JPS63226856A - 液体金属イオン源 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、液体金属イオン源に関するものであり、特
に加熱手段の構造の改良された抵抗加熱方式のイオン源
に関するものである。

［従来の技術１ 液体金属イオン源は、液体金属のイオンから由来するイ
オンビームを与えるものであり、イオン注入装置、イオ
ンビームエツチング装置、イオンマイクロアナライザ等
に利用されている。

第２図は第１の従来例である実開昭５９−５５８４８号
公報に記載されている液体金属イオン源の断面図である
。

その底面が錐状の形をした円筒形状のるつぼ１の中に、
エミッタの働きをする針状チップ２が設置されている。

針状チップ２の先端は、るつぼ１の底面にある錐状の部
分１ａの中心部に設けられた中心孔１ａ’　を貫通し、
外部に突出している。

釘状チップ２の先端部２ａの対向する位置に、引出電極
３が設けられている。るつぼ１の外部には、該るつぼ１
を加熱するエナメル線でできた通電加熱用ヒータ４がコ
イル状に轡付けられて設けられている。るつぼ１内には
、イオン化すべき金属、た°とえば、Ｇａ、Ａｕ、Ｉｎ
、　　△ｕｓ＋、Ａｕ５ｌ　３６　％のイオン源金属５
が入れられる。そして、るつぼ１の上部はるつぼ蓋６に
よって閉じられる。

通電加熱用ヒータ４は加熱用電源７に接続されている。

エミッタである針状チップ２と引出電極３の間には引出
電圧用電源８が接続されており、通常数ｋＶの電圧がか
けられる。加熱用電源７の一端には、イオンを加速する
ための加速電源９が接続されており、該加速電源９の他
方端は接地されている。

次に動作について説明する。

るつぼ１内にイオン源金属５を入れる。次いで、加熱用
電源７をＯＮＬ、通電加熱用ヒータ４で、るつぼ１を加
熱する。するとその熱により、るつぼ１内に入れられた
イオン源金属は溶融する。イオン源金属５がたとえばＧ
ａ　　（２９，７℃）等の金属である場合はおおよそ数
百度の温度で溶融する。液体化した金属は、該るつぼ１
の下方部に形成された錐状の部分１ａの中心部に形成さ
れた中心孔１８′を通って、針状チップ２の先端２ａに
微滴となって留まる。金属の微滴が重力によって下方部
に落らてしまわないのは、その表面張力によるものであ
る。

次いで、釘状デツプ２と引出電極３の間に接続された引
出電圧用電源８をＯＮし、数ｋＶの電圧を印加する。す
ると、釘状チップ２の先端部２ａに留まっていた液体金
属の微滴はイオン化して、引出電極３の方に向かってイ
オンビーム１０として引出される。

また、るつぼ１内でイオン源金属５が液化した際に生じ
る該金属の飽和蒸気は、るつぼ蓋６があることにより外
部に逸散することなく、るつぼ１内に留まる。

第３図は、第２の従来例である特開昭５８−１３７９４
０号公報に記載されている液体金属イオン源の断面図で
ある。

説明を簡単にするために、第２図に示したものと同一ま
たは相当部分を示すものには、同一符号を付している。

第２図と異なる点は、通電加熱用ヒータ４がるつぼ１の
上部に取付けられる電極１”＋、ｉｉ’の上に、挾まれ
るようにして、設けられている点である。加熱用電源７
をＯＮＬ、て電極１１．１１’間に電圧を印加して通電
加熱用ヒータ４を加熱し、その熱によりるつぼ１を加熱
するのである。

その他の構成部分および動作については、第２図に示し
た第１の従来例と同じであるので、同一符号を付してそ
の説明を省略する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の液体金属イオン源は以上のような構成になってお
り、るつぼ１を加熱する方式に工夫が凝らされている。

しかしながら、第１の従来例においては、通電加熱用ヒ
ータ２がるつぼ１の外側にコイル状に巻付けられて設け
られているので、通主加熱用ヒータ４とるつぼ１との接
触面積が小さくなり、そのため熱が周囲に放散しやすく
なり、その結果、加熱効率が悪くなるという問題点があ
った。

