JPS6129093B2 - - Google Patents
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- JPS6129093B2 JPS6129093B2 JP16392879A JP16392879A JPS6129093B2 JP S6129093 B2 JPS6129093 B2 JP S6129093B2 JP 16392879 A JP16392879 A JP 16392879A JP 16392879 A JP16392879 A JP 16392879A JP S6129093 B2 JPS6129093 B2 JP S6129093B2
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- Japan
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- hot cathode
- brightness
- cone angle
- single crystal
- bias voltage
- Prior art date
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- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/15—Cathodes heated directly by an electric current
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高輝度電子銃、特に六硼化カルシウ
ム型（CaB6型）結晶構造を有する硼化物の単結
晶を熱陰極として用いた三電極からなる高輝度電
子銃に関するものである。
ム型（CaB6型）結晶構造を有する硼化物の単結
晶を熱陰極として用いた三電極からなる高輝度電
子銃に関するものである。
本発明に係る六硼化カルシウム型結晶構造を有
する硼化物は一般式MeB6（但し式中のMeはアル
カリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属を
示す。）で表わされるが、その具体例としては
LaB6、EuB6、SmB6、BaBb，CaB6等があげられ
る。
する硼化物は一般式MeB6（但し式中のMeはアル
カリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属を
示す。）で表わされるが、その具体例としては
LaB6、EuB6、SmB6、BaBb，CaB6等があげられ
る。
このような六硼化カルシウム型結晶構造を有す
る硼化物の単結晶（以下単結晶という）を用いた
熱陰極、例えばLaB6単結晶の場合仕事函数が小
さいことや熱的に安定な結晶面として知られてい
る〔110〕、〔100〕の軸方位を選んでも、円錐角が
60〜90゜、曲率半径１〜100μｍの形状のものを
熱陰極として使用してもその焼結体を用いたもの
に比べて著しい輝度の向上が認められなかつた。
る硼化物の単結晶（以下単結晶という）を用いた
熱陰極、例えばLaB6単結晶の場合仕事函数が小
さいことや熱的に安定な結晶面として知られてい
る〔110〕、〔100〕の軸方位を選んでも、円錐角が
60〜90゜、曲率半径１〜100μｍの形状のものを
熱陰極として使用してもその焼結体を用いたもの
に比べて著しい輝度の向上が認められなかつた。
すなわち、従来は結晶面によつて仕事函数が小
さくなることは知られているが、例えば熱陰極、
ウエーネルト電極（又はグリツト電極）および陽
極からなる三電極電子銃においては、円錐角に60
゜から90゜の範囲のものを選択した場合、熱陰極
温度を1550℃以上で、かつウエーネルト電極に大
きな負のバイアス電圧を印加することによつてク
ロスオーバー像を１つに絞らなければ走査極電子
顕微鏡、電子ビーム露光の分野では使用できなか
つた。何となれば、熱陰極の軸方位が〔100〕、
〔110〕、〔111〕の場合は、熱陰極温度が1450〜
1550℃の間で、バイアス電圧の調節によつてクロ
スオーバー像が１つにまとまる直前は輝度が高い
が、ビーム電流が不安定で使用しにくいことか
ら、さらにバイアス電圧を大きくしてクロスオー
バー像を均一な１つのスポツトにまとめて使用し
ていた。この様な条件ではビーム電流は安定化す
るが、輝度は低下するという欠点があつた。
さくなることは知られているが、例えば熱陰極、
ウエーネルト電極（又はグリツト電極）および陽
極からなる三電極電子銃においては、円錐角に60
゜から90゜の範囲のものを選択した場合、熱陰極
温度を1550℃以上で、かつウエーネルト電極に大
