JPH03274642A - 高輝度Ｌ↓ａＢ↓６陰極 - Google Patents
高輝度Ｌ↓ａＢ↓６陰極Info
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- JPH03274642A JPH03274642A JP2074182A JP7418290A JPH03274642A JP H03274642 A JPH03274642 A JP H03274642A JP 2074182 A JP2074182 A JP 2074182A JP 7418290 A JP7418290 A JP 7418290A JP H03274642 A JPH03274642 A JP H03274642A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
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、電子顕微鏡、測長機、電子ビーム露光機な
どに用いられるランタンへキサポライド単結晶電子放射
陰極に関するものである。
どに用いられるランタンへキサポライド単結晶電子放射
陰極に関するものである。
（従来技術）
ランタンへキサポライド（ＬａＢ６）単結晶陰極は、１
０ＳＡ／ｃｍ２・ｓｔｒ程度の高輝度熱電子エミッター
として用いられており、より安定な電子ビームを長時間
径るためＬａＢ６単結晶の結晶軸方位を＜３１０＞又は
＜２１０〉として選び特定の条件で真空熱処理して使用
することが有効である（特開昭５８−４０７２９）が、
最近は、さらに１〜２桁高い輝度が要求されるようにな
った。
０ＳＡ／ｃｍ２・ｓｔｒ程度の高輝度熱電子エミッター
として用いられており、より安定な電子ビームを長時間
径るためＬａＢ６単結晶の結晶軸方位を＜３１０＞又は
＜２１０〉として選び特定の条件で真空熱処理して使用
することが有効である（特開昭５８−４０７２９）が、
最近は、さらに１〜２桁高い輝度が要求されるようにな
った。
一方、高輝度ビーム陰極として、タングステン針状チッ
プの表面を酸化ジルコニュウムで被覆して低仕事関数化
した熱電界放射陰極（ＺｒＯ／Ｗ ＴＦＥ）が公知であ
り高輝度で比較的安定な電子ビームが得られるが、この
陰極の動作温度は１４５０〜１５５０℃と比較的高温で
ある上、温度範囲が非常に狭いなどの欠点がある。
プの表面を酸化ジルコニュウムで被覆して低仕事関数化
した熱電界放射陰極（ＺｒＯ／Ｗ ＴＦＥ）が公知であ
り高輝度で比較的安定な電子ビームが得られるが、この
陰極の動作温度は１４５０〜１５５０℃と比較的高温で
ある上、温度範囲が非常に狭いなどの欠点がある。
（解決すべき問題点）
ＬａＢ６単結晶陰極は、陰極材料として優れた性質を持
ち１熱陰極としては１０’〜１０’Ａ／ｃｍ２・ｓｔｒ
の高輝度がえらているにも拘わらずこれまで電界放射あ
るいは熱電界放射陰極として一般に用いられていない。
ち１熱陰極としては１０’〜１０’Ａ／ｃｍ２・ｓｔｒ
の高輝度がえらているにも拘わらずこれまで電界放射あ
るいは熱電界放射陰極として一般に用いられていない。
本発明者らは、ＬａＢ６単結晶陰極の表面処理及び動作
条件などについて研究したところ、 ＬａＢ＋ｓ単結晶
チップ表面には真空熱処理を行なった後でも、わずかで
はあるが除去できない汚染物質が存在していること、及
び該チップ表面には１０〜数１０オンク°ス）０−ム程
度の微小突起が無数に存在していることを知見すると共
にこれらが電子ビームの放射安定性に影響を与えている
ことを確認した。
条件などについて研究したところ、 ＬａＢ＋ｓ単結晶
チップ表面には真空熱処理を行なった後でも、わずかで
はあるが除去できない汚染物質が存在していること、及
び該チップ表面には１０〜数１０オンク°ス）０−ム程
度の微小突起が無数に存在していることを知見すると共
にこれらが電子ビームの放射安定性に影響を与えている
ことを確認した。
而してこれら有害物質等を除去する手段を種々試みた結
果、第１図のような装置に於て、チップに５×１０’Ｖ
／ｃｍ以上の電界強度で電界蒸発処理を施すことが有効
であることが判明した。
果、第１図のような装置に於て、チップに５×１０’Ｖ
