JPH1167055A - Thermoelectron emitting filament and its manufacture - Google Patents

Thermoelectron emitting filament and its manufacture

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JPH1167055A
JPH1167055A JP22458297A JP22458297A JPH1167055A JP H1167055 A JPH1167055 A JP H1167055A JP 22458297 A JP22458297 A JP 22458297A JP 22458297 A JP22458297 A JP 22458297A JP H1167055 A JPH1167055 A JP H1167055A
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JP
Japan
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tungsten
filament
gold
aluminum
platinum
Prior art date
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JP22458297A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Murota
正雄 無漏田
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1167055A publication Critical patent/JPH1167055A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce sputtering effects and generation of whiskers to extend life by depositing a plurality of metallic films from inside to outside on the surface of polycrystal tungsten or a tungsten-rhenium alloy from the end of a filament to a supporting part, in the order of melting point, and alloying them together. SOLUTION: Using polycrystal tungsten 1 or a tungsten-rhenium alloy as a shaft, a thin film 3 of platinum and a thin film 5 of gold, both including platinum black of 500 Å or more, are formed on the shaft, with a relatively thick layer of aluminum 5 formed thereon to provide a three-layered structure. In an end thermoelectron emitting part A, the polycrystal tungsten 1 and the thin film 3 of platinum, the thin film 3 of platinum and the thin film 4 of gold, and the thin film 4 of gold and the aluminum 5, are alloyed together through slow heating. In this case, since the polycrystal tungsten is alloyed by covering with a metallic film, the tungsten is not oxidized and a filament resists breaking, leading to longer life and eliminating getter effects, so that the filament becomes usable in a low vacuum.

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、フィラメントを構
成する多結晶タングステン又はタングステンレニウム合
金を加熱してフィラメントの先端部より熱電子を放出す
る熱電子放出フィラメント及び製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermionic emission filament which heats polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy constituting a filament and emits thermoelectrons from the tip of the filament, and a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3はヘアピンフィラメントの例を示す
図、図4はポイントフィラメントの例を示す図、図5は
シャープドフィラメントの例を示す図、図6はセミポイ
ントフィラメントの例を示す図であり、11は台座、1
2はコバールガラス、13はステムポール、14はフィ
ラメント、15はチップを示す。
3 shows an example of a hairpin filament, FIG. 4 shows an example of a point filament, FIG. 5 shows an example of a sharpened filament, and FIG. 6 shows an example of a semipoint filament. And 11 is a pedestal, 1
2 denotes Kovar glass, 13 denotes a stem pole, 14 denotes a filament, and 15 denotes a chip.

【0003】熱電子放出フィラメントには、例えば図3
に示すようなヘアピンフィラメントや、図4に示すよう
なポイントフィラメント、図5に示すようなシャープド
フィラメント、図6に示すようなセミポイントフィラメ
ントなどがあり、ブラウン管のような封じきり管や電子
顕微鏡のような開放管に用いられている。そのうち、封
じきり管では、バリウム等の合金を材料とするフィラメ
ントが使われているが、開放管では、純度99.95%
以上の純粋な多結晶タングステンを材料とするフィラメ
ントが使われている。
[0003] Thermionic emission filaments include, for example, FIG.
There are a hairpin filament as shown in FIG. 4, a point filament as shown in FIG. 4, a sharpened filament as shown in FIG. 5, a semi-point filament as shown in FIG. 6, and a sealed tube such as a CRT or an electron microscope. It is used for open pipes such as Of these, filaments made of alloys such as barium are used for sealed tubes, while 99.95% purity is used for open tubes.
Filaments made of pure polycrystalline tungsten as described above are used.

【0004】ヘアピンフィラメントは、図3(A)に示
すように台座11を貫通するステムポール13に100
〜150μφのフィラメント14の先端をヘアピン状に
設定し、1×10-5Torr以上の真空中で3A前後の
電流を流して2600〜2900°Cに加熱することに
よって、熱電子を放出させるようにしている。フィラメ
ント14の先端形状の正面図、側面図を示したのが図3
(B)、(C)であり、角度が急転している先端部が高
温に加熱されて熱電子を放出する。この場合の得られる
電子源の大きさは、30μmφ程度で、総電流最大10
0μA程度の電流が得られる。
As shown in FIG. 3A, a hairpin filament is applied to a stem pole 13 penetrating a pedestal 11.
The tip of the filament 14 having a diameter of about 150 μφ is set in a hairpin shape, a current of about 3 A is passed in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr or more, and the material is heated to 2600 to 2900 ° C. to emit thermoelectrons. ing. FIG. 3 shows a front view and a side view of the tip shape of the filament 14.
(B) and (C), wherein the tip whose angle is sharply turned is heated to a high temperature and emits thermoelectrons. In this case, the size of the obtained electron source is about 30 μmφ and the total current is up to 10 μm.
A current of about 0 μA is obtained.