きな負のバイアス電圧を印加することによつてク
ロスオーバー像を１つに絞らなければ走査極電子
顕微鏡、電子ビーム露光の分野では使用できなか
つた。何となれば、熱陰極の軸方位が〔100〕、
〔110〕、〔111〕の場合は、熱陰極温度が1450〜
1550℃の間で、バイアス電圧の調節によつてクロ
スオーバー像が１つにまとまる直前は輝度が高い
が、ビーム電流が不安定で使用しにくいことか
ら、さらにバイアス電圧を大きくしてクロスオー
バー像を均一な１つのスポツトにまとめて使用し
ていた。この様な条件ではビーム電流は安定化す
るが、輝度は低下するという欠点があつた。
本発明はCaB6型硼化物単結晶を用いた熱陰極
の軸方位が、〈001〉、〈011〉、〈111〉から選ばれた
結晶方位と一致したものからなり、しかもその円
錐角が100゜以上180゜未満であることを特徴とす
る熱陰極の温度が1450℃から1600℃の間の任意の
温度において高輝度を得るようにバイアス電圧を
調整しうる三電極からなる高子銃である。
の軸方位が、〈001〉、〈011〉、〈111〉から選ばれた
結晶方位と一致したものからなり、しかもその円
錐角が100゜以上180゜未満であることを特徴とす
る熱陰極の温度が1450℃から1600℃の間の任意の
温度において高輝度を得るようにバイアス電圧を
調整しうる三電極からなる高子銃である。
本発明において、熱陰極の軸方位が〈001〉、
〈011〉、〈111〉から選ばれたCaB6型硼化物単結晶
のものを用いるが、CaB6型告晶構造を有する六
硼化物は体心立方型の結晶構造であるので、
〔001〕と〔010〕、〔100〕または〔011〕と〔110〕
とは結晶学的に特価であつて、単に表記上の相異
にすぎず、熱陰極として用いた場合、前記した軸
方位のものと同様、高輝度で、800〜1000時間も
使用可能である。
〈011〉、〈111〉から選ばれたCaB6型硼化物単結晶
のものを用いるが、CaB6型告晶構造を有する六
硼化物は体心立方型の結晶構造であるので、
〔001〕と〔010〕、〔100〕または〔011〕と〔110〕
とは結晶学的に特価であつて、単に表記上の相異
にすぎず、熱陰極として用いた場合、前記した軸
方位のものと同様、高輝度で、800〜1000時間も
使用可能である。
本発明において、バイアス電圧は、陰極に直列
に入れた抵抗に生ずる電圧降下を用いるセルフバ
イアス方式と、独立の高圧電源を使用した固定バ
イアス方式およびこの両者の併用のいづれのもの
でも良いが、高輝度を得るための最適バイアス電
圧は、熱陰極の方位、円錐角、温度ばかりでな
く、ウエーネルト電極の形状、熱陰極とウエーネ
ルトの距離、加速電圧などによつて異なるので、
ある程度選択の範囲を広くしておく必要がある。
本発明において、円錐角を100゜以上180゜未満と
した理由は、100゜未満では高輝度が得られる
が、その寿命は短く、180゜以上になると、クロ
スオーバーを形成させる様な電子銃には適さない
からである。また熱陰極温度を1450℃から1600℃
とした理由は、1450℃未満では、陰極の表面に吸
着した酸素、炭素等の影響で電子ビームが10〜20
％／Hrの不安定性を示すからである。一方1600
℃をこえると、100゜未満の円錐角の熱陰極でも
安定なクロスオーバーが得られるが、温度が高い
ために熱陰極の消耗が激しく、寿命が短かくなる
ので好ましくないからである。例えばLaB6や
SmB6等の六硼化物の熱陰極は温度1500℃の時
1000時間の寿命があるが、1600℃をこえると100
〜200時間に寿命が短縮される。
に入れた抵抗に生ずる電圧降下を用いるセルフバ
イアス方式と、独立の高圧電源を使用した固定バ
イアス方式およびこの両者の併用のいづれのもの
でも良いが、高輝度を得るための最適バイアス電
圧は、熱陰極の方位、円錐角、温度ばかりでな
く、ウエーネルト電極の形状、熱陰極とウエーネ
ルトの距離、加速電圧などによつて異なるので、
ある程度選択の範囲を広くしておく必要がある。
本発明において、円錐角を100゜以上180゜未満と
した理由は、100゜未満では高輝度が得られる
が、その寿命は短く、180゜以上になると、クロ
スオーバーを形成させる様な電子銃には適さない
からである。また熱陰極温度を1450℃から1600℃
とした理由は、1450℃未満では、陰極の表面に吸
着した酸素、炭素等の影響で電子ビームが10〜20
％／Hrの不安定性を示すからである。一方1600
℃をこえると、100゜未満の円錐角の熱陰極でも
安定なクロスオーバーが得られるが、温度が高い
ために熱陰極の消耗が激しく、寿命が短かくなる
ので好ましくないからである。例えばLaB6や
SmB6等の六硼化物の熱陰極は温度1500℃の時
