JPH0757617A - 熱電子発生源 - Google Patents
熱電子発生源Info
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- JPH0757617A JPH0757617A JP20071093A JP20071093A JPH0757617A JP H0757617 A JPH0757617 A JP H0757617A JP 20071093 A JP20071093 A JP 20071093A JP 20071093 A JP20071093 A JP 20071093A JP H0757617 A JPH0757617 A JP H0757617A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高温度下でも長時間安定した熱電子発生を実現
できる新規な熱電子発生源を提供する。 【構成】熱電子発生源は、金属材料１上に、高温安定性
の高い金属化合物によるバリア層２を形成し、このバリ
ア層上に仕事関数の小さい高融点物質層３を形成して構
成される。
できる新規な熱電子発生源を提供する。 【構成】熱電子発生源は、金属材料１上に、高温安定性
の高い金属化合物によるバリア層２を形成し、このバリ
ア層上に仕事関数の小さい高融点物質層３を形成して構
成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は熱電子発生源に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】「熱電子発生源」は、蛍光ランプの熱電
子源や熱陰極として、あるいは真空蒸着装置における蒸
着源加熱用やプラズマ発生用等として、種々の技術分野
で広く用いられている。従来、熱電子発生源として一般
に広く用いられているのはＷ（タングステン）を材料と
するものであり、これに電流を通じ、発生するジュール
熱により温度を上昇させて熱電子を放出させる。
子源や熱陰極として、あるいは真空蒸着装置における蒸
着源加熱用やプラズマ発生用等として、種々の技術分野
で広く用いられている。従来、熱電子発生源として一般
に広く用いられているのはＷ（タングステン）を材料と
するものであり、これに電流を通じ、発生するジュール
熱により温度を上昇させて熱電子を放出させる。
【０００３】Ｗは「仕事関数」（周知の如く、フェルミ
レベルにある電子を外部へ取り出すのに必要な最小エネ
ルギーとして定義される）が比較的に小さく、熱電子を
効率良く放出するために熱電子発生源の材料として好適
である。
レベルにある電子を外部へ取り出すのに必要な最小エネ
ルギーとして定義される）が比較的に小さく、熱電子を
効率良く放出するために熱電子発生源の材料として好適
である。
【０００４】仕事関数が小さいという点からすると、上
記Ｗよりもさらに仕事関数の小さいものとして、Ｔａ
（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）等があるが、これら
の材料を熱電子発生源として使用した場合には、熱電子
発生に伴う「材料物質としての消耗」が激しく、熱電子
発生源の寿命の面から実用的でない。
記Ｗよりもさらに仕事関数の小さいものとして、Ｔａ
（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）等があるが、これら
の材料を熱電子発生源として使用した場合には、熱電子
発生に伴う「材料物質としての消耗」が激しく、熱電子
発生源の寿命の面から実用的でない。
【０００５】一方、Ｗを材料とする熱電子発生源を、真
空蒸着装置において上記蒸着源加熱用やプラズマ発生用
として使用する場合には、エネルギーの高い熱電子を得
るために熱電子発生源自体を高温にする必要があり、熱
電子の放出と共に、熱電子発生源材料であるＷ原子自体
が蒸発し、蒸着薄膜中に「不純物」として混入するとい
う問題がある。
空蒸着装置において上記蒸着源加熱用やプラズマ発生用
として使用する場合には、エネルギーの高い熱電子を得
るために熱電子発生源自体を高温にする必要があり、熱
電子の放出と共に、熱電子発生源材料であるＷ原子自体
が蒸発し、蒸着薄膜中に「不純物」として混入するとい
う問題がある。
【０００６】また、蛍光ランプ等の熱電子源として「Ｗ
やＴａ等の耐熱性金属材料上に、仕事関数の「より小
さ」い硼化ランタンを薄膜状にコーティングしした」も
のが知られている。この場合、硼化ランタンを耐熱性金
属上にコーティングする際、硼化ランタンが下地の耐熱
性金属内に拡散したり表面反応を起こしたりするため熱
電子発生源として高い特性をもつものを作製するのは必
ずしも容易でなく、高エネルギーの熱電子を得るために
高温で使用すると、上記拡散や反応が生じて熱電子発生
源としての特性が急速に劣化する問題もある。
やＴａ等の耐熱性金属材料上に、仕事関数の「より小
さ」い硼化ランタンを薄膜状にコーティングしした」も
のが知られている。この場合、硼化ランタンを耐熱性金
属上にコーティングする際、硼化ランタンが下地の耐熱
性金属内に拡散したり表面反応を起こしたりするため熱
電子発生源として高い特性をもつものを作製するのは必
ずしも容易でなく、高エネルギーの熱電子を得るために
高温で使用すると、上記拡散や反応が生じて熱電子発生
源としての特性が急速に劣化する問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、上記諸問題を有効に
解消し、高温度下でも長時間安定した熱電子発生を実現
できる新規な熱電子発生源の提供を目的とする。
情に鑑みてなされたものであって、上記諸問題を有効に
解消し、高温度下でも長時間安定した熱電子発生を実現
できる新規な熱電子発生源の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の熱電子発生源
は、「金属材料上に、高温安定性の高い金属化合物によ
るバリア層を形成し、このバリア層上に仕事関数の小さ
い高融点物質層を形成して」構成される（請求項１）。
は、「金属材料上に、高温安定性の高い金属化合物によ
るバリア層を形成し、このバリア層上に仕事関数の小さ
い高融点物質層を形成して」構成される（請求項１）。
【０００９】「金属材料」は、熱電子発生機能上、発熱
源としての機能をもち、発熱のために通電される。「バ