／ｃｍ以上の電界強度で電界蒸発処理を施すことが有効
であることが判明した。
即ち、この処理によって前記有害物質が除去されると共
にチップ表面が平坦化され、（３１０）面、（２１０）
面からの電子放射が優先して安定化するのである。
にチップ表面が平坦化され、（３１０）面、（２１０）
面からの電子放射が優先して安定化するのである。
（解決課題）
本発明は、１０’Ａ／ｃｍ”・ｓｔｒ以上の電子ビーム
を従来より長時間、かつ安定に得られるＬａＢ６陰極を
提供しようとするものである。
を従来より長時間、かつ安定に得られるＬａＢ６陰極を
提供しようとするものである。
（構成〉
本発明ＬａＢ６陰極は、ＬａＢ＋ｓ単結晶の軸方位を＜
３１０＞あるいは＜２１０＞として選択し、この先端曲
率半径を１μ〜０．１μに加工した針状チップを加熱下
で電界蒸発処理を施してえられるものであって熱電子陰
極として、あるいは電界放射陰極又は熱電界放射陰極と
して使用する場合１０’Ａ／ ｃｍ２・ｓｔｒ以上の高
密度電子ビームを長時間安定に得ることができるもので
ある。
３１０＞あるいは＜２１０＞として選択し、この先端曲
率半径を１μ〜０．１μに加工した針状チップを加熱下
で電界蒸発処理を施してえられるものであって熱電子陰
極として、あるいは電界放射陰極又は熱電界放射陰極と
して使用する場合１０’Ａ／ ｃｍ２・ｓｔｒ以上の高
密度電子ビームを長時間安定に得ることができるもので
ある。
本発明における表面処理条件は、真空度Ｉ Ｘ １０’
ｔｏｒｒ未満、チップ温度１４００〜１６００℃、
を界ｉ！＆（Ｆ）ＩＸ １０３〜５ Ｘ １０’Ｖ／ｃ
ｍが好ましい。
ｔｏｒｒ未満、チップ温度１４００〜１６００℃、
を界ｉ！＆（Ｆ）ＩＸ １０３〜５ Ｘ １０’Ｖ／ｃ
ｍが好ましい。
これらの範囲を越えた条件下ではチップ表面の清浄化が
不十分となるか又はチップ破損の可能性が高まる。
不十分となるか又はチップ破損の可能性が高まる。
なお、電界強度（Ｆ）は、チップ曲率半径Ｒ（ｃｍ）、
印加電圧Ｖ （ｖ）としてＦ＝Ｖ／（５，Ｒ）として定
義したものである。
印加電圧Ｖ （ｖ）としてＦ＝Ｖ／（５，Ｒ）として定
義したものである。
本発明陰極は、真空度Ｉ Ｘ １０３ｔｏｒｒ以下、チ
ップ温度１６５０℃以下において長時間安定な電子ビー
ムを得ることができるが、真空度５ Ｘ １０３ｔｏｒ
ｒ以下でチップ温度５００〜１１００℃、好ましくは約
８００〜９００℃に於て熱電界放射陰極として使用する
場合に特に効果を発揮するものである。
ップ温度１６５０℃以下において長時間安定な電子ビー
ムを得ることができるが、真空度５ Ｘ １０３ｔｏｒ
ｒ以下でチップ温度５００〜１１００℃、好ましくは約
８００〜９００℃に於て熱電界放射陰極として使用する
場合に特に効果を発揮するものである。
この場合、真空度が５ Ｘ １０３ｔｏｒｒを超え又は
チップ温度が５００℃未満の場合は放射電流の不安定性
が大きくなり、またチップ温度が１１００℃を超えると
チップの劣化が早まる。
チップ温度が５００℃未満の場合は放射電流の不安定性
が大きくなり、またチップ温度が１１００℃を超えると
チップの劣化が早まる。
（実施例 １）
軸方位を＜３１０＞とじたＬａＢｂ単結晶チップ１の先
端を電解研磨によって曲率半径Ｏ１１μｍ程度に尖鋭に
し、第１図のようにショットキーシールド３から０．５
ｍｍ突き出させて陰極とした。
端を電解研磨によって曲率半径Ｏ１１μｍ程度に尖鋭に
し、第１図のようにショットキーシールド３から０．５
ｍｍ突き出させて陰極とした。
チップから２．０ｍｍの距離に引き出し電極５を設け、
チップに正電圧１５〜１７に■（電界強度３Ｘ１０３〜
３．４×１０３Ｖ／ｃｍ）を印加して約５分間の電界蒸
発処理を行なった。この時チップの温度は１５００℃で
あった。 また、真空度は約５ Ｘ １０３ｔｏｒｒで
あってこの処理の間イオン放出による真空度の劣化がし
ばしば見られ不純物の蒸散が確認された。
チップに正電圧１５〜１７に■（電界強度３Ｘ１０３〜
３．４×１０３Ｖ／ｃｍ）を印加して約５分間の電界蒸
発処理を行なった。この時チップの温度は１５００℃で
あった。 また、真空度は約５ Ｘ １０３ｔｏｒｒで
あってこの処理の間イオン放出による真空度の劣化がし
