JPH042937A - Measuring method and apparatus of superhigh vacuum - Google Patents
Measuring method and apparatus of superhigh vacuumInfo
- Publication number
- JPH042937A JPH042937A JP10314590A JP10314590A JPH042937A JP H042937 A JPH042937 A JP H042937A JP 10314590 A JP10314590 A JP 10314590A JP 10314590 A JP10314590 A JP 10314590A JP H042937 A JPH042937 A JP H042937A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vacuum
- tip
- tape
- emitter
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 7
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 5
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 12
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N N-[2-(1H-indol-3-yl)ethyl]-N-methylprop-2-en-1-amine Chemical compound CN(CCC1=CNC2=C1C=CC=C2)CC=C GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は極高真空計測方法及びその装置に関し、またそ
れに使用するマルテイテイツプ及びマルテイエミツタに
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an extremely high vacuum measurement method and apparatus, and also relates to a multi-tape and a multi-emitter used therein.
これまで超高真空Ｒ」測技術が開発されている。 Until now, ultra-high vacuum R'' measurement technology has been developed.
超高真空計測において、現在広く使用されている真空計
の電子源は、熱電子を使った電子源である。The electron source for vacuum gauges currently widely used in ultra-high vacuum measurements is an electron source that uses thermionic electrons.
また、冷陰極としては、ワンティップの強電界電子放射
、Ｍ、ＩＭ（金属−絶縁均一金属）、ＮＥＡ電子源、半
導体表面伝必形電子源がある。例えば、シングルティッ
プ型の電子ビーム発生装置については特開昭５４−１．
６１２６３号記載のものがある。また、このシンクルテ
ィップを用いた真空度測定の一例が超高真空技術調査報
告書（１９８４年、材料科学技術振興財団）第７８頁に
挙げられている。早稲田大学では、スタンフォー１〜で
製作されたマルテイテイツプを残留気体イオン化電子源
とした真空計」すを検討している。なお、このマルテイ
テイツプについては、ジャーナル・ト・フイズイツク１
２．４５ （１９８４年）第シー９−２６９頁から第シ
ー９−２７８年（ＪＯｔｌＲＮＡＬ ＤＥ円ＩＶｓＩＱ
ＵＥ 。Cold cathodes include one-tip strong field electron emission, M, IM (metal-insulating homogeneous metal), NEA electron sources, and semiconductor surface transmission electron sources. For example, regarding a single-tip type electron beam generator, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-1.
There is one described in No. 61263. An example of measuring the degree of vacuum using this sinkle tip is listed on page 78 of the Ultra-High Vacuum Technology Research Report (1984, Materials Science and Technology Foundation). At Waseda University, we are considering a vacuum gauge that uses the multi-tape manufactured by Stanford 1~ as a residual gas ionization electron source. Regarding this multi-tape, please refer to Journal Tofujitsuk 1.
2.45 (1984) No. C9-269 to No. C9-278 (JOtlRNAL DE Yen IVsIQ
UE.
１２ 、４５ （］、 ９８４． ） ｐ ｐ Ｃ９−
２６９−Ｃ９２７８）において論しられている。しかし
、極高真空領域を精度良く高感度に測定する技術は今の
ところまだ確立されていない。12, 45 (], 984.) p p C9-
269-C9278). However, the technology to accurately and sensitively measure extremely high vacuum regions has not yet been established.
上記の熱電子を使った電子源を用いた従来技術は、フィ
ラメントと残留気体の反応や、フイラメン１〜からのガ
ス放出のために、超高真空中で使用するには不適切であ
る。実用化されている冷陰極源（シングルティップの強
電界電子放射、ＭＩＭ（金属−絶縁均一金属）、ＮＥＡ
電子源、半導体表面伝導形電子源）では、放出電流が１
μＡ以下と小さいために、真空計として使用する際など
の安定性やＳ／Ｎ比に問題がある。実際、５×１０１０
Ｐａ程度の真空中では、シングルティップによる電界放
射電流は加熱清浄化後の１０ｎＡから３０分後の９ｎＡ
という変化を示しており、ティップが１本なので、表面
積も小さいことから、１０”Ｐａ台の真空中での圧力の
測定は不可能であると思われる。マルテイエミツタを採
用することによって以−Ｌの問題は解決されるが、現在
使用されているマルテイエミツタは、放出電流の安定化
、すなわちデイツプの清浄化について配慮がされておら
す、放出電流の安定まで長期間（約１週間）電流放出を
行っておく必要があった。また、ここで使われているマ
ルテイエミツタは、微細加工技術と蒸着を用いた薄膜プ
ロセスを必要とし、作成は非常に困難で現在スタンフォ
ード大学で作られているものだけである。The conventional technique using the electron source using thermionic electrons described above is unsuitable for use in an ultra-high vacuum due to the reaction between the filament and residual gas and the release of gas from the filament 1. Practical cold cathode sources (single tip strong field electron emission, MIM (metal-insulating homogeneous metal), NEA
(electron source, semiconductor surface conduction electron source), the emission current is 1
Since it is small at less than μA, there are problems with stability and S/N ratio when used as a vacuum gauge. Actually, 5×1010
In a vacuum of about Pa, the field emission current due to a single tip ranges from 10 nA after heating and cleaning to 9 nA after 30 minutes.
