JPH0628142B2 - 熱電界放射電子銃の安定化方法 - Google Patents
熱電界放射電子銃の安定化方法Info
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- JPH0628142B2 JPH0628142B2 JP17488888A JP17488888A JPH0628142B2 JP H0628142 B2 JPH0628142 B2 JP H0628142B2 JP 17488888 A JP17488888 A JP 17488888A JP 17488888 A JP17488888 A JP 17488888A JP H0628142 B2 JPH0628142 B2 JP H0628142B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/063—Electron sources
- H01J2237/06308—Thermionic sources
- H01J2237/06316—Schottky emission
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子顕微鏡等に用いられる熱電界放射電子銃
の安定化方法に関する。
の安定化方法に関する。
軸方位が＜１００＞方位のタングステン単結晶針状チッ
プの先端にジルコニウムと酸素とからなる被覆層を設け
た、いわゆるZr／Ｗ熱電界放射電子銃は熱陰極に比べて
エネルギー幅が狭く、輝度が高く、寿命が長いという特
長をもっている。この様な特性からZr／Ｗ熱電界放射電
子銃は電子顕微鏡をはじめとする各種電子ビーム応用機
器に使われている。
プの先端にジルコニウムと酸素とからなる被覆層を設け
た、いわゆるZr／Ｗ熱電界放射電子銃は熱陰極に比べて
エネルギー幅が狭く、輝度が高く、寿命が長いという特
長をもっている。この様な特性からZr／Ｗ熱電界放射電
子銃は電子顕微鏡をはじめとする各種電子ビーム応用機
器に使われている。
Zr／Ｗ熱電界放射電子銃の放射電流の安定性はその針状
チップ先端の形状によって左右される。第３図(A)に示
す様に針状チップの先端に（１００）面の平坦部（以
下、これをファセットと呼ぶ）が形成されているとき、
放射電流は極めて安定であるが、このファセット形状が
崩れ、第３図(B) の様な単純な曲面形状となった場合に
は第４図に示すような周期的な放射電流の変動が生じ
る。Zr／Ｗ熱電界放射電子銃の最適な動作温度は１８０
０Ｋとされている〔文献：エル ダブリュー スワンソ
ン アンド ディ タグル：アプリケーションズ オブ
サーフェス サイエンス(L.W.Swanson and D.Tuggle:
Applications of Surface Science)第８巻（１９８１
年）、１８５−１９６頁〕。しかしながら、この温度に
おいてファセット形状を維持するためにはかなり高い電
界を印加する必要があり、このときの放射全電流は１０
０〜数100 μＡにも達し、エネルギー幅は増大する。例
えば測長機の様に、電子銃を放射全電流が数１０μＡ程
度の低い領域で動作させる場合には、そのように高い電
界を印加することが困難であり、針状チップ先端のファ
セット形状を維持することができず、安定に動作させる
ことが難しい。
チップ先端の形状によって左右される。第３図(A)に示
す様に針状チップの先端に（１００）面の平坦部（以
下、これをファセットと呼ぶ）が形成されているとき、
放射電流は極めて安定であるが、このファセット形状が
崩れ、第３図(B) の様な単純な曲面形状となった場合に
は第４図に示すような周期的な放射電流の変動が生じ
る。Zr／Ｗ熱電界放射電子銃の最適な動作温度は１８０
０Ｋとされている〔文献：エル ダブリュー スワンソ
ン アンド ディ タグル：アプリケーションズ オブ
サーフェス サイエンス(L.W.Swanson and D.Tuggle:
Applications of Surface Science)第８巻（１９８１
年）、１８５−１９６頁〕。しかしながら、この温度に
おいてファセット形状を維持するためにはかなり高い電
界を印加する必要があり、このときの放射全電流は１０
０〜数100 μＡにも達し、エネルギー幅は増大する。例
えば測長機の様に、電子銃を放射全電流が数１０μＡ程
度の低い領域で動作させる場合には、そのように高い電
界を印加することが困難であり、針状チップ先端のファ
セット形状を維持することができず、安定に動作させる
ことが難しい。
本発明はこの様な問題点を解決し、Zr／Ｗ熱電界放射電
子銃を安定にする方法を提供することを目的とする。