【0005】熱電子放出の現象は、次のW.Richardson
-Dushmanの式で表される。 j=A(1−r)T2 exp〔−φ/kB T〕 A=4πmk2 e/h3 =120Acm-2-2 ただし、jは飽和電流密度、Tは温度、φは仕事関数、
rは入射電子の零電場反射係数、kB はボルツマン定数 また、ポイントフィラメントは、図4(A)に示すよう
なヘアピンフィラメントと同様のフィラメント14の先
端部に、図4(B)、(C)に示すように細い電子発生
源のチップ15を取り付け、先端半径を1μm程度のポ
イントカソードにすることにより、電子源の大きさを5
μm程度として使用している。このポイントフィラメン
トは、総電流10μA程度が使用に適している。
The phenomenon of thermionic emission is described in the following W.W. Richardson
-Expressed by the Dushman equation. j = A (1-r) T 2 exp [−φ / k B T] A = 4πmk 2 e / h 3 = 120 Acm −2 k −2 where j is the saturation current density, T is temperature, and φ is the work function ,
r is the zero-field reflection coefficient of incident electrons, k B is Boltzmann's constant, and the point filament is located at the tip of the filament 14 similar to the hairpin filament as shown in FIG. 4 (A). As shown in ()), the size of the electron source is reduced by attaching a thin electron generating chip 15 and using a point cathode having a tip radius of about 1 μm.
It is used as about μm. This point filament is suitable for use with a total current of about 10 μA.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ヘアピン状に
して使用した図3に示すヘアピンフィラメントの場合に
は、平均寿命が50〜100時間、先端部にチップを取
り付けた図4に示すポイントカソードの場合には、平均
寿命が10〜20時間しかなく、寿命が短いため頻繁に
交換が必要になり、メンテナンス上で大きな問題を有し
ている。
However, in the case of the hairpin filament shown in FIG. 3 used in the form of a hairpin, the average life is 50 to 100 hours, and the point cathode shown in FIG. In this case, the average life is only 10 to 20 hours, and the life is short, so frequent replacement is required, which has a serious problem in maintenance.

【0007】タングステンは、仕事関数φが4.55と
大きいので、有効に熱電子放出を行わせるためには、温
度を非常に高く保つ必要がある。そのため周辺の部品
は、熱輻射により加熱されて多量のガスが常時放出さ
れ、タングステンフィラメントに損傷を与えその寿命を
短くしている。また、純タングステンは、常温でかなり
安定な物質ではあるが、熱電子放出に使用される280
0°C前後の温度になると、酸素、水蒸気に対し非常に
弱くフィラメント断線の原因になっている。
Since tungsten has a large work function φ of 4.55, it is necessary to keep the temperature extremely high in order to effectively emit thermoelectrons. Therefore, the peripheral components are heated by the heat radiation and a large amount of gas is constantly released, damaging the tungsten filament and shortening its life. Although pure tungsten is a material that is fairly stable at room temperature, 280 used for thermionic emission is used.
At a temperature of about 0 ° C., the filament is very weak against oxygen and water vapor, causing the filament to break.

【0008】従来のフィラメントでは、熱雑音に加え、
加速された残留ガスのプラスイオンの衝突による雑音、
ポール部や支持部からの表面ガス拡散による雑音があ
り、これらに対し何ら配慮されていない。さらに、従来
のフィラメントでは、タングステンの蒸発による周辺部
品の汚染があり、その清掃、真空管理に多くの時間を費
やしている。また、長時間使用しているとタングステン
の純度が高くなり、結晶の成長が促進されるためウイス
カーが発生し、このタングステンウィスカーの発生や支
持部のガスによる浸食により、高圧放電が発生し断線す
るという問題もある。
[0008] In the conventional filament, in addition to the thermal noise,
Noise due to the collision of positive ions of the accelerated residual gas,
There is noise due to surface gas diffusion from the pole and the support, and no consideration is given to them. Further, in the conventional filament, there is contamination of peripheral parts due to evaporation of tungsten, and much time is spent for cleaning and vacuum management. In addition, if used for a long time, the purity of tungsten becomes high, and crystal growth is promoted, so that whiskers are generated. Due to the generation of the tungsten whiskers and the erosion by the gas of the support portion, a high-pressure discharge is generated and the wire is disconnected. There is also a problem.