Since there is only one tip and the surface area is small, it seems impossible to measure pressure in a vacuum on the order of 10"Pa. By adopting a multi-emitter, the following changes can be made. The problem will be solved, but the currently used multi-emitters do not take care to stabilize the emission current, that is, clean the dip, and emit current for a long period of time (about one week) until the emission current stabilizes. Additionally, the multi-emitter used here requires a thin film process using microfabrication technology and vapor deposition, making it extremely difficult to create and the only one currently being made at Stanford University. .
また、冷陰極源を用いた真空計の場合でも、超高真空領
域ではグリッドからの軟Ｘ線照射によるコレクタ電流へ
の影響が問題となるため、電離真空計以外の計測法を確
立する必要がある。Furthermore, even in the case of a vacuum gauge using a cold cathode source, in the ultra-high vacuum region, the influence of soft X-ray irradiation from the grid on the collector current becomes a problem, so it is necessary to establish a measurement method other than an ionization vacuum gauge. be.
本発明は電界放射を直接利用した真空計測法及びその装
置、特に短時間での電流安定性に優れ、複雑なプロセス
を必要としない簡単な作成方法によって得られるマルテ
イエミツタを用いた真空計を提供することを目的として
いる。The present invention provides a vacuum measurement method and device that directly utilizes field radiation, particularly a vacuum gauge using a multi-emitter that has excellent current stability in a short time and is obtained by a simple manufacturing method that does not require complicated processes. The purpose is to
上記目的を達成するために、本発明によれば、マルテイ
テイツプの表面へのガス吸着による電界放射電流の変化
を直接計測することにより真空度を測定する。In order to achieve the above object, according to the present invention, the degree of vacuum is measured by directly measuring the change in field emission current due to gas adsorption on the surface of the multi-tape.
本発明によれば、マルテイテイツプと、グリッドからマ
ルテイエミツタを構成し、このマルテイエミツタと電流
剖とで回路を形成し、前記電流計に真空度を示唆するよ
うにした真空計が備えられるわ
マルテイテイツプとグリシＩくの構成材料を高融点金属
（例えばタングステン、インジウム）とすることにより
、高温加熱によって短時間での表面清浄化を実現し、安
定した初期放出電流を得ることができるようになる。According to the present invention, a vacuum gauge is provided in which a multi-emitter is constructed from a multi-tape and a grid, the multi-emitter and a current gauge form a circuit, and the ammeter indicates the degree of vacuum. By using a high melting point metal (for example, tungsten or indium) as the main constituent material, surface cleaning can be achieved in a short time by high temperature heating, and a stable initial emission current can be obtained.
また、タングステン基板に基盤目状に溝を切り、先端を
電解研磨してマルテイテイツプを作成する方法により、
複雑な薄膜プロセスを必要とせずに簡単にマルテイエミ
ツタを得ることができる。In addition, by cutting grooves in the tungsten substrate in the shape of a substrate and electrolytically polishing the tips, we can create multi-tapes.
Maltei emitters can be easily obtained without the need for complicated thin film processes.
このような方法で作成したマルテイテイップにグリッド
を１〜３ｎｗｎ離したところに配置すると電界放射のた
めには１〜３ｋＶの高電圧を印加する必要がある。その
ため、マルテイテイップの周辺に強電場が発生するため
、気体分子が分極してｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌ、ｓ力
による物理吸着が傷進され、真空計としての感度が向上
する。If the grids are placed 1 to 3 nwn apart from the multi-tip produced by such a method, it is necessary to apply a high voltage of 1 to 3 kV to emit an electric field. Therefore, since a strong electric field is generated around the multi-tip, gas molecules are polarized and physical adsorption due to van der Waal and S forces is accelerated, improving the sensitivity of the vacuum gauge.