子銃を安定にする方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記目的を達成するために、熱電界放射電
子銃の動作条件と安定性の関係について種々検討を行な
った結果、以下に示す処理を行なえば、それほど高くな
い電界、すなわち放射全電流が数１０μＡ程度の動作に
おいても長時間安定な放射電流を得ることができること
を見出し本発明に至った。
子銃の動作条件と安定性の関係について種々検討を行な
った結果、以下に示す処理を行なえば、それほど高くな
い電界、すなわち放射全電流が数１０μＡ程度の動作に
おいても長時間安定な放射電流を得ることができること
を見出し本発明に至った。
すなわち、本発明は軸方位が＜１００＞方位のタングス
テン単結晶針状チップの先端にジルコニウムと酸素とか
らなる被覆層を設けた針状チップを備えた熱電界放射電
子銃を、下記第１工程と第２工程の順で処理することを
特徴とする熱電界放射電子銃の安定化方法である。
テン単結晶針状チップの先端にジルコニウムと酸素とか
らなる被覆層を設けた針状チップを備えた熱電界放射電
子銃を、下記第１工程と第２工程の順で処理することを
特徴とする熱電界放射電子銃の安定化方法である。
第１工程……針状チップの温度を１７５０Ｋ以上１９０
０Ｋ未満とし、０．１５V/Å以上０．３V/Å未満の電界
を印加する。
０Ｋ未満とし、０．１５V/Å以上０．３V/Å未満の電界
を印加する。
第２工程……針状チップの温度を１６００Ｋ以上１７０
０Ｋ未満とし、０．０５V/Å以上０．１５V/Å未満の電
界を印加する。
０Ｋ未満とし、０．０５V/Å以上０．１５V/Å未満の電
界を印加する。
以下、本発明について詳しく説明する。まず、第１工程
において曲面形状となった該陰極先端がファセット形状
に再生される。このときの電界は０．１５V/Å以上０．
３V/Å未満である。ただし、電界は次の式で定義され
る。
において曲面形状となった該陰極先端がファセット形状
に再生される。このときの電界は０．１５V/Å以上０．
３V/Å未満である。ただし、電界は次の式で定義され
る。
ここで、Ｆ：２電界(V/Å)、 Vex：引出し電圧(Ｖ)、 ｒ：チップ先端の曲率半径(Å)、 ｄ：チップ先端と引出し電極間の距離(Å)である。
電界が０．１５V/Å未満ではファセットを再生すること
ができず、また、０．３V/Å以上では針状チップ先端を
破損するおそれがあるからである。なお、このときの針
状チップの温度は１７５０Ｋ以上１９００Ｋ未満でなけ
ればならない。１７５０Ｋ未満ではファセットの再生に
過大な時間を必要とし、また１９００Ｋ以上では該陰極
の破損を招きやすいからである。
ができず、また、０．３V/Å以上では針状チップ先端を
破損するおそれがあるからである。なお、このときの針
状チップの温度は１７５０Ｋ以上１９００Ｋ未満でなけ
ればならない。１７５０Ｋ未満ではファセットの再生に
過大な時間を必要とし、また１９００Ｋ以上では該陰極
の破損を招きやすいからである。
第１工程により熱電界放射陰極先端のファセットの再生
を行なった後には、第２工程として、電界の該陰極の温
度を下げる。電界のみを下げた場合には再生させたファ
セット形状が維持されず、ふたたび曲面形状へと変化し
てしまうため、該陰極の温度を同時に下げることが重要
である。このときの温度は１６００Ｋ以上１７５０Ｋ未
満の範囲で、また電界は０．０５V/Å以上０．１５V/Å
未満の範囲において、所望の放射電流が得られるまで、
それぞれ下げれば良い。温度１７５０Ｋ以上、あるいは
電界０．０５V/Å未満では、ファセット形状を維持する
効果が乏しく、また、温度１６００Ｋ未満、あるいは電
界０．１５V/Å以上では放射電流のノイズやエネルギー
幅が増大するからである。なお、第２工程における電界
も前記の式で定義される。この様にして熱電界放射電子
銃を安定化することができ、以後は長時間安定な放射電
流を得ることができる。
を行なった後には、第２工程として、電界の該陰極の温
度を下げる。電界のみを下げた場合には再生させたファ
セット形状が維持されず、ふたたび曲面形状へと変化し
てしまうため、該陰極の温度を同時に下げることが重要
である。このときの温度は１６００Ｋ以上１７５０Ｋ未
満の範囲で、また電界は０．０５V/Å以上０．１５V/Å
未満の範囲において、所望の放射電流が得られるまで、
それぞれ下げれば良い。温度１７５０Ｋ以上、あるいは
電界０．０５V/Å未満では、ファセット形状を維持する
効果が乏しく、また、温度１６００Ｋ未満、あるいは電
界０．１５V/Å以上では放射電流のノイズやエネルギー
幅が増大するからである。なお、第２工程における電界
も前記の式で定義される。この様にして熱電界放射電子
銃を安定化することができ、以後は長時間安定な放射電