リア層」は、熱電子発生の際、金属材料および／または
高融点物質層の材料原子が互いに拡散しあって反応する
のを防止する機能を持つ。即ち、バリア層は、上記材料
原子の拡散に対するバリアとして作用する。しかし、バ
リア層は、「電子」あるいは「正孔」に対しては「障
壁」とならない。バリア層の厚さは、１０００〜３００
０Å程度が好適である。
源としての機能をもち、発熱のために通電される。「バ
リア層」は、熱電子発生の際、金属材料および／または
高融点物質層の材料原子が互いに拡散しあって反応する
のを防止する機能を持つ。即ち、バリア層は、上記材料
原子の拡散に対するバリアとして作用する。しかし、バ
リア層は、「電子」あるいは「正孔」に対しては「障
壁」とならない。バリア層の厚さは、１０００〜３００
０Å程度が好適である。
【００１０】「高融点物質層」は、熱電子発生機能上、
主として熱電子の放出源として機能する。このため、高
融点物質層材料は仕事関数が小さいものが用いられる。
主として熱電子の放出源として機能する。このため、高
融点物質層材料は仕事関数が小さいものが用いられる。
【００１１】上記「金属材料」は、上述の通り発熱源と
しての機能を持つから、発熱源としての機能を果たし得
るものであれば適宜のものを用いることが出来るが、
「Ｗ，Ｗ（Ｔｈ），Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｔａ等、熱電子
発生時の仕事関数の小さい金属材料」を用いることもで
きる（請求項２）。
しての機能を持つから、発熱源としての機能を果たし得
るものであれば適宜のものを用いることが出来るが、
「Ｗ，Ｗ（Ｔｈ），Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｔａ等、熱電子
発生時の仕事関数の小さい金属材料」を用いることもで
きる（請求項２）。
【００１２】バリア層上に形成する「高融点物質層」と
しては、硼化ランタン，ＴｉＣ，ＴａＣ等、電気良導体
で、金属材料よりも更に仕事関数の小さい材料を用いる
ことが望ましい（請求項３）。
しては、硼化ランタン，ＴｉＣ，ＴａＣ等、電気良導体
で、金属材料よりも更に仕事関数の小さい材料を用いる
ことが望ましい（請求項３）。
【００１３】「バリア層」を構成する金属化合物として
は、高温雰囲気中で金属材料とも高融点物質層とも反応
せず安定な材料、例えばＴｉＮ，ＴｉＣ，ＳｉＣ，Ｂ
Ｎ，ＣｒＮ，ＴａＣ等の材料もしくは、これらの複合材
料が好適である（請求項４）。
は、高温雰囲気中で金属材料とも高融点物質層とも反応
せず安定な材料、例えばＴｉＮ，ＴｉＣ，ＳｉＣ，Ｂ
Ｎ，ＣｒＮ，ＴａＣ等の材料もしくは、これらの複合材
料が好適である（請求項４）。
【００１４】この発明の熱電子発生源の空間的形状は、
金属材料の加熱により高融点物質層から熱電子を放出で
きる形状であればよく、特に制限はないが、例えば「ワ
イヤ状もしくは棒状」あるいは「板状」のものは好適で
ある（請求項５）。即ち、線状もしくは棒状形態の熱電
子発生源は「高輝度電子ビーム源」として適しており、
板状の熱電子発生源は多量の熱電子を発生させる場合、
例えばプラズマ蒸着におけるプラズマ発生用等の用途に
適している。
金属材料の加熱により高融点物質層から熱電子を放出で
きる形状であればよく、特に制限はないが、例えば「ワ
イヤ状もしくは棒状」あるいは「板状」のものは好適で
ある（請求項５）。即ち、線状もしくは棒状形態の熱電
子発生源は「高輝度電子ビーム源」として適しており、
板状の熱電子発生源は多量の熱電子を発生させる場合、
例えばプラズマ蒸着におけるプラズマ発生用等の用途に
適している。
【００１５】
【作用】熱電子放出量は、周知の如くリチャードソン−
ダッシュマンによる「放射電流密度」の式で決定され、
仕事関数が小さいほど、また温度が高いほど、熱電子の
発生量は大きくなる。
ダッシュマンによる「放射電流密度」の式で決定され、
仕事関数が小さいほど、また温度が高いほど、熱電子の
発生量は大きくなる。
【００１６】この発明の熱電子発生源では、高融点物質
層は、融点が高く、仕事関数が小さいので、高エネルギ
ーの熱電子を得るために熱電子発生源を高温で使用して
も、高融点物質層の材料原子は実質上蒸発することがな
く、熱電子を効率良く得ることができる。またバリア層
も高温安定性であるから、高温に良く耐え、金属材料の
原子と高融点物質層材料の原子との拡散を良く防止し、
両原子が反応することを有効に防止する。
層は、融点が高く、仕事関数が小さいので、高エネルギ
ーの熱電子を得るために熱電子発生源を高温で使用して
も、高融点物質層の材料原子は実質上蒸発することがな
く、熱電子を効率良く得ることができる。またバリア層
も高温安定性であるから、高温に良く耐え、金属材料の
原子と高融点物質層材料の原子との拡散を良く防止し、
両原子が反応することを有効に防止する。
【００１７】前述のように、バリア層は電子や正孔に対
しては障壁として作用しないので、高融点物質層から熱
電子が放出されると、放出量を補う電子がバリア層を介
して金属材料の側から高融点物質層へ供給される。
しては障壁として作用しないので、高融点物質層から熱
電子が放出されると、放出量を補う電子がバリア層を介
して金属材料の側から高融点物質層へ供給される。
【００１８】また請求項２記載の発明のように発熱源と
しての金属材料に、仕事関数の小さい材料を用いること
により、金属材料からも熱電子を発生させることができ
る。
しての金属材料に、仕事関数の小さい材料を用いること
により、金属材料からも熱電子を発生させることができ
る。
【００１９】金属材料として、これらのように仕事関数
の小さいものを用いると、高融点物質層のみならず金属
材料からも熱電子を発生させることができ、熱電子発生
の効率が一段と良くなる。
の小さいものを用いると、高融点物質層のみならず金属
材料からも熱電子を発生させることができ、熱電子発生
の効率が一段と良くなる。
【００２０】請求項３記載の発明のように、「高融点物
質層」としては、電気良導体で、金属材料よりも更に仕
事関数の小さい材料を用いることが望ましいが、このこ
とは絶対的な要件ではなく、高融点物質層の仕事関数が
金属材料の仕事関数以上であるような場合も可能であ
る。
質層」としては、電気良導体で、金属材料よりも更に仕
事関数の小さい材料を用いることが望ましいが、このこ