【0009】フィラメントの寿命は、これまで、真空の
改良で幾分改善されつつあるが、今なお充分とは言え
ず、しかも、タングステンの表面は酸化し汚れやすく、
長期保管ができないため、頻繁に交換が必要な従来型熱
フィラメントでは、その交換のために要する労力と費用
などメンテナンスの負担は非常に大きい。
[0009] The life of the filament has been somewhat improved so far by improving the vacuum, but it is still not enough, and the surface of tungsten is oxidized and easily stained.
Since the conventional hot filaments that need to be frequently replaced because they cannot be stored for a long period of time, the maintenance burden such as labor and cost required for the replacement is very large.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、多結晶タングステン又はタングス
テンレニウム合金の酸化を防ぎ、スパッタ効果、ウイス
カーの発生の低減を図り、フィラメントを長寿命化する
ものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is intended to prevent the oxidation of polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy, to reduce the sputtering effect and the generation of whiskers, and to extend the filament life. It becomes something.

【0011】そのために本発明は、フィラメントを構成
する多結晶タングステン又はタングステンレニウム合金
を加熱してフィラメントの先端部より熱電子を放出する
熱電子放出フィラメント及びその製造方法であって、フ
ィラメントの先端部から支持部にかけて多結晶タングス
テン又はタングステンレニウム合金の表面に複数の金属
膜を融点の高い順に内側から外側に積層して合金化した
ことを特徴とするものである。
[0011] For this purpose, the present invention relates to a thermionic emission filament for heating polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy constituting a filament and emitting thermoelectrons from the tip of the filament, and a method for manufacturing the same. A plurality of metal films formed on the surface of the polycrystalline tungsten or tungsten rhenium alloy from the inside to the outside in ascending order of melting point and alloyed.

【0012】また、前記金属膜には、少なくとも金を含
み、白金黒を含む白金と金とアルミニウムからなり、前
記複数の金属膜の最も外側に多結晶タングステン又はタ
ングステンレニウム合金より仕事関数の小さい金属、ア
ルミニウムを積層したことを特徴とするものであり、金
アルミニウム合金として、又は金アルミニウムマグネシ
ウム合金を積層し多結晶タングステン又はタングステン
レニウム合金と合金化したことを特徴とするものであ
る。
The metal film includes at least gold, and platinum and gold including platinum black, gold and aluminum, and a metal having a lower work function than polycrystalline tungsten or a tungsten rhenium alloy is provided on the outermost of the plurality of metal films. , Aluminum, and a gold-aluminum alloy, or a gold-aluminum-magnesium alloy, which is alloyed with a polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る熱電子放出
フィラメント及びその製造方法の実施の形態を説明する
ための図、図2はアルミニウムー金合金の相図を示す図
であり、1は多結晶タングステン又はタングステンレニ
ウム合金、2は高融点タングステン合金又はレニウム、
3は白金黒を含む白金薄膜、4は金薄膜、5はアルミニ
ウム、6は酸化アルミニウム、Aは先端熱電子放出部、
Bは先端機能維持部、Cは支持部を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a thermionic emission filament and a method for manufacturing the same according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing a phase diagram of an aluminum-gold alloy, where 1 is polycrystalline tungsten or tungsten rhenium. Alloy, 2 is a high melting point tungsten alloy or rhenium,
3 is a platinum thin film containing platinum black, 4 is a gold thin film, 5 is aluminum, 6 is aluminum oxide, A is a thermionic emission part,
B indicates a tip function maintaining portion, and C indicates a support portion.

【0014】本発明に係る熱電子放出フィラメントは、
図1に示すように多結晶タングステン1を軸にして、そ
の上にそれぞれ500Å以上の白金黒を含む白金薄膜3
と金薄膜4の層を形成し、さらにアルミニウム5の比較
的厚い層を形成することにより、3層構造とするもので
ある。なお、タングステンの表面には、大気中に放置す
ると不純物層がわずかにできることがあり、高融点タン
グステン合金2は、その不純物層である。また、アルミ
ニウム5の表面は、酸化されるため酸化アルミニウム6
にゆっくり変わる。
The thermionic emission filament according to the present invention comprises:
As shown in FIG. 1, a platinum thin film 3 containing platinum black of 500.degree.
And a layer of a gold thin film 4 and a relatively thick layer of aluminum 5 to form a three-layer structure. Note that a slight impurity layer may be formed on the surface of tungsten when left in the air, and the high melting point tungsten alloy 2 is the impurity layer. The surface of the aluminum 5 is oxidized, so that the aluminum oxide 6
Changes slowly.