さらに、予め基板として単結晶を用いることにより、容
易にマルテイテイツプの結晶面を揃えることができ、す
でに知られている各結晶面へのガス吸着による仕事関係
の変化から、マルテイテイツプに吸着した気体の種類と
その量を求めることができる。Furthermore, by using a single crystal as a substrate in advance, the crystal planes of the multi-tape can be easily aligned, and from the already known changes in the work relationship due to gas adsorption to each crystal plane, the types of gases adsorbed to the multi-tape can be easily aligned. and its quantity can be found.
全て高融点金属で構成されているマルテイテイツプは、
３０００ ’Ｃ近くまでフラッシュ加熱を行うことがで
きるため、ティップ表面に吸着していたガスや表面酸化
物を除去でき、清浄な表面を得ることができる。電解研
磨によるマルテイテイツプとメツシュ状のグリッドから
なるマルテイエミツタでは、機械加工によって溝を切る
と、ティップ間隔が０．０５〜０．１ｍ程度、ティップ
、グリッド間が１〜３冊あってオープニングが大きいた
め、ガスの脱離を一層容易にしている。マルテイテイツ
プ表面の清浄化によって電界放射電流が増加するため、
極めて短時間で高輝度、安定な電子ビー１１が供給され
る。Multitape, which is entirely composed of high-melting point metals,
Since flash heating can be performed up to nearly 3000'C, gases and surface oxides adsorbed on the tip surface can be removed, resulting in a clean surface. With multi-tape and mesh-like grids made by electrolytic polishing, when the grooves are cut by machining, the tip spacing is about 0.05 to 0.1 m, and the gap between the tip and the grid is 1 to 3, so the opening is large. This makes it easier to desorb gas. Cleaning the multi-tape surface increases the field emission current;
High brightness and stable electronic beam 11 is supplied in an extremely short time.
電解研磨によるマルテイテイツプの作成は、マルテイエ
ミツタの作成を容易にするだけでなく、単結晶の板材を
用いることによって結晶面の揃ったマルテイテイツプの
作成も大変容易にする。従って、電界放射電流が必要と
される場合は仕事関数の小さいタングステン（１１４）
面をティップ先端にするなど、それぞれの目的に応じて
結晶面を選択することができる。Creating a multi-tape by electrolytic polishing not only makes it easy to create a multi-emitter, but also makes it very easy to create a multi-tape with uniform crystal planes by using a single-crystal plate material. Therefore, if a field emission current is required, tungsten (114), which has a small work function, should be used.
The crystal face can be selected depending on the purpose, such as using the face as the tip.
また、マルテイテイツプからの電界放射電流は、ティッ
プ表面への吸着気体に対して敏感である。Furthermore, the field emission current from the multi-tape is sensitive to adsorbed gas on the tip surface.
トンネル効果の電子の飛び出しによる単位面積当りの電
界放射電流工、は、Ｆｏｗｌ ｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｊ
ｍの式％式％
原子または分子が表面に吸着したとき、仕事関係の変化
Δφは、
Δφ＝４πμ（０）ＮＯ
（０：被覆率、Ｎ：吸着サイト数）
（μ（０）：有効双極子モーメント）
０くθ＜０．１５ で双極子間の相互作用が無いため、
μ（０）は一定でΔφは０に比例する。従って、電界放
射電流Ｉｔの変化を測定することで、仕事関数の変化Δ
φ、即ち被覆率０を求めることができる。ティップのガ
スの入射頻度は圧力に比例するため、電界放射電流■、
の時間変化から真空度を求めることができる。ここで、
タングステン（１１０）面に水素分子が吸着すると、仕
事関数はＯ、１，４−ｅ Ｖ低下し、（１１１）面の場
合は０．３ｅＶ上がる。タングステン（１１０）面に酸
素分子が吸着した場合は１．１ｅＶ上がる。このように
、気体の種類や結晶面によって仕事関数の変化量が異な
るために、電界放射電流の変化から吸着気体の種類を知
ることもでき、残留ガスの組成を求めることができる。The field emission current per unit area due to the ejection of electrons due to the tunnel effect is
m formula % formula % When an atom or molecule is adsorbed on a surface, the change in work relationship Δφ is: Δφ=4πμ(0) NO (0: coverage, N: number of adsorption sites) (μ(0): effective dipole child moment) Since there is no interaction between dipoles when θ<0.15,
μ(0) is constant and Δφ is proportional to 0. Therefore, by measuring the change in the field emission current It, the change in the work function Δ
φ, that is, coverage rate 0 can be determined. Since the frequency of gas incidence at the tip is proportional to the pressure, the field emission current ■,
The degree of vacuum can be determined from the change over time. here,
When hydrogen molecules are adsorbed on the tungsten (110) plane, the work function decreases by O,1,4-eV, and increases by 0.3 eV in the case of the (111) plane. When oxygen molecules are adsorbed on the tungsten (110) surface, the voltage increases by 1.1 eV. In this way, since the amount of change in the work function differs depending on the type of gas and the crystal plane, the type of adsorbed gas can be known from the change in field emission current, and the composition of the residual gas can be determined.