ばしば見られ不純物の蒸散が確認された。
次いで第２図の装置においてチップ温度１０００℃、真
空度１×１０“−８ｔｏｒｒとしてチップに負の電圧５
．ＯｋＶを印加したところスクリーン電流８は約３０μ
Ａの安定な電子ビームを得ることができた。
空度１×１０“−８ｔｏｒｒとしてチップに負の電圧５
．ＯｋＶを印加したところスクリーン電流８は約３０μ
Ａの安定な電子ビームを得ることができた。
２は加熱フィラメント、４はペース、６はイオンビーム
、６ａは電子ビーム、７はスクリーン電極、９はファラ
デーカップである。
、６ａは電子ビーム、７はスクリーン電極、９はファラ
デーカップである。
この後、このビームの安定性は連続４０００時間の動作
試験でも確認され、試験終了時も依然安定であった。
試験でも確認され、試験終了時も依然安定であった。
試験中のビーム電流の変動率は０．１％／ｈｒ、ノイズ
率は約０．４％であった。
率は約０．４％であった。
（実施例 ２）
＜２１０＞結晶方位を用いたＬａＢ６単結晶チップにつ
いて実施例１と同様の実験を行ない、チップ温度９００
℃、印加電圧６．ＯＫＶでスクリーン電流約１２μＡを
得た。
いて実施例１と同様の実験を行ない、チップ温度９００
℃、印加電圧６．ＯＫＶでスクリーン電流約１２μＡを
得た。
ノイズ率は約０．６％であった。
（実施例 ３）
実施例１の陰極を透過型電子顕微鏡に取付けて輝度測定
を行なった。
を行なった。
真空度的Ｉ Ｘ １０’ｔｏｒｒ、チップ温度９００℃
、加速電圧２０ＫＶで２ Ｘ １０’Ａ／ｃｍ２− ｓ
ｔｒの輝度が観測された。
、加速電圧２０ＫＶで２ Ｘ １０’Ａ／ｃｍ２− ｓ
ｔｒの輝度が観測された。
（比較例）
チップ曲率半径０．２５μｍ、軸方位＜１００＞のタン
グステンチップ表面にジルコニュウム酸素の吸着層を設
けた熱電界放射陰極（ＺｒＯ／Ｗ ＴＦＩＥ）を動作さ
せた。
グステンチップ表面にジルコニュウム酸素の吸着層を設
けた熱電界放射陰極（ＺｒＯ／Ｗ ＴＦＩＥ）を動作さ
せた。
ショットキーシールドからのチップの突き出し０．２５
ｍｍ、チップと引き出し電極との距離は０．５ｍｍとし
た。
ｍｍ、チップと引き出し電極との距離は０．５ｍｍとし
た。
真空度的Ｉ Ｘ １０３ｔｏｒｒ、引き出し電圧３．５
ＫＶ、チップ温度１５３０℃においてスクリーン電流３
０μＡが得られた。
ＫＶ、チップ温度１５３０℃においてスクリーン電流３
０μＡが得られた。
この時のビーム変動率は０．００９％、ノイズ率は約０
．３２％であった。
．３２％であった。
次にチップ温度を１３３０℃に下げた場合、スクリーン
電流１２μＡ、変動率０．２１％、ノイズ率５．１％で
あった。
電流１２μＡ、変動率０．２１％、ノイズ率５．１％で
あった。
（効果）
本発明陰極は、チップ表面が電界蒸発処理によって清浄
化されているから従来より１０１〜１０３高い高輝度電
子ビームを長時間安定に得ることができ、特に熱電界放
射陰極として使用する場合に顕著な効果を発揮するもの
である。
化されているから従来より１０１〜１０３高い高輝度電
子ビームを長時間安定に得ることができ、特に熱電界放
射陰極として使用する場合に顕著な効果を発揮するもの
である。
第１図は電界熱処理の装置概要図、第２図は測定装置の
装置概要図である。 ３はショットキーシールド、５は引き出し電極、７はス
クリーン電極
装置概要図である。 ３はショットキーシールド、５は引き出し電極、７はス
クリーン電極
Claims (3)
- （１）ＬａＢ＿６単結晶の軸方位が＜３１０＞もしくは
＜２１０＞とされた針状チップの先端部表面が加熱下で
電界蒸発処理されていることを特徴とする高輝度ＬａＢ
＿６陰極。 - （２）ＬａＢ＿６単結晶の軸方位が＜３１０＞もしくは
＜２１０＞とされた針状チップの先端部表面が温度１４
００〜１６００℃、真空度１×１０＾−＾７ｔｏｒｒ未
満で電界強度１×１０＾３〜５×１０＾３Ｖ／ｃｍの正
電圧印加において処理されていることを特徴とする高輝
度ＬａＢ＿６陰極。 - （３）請求項１又は２記載のＬａＢ＿６陰極が真空度５
×１０＾−＾８ｔｏｒｒ以下であつて、チップ温度５０
０〜１１００℃で使用されることをを特徴とする高輝度