とは絶対的な要件ではなく、高融点物質層の仕事関数が
金属材料の仕事関数以上であるような場合も可能であ
る。
【００２１】
【実施例】図１には、この発明の熱電子発生源の具体的
構造の２例を示した。図１（ａ）は「線状もしくは棒
状」の形態の熱電子発生源であり、図に示すように略円
形の断面形状を有する。芯の部分は金属材料１で形成さ
れ、その周面部がバリア層２で被覆され、その上に高融
点物質層３が形成されている。
構造の２例を示した。図１（ａ）は「線状もしくは棒
状」の形態の熱電子発生源であり、図に示すように略円
形の断面形状を有する。芯の部分は金属材料１で形成さ
れ、その周面部がバリア層２で被覆され、その上に高融
点物質層３が形成されている。
【００２２】図１（ｂ）に示したのは、板状の熱電子発
生源であり、図面に直交する方向を長手方向とする板状
に形成された金属材料１Ａの周面部にバリア層２Ａが形
成され、さらにその上に高融点物質層３Ａが形成されて
いる。
生源であり、図面に直交する方向を長手方向とする板状
に形成された金属材料１Ａの周面部にバリア層２Ａが形
成され、さらにその上に高融点物質層３Ａが形成されて
いる。
【００２３】図１（ａ），（ｂ）に示す２つの形態の熱
電子発生源を、材料を代えて種々試作し、２００分の連
続使用の前後で、「熱電子発生源としての仕事関数」を
測定した。即ち、熱電子発生源の温度を１２００度Ｃに
保ち、熱電子放出に伴う放射電流密度を測定し、リチャ
ードソン−ダッシュマンの式に従って「仕事関数」を算
定した。
電子発生源を、材料を代えて種々試作し、２００分の連
続使用の前後で、「熱電子発生源としての仕事関数」を
測定した。即ち、熱電子発生源の温度を１２００度Ｃに
保ち、熱電子放出に伴う放射電流密度を測定し、リチャ
ードソン−ダッシュマンの式に従って「仕事関数」を算
定した。
【００２４】バリア層（厚さ：１０００〜１５００Å）
の形成は材料に応じて、スパッタリングもしくは反応性
蒸着法により行い、高融点物質層（厚さ：３０００Å以
上）の形成はスパッタリングによりおこなった。上記ス
パッタリングによる成膜時における系内圧力は６×１０
~2Ｔｏｒｒ以下、反応性蒸着による成膜時の系内圧力は
４×１０~3Ｔｏｒｒ以下である。
の形成は材料に応じて、スパッタリングもしくは反応性
蒸着法により行い、高融点物質層（厚さ：３０００Å以
上）の形成はスパッタリングによりおこなった。上記ス
パッタリングによる成膜時における系内圧力は６×１０
~2Ｔｏｒｒ以下、反応性蒸着による成膜時の系内圧力は
４×１０~3Ｔｏｒｒ以下である。
【００２５】実施例１ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｔｉ
Ｎ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．４，２００分連続使用後：２．８ 。
Ｎ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．４，２００分連続使用後：２．８ 。
【００２６】実施例２ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｔｉ
Ｎ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
Ｎ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
【００２７】実施例３ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｔｉ
Ｃ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．４，２００分連続使用後：２．８ 。
Ｃ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．４，２００分連続使用後：２．８ 。
【００２８】実施例４ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｔｉ
Ｃ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
Ｃ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
【００２９】実施例５ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｓｉ
Ｃ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．７，２００分連続使用後：２．８ 。
Ｃ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．７，２００分連続使用後：２．８ 。
【００３０】実施例６ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｓｉ
Ｃ，高融点物質層材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．２，２００分連続使用後：３．５ 。
Ｃ，高融点物質層材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．２，２００分連続使用後：３．５ 。
【００３１】実施例７ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｓｉ
Ｃ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
Ｃ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
【００３２】実施例８ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：ＢＮ
，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．７，２００分連続使用後：２．８ 。
，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．７，２００分連続使用後：２．８ 。
【００３３】実施例９ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：ＢＮ