1000時間の寿命があるが、1600℃をこえると100
〜200時間に寿命が短縮される。
以下実施例に従つて詳細に説明する。
実施例 １
フローテイングゾーン法で作成したLaB6単結
晶棒から熱陰極の軸方向が〔011〕方位で、0.6mm
角で長さ2.0mm、円錐角が各々100゜、120゜、140
゜、160゜の熱陰極チツプを機械研磨法で作成し
た。フラン樹脂を温度2200℃圧力200Kg／cm2でホ
ツトプレス成型した高配向性カーボンを１mm立方
に切断して前述の熱陰極チツプを両側から挾んで
直線的に加熱した。加速電圧25KVで、フラツト
型ウエーネルトを用い、熱陰極、ウエーネルト距
離0.2mmで熱陰極温度1470℃の時に、バイアス電
圧を変えて輝度を測定した。その結果を第１図に
示した。
晶棒から熱陰極の軸方向が〔011〕方位で、0.6mm
角で長さ2.0mm、円錐角が各々100゜、120゜、140
゜、160゜の熱陰極チツプを機械研磨法で作成し
た。フラン樹脂を温度2200℃圧力200Kg／cm2でホ
ツトプレス成型した高配向性カーボンを１mm立方
に切断して前述の熱陰極チツプを両側から挾んで
直線的に加熱した。加速電圧25KVで、フラツト
型ウエーネルトを用い、熱陰極、ウエーネルト距
離0.2mmで熱陰極温度1470℃の時に、バイアス電
圧を変えて輝度を測定した。その結果を第１図に
示した。
実施例 ２
実施例１と同じ方法で熱陰極の軸方位〔001〕
方位のLaB6単結晶陰極を直熱的に1520℃に加熱
した。加速電圧25KV，フラツト型ウエネルトを
用い熱陰極とウエーネルト距離0.2mmで、バイア
ス電圧を変えて輝度を測定した。その結果を第２
図に示した。
方位のLaB6単結晶陰極を直熱的に1520℃に加熱
した。加速電圧25KV，フラツト型ウエネルトを
用い熱陰極とウエーネルト距離0.2mmで、バイア
ス電圧を変えて輝度を測定した。その結果を第２
図に示した。
実施例 ３
フローテイングゾーン法で作成されたSmB6単
結晶棒から、熱陰極の軸方向〔011〕方位で、実
施例１と同一形状の熱陰極を作成し、直熱的に
1550℃で加熱して、加速電圧25KVフラツト型ウ
エーネルトを用い、熱陰極とウエネールト距離
0.2mmでバイアス電圧を変えて輝度を測定した。
その結果を第３図に示した。
結晶棒から、熱陰極の軸方向〔011〕方位で、実
施例１と同一形状の熱陰極を作成し、直熱的に
1550℃で加熱して、加速電圧25KVフラツト型ウ
エーネルトを用い、熱陰極とウエネールト距離
0.2mmでバイアス電圧を変えて輝度を測定した。
その結果を第３図に示した。
実施例 ４
フローテイングゾーン法で作成された軸方位
〔001〕で、サイズが0.6mm角、長さ2.0mmの単結晶
CaB6の熱陰極チツプにおいて、円錐角が各々90
゜、100゜、120゜、140゜、160゜の直熱陰極を作
成した。これらを用いて熱陰極温度1520℃、加速
電圧25KV、フラツト型ウエーネルト、熱陰極と
ウエーネルトの距離0.2mmの測定条件で、輝度の
経時変化を測定した。その結果を第４図に示し
た。
〔001〕で、サイズが0.6mm角、長さ2.0mmの単結晶
CaB6の熱陰極チツプにおいて、円錐角が各々90
゜、100゜、120゜、140゜、160゜の直熱陰極を作
成した。これらを用いて熱陰極温度1520℃、加速
電圧25KV、フラツト型ウエーネルト、熱陰極と
ウエーネルトの距離0.2mmの測定条件で、輝度の
経時変化を測定した。その結果を第４図に示し
た。
この結果から明らかな様に、円錐角が小さいと
最初の輝度は高いが、経時変化も大きい傾向を示
し、円錐角が90゜のものでは160〜200時間で寿命
となつた。一方、円錐角100゜以上のものは円錐
角90゜のものに比べて輝度の低下は少なく、その
寿命も長い。
最初の輝度は高いが、経時変化も大きい傾向を示
し、円錐角が90゜のものでは160〜200時間で寿命
となつた。一方、円錐角100゜以上のものは円錐
角90゜のものに比べて輝度の低下は少なく、その
寿命も長い。
第１図は、本発明の実施例のLaB6単結晶の
〔011〕方位で、円錐角100゜、120゜、140゜、160
゜の各々の熱陰極におけるバイアス電圧と輝度と
の関係図、第２図は、LaB6単結晶の〔001〕方位
で、円錐角100゜、120゜、140゜、160゜の各々の
熱陰極におけるバイアス電圧と輝度との関係図、
第３図はSmB6単結晶の〔011〕方位で、円錐角
100゜、120゜、140゜、160゜の各々の熱陰極にお
けるバイアス電圧と輝度との関係図、第４図は、
LaB6単結晶の〔001〕方位で、円錐角90゜、100
゜、110゜、120゜、140゜、160゜の各々の熱陰極