熱電界放射ＬａＢ＿６陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2074182A JPH03274642A (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 高輝度Ｌ↓ａＢ↓６陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2074182A JPH03274642A (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 高輝度Ｌ↓ａＢ↓６陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03274642A true JPH03274642A (ja) | 1991-12-05 |
Family
ID=13539775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2074182A Pending JPH03274642A (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 高輝度Ｌ↓ａＢ↓６陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03274642A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005222945A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 電子源の製造方法と使用方法 |
| JP2007087676A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Hitachi High-Technologies Corp | 電界放出型電子銃およびそれを用いた電子ビーム装置 |
| WO2018070010A1 (ja) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 電子線装置 |
| JP2019525401A (ja) * | 2016-06-30 | 2019-09-05 | ケーエルエー コーポレイション | 高輝度でホウ素を含有する真空環境用電子ビームエミッタ |
| JP2020119762A (ja) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 電子源の安定化方法、電子ビーム装置 |
-
1990
- 1990-03-23 JP JP2074182A patent/JPH03274642A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005222945A (ja) * | 2004-02-03 | 2005-08-18 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 電子源の製造方法と使用方法 |
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| JP2019525401A (ja) * | 2016-06-30 | 2019-09-05 | ケーエルエー コーポレイション | 高輝度でホウ素を含有する真空環境用電子ビームエミッタ |
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| US10522319B2 (en) | 2016-10-13 | 2019-12-31 | Hitachi High-Technologies Corporation | Electron beam apparatus |
| JP2020119762A (ja) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 電子源の安定化方法、電子ビーム装置 |
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