【0015】このようにつくられた熱電子放出フィラメ
ントは、ヘアピン部が2つに分かれて、曲部が先端熱電
子放出部A、直線部が先端機能維持部Bとなり、その他
の部分が支持部Cとなる。これを熱電子放出フィラメン
トとして使用するためにはゆっくり加熱する。この加熱
により、先端熱電子放出部Aは、内側から多結晶タング
ステン1と白金黒を含む白金薄膜3、白金黒を含む白金
薄膜3と金薄膜4、金薄膜4とアルミニウム5を合金化
する。アルミニウムー金合金の相図を示したのが図2で
あり、縦軸が温度、横軸が左端はアルミニウム100
%、右端は金100%である。また、アルミニウム5の
表面は、1μm程度のかなり厚い酸化アルミニウム6の
膜をつくる。これらアルミニウム5及び酸化アルミニウ
ム6の仕事関数φ(4.28以下)は、タングステンよ
り小さいため、タングステンより低温で使用しても同等
以上の電子源となる。
In the thermoelectron emission filament thus formed, the hairpin portion is divided into two, the curved portion becomes the tip thermoelectron emission portion A, the straight portion becomes the tip function maintaining portion B, and the other portions are the support portions. C. In order to use this as a thermionic emission filament, it is heated slowly. By this heating, the tip thermoelectron emitting portion A alloys the polycrystalline tungsten 1 and the platinum thin film 3 containing platinum black, the platinum thin film 3 containing platinum black and the gold thin film 4, and the gold thin film 4 and the aluminum 5 from inside. FIG. 2 shows a phase diagram of the aluminum-gold alloy, in which the vertical axis represents temperature and the horizontal axis represents aluminum 100.
% And the right end is 100% gold. On the surface of the aluminum 5, a considerably thick film of aluminum oxide 6 of about 1 μm is formed. Since the work function φ (4.28 or less) of these aluminum 5 and aluminum oxide 6 is smaller than that of tungsten, even when used at a lower temperature than that of tungsten, the electron source is equivalent or more.

【0016】先端熱電子放出部Aに対し、先端機能維持
部Bの温度は、先端熱電子放出部Aの温度より低いため
に、また、加熱時生成される貴金属アルミニウム合金
は、アルミニウムに比べ酸化されにくいので、ゆっくり
酸化する。このような先端熱電子放出部Aにより温度が
低くなる先端機能維持部Bでは、多結晶タングステン1
を軸にして、金白金合金薄膜3、アルミニウム5、酸化
アルミニウム6の3層からなり、これらが熱拡散により
徐々に先端に向かって移動するので、酸化して失われる
アルミニウムの補給に使用される。この現象により先端
熱電子放出部Aの機能が長く維持される。
Since the temperature of the tip function maintaining section B is lower than the temperature of the tip thermoelectron emission section A, the noble metal aluminum alloy generated during heating is more oxidized than aluminum. It oxidizes slowly because it is hard to be oxidized. In the tip function maintaining section B whose temperature is lowered by the tip thermoelectron emission section A, the polycrystalline tungsten 1
Is composed of three layers of a gold-platinum alloy thin film 3, aluminum 5, and aluminum oxide 6, which are gradually moved toward the tip by thermal diffusion, and are used for replenishment of aluminum lost by oxidation. . Due to this phenomenon, the function of the tip thermoelectron emission portion A is maintained for a long time.

【0017】支持部Cは、さらに先端機能維持部Bより
温度が低いため加熱前後で変化は少ないが、金、白金等
の金属膜で覆われたタングステン部分は酸化されること
はない。しかも、残留ガスの浸食に対して金が熱拡散す
るので、自己修復機能を発揮する。
Since the temperature of the supporting portion C is lower than that of the tip function maintaining portion B because the temperature is lower than that of the tip function maintaining portion B, the tungsten portion covered with a metal film such as gold or platinum is not oxidized. In addition, since gold diffuses thermally against the erosion of the residual gas, it exhibits a self-healing function.

【0018】3層を構成するそれぞれの金属の性質は、
以下のとおりである。まず、融点についてみると、白金
が最も高く1700°Cであり、次に金の1070°
C、そしてアルミニウムが最も低く670°Cである。
それぞれの層の形成は、このような融点とも関係し、通
常スパッタでも蒸着でも形成することはできるのは金薄
膜4の層であり、蒸着よりスパッタで形成するのが好ま
しいのは白金黒膜3の層であり、スパッタではなく蒸着
でしか形成することができないのはアルミニウム5の層
である。また、白金は超微粒子の白金黒を除けば電子を
容易に放出しないのに対し、金は電子を放出するがタン
グステンより少なく、アルミニウムは金より熱電子を多
く放出するという関係にある。金は、タングステンとの
合金はできないが、白金は、タングステンとも金ともア
ルミニウムとも合金ができる。
The properties of each metal constituting the three layers are as follows:
It is as follows. First, regarding the melting point, platinum is the highest at 1700 ° C., followed by 1070 ° of gold.
C and aluminum are the lowest at 670 ° C.
The formation of each layer is also related to such a melting point, and it is usually the layer of the gold thin film 4 that can be formed by either sputtering or vapor deposition. The aluminum 5 layer that can be formed only by vapor deposition instead of sputtering. Platinum does not easily emit electrons except for ultrafine platinum black, whereas gold emits electrons but less than tungsten, and aluminum emits more thermoelectrons than gold. Gold cannot be alloyed with tungsten, but platinum can be alloyed with tungsten, gold and aluminum.