における時間と輝度との関係図である。
〔011〕方位で、円錐角100゜、120゜、140゜、160
゜の各々の熱陰極におけるバイアス電圧と輝度と
の関係図、第２図は、LaB6単結晶の〔001〕方位
で、円錐角100゜、120゜、140゜、160゜の各々の
熱陰極におけるバイアス電圧と輝度との関係図、
第３図はSmB6単結晶の〔011〕方位で、円錐角
100゜、120゜、140゜、160゜の各々の熱陰極にお
けるバイアス電圧と輝度との関係図、第４図は、
LaB6単結晶の〔001〕方位で、円錐角90゜、100
゜、110゜、120゜、140゜、160゜の各々の熱陰極
における時間と輝度との関係図である。
Claims (1)
- １ 六硼化カルシウム型結晶構造を有する硼化物
の単結晶を熱陰極とする電子銃において、その熱
陰極の軸方位が〈001〉、〈011〉および〈111〉か
ら選ばれた結晶方位と一致したものからなり、し
かもその円錐角が100゜以上180゜末満であること
を特徴とする熱陰極の温度が1450〜1600℃の温度
において高輝度を得るようにバイアス電圧を調整
可能な三電極からなる高輝度電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16392879A JPS5686433A (en) | 1979-12-17 | 1979-12-17 | High brightness electron gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16392879A JPS5686433A (en) | 1979-12-17 | 1979-12-17 | High brightness electron gun |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5686433A JPS5686433A (en) | 1981-07-14 |
| JPS6129093B2 true JPS6129093B2 (ja) | 1986-07-04 |
Family
ID=15783481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16392879A Granted JPS5686433A (en) | 1979-12-17 | 1979-12-17 | High brightness electron gun |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5686433A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5840729A (ja) * | 1981-09-02 | 1983-03-09 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 単結晶ランタンボライド陰極を備えた高輝度電子銃の処理方法 |
| JPH01143125A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-05 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 大電流イオン注入用イオン源装置 |
| WO2010123007A1 (ja) * | 2009-04-20 | 2010-10-28 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 希土類六ホウ化物冷陰極電界放出型電子源 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52110563A (en) * | 1976-03-15 | 1977-09-16 | Hitachi Ltd | Hexagonal boride cathode |
-
1979
- 1979-12-17 JP JP16392879A patent/JPS5686433A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52110563A (en) * | 1976-03-15 | 1977-09-16 | Hitachi Ltd | Hexagonal boride cathode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5686433A (en) | 1981-07-14 |
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