また、マルテイテイツプの温度を変えたときの放射電流
の変化から真空度、及び、ガス分圧を求めることができ
る。ティップの温度を下げていくと電界放射電流が減少
していくが、気体の種類によって温度依存性の凝縮計数
が異なるため、残留ガスの組成を求めることができる。Furthermore, the degree of vacuum and gas partial pressure can be determined from the change in radiation current when the temperature of the multi-tape is changed. As the temperature of the tip is lowered, the field emission current decreases, but since the temperature-dependent condensation coefficient differs depending on the type of gas, the composition of the residual gas can be determined.
ティップの温度を上げていくと、電界放射電流は増加し
ていくが、気体の種類によって平均滞在時間が異なるた
め、残留ガスの組成を求めることができる。As the temperature of the tip increases, the field emission current increases, but since the average residence time differs depending on the type of gas, the composition of the residual gas can be determined.
特に、高融点金属の中でもタングステンに対する気体分
子の付着確率は他の多くの金属に比べてはるかに大きい
ので、真空計９分圧計として適している。In particular, among high melting point metals, the probability of gas molecules adhering to tungsten is much greater than that of many other metals, so tungsten is suitable as a vacuum gauge 9 partial pressure gauge.
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
第１図は電界放射電流の時間変化から真空度を求める真
空計の構成図である。グリッド２とマルテイテイツプ１
は絶縁され、マルテイテイツプ１に直流高電圧を印加し
て電界放射を発生させる。FIG. 1 is a configuration diagram of a vacuum gauge that determines the degree of vacuum from the time change of field emission current. Grid 2 and Multi Tape 1
is insulated, and a high DC voltage is applied to the multi-tape 1 to generate electric field radiation.
このとき電圧は一定に保ったまま、グリッド２に流れる
電界放射電流の時間変化を電流計３で測定する。このと
き、電界放射電流は第２図に表すような時間変化を示す
。第２図は、高温加熱後、時が経過するにつれてティッ
プ表面に気体が吸着し、電界放射電流が変化していく様
子を表している。At this time, the voltage is kept constant and the time change of the field emission current flowing through the grid 2 is measured with the ammeter 3. At this time, the field emission current shows a time change as shown in FIG. FIG. 2 shows how gas adsorbs to the tip surface and the field emission current changes as time passes after high-temperature heating.
電界放射電流の変化は作用において示したようにティッ
プの面と吸着ガスの種類、ガスの吸着量に依存する。従
ってティップを高温で加熱し表面を清浄化したあと、時
間が経過するに従い、真空中の残留気体が吸着すること
により、ティップ表面の仕事関係は増加して、徐々に電
界放射電流は低下する。この電界放射電流低下率から、
気体分子の入射頻度、そして真空度を決めることができ
る。As shown in the operation, the change in field emission current depends on the tip surface, the type of adsorbed gas, and the amount of gas adsorbed. Therefore, after the tip is heated to a high temperature to clean the surface, as time passes, residual gas in the vacuum is adsorbed, the work relationship on the tip surface increases, and the field emission current gradually decreases. From this field emission current reduction rate,
The frequency of incidence of gas molecules and the degree of vacuum can be determined.
感度は、シングルティップの同様の測定の場合に比べ千
倍以上である。The sensitivity is more than a thousand times higher than for similar single-tip measurements.