【0019】ところで、タングステンの表面を錆びない
ようにするには、白金や金等の金属膜で覆う必要がある
が、白金で覆うと電子放出の点で問題があり、金で覆う
と電子の放出はあるが、タングステンとの合金をつくら
ないので、2600〜2900°Cに加熱すると、金の
融点を遙に越えてしまうので溶けて飛んでしまうという
問題がある。アルミニウムも、酸素に強く仕事関数φが
タングステンより小さく電子の放出もあるので、これで
覆うのが望ましいが、融点がさらに低いという問題があ
る。いずれにしても、熱電子放出のためにタングステン
を2600〜2900°Cに加熱すると、白金や金、ア
ルミニウムの融点を遙に越えてしまい、1つのみを選択
して使用することは難しい。
By the way, in order to prevent the surface of tungsten from rusting, it is necessary to cover the surface with a metal film such as platinum or gold. However, covering with platinum has a problem in terms of electron emission. Although there is release, it does not form an alloy with tungsten, so there is a problem that when heated to 2600 to 2900 ° C., it will far exceed the melting point of gold and will melt and fly. Aluminum is also resistant to oxygen and has a work function φ smaller than that of tungsten and emits electrons, so it is desirable to cover it with aluminum, but there is a problem that the melting point is even lower. In any case, if tungsten is heated to 2600 to 2900 ° C. for thermionic emission, it will far exceed the melting point of platinum, gold and aluminum, and it is difficult to select and use only one.

【0020】本発明は、上記それぞれの金属の性質を考
え、加熱したときに最も溶けない金属が真ん中にあり、
融点の高い順に内側から外側に積層して表面側から順に
溶けて合金をつくって残るようにしている。先に述べた
ようにフィラメントの寿命を短くしている要因として、
ガスによる衝突(スパッタ)や酸化、ウイスカーがある
が、本発明では、融点が高く蒸発のしにくい白金を介し
て金とアルミニウムを抱き込んで残るようにするので、
上記の要因を取り除くことができる。すなわち、ウイス
カーは、高純度のタングステンになったとき発生する
が、タングステンは、白金、アルミニウムと高融点金属
間化合物をつくるので、ウイスカーができなくなり、ウ
イスカーによる放電はなくなる。
According to the present invention, considering the properties of each of the above metals, the metal that is most insoluble when heated is in the middle,
The layers are laminated from the inside to the outside in ascending order of melting point, and are melted in order from the surface side to form an alloy so that it remains. As mentioned earlier, the factor that shortens the life of the filament is
There are gas collision (sputtering), oxidation, and whiskers, but in the present invention, gold and aluminum are embraced through platinum, which has a high melting point and is difficult to evaporate, so that it remains.
The above factors can be eliminated. That is, whiskers are generated when high-purity tungsten is formed. However, since tungsten forms a high melting point intermetallic compound with platinum and aluminum, whiskers cannot be formed, and discharge by the whiskers is eliminated.

【0021】また、金の抵抗値は、タングステンの抵抗
値24Ω・m(700°C)に比べ8.6Ω・mと小さ
く、白金のそれは34.3Ω・mと大きいので、合金作
成時にこのことを考慮すれば、タングステンとほぼ同じ
値の抵抗値を持った合金がつくることができる。これ
は、既納装置に設計変更なしに取り付けられることを意
味しており重要な要素である。
The resistance value of gold is 8.6 Ω · m smaller than the resistance value of tungsten of 24 Ω · m (700 ° C.), and that of platinum is as large as 34.3 Ω · m. In consideration of the above, an alloy having a resistance value substantially equal to that of tungsten can be produced. This is an important factor which means that the device can be attached to a delivered device without a design change.

【0022】使用法は、全く従来と同じで、5V3A程
度の電流を流して使用する。ショットキーとして使用す
れば、フィラメントに熱的無理がかからないので、より
長時間の使用に耐えることができる。先端の金アルミニ
ウム合金は、抵抗が小さいので、電流取り出し時のジュ
ール熱の発生を小さくすることができる。
The method of use is exactly the same as in the prior art, using a current of about 5 V 3 A. When used as a Schottky, the filament can be used for a longer period of time because the filament is not thermally stressed. Since the gold-aluminum alloy at the tip has a small resistance, it is possible to reduce the generation of Joule heat during current extraction.