流を得ることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。第１図は実施
例の回路図である。針状チップ１には直径０．１２５mm
の＜１００＞方位タングステン単結晶を用い、この先端
の曲率半径は０．４μｍであった。針状チップは加熱用
フィラメント２に溶接により固定されている。
例の回路図である。針状チップ１には直径０．１２５mm
の＜１００＞方位タングステン単結晶を用い、この先端
の曲率半径は０．４μｍであった。針状チップは加熱用
フィラメント２に溶接により固定されている。
針状チップはサプレッサー３から０．２５mm突き出して
いる。加熱用フィラメントとサブレッサーは絶縁ベース
４を介して固定されている。針状チップの先端と引出し
電極５の表面の中心までの距離は０．３５mmである。引
出し電極から４８mmの間隔をおいて接地電極６を設け、
その先にファラディ・カップ７を備えている。
いる。加熱用フィラメントとサブレッサーは絶縁ベース
４を介して固定されている。針状チップの先端と引出し
電極５の表面の中心までの距離は０．３５mmである。引
出し電極から４８mmの間隔をおいて接地電極６を設け、
その先にファラディ・カップ７を備えている。
加熱用電源８より加熱用フィラメント２に通電すること
で針状チップ１を加熱する。サプレッサー電源９により
サプレッサー３に−３００Ｖを印加する。なお、この実
施例においては電圧はすべて針状チップ１の電位を基準
にして表示する。
で針状チップ１を加熱する。サプレッサー電源９により
サプレッサー３に−３００Ｖを印加する。なお、この実
施例においては電圧はすべて針状チップ１の電位を基準
にして表示する。
また、引出し電極５には引出し電源１０により引出し電
圧(Vex)が印加される。電流計１１により放射全電流(I
t)が測定され、電流計１２によりプローブ電流(Ip)が測
定される。針状チップ１の温度は放射温度計（図示せ
ず）を用い、放射率を０．４４として測定される。
圧(Vex)が印加される。電流計１１により放射全電流(I
t)が測定され、電流計１２によりプローブ電流(Ip)が測
定される。針状チップ１の温度は放射温度計（図示せ
ず）を用い、放射率を０．４４として測定される。
以上の装置による実験結果を第２図のグラフに示す。動
作開始後８０時間までは針状チップの温度１８００Ｋ、
引出し電圧１．７kV、すなわち電界（Ｆ）が０．１１V/
Åで動作させた。このとき放射全電流は３５〜４０μＡ
の範囲で、またプローブ電流は２〜６nAの範囲でそれぞ
れ周期的な変動をくり返した。（図中の(a)部）。
作開始後８０時間までは針状チップの温度１８００Ｋ、
引出し電圧１．７kV、すなわち電界（Ｆ）が０．１１V/
Åで動作させた。このとき放射全電流は３５〜４０μＡ
の範囲で、またプローブ電流は２〜６nAの範囲でそれぞ
れ周期的な変動をくり返した。（図中の(a)部）。
次に８０〜１００時間においては、前記第１工程の条件
として温度１８００Ｋで、引出し電圧３．０kV、すなわ
ち０．２０V/Åの電界を印加した。９０時間以後は放射
電流は全電流が１１５μＡで、プローブ電流が２３nAで
安定となった（図中の(b)部）。
として温度１８００Ｋで、引出し電圧３．０kV、すなわ
ち０．２０V/Åの電界を印加した。９０時間以後は放射
電流は全電流が１１５μＡで、プローブ電流が２３nAで
安定となった（図中の(b)部）。
そこで１００時間以後、温度を１７００Ｋに下げ、同時
に引出し電圧を１．７kV、すなわち電界を０．１１V/Å
に下げて動作させた（第２工程、図中の(c)部）。この
状態で放射電流は極めて安定となり、これ以後少なくと
も１０００時間安定な動作が維持されていることを確認
した。
に引出し電圧を１．７kV、すなわち電界を０．１１V/Å
に下げて動作させた（第２工程、図中の(c)部）。この
状態で放射電流は極めて安定となり、これ以後少なくと
も１０００時間安定な動作が維持されていることを確認
した。
なお、本実施例では、サプレッサー電圧は-300Ｖで一定
としたが、これを変えることによっても、熱電子放射電
流銃に印加される電界を調節することが可能である。
としたが、これを変えることによっても、熱電子放射電
流銃に印加される電界を調節することが可能である。
本発明の方法によればそれまでは不安定であった熱電界
放射電子銃の機能を回復させ、長時間安定に動作させる
ことができる。
放射電子銃の機能を回復させ、長時間安定に動作させる
ことができる。
第１図は本発明の方法を実施するための回路図である。
第２図は本発明の実施例を示すグラフである。第３図
(A)、(B) は針状チップ先端の斜視図であり、第４図は放