次に、本発明のマルテイテイツプの作成方法の１実施例
を第３図に示す。タングステン基板４に０．１ｍｍ間隔
で深さ２ｎｗｎ程度、０ 、１． ｍｍ程度の溝を縦横
にいれる。溝を切った面を電解液５に浸し、電解研磨を
行う。電解液５は水酸化カリウムの飽和溶液、または水
酸化カリウムの飽和溶液とアンモニア水を８＝３で混合
したもので、電源６より２〜３ｖ程度の交流電圧を印加
する。電極７にはモリブデンを用いた。以上の方法でマ
ルテイテイップ１を作成することができる。基板の大き
さを１辺１ｃｍの正方形とすると２５００本程度０ティ
ップを有するマルテイテイツプができる。電界放射電流
を大きくしたい場合にはさらに溝の間隔を小さくしてテ
ィップ密度を高くすれば良い。本方法により作成された
マルテイテイツプはタングステンのみで構成されている
ため、高温で加熱することができる。Next, FIG. 3 shows an embodiment of the method for creating a multi-tape according to the present invention. The tungsten substrate 4 has a depth of about 2nwn at intervals of 0.1mm, 0, 1. Make grooves about mm in length and width. The grooved surface is immersed in electrolytic solution 5 and electrolytically polished. The electrolytic solution 5 is a saturated solution of potassium hydroxide or a mixture of a saturated solution of potassium hydroxide and aqueous ammonia in a ratio of 8=3, and an AC voltage of about 2 to 3 V is applied from a power source 6. Molybdenum was used for the electrode 7. Multitip 1 can be created using the above method. If the size of the substrate is a square with sides of 1 cm, a multi-tape with about 2500 zero tips can be formed. If it is desired to increase the field emission current, the gap between the grooves may be further reduced to increase the tip density. Since the multi-tape made by this method is composed only of tungsten, it can be heated at high temperatures.
次に、本発明のマルテイエミツタの１実施例を第４図に
示す。第４図は本発明のマルテイエミツタの断面概略図
である。メツシュ状の金属から成るグリッド２を、絶縁
材８でマルテイテイツプ１から１〜３ｍｍもしくはそれ
以上前れたところに保持した。Next, one embodiment of the multi-emitter according to the present invention is shown in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the malt emitter of the present invention. A mesh-like metal grid 2 is held with an insulating material 8 at a distance of 1 to 3 mm or more in front of the multi-tape 1.
次に、本発明のマルテイエミツタを電子源として有する
装置の１実施例を第５図に示す。第５図はマルテイエミ
ツタを残留気体イオンの電子源として用いた真空側の構
成図である。グリッド２とマルテイテイツプ」は絶縁さ
れ、マルテイテイツプ１には１ｋＶ以上の負の高電圧が
印加されているが、グリッド２に流れる電流を一定に保
つよう定電流を一定に保つよう定電流電源１０が用いら
れている。イオンコレクタ９には１００〜２００Ｖ程度
の負の電圧を印加し、イオン化された残留気体のイオン
電流を電流計３で測定する。Next, FIG. 5 shows an embodiment of a device having a multi-emitter according to the present invention as an electron source. FIG. 5 is a configuration diagram on the vacuum side using a multi-emitter as an electron source for residual gas ions. The grid 2 and the multi-tape are insulated, and a negative high voltage of 1 kV or more is applied to the multi-tap 1, but a constant current power supply 10 is used to keep the constant current constant so that the current flowing to the grid 2 is kept constant. It is being A negative voltage of about 100 to 200 V is applied to the ion collector 9, and the ion current of the ionized residual gas is measured with the ammeter 3.
次に、本発明のマルテイテイツプを用いたガス分析の方
法について第６図より、説明する。第６図は第１図の高
温加熱後、時間が経過するにつれてティップ表面に気体
が吸着し、電界放射電流が変化していく様子の詳細を表
している。極高真空中では、気体分子の入射確率が小さ
いため、気体分子１個の吸着に対する電界放射電流の変
化をみることができる。従って、電界放射電流図に示す
ようにステップ状に変化し、気体の種類と結晶面に固有
な仕事関数の変化から、各種気体の分圧を求めることが
できる。第１図に示したような装置構成で、クルティテ
ィップを単結晶にすることにより、本方法を用いたガス
分析を行うことができる。Next, a gas analysis method using the multi-tape of the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 6 shows details of how gas adsorbs to the tip surface and the field emission current changes as time passes after the high-temperature heating shown in FIG. 1. In extremely high vacuum, the incidence probability of gas molecules is small, so it is possible to see the change in field emission current in response to adsorption of a single gas molecule. Therefore, the partial pressure of various gases can be determined from the change in the work function, which changes stepwise as shown in the field emission current diagram and is specific to the type of gas and the crystal plane. With the apparatus configuration shown in FIG. 1, gas analysis using this method can be performed by making the Kurti tip a single crystal.
