JPH0628969A - 電界放射陰極 - Google Patents

電界放射陰極

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JPH0628969A
JPH0628969A JP5089688A JP8968893A JPH0628969A JP H0628969 A JPH0628969 A JP H0628969A JP 5089688 A JP5089688 A JP 5089688A JP 8968893 A JP8968893 A JP 8968893A JP H0628969 A JPH0628969 A JP H0628969A
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JP
Japan
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cathode
energy distribution
field emission
compound
density
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Pending
Application number
JP5089688A
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English (en)
Inventor
Yasuharu Hirai
康晴 平井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP5089688A priority patent/JPH0628969A/ja
Publication of JPH0628969A publication Critical patent/JPH0628969A/ja
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    • 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
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射される電子のエネルギー分布の幅を０、
３ｅＶより小さくした電界放射陰極を提供すること。 【構成】 黒鉛の層間に単体元素または化合物が入り込
む現象（インターカレーション）を利用して層間化合物
を形成してこのチップにより電界放射陰極を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエネルギー分布の幅が小
さく、電流密度が大きく、かつ電流変動率が小さいこと
を必要とする電界放射陰極に関し、特に、この種の陰極
におけるチップ素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電界放射陰極におけるチップはタ
ングステン*)およびその化合物（チタニウムを拡散させ
たタングステン）を材料としている。このような陰極か
ら得られる放射電子のエネルギー分布の幅（半値幅）は
約０.３ｅＶ以上の値を示し、他の材料でも、ほぼ同程
度の値となる。
【０００３】＊）R. H. Good, Jr. and E. W. Muller,
Handbook Phy, 3rd ed, Vol 21 Springer-Verlog (195
6)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この値は理論値とも一
致し、通常の材料を使ったばあいの限界を与える。そこ
で、この限界をいかに越えるかが当面の課題となってい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の目
的は、電界放射陰極から放射される電子のエネルギー分
布の幅を従来の値（０.３ｅＶ）より小さくし、かつ大
きな電流密度と小さな電流変動率をもつ電界放射陰極を
提供することにある。
【０００６】また、黒鉛化した炭素を陰極とするばあ
い、チップの曲率半径は金属チップの１／７〜１／８と
なり、強い電界が発生するので、本発明による陰極でも
同じ効果が期待される。
【０００７】
【作用】フェルミ準位近傍につくられた状態密度は層間
に入れる物質によって異なるが、この新しくできた状態
密度をフェルミ準位近傍にすることによって鋭いエネル
ギー分布（＜０.３ｅＶ）を得る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を図を用いて詳述する。
【０００９】はじめに本発明の原理について述べる。
【００１０】陰極材料の母材となる黒鉛化した炭素の陰
極構造はタングステン等の金属とは全く異なることが知
られている。
【００１１】図１は金属の状態密度、すなわち単位エネ
ルギーあたりの電子数を示す。エネルギー分布は状態密
度に電子の透過関数を乗じた形で与えられ図２に示す様
になる。電子はフェルミ準位近傍のエネルギーを持って
放射されるが、フェルミ準位近傍で状態密度の値は〜
０.５個／原子.ｅＶである。
【００１２】一方、黒鉛化した炭素の状態密度は図３に
示す形をもち、フェルミ準位近傍の状態密度の値は〜
０.００５個／原子・ｅＶと桁違いに小さい。そこで黒
鉛の層間に単体元素または化合物が入り込む現象（イン
ターカレーション）を利用して層間化合物を形成する
と、フェルミ準位近傍に層間物質の状態密度をつくり、
かつその値は０.１〜０.５個／原子ｅＶと金属と同程度
の値をとる。
【００１３】この様子を図４に示す。フェルミ準位近傍
につくられた状態密度は層間に入れる物質によって異な
るが、この新しくできた状態密度がフェルミ準位近傍に
来れば鋭いエネルギー分布（＜０.３ｅＶ）を得ること
が可能となる。
【００１４】また、黒鉛化した炭素を陰極とするばあ
い、チップの曲率半径は金属チップの１／７〜１／８と
なり、強い電界が発生するので、本発明による陰極でも
同じ効果が期待される。本発明による陰極でのフェルミ
準位近傍の状態密度は金属と同程度であるから、金属チ
ップより強い電界が印加できる点で金属チップより大き
な電流密度を得ることが可能となる。
【００１５】次に、本発明による電界放射陰極の具体例
について述べる。
【００１６】図５は本発明の一実施例を示したものであ
る。同図において、１は黒鉛化した炭素（ガラス状炭
素、炭素ファイバ、炭素ホイスカなど）のチップで、先
端部分の曲率半径を１０００〜２０００Åとしたもので
ある。このチップ１にはあらかじめアルカリ金属（Ｋ，
Ｃｓ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｒｂ）やアルカリ土類金属（Ｂａ，
Ｃａ，Ｓｒ）や希土類金属（Ｓｍ，Ｅｕ，Ｙｂ）や遷移
金属（Ｍｏ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ）な
どの単体元素か、ハロゲン（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｂｒ
Ｆ3，ＩＦ5，ＩＣｌ，ＩＢｒ）、ハロゲン化金属の化合
物（ＡｓＦ5，上記金属とハロゲンとの化合物）の１つ
が層間物質として入れてある。２は黒鉛板で、チップ１
を接合してある。３は電極で、２本の電極がガラスベー
ス４に固定されている。この電極３は直流電源５に接続
され、チップ１を通電加熱できる様になっている。チッ
プ１にアノード板７を対置し、高圧直流電源６を接続す
る。このときチップ１の先端から電子が電界放射され、
アノード板７に到達する。その一部をアノード板７中央
の小孔を通し、レンズ８で絞り、試料９の上に収束させ
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、電界放射陰極から放射
される電子のエネルギー分布の幅を０.３ｅＶより小さ
くできる。また、陰極の電子放射部分の曲率半径が通常
陰極の１／７〜１／８となりうるので、いわゆる点電子
源（点光源）と見なすことができる。試料の表面に電子
線を収束するばあい、収束スポットの径は点光源のサイ
ズとエネルギー分布の幅とが小さいほど小さくなり、本
発明により収束スポット径を従来の陰極を用いたばあい
に比較してさらに小さくできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属の状態密度、すなわち単位エネルギーあた
りの電子数を示す原理を説明するための図。
【図２】金属のエネルギー分布を説明するための図。
【図３】黒鉛化した炭素の状態密度を説明するための
図。
【図４】フェルミ準位近傍に層間物質の状態密度を作っ
たときのエネルギー分布を説明するための図。
【図５】本発明による電界放射陰極の使用状態を示す
図。
【符号の説明】
１…チップ、２…黒鉛フィラメント、３…電極、４…ガ
ラスベース、５…直流電源、６…高圧電源、７…アノー
ド板、８…電子レンズ、９…試料。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電界放射陰極から放射される電子のエネル
    ギー分布の幅を０、３ｅＶより小さくしたことを特徴と
    する電界放射陰極。
JP5089688A 1982-06-11 1993-04-16 電界放射陰極 Pending JPH0628969A (ja)

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JP57099219A JPS58216327A (ja) 1982-06-11 1982-06-11 電界放射陰極
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