JPS5829570B2

JPS5829570B2 - デンカイホウシユツガタデンシジユウ

Info

Publication number: JPS5829570B2
Application number: JP50136000A
Authority: JP
Inventors: 龍三相原
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1975-11-12
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1983-06-23
Also published as: JPS5260059A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電界放出型電子銃Ｑつエミッタ保護回路に関
する。

電界放出型電子銃は、高輝度及び微小光源と云うことで
、特に走査型電子顕微鏡の電子源として脚光をあび、使
用され始めている。

従来広く用いられている電界放出型電子銃の殆んどはエ
ミッタを加熱しないで運転する所謂コールド・エミッシ
ョンタイプであり、このタイプの電子銃では、電子銃室
を１０−１０Ｔｏｒｒ以上の超高真空に保たないと性能
が不安定となるため真空に要する機構が複雑、大型化す
る欠点を有している。

このため、エミッタを加熱して比較的高い圧力でも使用
可能な所謂Ｔ、Ｆ、Ｅ方式（サーマル・フィールド・エ
ミッション）により、タングステンで形成されたエミッ
タの先端におりる特定結晶方位を電界によってビルド・
アップさせて使用させる方法が真空機構の簡略化のため
に試みられている。

しかし乍ら、Ｔ、Ｆ、Ｅ方式による電子銃では、運転中
突如としてエミッタが真空アーク放電を発生し、エミッ
タを損傷する率か極めて太きい。

この様に決定的な損傷を受けたエミッタは電子銃室の真
空を破って交換する必要かあり、長時間に亘って運転か
中断されることになる。

本発明は、Ｔ、Ｆ−Ｅ方式におけるエミッタ保護を目的
とするもので、真空アーク放電が発生する前の段階でエ
ミッタの決定的な損傷を回避し、異常事態の発生後、電
子銃室の真空を破ることなく無電界の下でエミッタをフ
ラッシング加熱処理することにより、再度使用し得る状
態に修復することを可能とするものである。

第１図は従来のＴ、Ｆ、Ｅ方式を用いた電子銃を示す略
図で、高真空に保たれた電子銃室１の内部にはエミッタ
２、第１アノード３、第２アノード４等の電極が収納さ
れており、エミッタ２は加熱用フィラメント５に保持さ
れている。

加熱用フィラメント５には電子銃室外に設けられた絶縁
トランス６を介して交流加熱電源７から加熱電流が供給
される。

エミッタ２の電位は前記絶縁トランス６の二次側中点に
接続された直流高電圧電源８により一３０ｋＶ程度に保
たれている。

又、第１アノード３とエミッタ２との間に５ｋＶ程度の
電位差を与えるための引出し電圧電源９が挿入されてい
る。

エミッタ２から電界放出によって発生した電子ビームの
殆んどは第１アノード３に吸収されるが一部は第１アノ
ード３及び第２アノード４の孔を通過して電子銃からの
電子線として利用される。

この様な装置において、例等かの原因で残留ガス分子等
かイオン化すると、イオン粒子は電子と全く逆方向に加
速されて非常な高速度でエミッタ３に衝突する。

その結果エミッタ先端の曲率半径が局部的に小さくなり
、エミッタ電流が急激に増加して、真空アーク放電を発
生し、エミッタ先端が再生不可能な程度に破壊されてし
まう。

本発明はエミッタと第１アノードの間に定電流ダイオー
ドを設けることにより、前述した問題を解決することを
目的とするもので、以下図面に基づいて本発明の種々の
実施例について説明する。

第２図の実施例装置は、第１図の装置におけるエミッタ
２と引出し電圧電源９との間に、定電流素子ＡＩ＋
Ａ２・・・Ａｎを直列に挿入し、該素子の最大動作電圧
以上の電圧が印加されない様に定電圧ダイオードＤ１．
Ｄ２・・・Ｄ、を各定電流素子に並列に接続したもので
ある。

更に、フィラメント５の加熱用回路には浮遊容量を小さ
くするための変圧器１０が新たに追加されている。

この様な定電流素子の使用により、エミッタ２から引出
し電源９へ流れるエミッタ電流と定電流素子に印加され
る電圧の関係は第３図に示す関係を満たすことになる。

第３図中、Ｐに示す点は通常の動作状態における中心位
置を表わし、伺等かの原因によってエミッタ電流が増加
しても一定値（１５０μＡ）以上には増加することがな
く、エミッタを保護することができる。

又、図中Ａは定電圧ダイオードＤ１．Ｄ２・・・Ｄ、が
作動を始める値を示している。

ＴＦＥ方式の電子銃においても数％のコミッション電流
の変動は避けられないが、この様な変動によって第２図
に示す装置のエミッタと第１アノード間の電圧は、第３
図に示す関係からも明らかの様に、多少変化する。

この様な電圧変動はエミッタから放出される電子ビーム
の加速電圧に対する変動となり、電子光学系における色
収差を発生させる原因となる。

第４図に示す装置は、加速電圧の変動を低く抑えるため
に引出し電圧電源９と第１アノードとの間に定電流素子
Ａ１．Ａ２・・・Ａｎと定電圧ダイオードＤ１．Ｄ２・
・・Ｄ、を挿入したものである。

この様な装置においては、エミッタ電位の代わりに第１
アノードの電位が変動することになるので電子線加速電
圧の変動は第３図の装置に比較して極めて低く抑えるこ
とができる。