つきに、本発明のクルティティップを用いたガス分析計
の実施例を第７図及び第８図に示す。これらの実施例は
、ティップの温度変化にともなう電界放射電流の変化か
らガス分析を行う装置である。第７図は、ティップ冷却
装置を備えたガス分析制の断面概略図である。冷却槽１
１は液体窒素、液体ヘリウムを溜める容器、冷凍器など
が考えられる。クルティティップ１の清浄化のための加
熱と電界放射のための高電圧印加は、電源１２からの通
電加熱で行い、温度は熱電対１３によりモニタしている
。第８図は、ティップ加熱用のヒータを備えたマルテイ
エミツタである。クルティティップ１の清浄化のための
加熱と温度調節はヒータ１５によって行われ、熱電対１
３で温度をモニタしている。At the same time, an embodiment of a gas analyzer using the Kurti tip of the present invention is shown in FIGS. 7 and 8. These embodiments are devices that perform gas analysis based on changes in field emission current due to changes in tip temperature. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a gas analysis system equipped with a tip cooling device. Cooling tank 1
1 may be a container for storing liquid nitrogen or liquid helium, a refrigerator, etc. Heating for cleaning the Kurti tip 1 and application of a high voltage for emitting an electric field are performed by heating with electricity from a power source 12, and the temperature is monitored by a thermocouple 13. FIG. 8 shows a multi-emitter equipped with a heater for heating the tip. Heating and temperature control for cleaning the Kurti tip 1 are performed by a heater 15, and a thermocouple 1
3 to monitor the temperature.
本発明は、以上説明したように、クルティティップの表
面へのガス吸着による電界放射電流の変化を直接計測す
ることにより真空度を測定しているので、極高真空の真
空度やガス分圧の開側を高精度に行うことができる。As explained above, the present invention measures the degree of vacuum by directly measuring the change in field emission current due to gas adsorption on the surface of the Kurti tip. Opening can be done with high precision.
また、クルティティップは高融点金属のみで構成されて
いるため、ティップ表面の清浄化が容易でなる。Further, since the Kurti tip is composed only of high melting point metal, cleaning of the tip surface becomes easy.
電解研磨によりクルティティップを作成しているので、
マルテイエミツタの作成が大変容易で、単結晶のクルテ
ィティップも簡単に作ることができる。Since the Kurti tip is created by electrolytic polishing,
It is very easy to make marutei mitsuta, and single crystal kurti tips can also be made easily.
マルテイテイツプ戸グリッドのあいだが数ｍと離れてい
るので、電界放射のためには高電圧を印加する必要があ
り、気体の吸着が促進されて真空側としての感度が高く
なるという効果もある。Since the distance between the multi-tape door grids is several meters, it is necessary to apply a high voltage to emit an electric field, which also has the effect of promoting gas adsorption and increasing the sensitivity on the vacuum side.
第１図は本発明の方法を用いたクルティティップによる
真空計の構成図、第２図はマルテイテイツプ加熱後の電
界放射電流の変化を表すグラフ、第３図は本発明のクル
ティティップの製作方法の１実施例を示す工程図、第４
図は本発明のマルテイエミツタの１実施例の断面概略図
、第５図は本発明のクルティティップを電子源に有する
真空計の構成図、第６図は極高真空中での、クルティテ
ィップ加熱後の電界放射電流の変化を表すグラフで、第
７図、第８図はクルティティップを用いたガス分析計の
実施例の断面概略図である。
トマルテイテイツプ、２・グリッド、３・・・電流計、
４・・タングステン基板、５・・・電解液、６・・電源
、７・・電極、８・・・絶縁材、９・・・イオンコレク
タ、１０・・定電流電源、１１・・冷却槽、１２・・電
源、］３・・熱電対、１４・・・電圧言１．１５・・・
ヒータ、１６ 温調器。
符開平
’ｌ’Ｊ：３’ｌ ＵＯFigure 1 is a block diagram of a vacuum gauge using a Kurti tip using the method of the present invention, Figure 2 is a graph showing the change in field emission current after multi-tip heating, and Figure 3 is a diagram of the method of manufacturing a Kurti tip of the present invention. Process diagram showing 1st example, 4th
The figure is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the multi-emitter of the present invention, Figure 5 is a configuration diagram of a vacuum gauge having the Kurti tip of the present invention as an electron source, and Figure 6 is after heating the Kurti tip in an extremely high vacuum. 7 and 8 are schematic cross-sectional views of an embodiment of a gas analyzer using a Kurti tip. Multi-tape, 2. Grid, 3... Ammeter,
4... Tungsten substrate, 5... Electrolyte, 6... Power supply, 7... Electrode, 8... Insulating material, 9... Ion collector, 10... Constant current power supply, 11... Cooling tank, 12...power supply, ]3...thermocouple, 14...voltage word 1.15...