【0023】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、ヘアピンフィラメントに適用した例
で説明したが、ポイントフィラメント、シャープドフィ
ラメント、セミポイントフィラメント、その他のフィラ
メントに対しても同様に適用可能である。支持部Cの金
属構成タングステン又はタングステンレニウム合金、白
金黒を含む白金、金、アルミニウムは、冷陰極電界放出
銃(C−FE)や熱陰極電界放出銃(T−FE)の支持
部に共通して使用可能であり、清浄タングステンのゲッ
ター効果をなくし、ガスの表面拡散を止める作用がある
ので、従来より低い真空レベルでの使用が可能となる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, an example in which the invention is applied to a hairpin filament has been described. However, the invention can be similarly applied to a point filament, a sharpened filament, a semipoint filament, and other filaments. Metal structure of the support portion C Tungsten or tungsten-rhenium alloy, platinum including platinum black, gold and aluminum are common to the support portions of the cold cathode field emission gun (C-FE) and the hot cathode field emission gun (T-FE). It has a function of eliminating the getter effect of clean tungsten and stopping the surface diffusion of gas, so that it can be used at a vacuum level lower than before.

【0024】また、白金にイリジウムやオスミウム、ル
テニウムといった高融点貴金属を加えると高温特性が改
善されることや、アルミニウムにマグネシウムを加えた
りその代わりにタングステンより仕事関数φの低い物質
であれば、何でも使用可能であることは既によく知られ
ており、このような変形も適宜可能である。要するに、
本発明は、タングステンの表面の純度が上がらないよう
に合金化し、合金化した全体の表面での仕事関数φを小
さくすると共に、スパッタ効果を低減させるためにも酸
化膜のような保護膜で覆うようにするものである。その
点でアルミニウムを用いるのが好都合であり、また、ア
ルミニウム合金をアルミニウムに代えて用い金アルミニ
ウム合金としてもよいし、金アルミニウムマグネシウム
合金としてもよい。また、白金黒を含む白金やアルミニ
ウムに代えてクロムや鉄、ニッケル等を用いてもよい。
この場合にも、タングステンの表面に複数の金属膜を融
点の高い順に内側から外側に積層すると、合金化する際
に外側から順に溶けるので、表面を滑らかに仕上げるこ
とができる。さらに、上記実施の形態では、純金、アル
ミニウムを用いたが、金は金蝋(例えばBAu−4)、
アルミニウムはアルミニウム蝋(例えばBAl−1)や
目的によっては、ニッケル蝋(例えばBNi−2、BN
i−7)に置き換えることも可能である。
Also, if high melting point noble metals such as iridium, osmium and ruthenium are added to platinum, the high-temperature characteristics can be improved, or magnesium can be added to aluminum, and instead, any material having a work function φ lower than that of tungsten can be used. It is well known that it can be used, and such modifications can be made as appropriate. in short,
The present invention is alloyed so that the purity of the surface of tungsten does not increase, and reduces the work function φ on the entire alloyed surface, and also covers with a protective film such as an oxide film to reduce the sputtering effect. Is to do so. At that point, it is convenient to use aluminum. Alternatively, an aluminum alloy may be used instead of aluminum to be a gold aluminum alloy or a gold aluminum magnesium alloy. Further, chromium, iron, nickel or the like may be used instead of platinum or aluminum including platinum black.
Also in this case, if a plurality of metal films are laminated from the inside to the outside in the order of melting point on the surface of tungsten, they are melted from the outside when alloying, so that the surface can be finished smoothly. Further, in the above embodiment, pure gold and aluminum are used, but gold is gold wax (for example, Bau-4),
Aluminum is aluminum wax (eg, BAl-1) or nickel wax (eg, BNi-2, BN) depending on the purpose.
i-7).

