JPH08329837A - 含浸形陰極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再現性のよい安定した電子放出特性が得ら
れ、優れた耐イオン衝撃性を有し、活性化時間を短縮可
能な含浸形陰極の製造方法を提供する。 【構成】 多孔質基体の細孔に電子放出物質２を含浸さ
せた耐熱多孔質基体１を陰極スリーブ４の一端に嵌合さ
せ、耐熱多孔質基体１の露出表面に、多元スパッタリン
グ装置を用いて、バリウム化合物をスパッタターゲット
とするスパッタリングを行い、バリウム化合物の薄膜層
９を形成し、この薄膜層９の上に、多元スパッタリング
装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン
（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパッ
タターゲットとする同時スパッタリングを行い、モリブ
デン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカ
ンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層６を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、含浸形陰極の製造方法
に係わり、特に、耐熱多孔質基体上に、モリブデン（Ｍ
ｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム
（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層を同時スパッタリング
によって形成させ、耐イオン衝撃特性の優れた含浸形陰
極を得るようにした含浸形陰極の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表示管、受像管、撮像管、進行波
管等の電子管に用いられている含浸形陰極は、基本的
に、金属タングステン（Ｗ）等からなる耐熱多孔質基体
の細孔にバリウム（Ｂａ）化合物からなる電子放出物質
を含浸させた後、この耐熱多孔質基体を陰極スリーブの
一端に嵌合させてなる構造のものである。

【０００３】そして、このような含浸形陰極は、その動
作温度をできるだけ低くするため、例えば、特公昭４７
−２１３４３号に開示されているように、耐熱多孔質基
体の露出表面に、オスミウム−ルテニウム（Ｏｓ−Ｒ
ｕ）合金等からなる薄膜層を被覆させる手段（以下、こ
れを第１手段という）を設けている。このような第１手
段を講じることにより、含浸形陰極の動作温度を約１０
００℃程度に低下させることができる。

【０００４】また、このような含浸形陰極の動作温度を
さらに低くするため、例えば、特開昭６１−１３５２６
号に開示されているように、耐熱多孔質基体の露出表面
に、真空スパッタリング法によってタングステン（Ｗ）
と酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）とからなる薄膜を被着
させたり、タングステン（Ｗ）と酸化スカンジウム（Ｓ
ｃ₂Ｏ₃）の各粉末を焼き付けることによって、タングス
テン（Ｗ）と酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）とからなる
焼結体の薄膜を被着させる手段（以下、これを第２手段
という）を設けている。このような第２手段を講じるこ
とにより、含浸形陰極の表面に低仕事関数のバリウム
（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、酸素（Ｏ）からなる
複合層が形成され、含浸形陰極の動作温度を第１手段よ
りも約１５０℃乃至２００℃低い８００℃乃至８５０℃
程度にまで下げることができるようになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第２手段は、第１手段
に比べて含浸形陰極の動作温度がかなり低くなるため、
動作温度の観点からすれば、より好ましい手段であると
いうことができる。

【０００６】しかしながら、第２手段を設けた含浸形陰
極は、バリウム（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、酸素
（Ｏ）からなる複合層の形成条件如何によっては、電子
放出特性が大きく変動するだけでなく、良好な電子放出
特性を再現させることが難しく、その上、耐イオン衝撃
性が乏しくなるというという問題があり、さらに、電子
放出特性が飽和状態に達するまでの活性化時間が長くな
るという問題もある。

【０００７】もっとも、このような含浸形陰極におい
て、良好な電子放出特性を再現させるためには、タング
ステン（Ｗ）、酸化タングステン（ＷＯ₃ ）、酸化スカ
ンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）に対してそれぞれ独立した組成制
御を行えばよいことが知られているが、かかる組成制御
を行ったとしても、耐イオン衝撃性を向上させたり、電
子放出特性が飽和状態に達するまでの活性化時間を短縮
させたりすることはできない。

【０００８】本発明は、前記問題点を解決するもので、
その目的は、再現性のよい安定した電子放出特性が得ら
れ、優れた耐イオン衝撃性を有し、活性化時間を短縮さ
せることが可能な含浸形陰極の製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、多孔質基体の細孔に電子放出物質を含浸
させた耐熱多孔質基体を陰極スリーブの一端に嵌合さ
せ、前記耐熱多孔質基体の露出表面に、多元スパッタリ
ング装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデ
ン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパ
ッタターゲットとした同時スパッタリングを行い、モリ
ブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化ス
カンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層を形成した
第１の手段を備える。

