JPS61104539A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオンビーム形成用イオン源に係り、特に液体
金属イオン源又は表面電離型イオン源に関する。

〔発明の背景〕

従来の多孔質エミッタ材を用いたイオン源、すなわち液
体金属イオン源及び表面電離型イオン源は、基本的には
特開昭５８−３００５５号公報や第１図に示したように
多孔質エミッタ材１１、イオン源材料溜１２、イオン源
材料１３から構成されている。イオン源材料の供給法に
より、必要に必してイオン源材料１３の蒸発防止用の蓋
１４を設け、イオン源材料加熱用ヒータ１５を備える。

多孔質エミッタ材１１としては、仕事関数の高いＷ　、
　Ｍ　。

などが利用され、その他に、還元性元素（Ｓｉなど）な
どが利用される。また、針状チップを植設したりして用
いられる。イオン源材料１３の供給方法としては、イオ
ン源材料溜１２に、金属単元素を直接挿入したり、使用
時に別の溜から供給する方法が採られている。また、金
属単４元素では危険な元素、例えばＣｓなどは、空気中
で安定な化合物と還元性元素との混合状態で挿入し、加
熱によって、Ｃｓを得る方法、また、化合物の熱分解に
よって得る方法などがある。高い電流密度を得るために
、エミッタ材近傍を加熱しなければならない。加熱する
と、イオン源材料１３が必要以−ｈに無駄に消費する。

イオン源の長寿命化を考える時、無駄な消費を減らす必
要がある。イオン源材料の消費を減らすには、多孔質エ
ミッタ材］１の空孔率に小さくすれば良い。し、かし、
多孔質エミッタ材１１の細孔がすべて連通孔であるため
の空孔率は１゛７％と言われている。空孔率だけで、イ
オン源材料の無駄な消費を減らすには自ずと限界がある
。

〔発明の目的〕

本発明のｌ］的は、イオン源材料の消費址を′：Ｉント
ロールしたイオン源を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明のに１的を達成するためには、多孔質エミッタ材
への金属元素または化合物イオン源材料の供給を制限す
る必要がある。それには、加熱温度を低くすれば良いが
、この場合には高い電流密度が得られないなど難点があ
る。多孔質エミッタ材とイオン源材料との間に、必要最
小限の量の金属元素または化合物イオン源材料を通過さ
せる制御層を設ければ良い。制御層は、金属もしくは絶
縁体から作製し、制御層には、１個あるいは複数個の小
孔を開けて用いられる。この小孔の形状は問わない。ま
たこの小孔の面積によって、制御層を通過するイオン源
材料の通過量が律速される。多孔質エミッタ材へのイオ
ン源材料の供給量は、制御層を設けない場合に比べ、無
駄な消費を抑えることができ、イオン源の長寿命化が計
れる。

小孔の面積は、多孔質エミッタ材の面積にもよるが、エ
ミッタ材の直径が１〜２ｍのとき、０．００５−０　、
２　ｎｙｎ程度が好ましく、０．０２−０．．１ｍの範
囲がより好ましい。制御層の材質は、イオン源材料と反
応せず耐熱性を有する材質であればどのようなものでも
よいが、Ｔａ、Ｍｏなどが好ましい。

多孔質エミッタ材の材質は、従来から用いられているも
のをそのまま用いればよい。例えば、Ｗ。

Ｍｏなどを用いることができ、またＣｓ化合物をイオン
源材料とするときはＳｉなどを用いることができる。

このイオン源を表面電離型イオン源として用いるときは
、後述する実施例で説明するが、第２図（ａ）のように
多孔質エミッタ材の表面は平坦であるのが普通である。

しかし、液体金属イオン源として用いるときは、イオン
源材料が溶融状態で多孔質エミッタ材の表面に到達し、
電界によってイオンとして引出される必要があるので第
２図（ｂ）、（ｃ）のように多孔質エミッタ材の先端を
尖らせるか針状チップをつけるのがよい。針状チップは
従来公知の材質、例えばＷ、Ｍｏなどを使用すればよい
。

イオン源材料は、従来公知の材料が用いられる。

例えば表面電離型イオン源として用いるときは、Ｃ５ｃ
Ｑ、Ｃｓ　Ｔ、　ＢａＣＱ、Ｂａ　Ｔ、Ｌｉ　ＦｔＮ　
ａ　ＣＱなど、液体金属イオン源として用いるときは、
Ａｎ、Ｉｎ、Ｃｒ＋　Ｓｉｎ　Ａｕなどの金属、ＣｓＣ
ｒＯ４＋Ｓｉなどの混合物が用いられる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第２図により示す。第２図は本
発明の制御層２６，３６．４６を設けた表面電離型イオ
ン源２７および液体金属イオン源３７．４．７である。

