JPH02227940A - 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
加熱手段の構造が改良された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図は従来の液体金属イオン源
の断面模式図である。

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
分の中心部に設けられた中心孔１ａ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の外表面に
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がコイル状に巻付けられている。るつぼ１内
には、イオン化すべき金属、たとえば、Ｇａ、Ａｕ、Ｉ
ｎ、ＡｕＳｉ、Ａｕ５ｉＢｅ等のイオン源金属５が入れ
られる。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
オン源金属は溶融する。液体化した金属は、該るつぼ１
の下方部に形成された錐状の部分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。液体の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
ンビームとして引出される。なお、このときのイオンビ
ームの速度は、加熱用電源７の一端に接続された加速電
圧用電源９と引出電圧用電源８で印加する電圧によって
加速電圧によって決まる。

［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いる
。しかしながら、るつぼ１の外から、ヒータ４でイオン
源金属５を加熱している構造であるので、エミッタチッ
プ２の周囲のイオン源金属５まで効率的に加熱すること
ができず、イオンビームの発生が安定しないという問題
点があった。

この問題点を解決するために、本出願人会社は以前に、
第３図に示すような液体金属イオン源を公表した（特開
昭６１−１４７４４０号公報）。この液体金属イオン源
は、エミッタチップ２の周囲にヒータ線４０を直接巻付
けてなるものである。

この液体金属イオン源によると、エミッタチップ２の周
囲のイオン源金属を加熱することができるので、上述の
問題点は少なからず改良される。しかしながら、エミッ
タチップ２は径が０．５ｍｍという極めて細いものであ
り、さらに、その先端の円錐部分の長さが３ｍｍという
極めて小さいものであるため、エミッタチップ２にヒー
タ線４０を巻付けていく際、エミッタチップ２の先端部
が曲がってしまうという問題点があった。また、上述の
ようにエミッタチップ２の先端部が極めて小さいので、
エミッタチップ２の先端部分にヒータ線４′を巻付ける
ことができないという問題点もあった。さらに、エミッ
タチップ２の周囲にヒータ線４′を巻付けた構造である
ので、エミッタチップ２とヒータ線４０との密着性が悪
いという問題点もあった。

それゆえに、この発明の目的は安定したイオンビームを
与えることのできる液体金属イオン源を提供することを
目的とする。

この発明の他の目的は、加熱手段とエミッタチップの密
着性の良い、液体金属イオン源を提供することにある。

この発明のさらに他の目的は、不必要な部分に熱を与え
ることな（、効率的にイオン源金属を加熱することので
きる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、その中にイオン化
物質を収容するるつぼと、上記るつぼ内に挿入されたエ
ミッタチップと、上記イオン化物質を加熱溶融する゛た
めの加熱手段と、を備えている。そして、上記問題点を
解決するために、上記加熱手段を導電性材料の膜で形成
し、該膜を上記エミッタチップの外表面に被覆したこと
を特徴とする。

［作用］ 本発明に係る液体金属イオン源によれば、加熱手段を導
電性材料の膜で形成し、該膜を上記エミッタチップの外
表面に被覆しているので、加熱手段とエミッタチップの
密着性が良好となる。また、加熱手段によっては発熱さ
れた熱が直接エミッタチップおよび液体金属イオン源に
与えられるため、不必要な部分に熱を奪われることもな
く、効率的にこれらを加熱することができる。さらに、
加熱が安定しているので、安定したイオンビームが得ら
れる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例に係る液体金属イオン源
の断面模式図である。

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の外表面には、導電性材料の膜で形成され
たヒータ膜４が、絶縁膜６ａを介して被覆されている。

針状チップ２の先端部には絶縁膜は設けられておらず、
ヒータ膜４が、針状チップの先端部に直接接触している
。したがって、この部分で、針状チップ２とヒータ膜４
とは電気的に接続される。ヒータ膜４の外表面には絶縁
膜６ｂが被覆されている。この絶縁膜６ｂは、イオン源
金属５とヒータｌ１１４とを電気的に分離するためのも
のである。針状チップ２の先端は、るつぼ１の底面にあ
る錐状の部分の中心に設けられた中心孔１ａを貫通して
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ｌ内には、イオン化
すべき金属、たとえば、Ｇａ、Ａｕ、Ｉｎ、ＡｕＳｉ、
Ａｕ５ｉＢｅ等のイオン源金属５が入れられる。ヒータ
膜４は加熱用電源７の一方端に接続され、加熱用電源７
の他方端は針状チップ２の一端に接続されている。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。針状チップ２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
は設置されている。なお、ヒータ膜４は、ＭｏまたはＷ
等を含む化合物ペーストの焼結体から形成される。