射電流の経時変化を示すグラフである。 符号 １……針状チップ ２……加熱用フィラメント ３……サプレッサー ４……絶縁ベース ５……引出し電極 ６……接地電極 ７……ファラディーカップ ８……加熱用電源 ９……サプレッサー電源 １０……引出し電源 １１……電流計 １２……電流計
第２図は本発明の実施例を示すグラフである。第３図
(A)、(B) は針状チップ先端の斜視図であり、第４図は放
射電流の経時変化を示すグラフである。 符号 １……針状チップ ２……加熱用フィラメント ３……サプレッサー ４……絶縁ベース ５……引出し電極 ６……接地電極 ７……ファラディーカップ ８……加熱用電源 ９……サプレッサー電源 １０……引出し電源 １１……電流計 １２……電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−225345（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−161263（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−141258（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】軸方位が＜１００＞方位のタングステン単
結晶針状チップの先端にジルコニウムと酸素とからなる
被覆層を設けた針状チップを備えた熱電界放射電子銃
を、下記第１工程と第２工程の順で処理することを特徴
とする熱電界放射電子銃の安定化方法。 第１工程……針状チップの温度を１７５０Ｋ以上１９０
０Ｋ未満とし、０．１５V/Å以上０．３V/Å未満の電界
を印加する。 第２工程……針状チップの温度を１６００Ｋ以上１７５
０Ｋ未満とし、０．０５V/Å以上０．１５V/Å未満の電
界を印加する。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488888A JPH0628142B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 熱電界放射電子銃の安定化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488888A JPH0628142B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 熱電界放射電子銃の安定化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0227643A JPH0227643A (ja) | 1990-01-30 |
| JPH0628142B2 true JPH0628142B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=15986426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17488888A Expired - Lifetime JPH0628142B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 熱電界放射電子銃の安定化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0628142B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449968A (en) * | 1992-06-24 | 1995-09-12 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Thermal field emission cathode |
| US5616926A (en) * | 1994-08-03 | 1997-04-01 | Hitachi, Ltd. | Schottky emission cathode and a method of stabilizing the same |
| IL264627B2 (en) * | 2016-08-08 | 2023-04-01 | Asml Netherlands Bv | Electron emitter and method for its construction |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP17488888A patent/JPH0628142B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0227643A (ja) | 1990-01-30 |
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