また、第３図に示す第２の従来例においては、通電加熱
用ヒータ４が、液体金属イオン源を加熱するに真に必要
な部分（るつぼ１の下方部）から遠く離れて設けられて
いるので、加熱効率が悪くなり、その結果、多量の電力
を必要とするという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、加熱効率の高められた液体金属イオン源を提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、イオン化すべき金属を入れる絶縁材料製の
るつぼと、該るつぼ内の金属を加熱するための通電加熱
用ヒータと、前記るつぼの下方中心部に形成された中心
孔に先端部が位置するよう設けられ、イオンビームのエ
ミッタとして働く針状チップと、該針状チップの先端部
からイオンを引出すための引出電極と、を備える液体金
属イオン源にかかるものである。そして、前記通電加熱
用ヒータが、前記るつぼの外表面全体に被覆された導電
性材料の膜で、形成されていることを特徴とする。

［作用］ この発明の液体金属イオン源において、通電加熱用ヒー
タは、前記るつぼの外表面全体に被覆された１、Ｉｉｌ
性材料の膜で、形成されているので、るつぼとの１！！
！着性が良く、接触面積を大きくする。

したがって、通電加熱用ヒータで発熱された熱の周囲へ
の放散が少なく、加熱効率が高められる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す部分切欠断面図であ
る。

第１図において、るつぼ１の外側には、その外表面全体
に被覆された導電性材料の膜である、通電加熱用ヒータ
４が設けられている。導電性材料の膜は、導電性化合物
ペーストを焼付けて形成するか、あるいは導電性セラミ
ックから形成される。

該通電加熱用ヒータ４は、るつぼ１の下方中心部に設け
られた中心孔ｉ　ａ　／の内側にまで達している。該中
心孔１ａ　Ｊ　に設けられた通電加熱用ヒータ４の終端
に先端部２ａを接するようにして、針状チップ２がるつ
ぼ１内を貫通して設けられている。咳針状チップ２の先
端部２ａには、溝２ｂが形成されており、咳溝２ｂを通
りるつぼ１内の金属が流出可能にされている。通電加熱
用ヒータ４は、るつぼ１の外表面全体に被覆されて設け
られており、るつぼ１上方に位置する通電加熱用ヒータ
４の部分には、電極１１が接するようにして取付けられ
ている。るつぼ１の上には、るつぼ蓋６が取付けられて
おり、該るつぼ蓋６の上にはるつぼホルダ１２が取付け
られている。

るつぼ１の下方には引出電極３が配置されており、該引
出電極３と電極１１との間には、引出電源８が接続され
ている。また、イオンのエミッタとして働く針状チップ
２と電極１１との間には、加熱用’ｉｌｔ源７が接続さ
れている。加熱用電源７の一端には、イオンを加速する
ための加速電源９が接続されており、該加速電源９の他
方端は接地されている。

るつぼ１の材質としては、液体金属と反応しない材質が
好ましく、たとえばアルミナなどのセラミックが望まし
い。また、エミッタチップも、液体金属と反応しない材
質のものが好ましく、たとえばタングステンを用いる。

通電加熱用ヒータとしては、たとえばモリブデンやタン
グステンなどの１１性化合物のペーストを焼結したもの
、あるいは導電性セラミックを用いることができる。導
電性セラミックには８１　Ｃ，Ｓｔ　Ｎ、Ｔ＋　Ｃ，Ｔ
ＩＮが好ましく用いられる。この場合の膜形成には、た
とえばプラズマＣＶＤ法が利用される。

針状チップ２の先端部２ａは、中心孔ｉ　ａ　／　にＩ
Ｇプられている通電加熱用ヒータ４の終端と接している
ため、加熱用電源７からの電流は、針状チップ２から通
電加熱用ヒータ４に流れる。通電加熱用ヒータ４の他の
端は電極１１と接しているため、通電加熱用ヒータ４を
流れる電流は電極１１を通り加熱用電源７に戻る。この
ようにして、通電加熱用ヒータ４に電流が流れ、るつぼ
１内のイオン源金属５が加熱される。加熱されたイオン
源金ｌ１ｌ１５は、液体状となり針状チップ２の先端部
２ａに形成された１！２ｂを通り流出してイオン化され
、引出電極３によってイオンビーム１０として引出され
る。

以上のようにして、この実施例のるつぼ内の金属はイオ
ン化されるが、通電加熱用ヒータ４を前記るつぼの外表
面全体に被覆された導電性材料の膜で形成しているので
、るつぼとの密着性が良い。

したがって、るつぼとの接触面積が大きく、通電加熱用
ヒータにより生じた熱は有効にるつぼ内に伝導され、周
囲への熱の放散が少ない。

なおこの実施例では、るつぼＩ６が設けられているため
、高飽和蒸気圧のイオン源金属にもこの発明を応用する
ことができる。しかしながら、この発明では必ずしもる
つぼ蓋を取付ける必要はない。

また、この実施例のように、るつぼおよび針状チップの
材質を金属と反応しにくいものとすることにより、反応
性のイオン源金属にも応用し得るイオン源とすることが
できる。

以上、具体的な実施例を挙げてこの発明の液体金属イオ
ン源を説明したが、この発明はこの実施例に限定される
ものではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の液体金属イオン源では
、通電加熱用ヒータをるつぼの外表面全体に被覆された
導電性材料の膜で形成しているため、るつぼとの密着性
が良く、るつぼ内への熱伝導が改善される。したがって
、この発明の液体金属イオン源は、従来よりも加熱効率
が向上し、ひいては省電力化が達成される。また、加熱
効率が。

良好なため、この充用の液体金属イオン源は、特に高融
点金属の加熱・溶解に有効に利用され得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す部分切欠断面図、第
２図は第１の従来例である液体金属イオン源の断面図、
第３図は第２の従来例の液体金属イオン源の断面図であ
る。 図において、１はるつぼ、１ａ′は中心孔、２は針状チ
ップ、２ａは針状チップの先端部、２ｂは溝、３は引出
電極、４は通電加熱用ヒータ、５はイオン源金属、１０
はイオンビームである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 １：３つ（デ ２ｂ：清 ′　　３；　ヅ１士電極 １０：　イｉンビ′−ム

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン化すべき金属を入れる絶縁材料製のるつぼ
   と、 該るつぼ内の金属を加熱するための通電加熱用ヒータと
   、 前記るつぼの下方中心部に形成された中心孔に先端部が
   位置するよう設けられ、イオンビームのエミッタとして
   働く針状チップと、 該針状チップの先端部からイオンを引き出すための引出
   電極と、 を備える液体金属イオン源において、 前記通電加熱用ヒータが、前記るつぼの外表面全体に被
   覆された導電性材料の膜で、形成されていることを特徴
   とする液体金属イオン源。
2. （２）前記導電性材料が導電性化合物ペーストの焼結体
   から形成されている特許請求の範囲第１項記載の液体金
   属イオン源。
3. （３）前記導電性化合物がモリブデンまたはタングステ
   ンである特許請求の範囲第２項記載の液体金属イオン源
   。
4. （４）前記導電性材料が導電性セラミックから形成され
   ている特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン源。
5. （５）前記導電性セラミックがＳｉＣ、ＳｉＮ、ＴｉＣ
   、ＴｉＮである特許請求の範囲第４項記載の液体金属イ
   オン源。
6. （６）前記るつぼがセラミックから形成されている特許
   請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の液体
   金属イオン源。
7. （７）前記セラミックがアルミナである特許請求の範囲
   第６項記載の液体金属イオン源。
8. （８）前記針状チップの先端部が、前記るつぼの中心孔
   の内側に形成された通電加熱用ヒータに接するように設
   けられている特許請求の範囲第１項ないし第７項のいず
   れかに記載の液体金属イオン源。
9. （９）前記針状チップの先端部に、溶融した金属が通る
   ための溝が形成されている特許請求の範囲第１項ないし
   第８項のいずれかに記載の液体金属イオン源。