【0025】[0025]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多結晶タングステンを金属膜で被覆し合金化
したので、タングステンが酸化されずフィラメントが切
れなくなり、従来品と比べて格段に長寿命の熱電子放出
フィラメントを提供できる。また、多結晶タングステン
又はタングステンレニウム合金を金属膜で被覆し、タン
グステン貴金属合金を作製したので、清浄タングステン
の持つゲッター効果をなくすことができ、低真空で使用
可能となり、ガスの表面拡散係数による雑音を消すこと
ができる。しかも、使用中にタングステンの純度が高く
ならず、したがってウイスカーができなくなり、ウイス
カーによる高圧放電を止めることができる。さらに、多
結晶タングステン又はタングステンレニウム合金より仕
事関数φの小さいアルミニウム、酸化アルミニウムで、
熱電子放出部を作製したので、低温で熱電子放出が可能
となり、タングステンの昇華を押さえることができ、熱
電子放出部の金属合金を含む酸化アルミニウムは、電界
により加速されたイオンのスパッタ効果を低減しスパッ
タ雑音を低減する作用があるので、熱雑音を低減するこ
とができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, polycrystalline tungsten is coated with a metal film and alloyed, so that tungsten is not oxidized and filaments are not cut, so that the present invention is much more remarkable than conventional products. And a long-lived thermionic emission filament can be provided. In addition, since a polycrystalline tungsten or tungsten rhenium alloy is coated with a metal film to produce a tungsten precious metal alloy, the getter effect of clean tungsten can be eliminated, and it can be used in a low vacuum, and the noise due to the gas surface diffusion coefficient can be reduced. Can be turned off. In addition, the purity of tungsten does not increase during use, so that whiskers cannot be formed, and high-pressure discharge by whiskers can be stopped. Furthermore, aluminum, aluminum oxide having a smaller work function φ than polycrystalline tungsten or tungsten rhenium alloy,
Since the thermionic emission part was manufactured, it is possible to emit thermionic electrons at low temperature, suppress the sublimation of tungsten, and the aluminum oxide containing the metal alloy of the thermionic emission part has a sputtering effect of ions accelerated by the electric field. Since it has the effect of reducing spatter noise, thermal noise can be reduced.

【0026】先端熱電子放出部に対し、先端機能維持部
を形成し先端熱電子放出部を低い仕事関数φの物質で長
時間覆うことができるようになり、支持部を耐酸化性の
金属と白金、金で構成し、タングステンとの高融点金属
化合物で覆ったので、ガス浸食に対し金属の表面熱拡散
を利用した自己修復作用を持たせることができ、微小放
電の発生を押さえることができる。
A tip function maintaining portion is formed for the tip thermoelectron emission portion so that the tip thermoelectron emission portion can be covered with a material having a low work function φ for a long time, and the support portion is made of an oxidation-resistant metal. Constructed of platinum and gold, and covered with a high-melting metal compound with tungsten, it can have a self-healing effect using gas surface erosion by utilizing the surface thermal diffusion of metal, and can suppress the generation of minute discharge. .

【0027】本発明によるフィラメントは、低真空走査
電子顕微鏡や長時間定量測定を行うX線マイクロアナラ
イザー、ESCA、大型ウェハー用の長時間露光を行う
電子線描画装置に安価に提供できる電子源として工業的
意味は大きい。
The filament according to the present invention can be used as an industrial source as an inexpensive electron source for a low vacuum scanning electron microscope, an X-ray microanalyzer for long-term quantitative measurement, ESCA, and an electron beam lithography apparatus for long-time exposure for large wafers. The meaning is great.

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

【図1】 本発明に係る熱電子放出フィラメント及びそ
の製造方法の実施の形態を説明するための図である。
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a thermionic emission filament and a method of manufacturing the same according to the present invention.

【図2】 アルミニウムー金合金の相図を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a phase diagram of an aluminum-gold alloy.

【図3】 ヘアピンフィラメントの例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a hairpin filament.

【図4】 ポイントフィラメントの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a point filament.

【図5】 シャープドフィラメントの例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a sharpened filament.

【図6】 セミポイントフィラメントの例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a view showing an example of a semi-point filament.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…多結晶タングステン又はタングステンレニウム合
金、2…WCなど高融点タングステン合金、3…白金黒
を含む白金薄膜、4…金薄膜、5…アルミニウム、6…
各種金属を含む酸化アルミニウム、A…先端熱電子放出
部、B…先端機能維持部、C…支持部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polycrystalline tungsten or tungsten rhenium alloy, 2 ... High melting point tungsten alloy, such as WC, 3 ... Platinum thin film containing platinum black, 4 ... Gold thin film, 5 ... Aluminum, 6 ...
Aluminum oxide containing various metals, A: tip thermoelectron emission section, B: tip function maintaining section, C: support section