図に示した様に３通りの形状した制ｆ１層につい−Ｃ実
施したが、はじめに第２図（、）の場合について説明す
る。

先ず、Ｗ粉からプレス成形、焼結して作製した直径１．
．５＋ｎｍ、厚さ０．６５　ｍｎ、空孔率２０．６％の
多孔質Ｗエミッタ材２１、厚さ３０μｒｎのＴａ板から
深絞り加工により、外径ｉ、５　ｔｒｔｈｌ、高さ０．
４　冊のカップを用意し、直径０．０４＋＋ｗｎの小孔
を１個をＴａカップの底に開けて、制御層２６を作饗し
た。またＴａパイプの引抜き加工により、内径１．．５
＋ｎ＋ｎ、肉厚３５μｍ、長さ１．Ｏｍｎの１゛ａパイ
プをイオン源材料溜２２として用意した。

１゛ａパイプのイオン源材料溜２２と多孔質エミッタ材
２１．１゛ａカツプの制御層２６を、Ｍｏ−Ｒｕローを
用いてロー付けした。Ｃｓ、、Ｃｒ・０７．と還元剤で
ある８１を混合し、イオン源材料２３として、イオン源
材料溜２２に詰め、さらに、イオン源材料蒸発防ＩＬ用
の蓋２４を設け、イオン源２７を作製した。このイオン
源２７をヒータ２５により加熱し、次の還元反応式によ
り、Ｃ８を作製し、Ｃｓイオンビームを引き出した。

４　Ｃ５２Ｃｒｙ、　＋　５３ｉ−＋　２Ｃｒ２０３＋
８Ｃｓ＋　５Ｓｊ０２制御層２６を設けない場合と、本
実施例で説明した制御層２６を設けた場合で、Ｃｓの消
費敏を比較した結果、前者に比べて約１桁小さかった。

本発明のイオン源を用いる場合、従来に比べて約１０倍
の長時間に耳ってＣｓイオンビームを引き出せた。

次に液体金属イオン源における実施例を示す、第２図（
ｂ）および（ｃ）に液体金属イオン源の場合のエミッタ
の形状を示す。（ｂ）は多孔質エミッタであり、電解研
摩法で先端をとがらせた。

（ｃ）は多孔質焼結体の先端にタングステン製の針状チ
ップ４８を設けている。ｈ記の先端形状以外の多孔質エ
ミッタの材質、成形および焼結法は、すべて前記の実施
例と同じである。また制御層３６．４６における孔径も
第１の実施例と同様の寸法のものを採用した。

液体金属イオン源モードでは、イオン源材料を溶融状態
でチップ先端に供給することが必須であり、Ｃ８ＣＱの
ような昇華性物質をイオン源材料として利用することは
困鮮である。本実施例では、イオン源材料としてＡｎ、
Ｔｎ、Ｇａなどを用い、安定なイオンビームを形成させ
、従来法に比較して１０〜２０倍の長寿命化を達成でき
た。

多孔質エミッタ材２１，３１，４１．イオン源溜２３，
３３．４３およびΦ１状チップ４８は、イオン源材料２
３．．３３との反応性、耐熱性などによって決定するが
、本実施例では炭素、ランタンポライド、タングステン
、モリブデンなどについても実施し、良好な結果髪得た
。

〔発明の効果〕

本発明の制御層は、その構造は極めて簡貼で、しかも、
制御層内の小孔の面積によって所望の鼠のイオン源材料
を多孔質エミッタ材に供給出来、無駄な消費を抑えるこ
とが出来る。イオン源の長寿命化が計れるなど優れた効
果を有する。また、本発明の制御層は、表面電離型イオ
ン源、電界電離型イオン源など、幅広く応用できる特徴
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型のイオン源の断面図、第２図は本発明に
よるイオン源の断面図である。 １１．２１，３１．４１・・・多孔質エミッタ材、１．
２，２２，３２．４２・・・イオン源材料溜、１３゜２
３．３３．４３・・・イオン源材料、１４，２４゜３４
．４４・・・イオン源材料蒸発防止用蓋、１５゜２５．
３５．４５・・・加熱用ヒータ、２Ｂ、３６゜４６・・
・小孔を有する制御層、２７，３７．４７・・・コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多孔質エミッタ材、イオン源材料溜及びイオン源材
   料からなるイオン源において、多孔質エミッタ材とイオ
   ン源材料間に、１個もしくは複数個の小孔を有する制御
   層を設けたことを特徴とするイオン源。 ２、上記イオン源材料溜を密閉した構造としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 ３、上記制御層は、Ｔａからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載のイオン源。