用ヒータにより生じた
熱は有効にるつぼ１内に伝導され、周囲への熱の放散が
少ない。

さらに、底壁内表面に被覆された膜の膜厚を側壁外表面
に被覆された膜の膜厚よりも薄くしているので、効果的
にるつぼ先端部を加熱することとができる。

なお、この実施例では、るっぽＭ６が設けられているた
め、高飽和蒸気圧のイオン源金属にもこの発明を応用す
ることができる。しかしながら、この発明では、必ずし
もるつぼ蓋６を取付ける必要はない。

また、この実施例のように、るっぽ１および針状チップ
２の材質を金属と反応しにくいものとすることにより、
反応性のイオン源金属にも応用し得るイオン源とするこ
とができる。

したがって、本明細書に記載した好ましい実施例は例示
的なものであり、限定的なものでない。

発明の範囲は特許請求の範囲によって示されており、そ
の特許請求の範囲の意味の中に入るすべての変形は本願
発明に含まれるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の液体金属イオン源では
、通電加熱用ヒータを導電性材料の膜で形成し、護膜を
るつぼの側壁外表面および底壁外表面全体に被覆してい
るため、るつぼとの密着性が良く、るつぼ内への熱伝導
が改善される。したがって、この発明の液体金属イオン
源は、従来よりも加熱効率が向上し、ひいては省電力化
が達成される。また、加熱効率が良好なため、この発明
の液体金属イオン源は、特に高融点金属の加熱・溶解に
有効に利用され得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の液体金属イオン源の部分
切欠断面図である。第２図は第１の従来例の液体金属イ
オン源の断面図、第３図は第２の従来例の液体金属イオ
ン源の断面図である。 図において、１はるつぼ、ｌａ’　は中心孔、２は針状
チップ、２ａは針状チップの先端部、３は引出電極、４
は通電加熱用ヒータ、５はイオン源金属、１０はイオン
ビームである。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 １　：るフ（８１ ６：イオンど訊白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）イオン化すべき金属を入れるためのものであり、
   絶縁性材料でその側壁および底壁が形成されたるつぼと
   、 前記るつぼ内の金属を加熱溶融するための通電加熱用ヒ
   ータと、 イオンビームのエミッタとして働くものであり、前記る
   つぼの底壁の中心部に形成された中心孔にその先端部が
   位置するように該るつぼ内に配置された針状チップと、 前記針状チップの先端部からイオンを引き出させる引出
   電極と、 を備えた液体金属イオン源において、 前記通電加熱用ヒータを導電性材料の膜で形成し、該膜
   を前記るつぼの側壁外表面および底壁外表面全体に被覆
   したことを特徴とする液体金属イオン源。 （２）前記底壁外表面に被覆された膜の膜厚を前記側壁
   外表面に被覆された膜の膜厚よりも薄くした特許請求の
   範囲第１項記載の液体金属イオン源。 （３）前記るつぼの底壁は下方向に細るテーパ形状に形
   成されている特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   液体金属イオン源。 （４）前記導電性材料が導電性化合物ペーストの焼結体
   から形成されている特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
   か１項に記載の液体金属イオン源。 （５）前記導電性化合物がモリブデンまたはタングステ
   ンである特許請求の範囲第４項記載の液体金属イオン源
   。 （６）前記導電性材料が導電性セラミックから形成され
   ている特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載
   の液体金属イオン源。 （７）前記導電性セラミックはＳｉＣ、ＳｉＮ、ＴｉＣ
   またはＴｉＮである特許請求の範囲第６項記載の液体金
   属イオン源。 （８）前記るつぼがセラミックから形成されている特許
   請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記載の液体金属
   イオン源。 （９）前記セラミックがアルミナである特許請求の範囲
   第８項記載の液体金属イオン源。（１０）前記導電性材
   料の膜が前記底壁に形成された中心孔を規定する側壁面
   にまで連なって被覆され、前記針状チップの先端部が前
   記中心孔を規定する側壁面にまで連なって被覆された膜
   に接するように設けられる特許請求の範囲第１〜９項の
   いずれか１項に記載の液体金属イオン源。 （１１）前記針状チップの先端部に、溶融した金属が通
   るための溝が形成されている特許請求の範囲第１〜１０
   項のいずれか１項に記載の液体金属イオン源。