【００１０】また、前記目的を達成するために、本発明
は、多孔質基体の細孔に電子放出物質を含浸させた耐熱
多孔質基体を陰極スリーブの一端に嵌合させ、前記耐熱
多孔質基体の露出表面に、多元スパッタリング装置を用
いて、バリウム化合物をスパッタターゲットとするスパ
ッタリングを行い、バリウム（Ｂａ）化合物の薄膜層を
形成し、この薄膜層の上に、前記多元スパッタリング装
置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパッタタ
ーゲットとする同時スパッタリングを行い、モリブデン
（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジ
ウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層を形成した第２の
手段を備える。

【００１１】

【作用】前記第１の手段によれば、耐熱多孔質基体の露
出表面に、多元スパッタリング装置を用いて、モリブデ
ン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカン
ジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパッタターゲットとした同時ス
パッタリングを行い、混合薄膜層を形成させるものであ
り、この混合薄膜層の形成時において、モリブデン（Ｍ
ｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム
（Ｓｃ₂Ｏ₃）の各含有量を自由に、独立に制御できるの
で、常時、同じ薄膜形成条件と、同じ薄膜組成の選択と
が可能になり、再現性が良好で、一定の組成を有する混
合薄膜層が得られ、高い電子放射特性を発揮できる含浸
形陰極を得ることができる。

【００１２】前記第２の手段によれば、耐熱多孔質基体
の露出表面に、多元スパッタリング装置を用いて、バリ
ウム（Ｂａ）化合物をスパッタターゲットとするスパッ
タリングを行い、バリウム（Ｂａ）化合物の薄膜層を形
成した後、この薄膜層の上に、前記多元スパッタリング
装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン
（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパッ
タターゲットとした同時スパッタリングを行い、混合薄
膜層を形成させるものであり、この混合薄膜層の形成時
において、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（Ｍｏ
Ｏ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）の各含有量を自
由に、独立に制御できるので、第１の手段で得られる作
用と同じ作用が達成される。そして、バリウム（Ｂａ）
化合物の薄膜層を設けたことにより、活性化時間を著し
く短縮することも可能になる。

【００１３】また、第１及び第２の手段の双方によれ
ば、同時スパッタリングを行う際の各スパッタターゲッ
トに対する投入電力比を、モリブデン（Ｍｏ）が０．０
５乃至０．４０、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）が０．４
０乃至０．７０、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）が０．
１３乃至０．４０の各範囲内に選ぶことにより、耐熱多
孔質基体の露出表面にオスミウム−ルテニウム（Ｏｓ−
Ｒｕ）合金等からなる薄膜層を被覆した既知の含浸形陰
極（第２手段）における１０００℃の動作温度時に得ら
れる電子放射特性と同等の電子放射特性を、８５０℃の
動作温度時において実現することが可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１５】図１は、本発明に係わる製造方法の第１実
施例によって製造された含浸形陰極の第１構成例を示す
断面構成図である。

【００１６】図１において、１は耐熱多孔質基体、２は
基体１の多孔内に含浸させた電子放出物質、３は陰極ペ
レット、４は陰極スリーブ、５は障壁層、６はモリブデ
ン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカン
ジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層、７はバリウム
（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、酸素（Ｏ）からなる
複合層、８はヒータである。

【００１７】そして、モリブデン（Ｍｏ）製の無底円筒
形陰極スリーブ４の一端部に同じくモリブデン（Ｍｏ）
製のカップ状の障壁層５が嵌合され、この障壁層５のカ
ップ状の内部に金属タングステン（Ｗ）を焼結して構成
した耐熱多孔質基体１が挿入される。耐熱多孔質基体１
は、多孔内に、バリウム（Ｂａ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、カルシウム（Ｃａ）の各酸化物からなる電子放出
物質２が含浸され、全体として陰極ペレット３を構成し
ている。耐熱多孔質基体１の露出表面には、直接、モリ
ブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化ス
カンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層６が被着形
成され、その上に、バリウム（Ｂａ）、スカンジウム
（Ｓｃ）、酸素（Ｏ）からなる複合層７が被着形成され
ている。陰極スリーブ４の内部には、ヒータ８が挿入配
置され、全体として傍熱形含浸形陰極が構成されてい
る。

【００１８】この第１構成例の含浸形陰極は、次のよう
にして製造される。

【００１９】まず、粒径５μｍの金属タングステン
（Ｗ）の粉末を準備し、この粉末をプレス成形、水素
（Ｈ₂ ）雰囲気中の仮焼結、真空中の本焼結を順次行
い、直径が１．２ｍｍ、厚さが０．４５ｍｍで、空孔率
２８％の耐熱多孔質基体１を作成する。この場合、空孔
率の調整は、プレス成形時の圧力調整及び焼結時の温度
調整によって行われる。

【００２０】次に、得られた耐熱多孔質基体１に、水素
（Ｈ₂ ）雰囲気中で、バリウム（Ｂａ）、アルミニウム
（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）の各酸化物である組成
（４ＢａＯ・ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）の電子放出物質２を加
熱溶融して含浸させ、下地となる含浸形陰極ペレット３
を作成する。

【００２１】次いで、この含浸形陰極ペレット３を、モ
リブデン（Ｍｏ）製のカップ状の障壁層５の内部に挿入
し、続いて、モリブデン（Ｍｏ）製の無底円筒形陰極ス
リーブ４の一端部に含浸形陰極ペレット３をカップ状の
障壁層５を嵌合し、さらに、陰極スリーブ４の内部にヒ
ータ８を挿入配置する。

【００２２】続いて、３種以上の物質を同時に、かつ、
独立にスパッタリングすることが可能な多元スパッタリ
ング装置（図示なし）を用い、モリブデン（Ｍｏ）、酸
化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂
Ｏ₃）の３種の物質をスパッタターゲットとし、陰極ペ
レット３の露出表面に、モリブデン（Ｍｏ）に対しては
０．２、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）に対しては０．５
７、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）に対しては０．２８
の各電力投入比をもって薄膜形成を行い、モリブデン
（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジ
ウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層６を被着形成し、
含浸形陰極が完成する。このとき、このモリブデン（Ｍ
ｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム
（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層６の膜厚は２３０ｎｍ
であった。

【００２３】なお、混合薄膜層６の上には、バリウム
（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、酸素（Ｏ）からなる
複合層７が形成されているが、この複合層７は、以下に
述べるように、含浸形陰極の加熱によって形成されるも
のである。

【００２４】この第１実施例の製造方法によって製造さ
れた含浸形陰極は、次のような電子放射メカニズムを有
する。

【００２５】即ち、ヒータ８の通電により陰極ペレット
３が加熱され、同時にモリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブ
デン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）から
なる混合薄膜層６が加熱されると、この混合薄膜層６内
で酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）と酸化スカンジウム（Ｓ
ｃ₂Ｏ₃）とが反応して、次式のようにスカンジウムタン
グステート（Ｓｃ₂Ｍｏ₃Ｏ₁₂）が生成される。 ３ＭｏＯ₃＋Ｓｃ₂Ｏ₃→Ｓｃ₂Ｍｏ₃Ｏ₁₂ また、陰極ペレット３内では、耐熱多孔質基体１を構成
するタングステン（Ｗ）と電子放出物質２を構成するバ
リウムアルミネート（Ｂａ₃Ａｌ₂Ｏ₆ ）とが反応して、
次式のようにバリウム（Ｂａ）が生成される。 （２／３）Ｂａ₃Ａｌ₂Ｏ₆ ＋（１／３）Ｗ→（１／３）
ＢａＷＯ₄ ＋（２／３）ＢａＡｌ₂Ｏ₄＋Ｂａ 生成されたバリウム（Ｂａ）は、含浸形陰極の表面方向
に拡散されるとともに、混合薄膜層６内に生成されたス
カンジウムタングステート（Ｓｃ₂Ｍｏ₃Ｏ₁₂）と反応
し、次式のようにスカンジウム（Ｓｃ）が生成される。 Ｓｃ₂Ｍｏ₃Ｏ₁₂＋３Ｂａ→３ＢａＭｏＯ₄＋２Ｓｃ このとき、含浸形陰極の表面方向に拡散されるバリウム
（Ｂａ）及びスカンジウム（Ｓｃ）は、電子放出物質２
の熱分解によって生じる酸素（Ｏ）や雰囲気中の酸素
（Ｏ）と結合し、混合薄膜層６の上側に単分子層乃至数
分子層程度の極めて薄いバリウム（Ｂａ）、スカンジウ
ム（Ｓｃ）、酸素（Ｏ）からなる複合層７が形成される
ようになる。このように形成された複合層７は、電子放
出仕事関数が１．２ｅＶ程度とかなり小さいため、含浸
形陰極に高い電子放出能を持たせることができる。

【００２６】また、図２は、モリブデン（Ｍｏ）、酸化
モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ
₂Ｏ₃）をスパッタターゲットとするスパッタリング時
に、各スパッタターゲットに対する投入電力比と、それ
によって得られた含浸形陰極の放出電流密度との関係を
示す特性図である。

【００２７】図２の特性図において、Ａは含浸形陰極の
放出電流密度が２０Ａ／ｃｍ² 以上の場合、Ｂは同放出
電流密度が１２乃至２０Ａ／ｃｍ² の範囲内にある場
合、Ｃは同放出電流密度が１２Ａ／ｃｍ² 未満の場合を
それぞれ示している。

【００２８】なお、かかる含浸形陰極の放出電流密度
は、真空度１０~⁷パスカル（Ｐａ）程度の高真空容器内
に、陽極と陰極からなる平行平板電極を設け、陰極の温
度を１１５０℃にまで上昇させて陰極を活性化した後、
陰極の温度を８５０℃まで下げて陽極に正パルス電圧を
印加し、陰極の零電界放出電流を測定したものである。

【００２９】この場合、実用的な含浸形陰極における放
出電流密度は、少なくとも１２Ａ／ｃｍ²以上でなけれ
ばならないことから、図２に図示されているＡまたはＢ
の領域、即ち、実線で囲まれた範囲内が好ましいもので
ある。

【００３０】そして、実線で囲まれた部分は、モリブデ
ン（Ｍｏ）に対する投入電力比が０．０５乃至０．４
０、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）に対する投入電力比が
０．４０乃至０．７０、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）
に対する投入電力比が０．１３乃至０．４０の各範囲内
に該当するもので、これら投入電力比の範囲内であれ
ば、放出電流密度の大きい含浸形陰極が得られる。

【００３１】このように、第１実施例の製造方法によれ
ば、多元スパッタリング装置を用い、モリブデン（Ｍ
ｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム
（Ｓｃ₂Ｏ₃）の３種の物質をスパッタターゲットとして
同時スパッタリングを行っているので、モリブデン（Ｍ
ｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム
（Ｓｃ₂Ｏ₃）の量を自由に、独立に制御し、常時、同一
の薄膜形成条件で、同一の薄膜組成を持った再現性の高
い混合薄膜層６を得ることができる。

【００３２】また、第１実施例の製造方法によれば、同
時スパッタリングにおけるモリブデン（Ｍｏ）、酸化モ
リブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）
に対する各投入電力比を前述のように選択することによ
り、８５０℃の陰極動作温度において、前述の既知の第
２手段の陰極における１０００℃の陰極動作温度に相当
する電子放出特性を得ることができる。

【００３３】次に、図３は、本発明に係わる製造方法の
第２実施例によって製造された含浸形陰極の第２構成例
を示す断面構成図である。

【００３４】図３において、９は炭酸バリウム（ＢａＣ
Ｏ₃ ）薄膜層であり、その他、図１に示された構成要素
と同じ構成要素については同じ符号を付している。

【００３５】そして、この第２構成例と、図１に図示さ
れた第１構成例との違いは、第２構成例が、陰極ペレッ
ト３の露出表面とモリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン
（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる
混合薄膜層６との間に、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）薄
膜層９を介在形成しているのに対し、第１構成例は、こ
の炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）薄膜層９がなく、陰極ペ
レット３の露出表面に直接モリブデン（Ｍｏ）、酸化モ
リブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）
からなる混合薄膜層６を被着形成している点だけであっ
て、その他に、第２構成例と第１構成例との間に構成上
の違いはない。このため、第２構成例については、これ
以上詳しい構成の説明を省略する。

【００３６】この第２構成例の含浸形陰極は、次のよう
にして製造される。

【００３７】始めに、粒径５μｍの金属タングステン
（Ｗ）の粉末を準備し、この粉末をプレス成形、水素
（Ｈ₂ ）雰囲気中の仮焼結、真空中の本焼結を順次行
い、直径が１．２ｍｍ、厚さが０．４５ｍｍで、空孔率
２８％の耐熱多孔質基体１を作成する。この場合におい
ても、空孔率の調整は、プレス成形時の圧力調整及び焼
結時の温度調整によって行われる。

【００３８】次に、得られた耐熱多孔質基体１に、水素
（Ｈ₂ ）雰囲気中で、バリウム（Ｂａ）、アルミニウム
（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）の各酸化物である組成
（４ＢａＯ・ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）の電子放出物質２を加
熱溶融して含浸させ、下地となる含浸形陰極ペレット３
を作成する。

【００３９】次いで、この含浸形陰極ペレット３を、モ
リブデン（Ｍｏ）製のカップ状の障壁層５の内部に挿入
し、続いて、モリブデン（Ｍｏ）製の無底円筒形陰極ス
リーブ４の一端部に含浸形陰極ペレット３をカップ状の
障壁層５を嵌合し、さらに、陰極スリーブ４の内部にヒ
ータ８を挿入配置する。

【００４０】続いて、４種の物質を同時に、かつ、独立
にスパッタリングすることが可能な多元スパッタリング
装置（図示なし）を準備し、モリブデン（Ｍｏ）、酸化
モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ
₂Ｏ₃）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）の４種の物質を多
元スパッタリング装置に収納する。ここで、アルゴン
（Ａｒ）雰囲気中で、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）をス
パッタターゲットとして高周波スパッタリングを行い、
陰極ペレット３の露出表面に炭酸バリウム（ＢａＣ
Ｏ₃ ）薄膜層９を形成する。このとき、この炭酸バリウ
ム（ＢａＣＯ₃ ）薄膜層９の膜厚は１２０ｎｍであっ
た。

【００４１】次に、前記多元スパッタリング装置を用
い、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）薄膜層９の上に、モリ
ブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化ス
カンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパッタターゲットとしてス
パッタリングを行う際、モリブデン（Ｍｏ）に対しては
０．２、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）に対しては０．５
７、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）に対しては０．２８
の各電力投入比をもって薄膜形成を行い、モリブデン
（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジ
ウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層６を被着形成し、
含浸形陰極を完成させる。

【００４２】なお、第２構成例においても、混合薄膜層
６の上に、バリウム（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、
酸素（Ｏ）からなる複合層７が形成されているが、この
複合層７は、既に述べたように、含浸形陰極の加熱によ
って形成されるものである。

【００４３】この第２実施例の製造方法によって製造さ
れた含浸形陰極における電子放出メカニズムも、前述の
第１実施例の製造方法に係わる含浸形陰極の電子放出メ
カニズムとほぼ同じであるが、第２実施例の製造方法に
よって製造された含浸形陰極は、炭酸バリウム（ＢａＣ
Ｏ₃ ）薄膜層９の熱分解や、薄膜層９と陰極ペレット３
との反応によって多量のバリウム（Ｂａ）が生成され、
この多量のバリウム（Ｂａ）の生成により、Ｓｃ₂Ｍｏ₃
Ｏ₁₂＋３Ｂａ→３ＢａＭｏＯ₄＋２Ｓｃの反応が促進さ
れ、短時間内に混合薄膜層６上に、単分子層乃至数分子
層程度の極めて薄いバリウム（Ｂａ）、スカンジウム
（Ｓｃ）、酸素（Ｏ）からなる複合層７が形成される。
この複合層７は、前述のように、電子放出仕事関数が
１．２ｅＶ程度とかなり小さく、含浸形陰極に高い電子
放出能を持たせることができる。

【００４４】なお、第２実施例の製造方法で製造される
含浸形陰極の薄膜層９は、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）
のスパッタリングによって形成された炭酸バリウム（Ｂ
ａＣＯ₃ ）薄膜層９であることが望ましいが、他のバリ
ウム（Ｂａ）化合物のスパッタリングによって形成され
た薄膜層９であっても差し支えない。

【００４５】また、前記第１及び第２実施例で使用され
たモリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、
酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）におけるターゲット特性
は、それぞれのターゲットへの投入電力量が同じ２００
ワット（Ｗ）であるとき、それらの薄膜堆積速度比は、
６：５、４：１であった。

【００４６】さらに、前記第１及び第２実施例で形成さ
れるモリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（Ｍｏ
Ｏ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄
膜層６は、５０乃至８５０ｎｍの厚さに形成されていれ
ば、所要の電子放出特性を得ることができる。

【００４７】その他に、前記第２の実施例で形成される
バリウム化合物からなる薄膜層９は、３０乃至４５０ｎ
ｍの厚さに形成されていれば、所要の電子放出特性を得
ることができる。

【００４８】ここで、図４は、第１及び第２実施例の製
造方法によって製造された含浸形陰極の活性化時間と放
出電流密度との関係を示す特性図である。

【００４９】図４において、縦軸は陰極動作温度（８５
０℃）時における放出電流密度（Ａ／ｃｍ² ）、横軸は
陰極活性化温度（１１００℃）時における活性化時間
（ｈ）である。そして、曲線は第１実施例の製造方法
によって製造された含浸形陰極（第１構成例）の特性、
曲線は第２実施例の製造方法によって製造された含浸
形陰極（第２構成例）の特性である。

【００５０】図４に示されるように、第１構成例は、放
出電流密度が最大、即ち、２５Ａ／ｃｍ² に到達するま
での活性化時間が２時間近くかかっているのに対し、炭
酸バリウム（ＢａＣＯ₃ ）の薄膜層９を有する第２構成
例は、放出電流密度が最大、即ち、２５Ａ／ｃｍ² に到
達するまでの活性化時間が３０分程度と短くなってお
り、活性化時間の短縮化を達成できるものである。

【００５１】このように、第２実施例の製造方法によれ
ば、第１実施例の製造方法において得られる効果と同様
の効果が得られる上に、活性化時間を著しく短縮するこ
とができるという効果がある。

【００５２】さらに、図５は、本実施例（第１及び第２
実施例）の製造方法によって製造された含浸形陰極と、
既知の含浸形陰極における耐イオン衝撃特性を示す特性
図である。

【００５３】図５において、縦軸は放出電流が劣化し始
めたときのアルゴン（Ａｒ）圧力（Ｐａ）、横軸は陰極
温度の逆数（Ｋ~¹)及び陰極温度（℃）である。そし
て、曲線は本実施例の含浸形陰極の特性、曲線は既
知の第１手段の含浸形陰極の特性である。

【００５４】図５に示されるように、陰極温度が９４０
℃より高い領域では、本実施例の含浸形陰極より既知の
第１手段の含浸形陰極の方が耐イオン衝撃特性に優れて
いるが、陰極温度が９４０℃より低い領域、即ち、陰極
温度が８５０℃程度のところでは、既知の第１手段の含
浸形陰極に比べて本実施例の含浸形陰極の方が耐イオン
衝撃特性に優れていることが判り、８５０℃程度の陰極
温度で用いる本実施例の含浸形陰極は、優れた耐イオン
衝撃特性を発揮しているものである。

【００５５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１に
記載の発明によれば、耐熱多孔質基体の露出表面に、多
元スパッタリング装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、
酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ
₂Ｏ₃）をスパッタターゲットとする同時スパッタリング
を行って混合薄膜層を形成させる際に、モリブデン（Ｍ
ｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム
（Ｓｃ₂Ｏ₃）の各含有量を自由に、独立に制御できるの
で、常時、同じ薄膜形成条件と、同じ薄膜組成の選択と
が可能になり、再現性が良好で、一定の組成を有するの
混合薄膜層が得られ、高い電子放射特性を発揮できる含
浸形陰極が得られるという効果がある。

【００５６】また、請求項２に記載の発明によれば、耐
熱多孔質基体の露出表面に、多元スパッタリング装置を
用いて、バリウム（Ｂａ）化合物をスパッタターゲット
とするスパッタリングを行い、バリウム（Ｂａ）化合物
の薄膜層を形成した後、この薄膜層の上に、多元スパッ
タリング装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリ
ブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）を
スパッタターゲットとした同時スパッタリングを行い、
混合薄膜層を形成させ際に、モリブデン（Ｍｏ）、酸化
モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ
₂Ｏ₃）の各含有量を自由に、独立に制御できるので、常
時、同じ薄膜形成条件と、同じ薄膜組成の選択とが可能
になり、再現性が良好で、一定の組成を有するの混合薄
膜層が得られ、高い電子放射特性を発揮できる含浸形陰
極が得られ、かつ、バリウム（Ｂａ）化合物の薄膜層を
設けたことによって、活性化時間を著しく短縮すること
ができるという効果がある。

【００５７】さらに、請求項１及び請求項２に記載の発
明において、同時スパッタリングを行う際の各スパッタ
ターゲットに対する投入電力比を、モリブデン（Ｍｏ）
が０．０５乃至０．４０、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）
が０．４０乃至０．７０、酸化スカンジウム（Ｓｃ
₂Ｏ₃）が０．１３乃至０．４０の各範囲内に選ぶことに
より、耐熱多孔質基体の露出表面にオスミウム−ルテニ
ウム（Ｏｓ−Ｒｕ）合金等からなる薄膜層を被覆した既
知の含浸形陰極における１０００℃の動作温度時に得ら
れる電子放射特性と同等の電子放射特性を、８５０℃の
動作温度時において実現可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる製造方法の第１実施例によって
製造された含浸形陰極の第１構成例を示す断面構成図で
ある。

【図２】モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ
₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなるスパッタ
ターゲットに対する投入電力比と、それによって得られ
た含浸形陰極の放出電流密度との関係を示す特性図であ
る。

【図３】本発明に係わる製造方法の第２実施例によって
製造された含浸形陰極の第２構成例を示す断面構成図で
ある。

【図４】第１及び第２実施例の製造方法によって製造さ
れた含浸形陰極の活性化時間と放出電流密度との関係を
示す特性図である。

【図５】本実施例の製造方法によって製造された含浸形
陰極と既知の含浸形陰極における耐イオン衝撃特性を示
す特性図である。

【符号の説明】

１ 耐熱多孔質基体 ２ 電子放出物質 ３ 陰極ペレット ４ 陰極スリーブ ５ 障壁層 ６ モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（Ｍｏ
Ｏ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄
膜層 ７ バリウム（Ｂａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、酸素
（Ｏ）からなる複合層 ８ ヒータ ９ バリウム（Ｂａ）化合物の薄膜層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質基体の細孔に電子放出物質を含浸
   させた耐熱多孔質基体を陰極スリーブの一端に嵌合さ
   せ、前記耐熱多孔質基体の露出表面に、多元スパッタリ
   ング装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデ
   ン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパ
   ッタターゲットとした同時スパッタリングを行い、モリ
   ブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化ス
   カンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層を形成した
   ことを特徴とする含浸形陰極の製造方法。
2. 【請求項２】 多孔質基体の細孔に電子放出物質を含浸
   させた耐熱多孔質基体を陰極スリーブの一端に嵌合さ
   せ、前記耐熱多孔質基体の露出表面に、多元スパッタリ
   ング装置を用いて、バリウム化合物をスパッタターゲッ
   トとするスパッタリングを行い、バリウム化合物の薄膜
   層を形成し、この薄膜層の上に、前記多元スパッタリン
   グ装置を用いて、モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデン
   （ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）をスパッ
   タターゲットとする同時スパッタリングを行い、モリブ
   デン（Ｍｏ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカ
   ンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からなる混合薄膜層を形成したこ
   とを特徴とする含浸形陰極の製造方法。
3. 【請求項３】 前記同時スパッタリングを行う際のスパ
   ッタターゲットに対する投入電力比は、モリブデン（Ｍ
   ｏ）が０．０５乃至０．４０、酸化モリブデン（ＭｏＯ
   ₃ ）が０．４０乃至０．７０、酸化スカンジウム（Ｓｃ
   ₂Ｏ₃）が０．１３乃至０．４０の各範囲内から選んでい
   ることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載
   の含浸形陰極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記バリウム化合物は、炭酸バリウム
   （ＢａＣＯ₃ ）であることを特徴とする請求項２に記載
   の含浸形陰極の製造方法。
5. 【請求項５】 前記モリブデン（Ｍｏ）、酸化モリブデ
   ン（ＭｏＯ₃ ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）からな
   る混合薄膜層は、膜厚が５０乃至８５０ｎｍであること
   を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の含浸
   形陰極の製造方法。
6. 【請求項６】 前記バリウム化合物は、膜厚が３０乃至
   ４５０ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の含
   浸形陰極の製造方法。