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フィラメントを構成する多結晶タングス
テン又はタングステンレニウム合金を加熱してフィラメ
ントの先端部より熱電子を放出する熱電子放出フィラメ
ントであって、フィラメントの先端部から支持部にかけ
て多結晶タングステン又はタングステンレニウム合金の
表面に複数の金属膜を融点の高い順に内側から外側に積
層して合金化したことを特徴とする熱電子放出フィラメ
ント。
1. A thermionic emission filament that heats polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy constituting a filament and emits thermoelectrons from the tip of the filament. A thermionic emission filament characterized in that a plurality of metal films are laminated on the surface of a tungsten rhenium alloy from the inside to the outside in ascending order of melting point and alloyed.
【請求項2】 前記複数の金属膜には、少なくとも金を
含むことを特徴とする請求項1記載の熱電子放出フィラ
メント。
2. The thermionic emission filament according to claim 1, wherein the plurality of metal films include at least gold.
【請求項3】 前記金属膜は、白金黒を含む白金と金と
アルミニウムからなることを特徴とする請求項2記載の
熱電子放出フィラメント。
3. The thermionic emission filament according to claim 2, wherein the metal film is made of platinum containing platinum black, gold and aluminum.
【請求項4】 前記複数の金属膜の最も外側に多結晶タ
ングステン又はタングステンレニウム合金より仕事関数
の小さい金属又は金属酸化物を積層したことを特徴とす
る請求項1記載の熱電子放出フィラメント。
4. The thermionic emission filament according to claim 1, wherein a metal or a metal oxide having a work function smaller than that of polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy is laminated on the outermost of the plurality of metal films.
【請求項5】 最も外側に多結晶タングステン又はタン
グステンレニウム合金より仕事関数の小さい金属とし
て、アルミニウムを積層したことを特徴とする請求項4
記載の熱電子放出フィラメント。
5. The method according to claim 4, wherein aluminum is laminated on the outermost side as a metal having a work function smaller than that of polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy.
A thermionic emission filament as described.
【請求項6】 金アルミニウム合金を積層し多結晶タン
グステン又はタングステンレニウム合金と合金化したこ
とを特徴とする請求項1記載の熱電子放出フィラメン
ト。
6. Thermionic emission filament according to claim 1, wherein a gold aluminum alloy is laminated and alloyed with a polycrystalline tungsten or tungsten rhenium alloy.
【請求項7】 金アルミニウムマグネシウム合金を積層
し多結晶タングステン又はタングステンレニウム合金と
合金化したことを特徴とする請求項1記載の熱電子放出
フィラメント。
7. The thermionic emission filament according to claim 1, wherein a gold aluminum magnesium alloy is laminated and alloyed with a polycrystalline tungsten or tungsten rhenium alloy.
【請求項8】 フィラメントを構成する多結晶タングス
テン又はタングステンレニウム合金を加熱してフィラメ
ントの先端部より熱電子を放出する熱電子放出フィラメ
ントの製造方法であって、フィラメントの先端部から支
持部にかけて多結晶タングステン又はタングステンレニ
ウム合金の表面に複数の金属膜を融点の高い順に内側か
ら外側に積層したことを熱電子放出フィラメントの製造
方法。
8. A method for producing a thermionic emission filament which heats polycrystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy constituting a filament and emits thermoelectrons from the tip of the filament. A method for manufacturing a thermionic emission filament, comprising laminating a plurality of metal films on the surface of crystalline tungsten or a tungsten-rhenium alloy from the inside to the outside in ascending order of melting point.
【請求項9】 少なくとも金とアルミニウムを積層した
ことを特徴とする請求項8記載の熱電子放出フィラメン
トの製造方法。
9. The method for producing a thermionic emission filament according to claim 8, wherein at least gold and aluminum are laminated.
【請求項10】 少なくとも表面が白金黒である白金と
金とアルミニウムを積層したことを特徴とする請求項8
記載の熱電子放出フィラメントの製造方法。
10. The method according to claim 8, wherein platinum having at least a surface of platinum black, gold and aluminum are laminated.
A method for producing the thermionic emission filament according to the above.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005259606A (en) * 2004-03-12 2005-09-22 Anelva Corp Filament for thermal electron emission
JP2006114242A (en) * 2004-10-12 2006-04-27 Jeol Ltd Filament assembly, electron gun and electron beam device
DE102006058098B3 (en) * 2006-12-09 2008-04-03 Volodymyr Granovskyy Cathode for scanning electron microscope, has wire section split up at end that is divided into two parts attached to electrodes, and pointed radiating region formed at another end of wire section
WO2011043353A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 株式会社 アルバック Filament for electron gun and method for producing same
WO2019109752A1 (en) * 2017-12-07 2019-06-13 华中科技大学 High temperature anti-oxidation coating for tungsten-rhenium thermocouple and application thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005259606A (en) * 2004-03-12 2005-09-22 Anelva Corp Filament for thermal electron emission
JP2006114242A (en) * 2004-10-12 2006-04-27 Jeol Ltd Filament assembly, electron gun and electron beam device
DE102006058098B3 (en) * 2006-12-09 2008-04-03 Volodymyr Granovskyy Cathode for scanning electron microscope, has wire section split up at end that is divided into two parts attached to electrodes, and pointed radiating region formed at another end of wire section
WO2011043353A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 株式会社 アルバック Filament for electron gun and method for producing same
JP5236814B2 (en) * 2009-10-08 2013-07-17 株式会社アルバック Filament for electron gun and manufacturing method thereof
WO2019109752A1 (en) * 2017-12-07 2019-06-13 华中科技大学 High temperature anti-oxidation coating for tungsten-rhenium thermocouple and application thereof

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