，高融点物質層材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．２，２００分連続使用後：３．５ 。
，高融点物質層材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．２，２００分連続使用後：３．５ 。
【００３４】実施例１０ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：ＢＮ
，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
【００３５】実施例１１ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｃｒ
Ｎ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．７，２００分連続使用後：２．８ 。
Ｎ，高融点物質層材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；
初期：２．７，２００分連続使用後：２．８ 。
【００３６】実施例１２ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｃｒ
Ｎ，高融点物質層材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．２，２００分連続使用後：３．５ 。
Ｎ，高融点物質層材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．２，２００分連続使用後：３．５ 。
【００３７】実施例１３ 金属材料：ＷまたはＷ（Ｔｈ），バリア層材料：Ｃｒ
Ｎ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
Ｎ，高融点物質層材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初
期：３．０，２００分連続使用後：３．２ 。
【００３８】実施例１４ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＴｉＮ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
【００３９】実施例１５ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＴｉＣ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
【００４０】実施例１６ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＳｉＣ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．７，２
００分連続使用後：２．９ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．７，２
００分連続使用後：２．９ 。
【００４１】実施例１７ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＳｉＣ，高融点物質層
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
【００４２】実施例１８ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＢＮ，高融点物質層材
料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．８，２０
０分連続使用後：２．９ 。
料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．８，２０
０分連続使用後：２．９ 。
【００４３】実施例１９ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＢＮ，高融点物質層材
料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２００
分連続使用後：３．５ 。
料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２００
分連続使用後：３．５ 。
【００４４】実施例２０ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＣｒＮ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．５，２
００分連続使用後：２．８ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．５，２
００分連続使用後：２．８ 。
【００４５】実施例２１ 金属材料：Ｔａ，バリア層材料：ＣｒＮ，高融点物質層
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
【００４６】実施例２２ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＴｉＮ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
【００４７】実施例２３ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＴｉＮ，高融点物質層
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
【００４８】実施例２４ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＴｉＣ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．４，２
００分連続使用後：２．８ 。
【００４９】実施例２５ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＴｉＣ，高融点物質層
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
【００５０】実施例２６ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＳｉＣ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．７，２
００分連続使用後：２．９ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．７，２
００分連続使用後：２．９ 。
【００５１】実施例２７ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＳｉＣ，高融点物質層
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
【００５２】実施例２８ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＳｉＣ，高融点物質層
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
【００５３】実施例２９ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＢＮ ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．８，２
００分連続使用後：２．９ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．８，２
００分連続使用後：２．９ 。
【００５４】実施例３０ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＢＮ ，高融点物質層
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
【００５５】実施例３１ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＢＮ ，高融点物質層
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
【００５６】実施例３２ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＣｒＮ，高融点物質層
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．５，２
００分連続使用後：２．８ 。
材料：ＬａＢ6，仕事関数（ｅＶ）；初期：２．５，２
００分連続使用後：２．８ 。
【００５７】実施例３３ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＣｒＮ，高融点物質層
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
【００５８】実施例３４ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＣｒＮ，高融点物質層
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
材料：ＴａＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．０，２０
０分連続使用後：３．２ 。
【００５９】実施例３５ 金属材料：Ｍｏ，バリア層材料：ＴａＣ，高融点物質層
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
材料：ＴｉＣ，仕事関数（ｅＶ）；初期：３．２，２０
０分連続使用後：３．５ 。
【００６０】各実施例とも、２００分という長時間の連
続使用にも関わらず、仕事関数の上昇が小さい。
続使用にも関わらず、仕事関数の上昇が小さい。
【００６１】熱電子発生源として従来から知られている
Ｗ，Ｔａ，Ｎｏは、初期の仕事関数がそれぞれ、１．５
４，１．１２，１．１５ｅＶで、上記各実施例の物より
も低いが、連続使用した場合、３０分前後から仕事関数
が上昇し、６０〜９０分後には使用不能となる。
Ｗ，Ｔａ，Ｎｏは、初期の仕事関数がそれぞれ、１．５
４，１．１２，１．１５ｅＶで、上記各実施例の物より
も低いが、連続使用した場合、３０分前後から仕事関数
が上昇し、６０〜９０分後には使用不能となる。
【００６２】実施例１の構成の熱電子発生源を、図１
（ａ），（ｂ）に示すように、線状および板状に形成
し、プラズマ蒸着装置におけるプラズマ蒸着用に使用し
た。線状の熱電子発生源は、ライン状もしくはメッシュ
状に構成して、蒸発源とグリッドとの間に、蒸着粒子の
飛行を妨げないように配備した。また板状の熱電子発生
源は、蒸発源から離れ、蒸着粒子の飛行を妨げない位置
において、ベルジャー中央部に向かって多量の熱電子を
放射できるように配備した。
（ａ），（ｂ）に示すように、線状および板状に形成
し、プラズマ蒸着装置におけるプラズマ蒸着用に使用し
た。線状の熱電子発生源は、ライン状もしくはメッシュ
状に構成して、蒸発源とグリッドとの間に、蒸着粒子の
飛行を妨げないように配備した。また板状の熱電子発生
源は、蒸発源から離れ、蒸着粒子の飛行を妨げない位置
において、ベルジャー中央部に向かって多量の熱電子を
放射できるように配備した。
【００６３】このようにしてプラズマ蒸着を行った結
果、プラズマ発生の効率を向上させることができ、形成
薄膜中への熱電子発生源の材料原子の不純物としての混
入も有効に軽減させることができた。また、８×１０~3
Ｔｏｒｒ以下と酸素濃度の高い状態での使用にも拘ら
ず、従来の熱電子発生源の使用耐久限度：６０分を大幅
に超える、２００分という長時間の使用に耐えた。
果、プラズマ発生の効率を向上させることができ、形成
薄膜中への熱電子発生源の材料原子の不純物としての混
入も有効に軽減させることができた。また、８×１０~3
Ｔｏｒｒ以下と酸素濃度の高い状態での使用にも拘ら
ず、従来の熱電子発生源の使用耐久限度：６０分を大幅
に超える、２００分という長時間の使用に耐えた。
【００６４】またイオン銃による成膜において、ガス導
入部途上に熱電子発生源が配備されるが、各実施例の熱
電子発生源は、従来の実使用時間：３０時間を大幅に超
える実使用時間５０時間を達成することが出来、形成さ
れた膜中における不純物の取り込み量も減少させること
ができた。
入部途上に熱電子発生源が配備されるが、各実施例の熱
電子発生源は、従来の実使用時間：３０時間を大幅に超
える実使用時間５０時間を達成することが出来、形成さ
れた膜中における不純物の取り込み量も減少させること
ができた。
【００６５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
熱電子発生源を提供できる。この発明の熱電子発生源は
上記の如き構成となっているので、高温度化において
も、長時間の安定した熱電子発生が可能である。
熱電子発生源を提供できる。この発明の熱電子発生源は
上記の如き構成となっているので、高温度化において
も、長時間の安定した熱電子発生が可能である。
【図１】この発明の熱電子発生源の具体的構成の２例を
説明図として示す図である。
説明図として示す図である。
１ 材料金属 ２ バリア層 ３ 高融点物質層
Claims (5)
- 【請求項１】金属材料上に、高温安定性の高い金属化合
物によるバリア層を形成し、このバリア層上に仕事関数
の小さい高融点物質層を形成してなる熱電子発生源。 - 【請求項２】請求項１記載の熱電子発生源において、 金属材料として、Ｗ，Ｗ（Ｔｈ），Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，
Ｔａ等、熱電子発生時の仕事関数の小さい金属材料を用
いることを特徴とする熱電子発生源。 - 【請求項３】請求項２記載の熱電子発生源において、 バリア層上に形成する高融点物質層として、硼化ランタ
ン，ＴｉＣ，ＴａＣ等、電気良導体で、金属材料よりも
更に仕事関数の小さい材料を用いることを特徴とする熱
電子発生源。 - 【請求項４】請求項１または２または３記載の熱電子発
生源において、 バリア層を構成する金属化合物として、ＴｉＮ，Ｔｉ
Ｃ，ＳｉＣ，ＢＮ，ＣｒＮ，ＴａＣ等、高温雰囲気中で
金属材料とも高融点物質層とも反応しない安定な材料も
しくは、これらの複合材料を用いることを特徴とする熱
電子発生源。 - 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
熱電子発生源において、 ワイヤ状もしくは棒状、または板状であることを特徴と
する熱電子発生源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20071093A JPH0757617A (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 熱電子発生源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20071093A JPH0757617A (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 熱電子発生源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0757617A true JPH0757617A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16428939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20071093A Pending JPH0757617A (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 熱電子発生源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757617A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1063669A2 (en) * | 1999-06-23 | 2000-12-27 | Lucent Technologies Inc. | Cathode with improved work function and method for making the same |
| DE102008020163A1 (de) * | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Kathode |
| DE102008020165A1 (de) * | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Kathode mit einem Flachemitter |
| DE102008020187A1 (de) * | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Kathode mit einem Flachemitter |
-
1993
- 1993-08-12 JP JP20071093A patent/JPH0757617A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1063669A2 (en) * | 1999-06-23 | 2000-12-27 | Lucent Technologies Inc. | Cathode with improved work function and method for making the same |
| EP1063669B1 (en) * | 1999-06-23 | 2010-04-14 | Lucent Technologies Inc. | Cathode with improved work function and method for making the same |
| DE102008020163A1 (de) * | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Kathode |
| DE102008020165A1 (de) * | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Kathode mit einem Flachemitter |
| DE102008020187A1 (de) * | 2008-04-22 | 2009-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Kathode mit einem Flachemitter |
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