Heater, 16 temperature controller. Open sign 'l'J: 3'l UO
Claims (1)
定することを特徴とする真空計測方法。 ２、マルテイテイツプの表面へのガス吸着による電界放
射電流の変化を直接計測することにより真空度を求める
ことを特徴とする極高真空計測方法。 ３、マルテイテイツプとグリッドとを有するマルテイエ
ミツタを構成し、前記マルテイエミツタと電流計とを組
合わせて回路を形成し、前記電流計に真空度を示唆する
ようにしたことを特徴とする真空計測装置。 ４、前記マルテイテイツプが構成材として高融点金属の
み用いられていることを特徴とする請求項３記載の装置
。 ５、前記マルテイテイツプの先端が単一の結晶面である
請求項３または請求項４記載の装置。 ６、前記マルテイテイツプが電解研磨により作成されて
いる請求項３から請求項５までのいずれかに記載の装置
。 ７、構成材として高融点金属のみが用いられていること
を特徴とするマルテイテイツプ。 ８、各ティップの先端を単一の結晶面とすることを特徴
とするマルテイテイツプ。 ９、構成材として高融点金属のみを用い、電解研磨によ
り作成することを特徴とするマルテイテイップ作成方法
。 １０、マルテイテイツプとグリッドから構成され、前記
マルテイエミツタに１ｋＶ以上の高電圧を印加するよう
になされたことを特徴とするマルテイエミツタ。 １１、前記マルテイテイツプが構成材として高融点金属
のみ用いられていることを特徴とする請求項１０記載の
マルテイエミツタ。 １２、前記マルテイテイツプが各ティップの先端を単一
の結晶面としたことを特徴とする請求項１０または１１
記載のマルテイエミツタ。 １３、前記マルテイテイツプが電解研磨により作成され
たことを特徴とする請求項１０から請求項１２までのい
ずれかに記載のマルテイエミツタ。 １４、請求項１０から請求項１３までのいずれかに記載
のマルテイエミツタを電子源に有することを特徴とする
真空装置。 １５、請求項１２記載のマルテイエミツタを有すること
を特徴とするガス分析計。 １６、前記マルテイエミツタと、前記マルテイテイツプ
の温度を変化させる手段と、電解放射電流の変化を測定
する手段とを備えたことを特徴とする請求項１５記載の
ガス分析計。 １７、マルテイエミツタの電界放射電流の変化から残留
ガスの組成を測定することを特徴とするガス分析方法。[Claims] 1. A vacuum measurement method characterized by measuring the degree of vacuum using a multi-tape field emission current. 2. An extremely high vacuum measurement method characterized by determining the degree of vacuum by directly measuring changes in field emission current due to gas adsorption on the surface of a multi-tape. 3. A vacuum measuring device comprising a multi-emitter having a multi-tape and a grid, the multi-emitter and an ammeter being combined to form a circuit, and the ammeter indicating the degree of vacuum. 4. The apparatus according to claim 3, wherein the multi-tape is made of only a high melting point metal as a constituent material. 5. The device according to claim 3 or 4, wherein the tip of the multi-tape is a single crystal face. 6. The apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein the multi-tape is created by electrolytic polishing. 7. Multi-tape characterized by using only high-melting point metals as constituent materials. 8. A multi-tipped tip characterized by having a single crystal face at the tip of each tip. 9. A method for creating a multi-tip, characterized in that it is created by electrolytic polishing using only a high melting point metal as a constituent material. 10. A multi-emitter comprising a multi-tape and a grid, the multi-emitter being configured to apply a high voltage of 1 kV or more to the multi-emitter. 11. The multi-emitter according to claim 10, wherein the multi-tape is made of only a high-melting point metal as a constituent material. 12. Claim 10 or 11, wherein the multi-tip has a single crystal plane at the tip of each tip.