また、ヒータ膜４は、ＳｉＣ，ＳｉＮ、ＴｉＣまたはＴ
ｆＮ等の導電性セラミックから形成されてもよい。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。また、絶縁膜６ａ、６ｂには、アルミナ等のセラ
ミックが好ましく用いられる。

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ＯＮする。すると、加熱用電源７からの電流は
、エミッタチップ２を通り、エミッタチップの先端部２
ａからヒータ膜４に入り、ヒータ膜４内を通って、加熱
用電源７に戻る。こうして、ヒータ膜４に電流が流れる
と、ヒータ膜４は発熱し、るつぼ１内のイオン源金属５
は加熱され、溶融する。溶融し、液体化したイオン源金
属５はるつぼ１の下方に形成された錐状の部分の中心部
に形成された中心孔１ａを通って流れ出し、針状チップ
２の先端部に微滴となって留まる。エミッタである針状
チップ２と引出電極３の間に接続された引出電源８に高
電圧を印加すると、流出してきた液体金属の微滴はイオ
ン化され、引出電極３側へイオンビーム１０として引出
される。引出されたイオンビームは、引出電圧用電源８
により印加される電圧により、加速される。以上のよう
にして、るつぼ１内の液体金属はイオン化されるが、加
熱手段がエミッタチップ２の外表面に被覆された導電性
材料の膜で形成されているので、加熱手段とエミッタチ
ップ２との密着性が良好となる。また、ヒータ膜４によ
って発熱した熱が直接エミッタチップ２およびイオン源
金属５に与えられるため、必要部分に熱を奪われること
なく、効率的にこれらを加熱することができる。それゆ
えに、加熱性能が安定する結果、安定したイオンビーム
が得られる。したがって、この発明の液体金属イオン源
は、特に高融点金属の加熱・溶融に有効に利用され得る
ものである。

なお、上記実施例において、るつぼ１の上方部にるつぼ
蓋を設ければ、液体金属の蒸気が外部へ逸散するのを防
ぐことができ、材料が早く消耗してしまうのを防ぐこと
ができる。その結果、高飽和蒸気圧のイオン源金属にこ
の発明を応用することができるようになる。また、この
ようなるつぼ蓋を設けると、液体金属の蒸気の外部漏れ
による環境汚染を防ぐこともできる。

また、この実施例のように、るつぼおよび針状チップの
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。

以上、具体的な実施例を挙げてこの発明の液体金属イオ
ン源を説明したが、この発明はこの実施例に限定される
ものではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明に係る液体金属イオン源
によれば、加熱手段を導電性材料の膜で形成し、護膜を
エミッタチップの外表面に被覆しているので、加熱手段
とエミッタチップの密着性が良くなる。また、加熱手段
によって発熱した熱が直接エミッタチップおよびイオン
源金属に与えられるため、不必要な部分に熱を取られる
こともなく、効率的にこれらを加熱することができる。

それゆえに、従来装置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、加熱が安定しているの
で、安定したイオンビームが得られるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る液体金属イオン源の
断面模式図である。第２図は、従来の液体金属イオン源
の断面模式図である。第３図は、この発明の基礎となっ
た液体金属イオン源の断面模式図である。 図において、１はるつぼ、２はエミッタチップ、４はヒ
ータ膜である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）その中にイオン化物質を収容するるつぼと、 前記るつぼ内に挿入されたエミッタチップと、前記イオ
   ン化物質を加熱溶融するための加熱手段と、を備えた液
   体金属イオン源において、前記加熱手段を導電性材料の
   膜で形成し、該膜を前記エミッタチップの外表面に被覆
   したことを特徴とする、液体金属イオン源。
2. （２）前記導電性材料の膜を絶縁膜を介して前記エミッ
   タチップの外表面に被覆した、特許請求の範囲第１項記
   載の液体金属イオン源。
3. （３）前記被覆された導電性材料の膜の外表面にさらに
   絶縁膜を被覆した、特許請求の範囲第１項記載の液体金
   属イオン源。
4. （４）前記導電性材料の膜は、ＭｏまたはＷを含む化合
   物ペーストの焼結体から形成される、特許請求の範囲第
   １項記載の液体金属イオン源。
5. （５）前記導電性材料の膜は、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＴｉＣ
   およびＴｉＮからなる群より選ばれた導電性セラミック
   から形成される、特許請求の範囲第１項記載の液体金属
   イオン源。
6. （６）前記絶縁膜はアルミナセラミックから形成される
   、特許請求の範囲第２項記載の液体金属イオン源。