JPH0128450B2 - - Google Patents
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- JPH0128450B2 JPH0128450B2 JP16986479A JP16986479A JPH0128450B2 JP H0128450 B2 JPH0128450 B2 JP H0128450B2 JP 16986479 A JP16986479 A JP 16986479A JP 16986479 A JP16986479 A JP 16986479A JP H0128450 B2 JPH0128450 B2 JP H0128450B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/15—Cathodes heated directly by an electric current
- H01J1/16—Cathodes heated directly by an electric current characterised by the shape
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電子線露光装置等に用いられる、
ランタンヘキサボライド（LaB6）等の単結晶チ
ツプを電子放射陰極に用いた電子銃に関する。
ランタンヘキサボライド（LaB6）等の単結晶チ
ツプを電子放射陰極に用いた電子銃に関する。
LaB6単結晶チツプを用いた電子銃は、従来の
例えば焼結体チツプを用いたものに比べて高輝度
かつ長寿命という特長をもち、電子線露光装置等
の電子線機器に利用されるようになつてきた。し
かし、現在までの技術では、LaB6単結晶チツプ
を用いた電子銃は未だ次のような欠点をもつてい
た。第１に、よく知られているようにエミツシヨ
ンパターン（電子ビーム強度の角度分布）が花模
様となり、各種電子線機器に用いる場合に光軸合
わせが難しい。第２に、クロスオーバー形状が単
結晶チツプの温度あるいはバイアス電圧に依存し
て複数のスポツトに分裂し、ビーム直径が不安定
である。
例えば焼結体チツプを用いたものに比べて高輝度
かつ長寿命という特長をもち、電子線露光装置等
の電子線機器に利用されるようになつてきた。し
かし、現在までの技術では、LaB6単結晶チツプ
を用いた電子銃は未だ次のような欠点をもつてい
た。第１に、よく知られているようにエミツシヨ
ンパターン（電子ビーム強度の角度分布）が花模
様となり、各種電子線機器に用いる場合に光軸合
わせが難しい。第２に、クロスオーバー形状が単
結晶チツプの温度あるいはバイアス電圧に依存し
て複数のスポツトに分裂し、ビーム直径が不安定
である。
エミツシヨンパターンおよびクロスオーバーを
円形とするためには、単結晶チツプの温度を高く
するかバイアス電圧を高くすればよいことが知ら
れている。しかし、チツプ温度を高くすると寿命
が短かくなるだけでなく、LaB6の蒸発物がウエ
ネルトに付着する等して電子銃が不安定となり易
く、またバイアス電圧を高くすると電子放射のカ
ツトオフ領域に近づいて輝度が低下してしまう。
円形とするためには、単結晶チツプの温度を高く
するかバイアス電圧を高くすればよいことが知ら
れている。しかし、チツプ温度を高くすると寿命
が短かくなるだけでなく、LaB6の蒸発物がウエ
ネルトに付着する等して電子銃が不安定となり易
く、またバイアス電圧を高くすると電子放射のカ
ツトオフ領域に近づいて輝度が低下してしまう。
例えば、第１図は四角柱の先端部を四角錐に、
更にその先端を約5μｍφの球面に加工した、
〔100〕をチツプ軸にもつLaB6単結晶チツプを示
しており、このような単結晶チツプを用いた従来
の電子銃からのエミツシヨンパターンとクロスオ
ーバーについて、チツプ温度およびバイアス電圧
依存性を以下図面により説明する。第２図ａはバ
イアス電圧V3のときのエミツシヨンパターンと
チツプ温度の関係を示し、同図ｂはチツプ温度
T3のときのエミツシヨンパターンとバイアス電
圧の関係を示している。バイアス電圧は電子銃の
構造に応じて決定されるが、いまの場合V1＜V2
＜V3＜V4である。第３図ａ，ｂは同じ条件下で
のクロスオーバー形状のチツプ温度およびバイア
ス電圧依存性を示している。
更にその先端を約5μｍφの球面に加工した、
〔100〕をチツプ軸にもつLaB6単結晶チツプを示
しており、このような単結晶チツプを用いた従来
の電子銃からのエミツシヨンパターンとクロスオ
ーバーについて、チツプ温度およびバイアス電圧
依存性を以下図面により説明する。第２図ａはバ
イアス電圧V3のときのエミツシヨンパターンと
チツプ温度の関係を示し、同図ｂはチツプ温度
T3のときのエミツシヨンパターンとバイアス電
圧の関係を示している。バイアス電圧は電子銃の
構造に応じて決定されるが、いまの場合V1＜V2
＜V3＜V4である。第３図ａ，ｂは同じ条件下で
のクロスオーバー形状のチツプ温度およびバイア
ス電圧依存性を示している。
電子線露光装置では、第１に、軸合わせを容易
に行えるようにエミツシヨンパターンが円形であ
ること、第２に、ビーム直径の厳密な制御が要求
されるためクロスオーバー形状が円形であるこ
と、第３に、電子銃の安定性と動作寿命の点から
できるだけ低温で動作させること、第４に、加速
電圧20KVで１×106A／cm2str程度の輝度をもつ
こと、等が要求される。これらのうちは、第１、
第２および第４の要求を満たすには、第２図およ
び第３図から（T4、V3）の条件が必要であるが、
このチツプ温度ではLaB6の蒸発が激しく、第３
の要求を満たせない。第３の要求が満たすべく、
（T3、V3）なる条件を与えると、今度は第１の要
求を満たせなくなる。従つて従来のLaB6単結晶
チツプでは、上記４つの要求を同時に満たすこと
はできなかつた。
に行えるようにエミツシヨンパターンが円形であ
ること、第２に、ビーム直径の厳密な制御が要求
されるためクロスオーバー形状が円形であるこ
と、第３に、電子銃の安定性と動作寿命の点から
できるだけ低温で動作させること、第４に、加速
電圧20KVで１×106A／cm2str程度の輝度をもつ
こと、等が要求される。これらのうちは、第１、
第２および第４の要求を満たすには、第２図およ
び第３図から（T4、V3）の条件が必要であるが、
このチツプ温度ではLaB6の蒸発が激しく、第３
の要求を満たせない。第３の要求が満たすべく、
（T3、V3）なる条件を与えると、今度は第１の要
求を満たせなくなる。従つて従来のLaB6単結晶
チツプでは、上記４つの要求を同時に満たすこと
はできなかつた。
この発明は上記の点に鑑み、エミツシヨンパタ
ーンとクロスオーバー形状がチツプ温度やバイア
ス電圧に依在して花模様になつたり複数のスポツ
トに分裂したりすることなく、所望の形状となる
単結晶チツプを用いた電子銃を提供することを目
的とする。
ーンとクロスオーバー形状がチツプ温度やバイア
ス電圧に依在して花模様になつたり複数のスポツ
トに分裂したりすることなく、所望の形状となる
単結晶チツプを用いた電子銃を提供することを目
的とする。
発明者らは、LaB6単結晶チツプの軸方位とエ
ミツシヨンパターンおよびクロスオーバー形状の
結晶学的解析から、電子線は｛310｝面を中心に
放射され、｛111｝面を中心として放射されにくい
ことを見出した。つまり仕事函数に面異方性があ
る。そこでこの発明では、この知見に基づいて仕
事函数に面異方性がある単結晶材料を用いて単結
晶チツプを形成する場合に、相対的に仕事函数が
低い面の方位をチツプ軸に選び、かつ仕事函数の
高い面をチツプ先端部の斜面に出すようにしたこ
とを骨子としている。
ミツシヨンパターンおよびクロスオーバー形状の
結晶学的解析から、電子線は｛310｝面を中心に
放射され、｛111｝面を中心として放射されにくい
ことを見出した。つまり仕事函数に面異方性があ
る。そこでこの発明では、この知見に基づいて仕
事函数に面異方性がある単結晶材料を用いて単結
晶チツプを形成する場合に、相対的に仕事函数が
低い面の方位をチツプ軸に選び、かつ仕事函数の
高い面をチツプ先端部の斜面に出すようにしたこ
とを骨子としている。
この発明の一実施例のLaB6単結晶チツプを第
４図に示す。四角柱状のチツプの軸方位を〔100〕
またはこれから5゜以内の方位に選び、その先端部
は４つの斜面が｛111｝面となるように四角錐状
に加工し、更にその最先端は50μｍ×50μｍの平
面に加工している。即ち、チツプの先端を（100）
の平坦面に加工し、チツプ先端部の平らな４つの
斜面を（111）（１11）（１１１）（１１１）面の４
回軸対称に加工している。LaB6単結晶の仕事函
数は（310）面で約2.3eV、（100）面で約2.6eV、
（110）面で約2.7eV、（111）面で約3.6eVであり、
第４図の単結晶チツプから熱電子を放射させる
と、｛111｝面からなる４つの斜面から電子が放出
される前に最先端の（100）面から電子が放出さ
れる。この単結晶チツプからのエミツシヨンパタ
ーンとクロスオーバーのバイアス電圧V3におけ
る温度依存性をそれぞれ第５図ａ，ｂに示す。空
間電荷制限効果が作用しないチツプ温度T2
1500℃まではエミツシヨンパターン、クロスオー
バー形状共に略矩形である。この場合には可変電
子ビーム投影型のアパーチヤを照明するのに好都
合であるる。何故ならアパーチヤが矩形であつて
極めて効率よく照明できるからである。空間電荷
制限領域であるチツプ温度T31550℃以上では
エミツシヨンパターン、クロスオーバー形状共に
円形である。
４図に示す。四角柱状のチツプの軸方位を〔100〕
またはこれから5゜以内の方位に選び、その先端部
は４つの斜面が｛111｝面となるように四角錐状
に加工し、更にその最先端は50μｍ×50μｍの平
面に加工している。即ち、チツプの先端を（100）
の平坦面に加工し、チツプ先端部の平らな４つの
斜面を（111）（１11）（１１１）（１１１）面の４
回軸対称に加工している。LaB6単結晶の仕事函
数は（310）面で約2.3eV、（100）面で約2.6eV、
（110）面で約2.7eV、（111）面で約3.6eVであり、
第４図の単結晶チツプから熱電子を放射させる
と、｛111｝面からなる４つの斜面から電子が放出
される前に最先端の（100）面から電子が放出さ
れる。この単結晶チツプからのエミツシヨンパタ
ーンとクロスオーバーのバイアス電圧V3におけ
る温度依存性をそれぞれ第５図ａ，ｂに示す。空
間電荷制限効果が作用しないチツプ温度T2
1500℃まではエミツシヨンパターン、クロスオー
バー形状共に略矩形である。この場合には可変電
子ビーム投影型のアパーチヤを照明するのに好都
合であるる。何故ならアパーチヤが矩形であつて
極めて効率よく照明できるからである。空間電荷
制限領域であるチツプ温度T31550℃以上では
エミツシヨンパターン、クロスオーバー形状共に
円形である。
なお、チツプ最先端を球面あるいは略点状にし
た場合には、チツプ温度T2以下でもエミツシヨ
ンパターン、クロスオーバー形状共に円形であつ
た。
た場合には、チツプ温度T2以下でもエミツシヨ
ンパターン、クロスオーバー形状共に円形であつ
た。
この発明の別の実施例のLaB6単結晶チツプを
第６図に示す。この実施例ではチツプの軸方位を
〔011〕またはこれから5゜以内の方位を選び、先端
部の２つの斜面に（111）面、（11１）面を出し、
これらと直交する面はチツプ軸と平行な（01１）
と（０１１）面とする。最先端は50μｍ×200μｍ
の平面としている。即ち、チツプの先端を（011）
平坦面に加工し、チツプ先端部の平らな２つ斜面
を（111）、（１11）面の２回軸対称に加工してい
る。この実施例の場合、エミツシヨンパターンと
クロスオーバー形状は、温度制限領域で略長方
形、空間電荷制限領域で楕円形であり、従来のよ
うに花模様となつたりスポツトが分裂することが
ない点で先の実施例と同様であつた。
第６図に示す。この実施例ではチツプの軸方位を
〔011〕またはこれから5゜以内の方位を選び、先端
部の２つの斜面に（111）面、（11１）面を出し、
これらと直交する面はチツプ軸と平行な（01１）
と（０１１）面とする。最先端は50μｍ×200μｍ
の平面としている。即ち、チツプの先端を（011）
平坦面に加工し、チツプ先端部の平らな２つ斜面
を（111）、（１11）面の２回軸対称に加工してい
る。この実施例の場合、エミツシヨンパターンと
クロスオーバー形状は、温度制限領域で略長方
形、空間電荷制限領域で楕円形であり、従来のよ
うに花模様となつたりスポツトが分裂することが
ない点で先の実施例と同様であつた。
この発明は他の単結晶材料にも適用できる。例
えばCaB6、BaB6、YB6、EuB6、SmB6、NaB6、
GdB6、等、一般にMeB6型単結晶（Meはアルカ
リ土類金属または希土類金属）では（111）面が
他の面に比べて仕事函数が高いことが知られてお
り、これらの単結晶材料を用いてもよい。またこ
れらの単結晶材料に不純物を混入したものも同様
である。これらMeB6型単結晶材料を用いたとき
のチツプ設計は、MeB6型単結晶の１つである先
の実施例のLaB6と同じでよい。
えばCaB6、BaB6、YB6、EuB6、SmB6、NaB6、
GdB6、等、一般にMeB6型単結晶（Meはアルカ
リ土類金属または希土類金属）では（111）面が
他の面に比べて仕事函数が高いことが知られてお
り、これらの単結晶材料を用いてもよい。またこ
れらの単結晶材料に不純物を混入したものも同様
である。これらMeB6型単結晶材料を用いたとき
のチツプ設計は、MeB6型単結晶の１つである先
の実施例のLaB6と同じでよい。
LaB6を含むMeB6型単結晶の仕事函数が高い
領域を〔001〕を中心とするステレオ投影図で第
７図に示す。仕事函数が高い方位は第７図で〔１
11〕、〔112〕、〔１22〕を結ぶ線分で囲まれる斜線
領域およびこれと等価な領域の方位であり、単結
晶チツプ先端部の斜面はこれらの方位面を選べば
よい。チツプ軸方位は先端部の斜面の方位を範囲
外のものを選べばよいが、特に〔100〕が対称性
の点で製作が容易である。なお、方位を指定して
も加工精度の点から5゜程度のずれが生じるので、
この発明は好ましい方位を中心として5゜以内の範
囲であれば有効である。
領域を〔001〕を中心とするステレオ投影図で第
７図に示す。仕事函数が高い方位は第７図で〔１
11〕、〔112〕、〔１22〕を結ぶ線分で囲まれる斜線
領域およびこれと等価な領域の方位であり、単結
晶チツプ先端部の斜面はこれらの方位面を選べば
よい。チツプ軸方位は先端部の斜面の方位を範囲
外のものを選べばよいが、特に〔100〕が対称性
の点で製作が容易である。なお、方位を指定して
も加工精度の点から5゜程度のずれが生じるので、
この発明は好ましい方位を中心として5゜以内の範
囲であれば有効である。
以上説明したようにこの発明によれば、電子放
射を行なう単結晶チツプの軸方位および先端部の
面方位を選択することによつて、エミツシヨンパ
ターンとクロスオーバー形状がチツプ温度やバイ
アス電圧によつて花模様になつたり、複数のスポ
ツトに分裂したりすることなく、従つて電子線露
光装置等に適用して好適な電子銃を提供すること
ができる。
射を行なう単結晶チツプの軸方位および先端部の
面方位を選択することによつて、エミツシヨンパ
ターンとクロスオーバー形状がチツプ温度やバイ
アス電圧によつて花模様になつたり、複数のスポ
ツトに分裂したりすることなく、従つて電子線露
光装置等に適用して好適な電子銃を提供すること
ができる。
第１図は従来の電子放射陰極に用いられる
LaB6単結晶チツプを示す図、第２図ａ，ｂはそ
の単結晶チツプによるエミツシヨンパターンの温
度依存性とバイアス電圧依存性を示す図、第３図
ａ，ｂは同じくクロスオーバー形状の温度依存性
とバイアス電圧依存性を示す図、第４図はこの発
明の一実施例におけるLaB6単結晶チツプを示す
図、第５図ａ，ｂはそのエミツシヨンパターンと
クロスオーバー形状の温度依存性を示す図、第６
図はこの発明の別の実施例におけるLaB6単結晶
チツプを示す図、第７図はLaB6単結晶の〔001〕
ステレオ投影図である。
LaB6単結晶チツプを示す図、第２図ａ，ｂはそ
の単結晶チツプによるエミツシヨンパターンの温
度依存性とバイアス電圧依存性を示す図、第３図
ａ，ｂは同じくクロスオーバー形状の温度依存性
とバイアス電圧依存性を示す図、第４図はこの発
明の一実施例におけるLaB6単結晶チツプを示す
図、第５図ａ，ｂはそのエミツシヨンパターンと
クロスオーバー形状の温度依存性を示す図、第６
図はこの発明の別の実施例におけるLaB6単結晶
チツプを示す図、第７図はLaB6単結晶の〔001〕
ステレオ投影図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 仕事函数に面異方性があるMeB6（Meはアル
カリ土類金属または希土類金属）単結晶材料から
なり、チツプ先端部の斜面が曲面でなく平面で形
成された単結晶チツプを用いた電子放射陰極を有
する電子銃において、チツプ先端部の平らな斜面
を全て｛111｝面とし、チツプ軸の方位を｛111｝
面よりも仕事函数の低い面の方位としたことを特
徴とする電子銃。 ２ 前記単結晶チツプは、チツプ軸を＜100＞の
方位とし、チツプ先端に｛100｝面の平坦面を形
成し、且つチツプ先端部の平らな斜面を｛111｝
面の４回軸対称としたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電子銃。 ３ 前記単結晶チツプは、チツプ軸を＜110＞の
方位とし、チツプ先端に｛110｝面の平坦面を形
成し、且つチツプ先端部の平らな斜面を｛111｝
面の２回軸対称としたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16986479A JPS5693244A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16986479A JPS5693244A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Electron gun |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5693244A JPS5693244A (en) | 1981-07-28 |
| JPH0128450B2 true JPH0128450B2 (ja) | 1989-06-02 |
Family
ID=15894356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16986479A Granted JPS5693244A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Electron gun |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5693244A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4486684A (en) * | 1981-05-26 | 1984-12-04 | International Business Machines Corporation | Single crystal lanthanum hexaboride electron beam emitter having high brightness |
| US4468586A (en) * | 1981-05-26 | 1984-08-28 | International Business Machines Corporation | Shaped electron emission from single crystal lanthanum hexaboride with intensity distribution |
| US7176610B2 (en) * | 2004-02-10 | 2007-02-13 | Toshiba Machine America, Inc. | High brightness thermionic cathode |
| JP6966317B2 (ja) * | 2017-12-21 | 2021-11-17 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | カソード |
| JP7403678B2 (ja) * | 2020-09-23 | 2023-12-22 | 株式会社日立ハイテク | 電子源とその製造方法およびそれを用いた電子線装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5211056A (en) * | 1975-07-16 | 1977-01-27 | Nippon Steel Corp | Surface form detecting method |
| JPS5648029A (en) * | 1979-09-26 | 1981-05-01 | Toshiba Corp | Electron gun |
-
1979
- 1979-12-26 JP JP16986479A patent/JPS5693244A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5211056A (en) * | 1975-07-16 | 1977-01-27 | Nippon Steel Corp | Surface form detecting method |
| JPS5648029A (en) * | 1979-09-26 | 1981-05-01 | Toshiba Corp | Electron gun |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5693244A (en) | 1981-07-28 |
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