The listed Maltei mitsuta. 13. The multi-emitter according to any one of claims 10 to 12, wherein the multi-tape is created by electrolytic polishing. 14. A vacuum device comprising the multi-emitter according to any one of claims 10 to 13 as an electron source. 15. A gas analyzer comprising the multi-emitter according to claim 12. 16. The gas analyzer according to claim 15, further comprising: the multi-tap emitter, means for changing the temperature of the multi-tap, and means for measuring changes in electrolytic radiation current. 17. A gas analysis method characterized by measuring the composition of residual gas from changes in the field emission current of a maltey emitter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10314590A JP2771310B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Ultra-high vacuum measurement method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10314590A JP2771310B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Ultra-high vacuum measurement method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042937A true JPH042937A (en) | 1992-01-07 |
| JP2771310B2 JP2771310B2 (en) | 1998-07-02 |
Family
ID=14346351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10314590A Expired - Fee Related JP2771310B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Ultra-high vacuum measurement method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2771310B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06235673A (en) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Hitachi Ltd | Vacuum gauge |
| JP2006329880A (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Matsushita Electric Works Ltd | Pressure measuring device |
| JP2008170175A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Stanley Electric Co Ltd | Method for estimating degree of vacuum |
| JP2008170176A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Stanley Electric Co Ltd | Residual gas discriminating method |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP10314590A patent/JP2771310B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06235673A (en) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Hitachi Ltd | Vacuum gauge |
| JP2006329880A (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Matsushita Electric Works Ltd | Pressure measuring device |
| JP4735052B2 (en) * | 2005-05-27 | 2011-07-27 | パナソニック電工株式会社 | Pressure measuring device |
| JP2008170175A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Stanley Electric Co Ltd | Method for estimating degree of vacuum |
| JP2008170176A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Stanley Electric Co Ltd | Residual gas discriminating method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2771310B2 (en) | 1998-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dyke et al. | The field emission initiated vacuum arc. I. Experiments on arc initiation | |
| Jones et al. | Surface films and field emission of electrons | |
| Zandberg et al. | Surface ionization | |
| Bouclier et al. | High rate operation of micro-strip gas chambers on diamond-coated glass | |
| Nygaard | Electron‐Impact Ionization Cross Section in Cesium | |
| Fehrs et al. | Contact-potential measurements of the adsorption of Cs, O2 and H2 on (110) Ta | |
| Holscher | A field emission retarding potential method for measuring work functions | |
| Mackie et al. | Single-crystal zirconium carbide as a high-temperature thermionic cathode material | |
| Dyke et al. | T− F Emission: Experimental Measurement of the Average Electron Current Density from Tungsten | |
| JPH042937A (en) | Measuring method and apparatus of superhigh vacuum | |
| Nottingham | Photoelectric and thermionic emission from composite surfaces | |
| Bagnall et al. | Pre-breakdown ionization in molecular nitrogen in E x B fields | |
| Jones | Ionization coefficients in nitrogen | |
| Jones et al. | The chemisorption of nitrogen on polycrystalline tungsten ribbon: kinetic and contact potential studies | |
| Finkelnburg et al. | High temperature plasma properties from high current arc stream measurements | |
| Thomas et al. | Thermionic properties of BaO on iridium | |
| Wei | Electron impact study of insulator surfaces: LiF and NaF | |
| Reimann et al. | XLI. Thermionic emission and electrical conductivity of oxide cathodes | |
| Mezentsev et al. | Probe measurements of the electron convective velocity in axisymmetric low-temperature helium plasmas | |
| US3394301A (en) | Method and apparatus for determining composition and pressure of a gas at low pressure | |
| US3139746A (en) | Gas density measuring | |
| BENNETTE et al. | Investigation of the prebreakdown gap currents between clean and cesium-coated tungsten electrodes | |
| Amemiya et al. | Measurements of the contact potential between an emitting electrode and a probe within a plasma | |
| Batey et al. | Afterglow measurements of the rate coefficients for the reactions O++ O2→ O2++ O and O++ N2→ NO++ N | |
| Metz et al. | Characterization of a hollow cathode styled plasma reactor for photovoltaic applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |