JPH11297224A - High luminance particle gun - Google Patents

High luminance particle gun

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JPH11297224A
JPH11297224A JP9298998A JP9298998A JPH11297224A JP H11297224 A JPH11297224 A JP H11297224A JP 9298998 A JP9298998 A JP 9298998A JP 9298998 A JP9298998 A JP 9298998A JP H11297224 A JPH11297224 A JP H11297224A
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particles
emitter
electrode
tip
thin tube
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Mitsuru Egashira
満 江頭
Norio Shintani
紀雄 新谷
Shuichi Saito
秀一 斉藤
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APUKO KK
National Research Institute for Metals
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APUKO KK
National Research Institute for Metals
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high luminance particle gun which charges, accelerates and emits particles and wherein the particles are supplied after giving them oscillation energy, a projecting emitter is so formed on a negative electrode as to make the potential gradient around it highest, the supplied particles are thereby sufficiently charged while they are led to the tip of the emitter, and then, the particles are released outside from the hole of the electrode by splashing them on an opposite electrode, and thus, high luminance particles can be released from the very small region at the tip of the emitter after the particles are sufficiently charged while they are moved to the tip of the emitter where the potential gradient is highest. SOLUTION: This high luminance particle gun is so structured as to be equipped with: a container C to store particles; a thin pipe N connected to the lower part of the container C; a negative electrode K that is connected to the lower part of the thin pipe N. releases the particles supplied from the thin pipe N and applies charging potential between an opposite electrode and it; an emitter E that is formed on the negative electrode K into a projecting shape toward the electrode, makes the potential gradient around it highest and leads the supplied particles with the highest potential gradient; an electrode having a hole bored in a position facing to the tip of the emitter E; and a positive electrode A to accelerate the charged particles which has passed the electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子を帯電して加
速し放出する高輝度粒子銃に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-luminance particle gun for charging, accelerating, and discharging particles.

【0002】[0002]

【従来の技術】微細粉体粒子を任意の位置に配列させ、
機能素子を作る粒子線描画装置や任意の部分に照射して
微細加工する微細加工装置においては、粒子に帯電させ
た高輝度(単位面積/単位立体角当たりの粒子の個数)
の粒子銃を作成することが望まれる。
2. Description of the Related Art Fine powder particles are arranged at an arbitrary position,
In a particle beam lithography system that creates functional elements or a microfabrication system that irradiates and irradiates arbitrary parts, high brightness (number of particles per unit area / unit solid angle) charged to the particles
It would be desirable to create a particle gun for this.

【0003】従来は、例えば図4に示すように、粒子を
点線の矢印で示したように、カソードKからエクストラ
クタExに落とし、当該粒子がカソードKとエクストラ
クタExとの間で往復運動し、各電極との衝突、反射を
繰り返し、その間に運動エネルギーが大きくなり、エク
ストラクタExの穴からアノードに向けて加速して外部
に、帯電した粒子を放出させていた。以下図4の構成お
よび動作を簡単に説明する。
Conventionally, for example, as shown in FIG. 4, particles are dropped from a cathode K to an extractor Ex as shown by a dotted arrow, and the particles reciprocate between the cathode K and the extractor Ex. The collision and reflection with each electrode were repeated, and the kinetic energy increased during that time, and the charged particles were discharged to the outside by accelerating from the hole of the extractor Ex toward the anode. Hereinafter, the configuration and operation of FIG. 4 will be briefly described.

【0004】図4は、従来技術の説明図を示す。図4に
おいて、コンテナCは、微小な粒子を格納するものであ
る。細管Nは、細い管であって、振動子Vの上下方向の
振動に伴い粒子を重力で下方に搬送するものである。
FIG. 4 shows an explanatory diagram of the prior art. In FIG. 4, a container C stores fine particles. The thin tube N is a thin tube that conveys particles downward by gravity with the vertical vibration of the vibrator V.

【0005】エミッタKは、細管Nの先端に接続された
円板であって、当該細管Nの部分に穴を空け、エクスト
ラクタExとの間に帯電用の電圧を印加するものであ
る。エクストラクタExは、エミッタKとの間に帯電用
の電圧を印加する円板であって、帯電した粒子を外部に
引出す軸上に穴を設けた円板である。
[0005] The emitter K is a disc connected to the tip of the thin tube N, which makes a hole in the portion of the thin tube N and applies a charging voltage to the extractor Ex. The extractor Ex is a disk for applying a charging voltage between the extractor Ex and the emitter K, and is a disk provided with a hole on an axis for extracting charged particles to the outside.

【0006】アノードAは、エクストラクタExから放
出された粒子を加速して外部に放出するものである。次
に、動作を説明する。
The anode A accelerates particles emitted from the extractor Ex and discharges the particles to the outside. Next, the operation will be described.

【0007】振動子Vが粒子を上下方向に振動させ、コ
ンテナC中の粒子を重力で細管Nの中を下方に搬送し、
カソードKの穴からエクストラクタExに向けて重力で
落下させる。落下された粒子は、エクストラクタExと
カソードKとの間で衝突、反射を繰り返して粒子が帯電
され、エクストラクタExの穴にきたときにアノードの
方に加速されて外部に帯電粒子として放出される。
A vibrator V oscillates the particles in the vertical direction, and conveys the particles in the container C downward through the narrow tube N by gravity.
The cathode K is dropped by gravity toward the extractor Ex from the hole of the cathode K. The dropped particles repeatedly charge and collide between the extractor Ex and the cathode K, and are charged.The particles are accelerated toward the anode when they come to the holes of the extractor Ex and are discharged to the outside as charged particles. You.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した図4の従来の
構成では、エクストラクタExに落下した粒子ガカソー
ドKとの間で衝突、反射を繰り返して帯電されるため、 (1) 衝突・反射の往復回数のバラツキや、衝突条件
の表面状況による差異により、粒子銃より発生する粒子
の運動エネルギーのバラツキが大きく、色収差が大きく
なり、集束したときの集束径が大きくなってしまう問題
がある。
In the conventional configuration shown in FIG. 4 described above, the particles are repeatedly charged and repelled by the particles and the cathodic particles K dropped on the extractor Ex. Due to variations in the number of reciprocations and differences in the collision conditions due to the surface conditions, there is a problem that the kinetic energy of the particles generated from the particle gun varies greatly, the chromatic aberration increases, and the focusing diameter at the time of focusing increases.

【0009】(2) 同様に、色収差が大きくなり、ク
ーロン力で結合する機能粒子の作成の際に、所望のクー
ロン力にもとづく粒子結合体の形状が得られないという
問題がある。
(2) Similarly, chromatic aberration increases, and there is a problem that a shape of a particle combined body based on a desired Coulomb force cannot be obtained when producing functional particles to be combined by Coulomb force.

【0010】(3) 両電極(エクストラクタExとカ
ソードK)の片方に開いた穴から粒子を放出するため、
線源の大きさが数mm位と大きく、これを小さくするた
めにコリメーションが必要となってしまい、粒子量が犠
牲となり、結果的に暗い粒子銃となってしまう問題があ
ると共に、描画・加工の効率が極めて低く、長時間を要
してしまうという問題がある。
(3) In order to discharge particles from a hole opened in one of both electrodes (extractor Ex and cathode K),
The size of the radiation source is as large as several millimeters, and collimation is required to reduce the size, and the amount of particles is sacrificed. However, there is a problem that the efficiency is extremely low and a long time is required.

【0011】本発明は、これらの問題を解決するため、
粒子に振動エネルギーを与えて供給し、カソードKに突
出したエミッタを設けて電位勾配を最も高くして供給さ
れた粒子をこのエミッタ先端に導く間に充分に帯電さ
せ、対向する電極に飛翔させてその電極穴から粒子を外
部に放出し、電位勾配の最も高いエミッタ先端に粒子を
移動させる間に充分に帯電させた後に当該エミッタ先端
の非常に狭い領域から高輝度の粒子を放出する粒子銃を
実現することを目的としている。
The present invention has been made to solve these problems.
Vibration energy is applied to the particles to supply the particles, and a protruding emitter is provided at the cathode K so that the potential gradient is maximized and the supplied particles are sufficiently charged while being guided to the tip of the emitter, and are caused to fly to the opposite electrode. A particle gun which emits particles from the electrode hole to the outside, charges the particles sufficiently while moving the particles to the emitter tip having the highest potential gradient, and then emits high-intensity particles from a very narrow area of the emitter tip. It is intended to be realized.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】図1を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図1において、コンテナ
Cは、粒子を収納する容器である。
Means for solving the problem will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a container C is a container for storing particles.

【0013】振動子Vは、シャフトSを振動させて粒子
を搬送するものである。シャフトSは、振動子Vによっ
て振動されてコンテナC内の粒子を搬送するものであ
る。
The vibrator V conveys particles by vibrating the shaft S. The shaft S is vibrated by the vibrator V and transports particles in the container C.

【0014】細管Nは、内部にシャフトSを通して振動
させて粒子を搬送するための細管である。カソードK
は、エクストラクタExとの間にエクストラクタ電圧を
印加して粒子に帯電させるためのものであって、最大の
電位勾配を持たせた突起を持つエミッタEを設けたもの
である。
The thin tube N is a thin tube for conveying particles by vibrating through the shaft S inside. Cathode K
Is for applying an extractor voltage to the extractor Ex to charge the particles, and is provided with an emitter E having a projection having a maximum potential gradient.

【0015】エミッタEは、カソードKと同電位であっ
て、突起を持ち、最大の電位勾配を持つものであって、
帯電された粒子を導いてエクストラクタExの穴に向け
て放出するものである。
The emitter E has the same potential as the cathode K, has a projection, and has a maximum potential gradient,
It guides the charged particles and emits them toward the holes of the extractor Ex.

【0016】エクストラクタExは、カソードKとの間
にエクストラクタ電圧を印加して粒子を帯電させるため
のものである。アノードAは、帯電した粒子をエミッタ
アノード間の電位差によって加速して外部に放出するも
のである。
The extractor Ex applies an extractor voltage between itself and the cathode K to charge the particles. The anode A accelerates the charged particles by a potential difference between the emitter and the anode and discharges the particles to the outside.

【0017】次に、動作を説明する。コンテナCに格納
された粒子は振動子VによってシャフトSが振動される
と、当該シャフトSが細管N内で振動して粒子をカソー
ドKの穴の部分から放出する。放出された粒子は、カソ
ードKとエクストラクタExとの間に印加されているエ
クストラクタ電圧VEによって帯電され、カソードK上
の最大の電位勾配を持つエミッタEの先端に導き、当該
エミッタEの先端からエクストラクタExの穴に向けて
放出された帯電した粒子が、更にアノードAに印加され
た電圧によって加速され、外部に放出される。
Next, the operation will be described. When the shaft S of the particles stored in the container C is vibrated by the vibrator V, the shaft S vibrates in the narrow tube N and discharges the particles from the hole of the cathode K. The emitted particles are charged by the extractor voltage VE applied between the cathode K and the extractor Ex, and are led to the tip of the emitter E having the largest potential gradient on the cathode K, and the tip of the emitter E The charged particles emitted toward the holes of the extractor Ex are further accelerated by the voltage applied to the anode A and are emitted to the outside.

【0018】この際、カソードKに接続された細管Nか
ら放出された粒子を、当該カソードKに対向する電極で
あるエクストラクタExとの間で複数回、衝突と反射を
繰り返し、帯電された粒子を最も電位勾配の高いエミッ
タEに導き、当該エミッタEの先端からエクストラクタ
Exの穴に向けて帯電した粒子を放出し、更にアノード
Aによって加速して外部に帯電した粒子を放出するよう
にしている。
At this time, the particles discharged from the capillary N connected to the cathode K repeatedly collide with and reflect a plurality of times with the extractor Ex, which is an electrode facing the cathode K, so that the charged particles are charged. To the emitter E having the highest potential gradient, discharge the charged particles from the tip of the emitter E toward the hole of the extractor Ex, and further accelerate by the anode A to discharge the externally charged particles. I have.

【0019】また、細管Nを、エミッタEの先端、エク
ストラクタExの穴およびアノードAの穴からなる軸上
から外れた位置に設けるようにしている。従って、粒子
に振動エネルギーを与えて供給し、カソードKに突出し
たエミッタEを設けて電位勾配を最も高くして供給され
た粒子をこのエミッタEの先端に導く間に充分に帯電さ
せ、対向する電極であるエクストラクタExに飛翔させ
てそのエクストラクタExの穴から粒子を外部に放出し
て加速することにより、電位勾配の最も高いエミッタE
の先端に粒子を移動させる間に充分に帯電させた後に当
該エミッタEの先端の非常に狭い領域から高輝度の粒子
を放出する粒子銃を実現することが可能となる。
The thin tube N is provided at a position off the axis formed by the tip of the emitter E, the hole of the extractor Ex, and the hole of the anode A. Therefore, the particles are supplied with vibration energy and supplied thereto, and a protruding emitter E is provided at the cathode K so that the potential gradient is maximized and the supplied particles are sufficiently charged while leading the supplied particles to the tip of the emitter E. By flying the particles to the extractor Ex, which is an electrode, and discharging the particles from the holes of the extractor Ex to accelerate them, the emitter E having the highest potential gradient is obtained.
It is possible to realize a particle gun that emits high-luminance particles from a very narrow region at the tip of the emitter E after sufficiently charged while moving the particles to the tip of the emitter.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】次に、図1から図3を用いて本発
明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment and operation of the present invention will be sequentially described in detail with reference to FIGS.

【0021】図1は、本発明の1実施例構造図を示す。
図1において、コンテナCは、粒子を収納する容器であ
って、内部に帯電させて加速しようとする粒子(例えば
数μmのカーボン粒子や半田粒子など)を格納する容器
である。
FIG. 1 shows a structural diagram of one embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a container C is a container for storing particles, and is a container for storing particles (for example, carbon particles or solder particles of several μm) to be charged and accelerated inside.

【0022】振動子Vは、シャフトSを振動させて粒子
を供給するものであって、チタン酸バリウムなどの円板
の両側に電極を設けて所定の周波数の所定波形の信号の
電圧を印加して当該チタン酸バリウムを図中で上下方向
および斜め方向に振動させ、当該振動によってシャフト
Sを振動させるものである。
The vibrator V supplies particles by vibrating the shaft S. Electrodes are provided on both sides of a disc made of barium titanate or the like, and a voltage of a signal having a predetermined waveform and a predetermined frequency is applied. The barium titanate is vibrated in the vertical and oblique directions in the figure, and the shaft S is vibrated by the vibration.

【0023】細管Nは、内部にシャフトSを通して振動
させて粒子を所定流量で搬送するためのものであって、
例えば内径が1mmφ以下でその内部に0.4mmφの
ピアノ線のシャフトSを通して振動させて粒子を所定終
了で搬送し下方に放出するものである。
The thin tube N is for oscillating the inside through a shaft S to convey particles at a predetermined flow rate.
For example, the particles are vibrated through a piano wire shaft S having an inner diameter of 1 mmφ or less and having a diameter of 0.4 mmφ inside to convey the particles at a predetermined end and discharge the particles downward.

【0024】カソードKは、エクストラクタExとの間
にエクストラクタ電圧を印加して粒子に帯電させるため
の電圧を印加するものであって、最大の電位勾配を持た
せた突起を持つエミッタEを設けたものである。これに
より、図示の点線の矢印に示すように、細管Nの先端か
ら徐々に放出された粒子は最大の電位勾配のエミッタE
の先端に導かれ、この先端からエクストラクタExに向
けて放出される。
The cathode K applies an extractor voltage to the extractor Ex to apply a voltage for charging the particles. The cathode K has an emitter E having a projection having a maximum potential gradient. It is provided. As a result, as shown by the dotted arrow in the drawing, the particles gradually released from the tip of the capillary N have the emitter E having the maximum potential gradient.
And is emitted toward the extractor Ex from this tip.

【0025】エミッタEは、カソードKと同電位であっ
て、突起を持ち、最大の電位勾配を持つように設けたも
のであり、帯電された粒子を導いてエクストラクタEx
の穴に向けて放出するものである。
The emitter E has the same potential as the cathode K, has a projection, and is provided so as to have the maximum potential gradient. The emitter E guides the charged particles to extractor Ex.
Is released toward the hole.

【0026】エクストラクタExは、カソードKとの間
でエクストラクタ電圧を印加して粒子を帯電させるため
のものである。アノードAは、帯電した粒子を加速して
外部に放出するものである。
The extractor Ex is for applying an extractor voltage to the cathode K to charge the particles. The anode A accelerates and discharges charged particles to the outside.

【0027】エクストラクタ電圧VEは、カソードKと
エクストラクタExとの間に印加する電圧であって、粒
子に正の電荷を帯電させる場合にはカソードKを正、エ
クストラクタExを負に印加し、一方、粒子に負の電荷
を帯電させる場合にはカソードKを負、エクストラクタ
Exを正に印加するものである。
The extractor voltage VE is a voltage applied between the cathode K and the extractor Ex. When the particles are charged with a positive charge, the cathode K is applied positively and the extractor Ex is applied negatively. On the other hand, when the particles are charged with a negative charge, the cathode K is applied negatively and the extractor Ex is applied positively.

【0028】加速電圧VACCは、エクストラクタExか
ら放出された帯電した粒子を加速するものであって、帯
電した粒子が正のときには更に正の高電圧であり、一
方、帯電した粒子が負のときは更に負の高電圧である。
The accelerating voltage V ACC is for accelerating the charged particles emitted from the extractor Ex. When the charged particles are positive, the accelerating voltage V ACC has a higher positive voltage, while the charged particles have a negative voltage. Sometimes it is more negative high voltage.

【0029】次に、図1の構造の動作を説明する。 (1) コンテナCに格納された粒子は振動子Vによ
ってシャフトSが振動されると、当該シャフトSが細管
N内で振動して粒子をカソードKの穴の部分から所定流
量で放出する。
Next, the operation of the structure shown in FIG. 1 will be described. (1) When the shaft S of the particles stored in the container C is vibrated by the vibrator V, the shaft S vibrates in the narrow tube N and discharges the particles at a predetermined flow rate from the hole of the cathode K.

【0030】(2) (1)で放出された粒子は、カソ
ードKとエクストラクタExとの間に印加されているエ
クストラクタ電圧VEによって帯電され、カソードK上
の最大の電位勾配を持つエミッタEの先端に導かれる
(吸引される)。この導かれる途中でカソードKに粒子
が接触して帯電されると共に最大の電位勾配のエミッタ
Eの先端に引き寄せられる。
(2) The particles released in (1) are charged by the extractor voltage VE applied between the cathode K and the extractor Ex, and the emitter E having the largest potential gradient on the cathode K (Sucked). In the course of this guiding, the particles come into contact with the cathode K to be charged, and are attracted to the tip of the emitter E having the maximum potential gradient.

【0031】(3) (2)で最大の電位勾配を持つエ
ミッタEの先端に導かれた帯電した粒子は、当該エミッ
タEの先端からエクストラクタExの穴に向けて放出さ
れ、更にアノードAに印加された電圧によって加速さ
れ、外部に放出される。
(3) The charged particles guided to the tip of the emitter E having the maximum potential gradient in (2) are emitted from the tip of the emitter E toward the hole of the extractor Ex, and further discharged to the anode A. Accelerated by the applied voltage and released to the outside.

【0032】(4) この際、カソードKに接続された
細管Nから放出された粒子を、当該カソードKに対向す
る電極であるエクストラクタExとの間で複数回、衝突
と反射を繰り返し、帯電された粒子を最も電位勾配の高
いエミッタEに導き、当該エミッタEの先端からエクス
トラクタExの穴に向けて帯電した粒子を放出し、更に
アノードAによって加速して外部に帯電した粒子を放出
するようにしている。
(4) At this time, the particles emitted from the thin tube N connected to the cathode K are repeatedly impacted and reflected with the extractor Ex, which is an electrode facing the cathode K, multiple times, and charged. The charged particles are guided to the emitter E having the highest potential gradient, charged particles are emitted from the tip of the emitter E toward the hole of the extractor Ex, and further accelerated by the anode A to discharge charged particles to the outside. Like that.

【0033】(5) また、細管Nを、エミッタEの先
端、エクストラクタExの穴およびアノードAの穴から
なる軸以外の部分に設けるようにしている。以上によっ
て、粒子に振動エネルギーを与えて細管Nから所定流量
で放出し、カソードKに突出した最大の電位勾配のエミ
ッタEの先端に導く間に充分に帯電させ、対向するエク
ストラクタExに飛翔させてそのエクストラクタExの
穴から粒子を外部に放出して加速することが可能とな
る。これにより、電位勾配の最も高いエミッタEの先端
に粒子を移動させる間に充分に帯電させて帯電されない
粒子の発生を無くして帯電効率を良好にすると共に、更
にエミッタEの先端の非常に狭い領域から帯電した粒子
を放出して加速し、高輝度の帯電した粒子を放出するこ
とが可能となる。
(5) Further, the thin tube N is provided at a portion other than the shaft including the tip of the emitter E, the hole of the extractor Ex, and the hole of the anode A. As described above, the particles are given vibration energy to be emitted from the thin tube N at a predetermined flow rate, and are sufficiently charged while being guided to the tip of the emitter E having the maximum potential gradient projected to the cathode K, and are caused to fly to the opposing extractor Ex. Thus, particles can be released from the holes of the extractor Ex to the outside and accelerated. Thereby, the particles are sufficiently charged while moving the particles to the tip of the emitter E having the highest potential gradient to eliminate the generation of uncharged particles, thereby improving the charging efficiency. It is possible to release charged particles from the substrate and accelerate them, thereby releasing charged particles with high brightness.

【0034】図2は、本発明の詳細構造図を示す。ここ
で、コンテナC、振動子V、シャフトS、エクストラク
タEx、アノードAは、図1の構成とほぼ同一であるの
で説明を省略する。
FIG. 2 shows a detailed structural diagram of the present invention. Here, the container C, the vibrator V, the shaft S, the extractor Ex, and the anode A are substantially the same as those in FIG.

【0035】図2の(a)は、粒子遮断棒Lを設けると
共に細管Nの一方の縁をエミッタEとした構造例を示
す。図2の(a)において、粒子遮断棒Lは、振動子V
1によってシャフトSをここでは横方向に押下して振動
を抑止して粒子の搬送を遮断させたり、抑止を解除して
粒子の搬送を再開させたりするためのものである。これ
により、任意の時間に粒子を搬送して細管Nから放出し
たり、粒子の搬送を停止させて細管Nからの放出を停止
させたり、任意に制御可能となる。
FIG. 2A shows an example of a structure in which a particle blocking rod L is provided and one edge of a thin tube N is an emitter E. In FIG. 2A, the particle blocking rod L is a vibrator V
In this case, the shaft S is pressed in the lateral direction by 1 to suppress the vibration so as to interrupt the conveyance of the particles, or to cancel the suppression and restart the conveyance of the particles. Thereby, it becomes possible to convey the particles at an arbitrary time and discharge them from the capillary N, or to stop the conveyance of the particles to stop the discharge from the capillary N, or arbitrarily control.

【0036】エミッタE1は、細管Nの先端の一方の縁
を突起状にして最大の電位勾配を持たせたものであっ
て、細管Nから放出される粒子は最大の電位勾配の当該
エミッタE1の部分に引き寄せられる(導かれる)よう
にしたものである。このエミッタE1の先端と、エクス
トラクタExの穴、およびアノードAの穴がそれぞれ軸
上にくるように設定し、図示の点線の矢印の方向に帯電
した粒子を放出する。
The emitter E1 has a maximum potential gradient formed by projecting one edge of the tip of the thin tube N. Particles emitted from the thin tube N emit the maximum potential gradient of the emitter E1. It is drawn (guided) to the part. The tip of the emitter E1, the hole of the extractor Ex, and the hole of the anode A are set so as to be on the respective axes, and discharge the charged particles in the direction of the dotted arrow shown in the figure.

【0037】図2の(b)は、図2の(a)の細管Nの
先端部分の拡大図を示す。図示のように、シャフトSが
振動子Vによって上下および左右に振動されると、点線
の矢印に示すように、粒子が主に重力により下方に搬送
され、外部に放出されようとするが、ここでは、細管N
の左端が突起状になっており、エミッタE1と、図示外
の対向する電極であるエクストラクタExとの間に帯電
用のエクストラクタVEが印加され、当該エミッタE1
の先端が最大の電位勾配となっているので、帯電した粒
子は当該エミッタE1の先端に導かれ(吸引され)る。
導かれた粒子はエミッタE1の先端からエクストラクタ
Exの向けて放出され当該エクストラクタExの穴を通
過してアノードAに印加された電圧によって加速され外
部に放出されることとなる。この際、細管Nの一方の端
を突起状にして最大の電位勾配としたエミッタE1を設
けたため、細管Nから放出されようとする粒子は当該エ
ミッタE1向けて移動し、当該移動する際に細管Nやエ
ミッタE1の根元などに接触して充分に帯電され、効率
良好に帯電させることが可能となると共に、帯電した粒
子は最大の電位勾配の突起状のエミッタE1の先端のみ
から放出され、放出源の半径が小さくなり、高輝度(単
位面積当たりの粒子の数、あるいは単位立体角当たりの
粒子の数)の粒子を放出する粒子銃を実現することが可
能となる。
FIG. 2B is an enlarged view of the tip of the thin tube N of FIG. 2A. As shown in the figure, when the shaft S is vibrated up and down and left and right by the vibrator V, as shown by the dotted arrow, the particles are mainly conveyed downward by gravity and are likely to be discharged to the outside. Then, thin tube N
Has a protruding left end, and an extractor VE for charging is applied between the emitter E1 and an extractor Ex, which is an opposite electrode (not shown).
Since the tip of has the maximum potential gradient, the charged particles are guided (attracted) to the tip of the emitter E1.
The guided particles are emitted from the tip of the emitter E1 toward the extractor Ex, pass through the hole of the extractor Ex, accelerated by the voltage applied to the anode A, and emitted to the outside. At this time, since one end of the thin tube N is protruded to provide the emitter E1 having the maximum potential gradient, particles to be emitted from the thin tube N move toward the emitter E1, and the fine tube N N and the base of the emitter E1 are sufficiently charged by contact with the base, so that efficient charging can be achieved. In addition, the charged particles are emitted only from the tip of the protruding emitter E1 having the maximum potential gradient. It is possible to realize a particle gun that emits particles of high brightness (number of particles per unit area or number of particles per unit solid angle) with a smaller radius of the source.

【0038】以上によって、細管Nの一方の端を突起状
にしてエミッタE1とし、当該エミッタE1に細管Nか
ら放出される粒子を導いて充分に帯電させ、帯電効率を
良好にすることが可能となると共に、帯電した粒子を突
起状の最大の電位勾配のエミッタE1の先端からのみ放
出して加速し、粒子源を小さくして高輝度を実現するこ
とが可能となる。
As described above, it is possible to make the one end of the thin tube N a projection to form the emitter E1, guide the particles emitted from the thin tube N to the emitter E1, and sufficiently charge the emitter E1, thereby improving the charging efficiency. At the same time, the charged particles are discharged only from the tip of the emitter E1 having the maximum potential gradient in the form of a protrusion and accelerated, so that it is possible to realize a high brightness by reducing the particle source.

【0039】図3は、本発明の要部構造図を示す。これ
は、コンテナC内の粒子の搬送を停止、再開する弁(図
3の(a)、(b))、および図2のシャフトSおよび
振動子Vの代わりに粒子を搬送する他の構造例(図3の
(c))を示す。
FIG. 3 is a structural view of a main part of the present invention. This is a valve (FIGS. 3A and 3B) for stopping and restarting the transport of the particles in the container C, and another structural example for transporting the particles instead of the shaft S and the oscillator V of FIG. ((C) of FIG. 3) is shown.

【0040】図3の(a)は、電磁コイル11で細管N
の内部の磁性の粒子の搬送を遮断させる粒子弁の例を示
す。ここでは、図示のように、細管の外部に電磁コイル
11を設け、この電磁コイル11に電流を流し、細管N
の内部を図中で下方に搬送されている粒子を電磁界で下
方に移動しないようにトラップし、粒子の搬送を停止さ
せたり、電磁コイル11の電流を停止させて粒子の搬送
を再開させたりさせるものである。
FIG. 3A shows a thin tube N by the electromagnetic coil 11.
1 shows an example of a particle valve that shuts off the transfer of magnetic particles inside the device. Here, as shown in the figure, an electromagnetic coil 11 is provided outside the thin tube, and a current is applied to the electromagnetic coil 11 so that the thin tube N
Trapping the particles being conveyed downward in the figure by the electromagnetic field so as not to move downward, stopping the conveyance of the particles, and stopping the current of the electromagnetic coil 11 to restart the conveyance of the particles. It is to let.

【0041】図3の(b)は、アクチュエータ12で細
管Nを横方向に振動させて粒子の搬送をトラップさせる
例を示す。ここでは、図示のように、細管の外部にアク
チュエータ12を設け、このアクチュエータ12に所定
の矩形あるいはサイン波形の信号を供給する。信号例を
図4に示す。供給された信号によって細管Nを左右方向
に振動させ、細管Nの内部を図中で下方に搬送されてい
る粒子を横方向(図中の左右方向)に振動して細管Nの
内壁との抵抗を大にし、結果として下方への粒子の搬送
を停止ないし搬送量を減少させるものである。
FIG. 3B shows an example in which the capillary 12 is vibrated in the lateral direction by the actuator 12 to trap the transport of particles. Here, as shown, an actuator 12 is provided outside the thin tube, and a signal having a predetermined rectangular or sine waveform is supplied to the actuator 12. FIG. 4 shows a signal example. The supplied signal causes the capillary N to vibrate in the left-right direction, and the inside of the capillary N vibrates the particles conveyed downward in the figure in the lateral direction (the left-right direction in the figure), thereby causing resistance to the inner wall of the capillary N. Is increased, and consequently the transportation of particles downward is stopped or the amount of transportation is reduced.

【0042】図3の(c)は、図2のシャフトSおよび
振動子Vの代わりに粒子を搬送する他の構造例である。
ここでは、図2のシャフトSおよび振動子Vの代わり
に、コンテナCの非対象位置に置いた振動子13によっ
てコンテナCおよび細管Nの全体を振動(縦方向および
横方向に振動)させ、細管Nの下方に粒子を搬送して放
出させるようにしたものである。このように、コンテナ
Cの非対象位置に振動子13を取り付けてコンテナCお
よび細管Nの全体を主に上下、更に横方向に振動させる
ことにより、既述した図2のシャフトSを上下方向に振
動させて粒子を重力で下方に移動させていたと同様に粒
子を細管Nの下方に搬送することが可能となる。この
際、完全に上下方向のみではなく、振幅は小さくても左
右方向の成分を合わせて粒子に印加して細管Nの内部を
粒子を下方に重力で移動させて当該細管の下方の先端か
ら放出するものである。尚、この場合には、図3の
(a)の電磁コイル11あるいは図3の(b)のアクチ
ュエータ12を細管に図示のように取り付け、粒子の搬
送を停止、再開を制御する。
FIG. 3C shows another example of the structure for transporting particles instead of the shaft S and the vibrator V shown in FIG.
Here, instead of the shaft S and the vibrator V in FIG. 2, the entire container C and the thin tube N are vibrated (vibrated in the vertical and horizontal directions) by the vibrator 13 placed at a non-target position of the container C, and The particles are conveyed below N and discharged. As described above, the vibrator 13 is attached to the non-target position of the container C, and the entire container C and the thin tube N are vibrated mainly vertically and further horizontally, so that the shaft S of FIG. The particles can be conveyed below the narrow tube N in the same manner as when the particles are moved downward by gravity by vibrating. At this time, the components are applied not only to the vertical direction but also to the particles even if the amplitude is small even if the amplitude is small, and the inside of the capillary N is moved downward by gravity to discharge the particles from the lower end of the capillary. Is what you do. In this case, the electromagnetic coil 11 shown in FIG. 3A or the actuator 12 shown in FIG. 3B is attached to the thin tube as shown in FIG.

【0043】図4は、本発明の振動波形信号例を示す。
これは、既述した図3の(b)などで供給する振動波形
信号の例であり、f=A sin(ωT+sinω2
t)の振動波形信号であって、横軸は時間、縦軸は振幅
(V)である。このように周波数が高い部分と低い部分
(あるいは図示しないが信号の無い部分)を設け、高い
部分で粒子の搬送を停止ないし減少させ、遅い部分(あ
るいは信号の無い部分)で粒子の搬送を行うように実験
によって最適な値を設定することにより、粒子の搬送を
振動波形信号によって簡易にON/OFF制御(あるい
は流量制御)することが可能となる。
FIG. 4 shows an example of a vibration waveform signal according to the present invention.
This is an example of the vibration waveform signal supplied in FIG. 3B and the like described above, and f = A sin (ωT + sin ω2
In the vibration waveform signal of t), the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents amplitude (V). In this way, a high frequency portion and a low frequency portion (or a portion not shown but without a signal) are provided, and the transport of particles is stopped or reduced at a high portion, and the particles are transported at a slow portion (or a portion without a signal). As described above, by setting the optimum value by an experiment, it is possible to easily perform ON / OFF control (or flow rate control) of the conveyance of particles by using a vibration waveform signal.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子に振動エネルギーを与えて供給し、カソードKに突
出したエミッタEを設けて電位勾配を最も高くして供給
された粒子をこのエミッタEの先端に導く間に充分に帯
電させ、対向する電極であるエクストラクタExに飛翔
させてそのエクストラクタExの穴から粒子を外部に放
出して加速する構成を採用しているため、電位勾配の最
も高いエミッタEの先端に粒子を移動させる間に充分に
帯電させた後に当該エミッタEの先端の非常に狭い領域
から高輝度の粒子を放出でき、高輝度かつ高帯電効率の
粒子銃を実現できる。
As described above, according to the present invention,
Vibration energy is applied to the particles to supply the particles, and a protruding emitter E is provided at the cathode K so that the potential gradient is maximized and the supplied particles are sufficiently charged while being guided to the tip of the emitter E. Since a configuration is adopted in which particles are ejected to a certain extractor Ex and accelerated by emitting particles from the holes of the extractor Ex to the outside, the particles are sufficiently moved while moving the particles to the tip of the emitter E having the highest potential gradient. After being charged, high-brightness particles can be emitted from a very narrow region at the tip of the emitter E, so that a particle gun with high brightness and high charging efficiency can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の詳細構造図である。FIG. 2 is a detailed structural view of the present invention.

【図3】本発明の要部構造図である。FIG. 3 is a structural view of a main part of the present invention.

【図4】本発明の振動波形信号例である。FIG. 4 is an example of a vibration waveform signal according to the present invention.

【図5】従来技術の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A:アノード C:コンテナ E:エミッタ K:カソード L:粒子遮断棒 N:細管 S:シャフト V:振動子 EX:エクストラクタ VE:エクストラクタ電圧 VACC:加速電圧 11:電磁コイル 12:アクチュエータ 13:振動子 A: Anode C: Container E: Emitter K: Cathode L: Particle blocking rod N: Capillary tube S: Shaft V: Vibrator EX: Extractor VE: Extractor voltage VACC: Acceleration voltage 11: Electromagnetic coil 12: Actuator 13: Vibration Child

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 秀一 東京都西多摩郡日の出町平井2196番地203 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shuichi Saito 203, Hirai 2196, Hinodecho, Nishitama-gun, Tokyo

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】粒子を帯電して加速し放出する高輝度粒子
銃において、 粒子を格納するコンテナと、 このコンテナの下部に接続した細管と、 上記細管の下部に接続し、当該細管から供給される粒子
を放出すると共に、対向する電極との間に帯電用の電位
を印加するカソードと、 このカソード上で上記電極に向いた方向に突起状にして
最も電位勾配を高くし上記供給された粒子を当該最も高
い電位勾配で導くエミッタと、 このエミッタの先端に対向した部分に穴を空けた電極
と、 この電極を通過した帯電した粒子を加速するアノードと
を備えたことを特徴とする高輝度粒子銃。
1. A high-intensity particle gun for charging, accelerating and emitting particles, comprising: a container for storing particles; a thin tube connected to a lower portion of the container; and a thin tube connected to a lower portion of the thin tube and supplied from the thin tube. A cathode for applying a potential for charging between the electrode and the opposite electrode; and a projection on the cathode in a direction toward the electrode, the potential gradient being the highest, and the supplied particles. Characterized by comprising: an emitter that guides at the highest potential gradient, an electrode having a hole in a portion facing the tip of the emitter, and an anode that accelerates charged particles passing through the electrode. Particle gun.
【請求項2】上記細管の内部を貫通したシャフトと、 このシャフトに振動を与える振動子とを設け、 この振動子によって上記シャフトを振動させて粒子を所
定流量で放出することを特徴とする請求項1記載の高輝
度粒子銃。
2. A shaft penetrating the inside of the thin tube, and a vibrator for vibrating the shaft are provided, and the vibrator vibrates the shaft to discharge particles at a predetermined flow rate. Item 2. A high-brightness particle gun according to Item 1.
【請求項3】上記コンテナおよび細管を振動させる振動
子を設け、 この振動子によって上記コンテナおよび細管を振動させ
て粒子を所定流量で放出することを特徴とする請求項1
記載の高輝度粒子銃。
3. A vibrator for vibrating the container and the thin tube, wherein the vibrator vibrates the container and the thin tube to discharge particles at a predetermined flow rate.
High brightness particle gun as described.
【請求項4】上記カソードに接続された細管から放出さ
れた粒子を、当該カソードに対向する電極との間で複数
回、衝突と反射を繰り返し、帯電された粒子を上記最も
電位勾配の高いエミッタに導き、当該エミッタの先端か
ら上記電極の穴に向けて帯電した粒子を放出し、更に上
記アノードによって加速して外部に帯電した粒子を放出
することを特徴とする請求項1ないし請求項3記載のい
ずれかの高輝度粒子銃。
4. The method according to claim 1, wherein the particles emitted from the capillary connected to the cathode repeatedly impact and reflect a plurality of times with an electrode facing the cathode, and the charged particles are converted into the emitter having the highest potential gradient. And discharging the charged particles from the tip of the emitter toward the hole of the electrode, and further accelerating by the anode to discharge the charged particles to the outside. One of the high brightness particle guns.
【請求項5】上記細管を、上記エミッタの先端、上記電
極の穴およびアノードの穴からなる軸上から外れた位置
に設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項4記載
のいずれかの高輝度粒子銃。
5. The device according to claim 1, wherein the thin tube is provided at a position off the axis formed by the tip of the emitter, the hole of the electrode, and the hole of the anode. High brightness particle gun.
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