しかし乍ら、第１アノードの電位が変動するために、第
２アノード４との間に形成されている静電レンズ場も変
動することになる。

該静電レンズ場は第１アノードから入射する発散電子線
に集束作用を与えて第２アノードの中心孔を通過させて
いるので、静電レンズの変動は第２アノードを通過する
電子線の電流値に変動を与えることになり、あまり好ま
しくない。

第５図に示す実施例装置は、第４図の装置の欠点を解決
するため、第１アノードの上部に補助電極１１を設けた
もので、補助電極１１の形状と位置は第１アノードとの
間の静電レンズ作用が殆んど生じない様に考慮されてい
る。

該補助電極１１と引出し電圧電源９との間に保護素子Ｄ
ｎ＋、。

Ｄｎ＋２・・・Ｄｎ＋□及びＡｎ十０．Ａｎ＋２・・・
Ａｎ＋□が挿入されており、第６図すに示す曲線中Ｃの
領域が動作範囲となる様に設計されている。

一方、エミッタ２と引出し電源９との間には保護素子Ｄ
１．Ｄ２・・・Ｄｎ及びＡ４、Ａ２・・・Ａｎが挿
入されており、第６図ａに示す曲線上のＢ点近傍で動作
する様に設計されており、エミッタ電流の変動を低く抑
える作用を与えている。

所で、現在比較的容易に手に入れることのできる定電流
ダイオードは２００μＡ程度を最小定格電流とするもの
が多く、一般的な電子顕微鏡における如く５０μＡ〜ｉ
ｏｏμＡ程度の出力電流を発生する電子銃に対して、前
述した装置をそのまま適用できない場合も生じる。

第７図及び第８図に示す実施例装置は、この様な問題を
解決するためのもので、最小定格２００μＡの定電流ダ
イオードＡＨｙＡ２、・・・Ａｎ、Ａｎ＋１、
Ａｎ＋１．Ａｎ＋２・・・Ａｎ＋□を用いて５０μＡの
電子ビームが得られる様に構成しである。

即ち、定電流ダイオードＡ１．Ａ２．・・・Ａｎに２５
０μＡの電流を流し、エミッタと第１アノードを直接に
接続する位置に挿入した定電流ダイオードＡｎ十１．Ａ
ｎ＋２・・・Ａｎ＋□に２００μＡの電流が流れる様に
設定すれば、エミッタ電極からの電子線電流値を略５０
μＡに保つことができる。

この場合、第１アノードの中央孔を通過する電子線は第
１アノードに吸収される電子線に比較して極めて僅かで
あるので、エミッタから放出される電子線の殆んどが定
電流ダイオードＡＩ、Ａ２・・・Ａｎを通過するも
のとみなすことができる。

第８図は第１図と同じく、定電流ダイオードの最小定格
値よりも小さなエミッタ電流を得るための実施例装置を
示し、第２図の装置に対応するものである。

該実施例装置においては、定電流ダイオードＡ１．Ａ２
・・・Ａｎに流れる電流と定電流ダイオードＡｎ十１．
Ａｎ＋２・・・Ａｎ十□に流れる電流との差電流がエミ
ッタ電流として取り出される様に構成されており、エミ
ッタ電流を微小値に設定することができる。

所で、前述した第２図、第４図、第５図及び第７図の実
施例装置における絶縁トランス１０の浮遊静電容量は放
電電流を低く抑えるためできるだけ小さな値にすること
が望ましい。

しかし乍ら、絶縁トランス１０の浮遊容量を小さくでき
ない場合には、第８図の実施例装置の如く、絶縁トラン
ス１０とフィラメントとの間にインダクター１２を設け
ることにより浮遊容量による影響を減じることができる
。

該インダクター１２はフィラメントを加熱する電流によ
って磁気飽和を起さない様なコアに巻回することが必要
であり、場合によっては、図示の様に絶縁トランス１０
とインダクター１２の間に整流回路１３を設ければフィ
ラメント加熱におけるインダクターの影響を除くことが
できる。

以上に詳説した如く、本発明によれば電界放出型電子銃
における十分なエミッタ保護が行われることになり、電
子顕微鏡等に用いて大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電界放出型電子銃を示す略図、第２図は
本発明の実施例装置を示す略図、第３図は第２図の装置
の動作を説明するための略図、第４図及び第５図は夫々
本発明の他の実施例装置を示す略図、第６図は第５図の
装置の動作を説明するための略図、第１図及び第８図は
夫々本発明の他の実施例装置を示す略図である。１・・・・・・電子銃室、２・・・・・・エミッタ、３
・・・・・・第１アノード、４・・・・・・第２アノー
ド、５・・・・・・フィラメント、６．１０・・・・・
・絶縁トランス、７・・・・・・交流加熱電源、８・・
・・・・直流高圧電源、９・・・・・・引出し電圧電源
、１１・・・・・・補助電極、１２・・・・・・インダ
クター、１３・・・・・・整流回路、Ａ１．Ａ２・・・
Ａｎ、Ａｎ十、・・・Ａ、＋□・・・・・・定電流ダイ
オード、Ｄｌ、Ｄ２・・・Ｄｎ。Ｄｎ＋１・・・Ｄｎ＋□・・・・・・定電圧ダイオード
。

Claims

【特許請求の範囲】

１負の高電位に保たれたエミッタに対向して設けられ
、エミッタ先端に電界放出のための強電界を発生させる
第１アノード、該第１アノードを通過した電子線を加速
するための第２アノード及び前記第１アノードと前記エ
ミッタとの間に電位差を与える直流引出し電圧電源を具
備した装置において、前記エミッタと第１アノードの間
へ並列接続された定電圧ダイオードと定電流ダイオード
の組を複数個直列に挿入したことを特徴とする電界放出
型電子銃。