JPS63292551A - 電解放射型ガスイオン源 - 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］ この発明は電解放射型ガスイオン源に関するものであり
、ガスを導入し、引出電極と針状エミッタ間に所定の電
圧をかけて該ガスをイオン化し、イオンビームを取出す
電解放射型ガスイオン源に関するものである。

［従来の技術］ 電解放射型ガスイオン源は、ガスをイオン化しイオンビ
ームを与えるものＣあり、イオン注入装置、イオンビー
ムエツチング装置、イオンマイクロイナライザ等に利用
されている。

第２図は第１の従来例である電解放射型ガスイオン源の
断面模式図である。

図中、１は絶縁基台である。絶縁基台１は、たとえば、
熱伝導の良いサファイヤ単結晶より形成される。絶縁基
台１の中央に透孔が穿たれ、針状エミッタ２が該透孔に
挿通されて固定されている。

そして、該絶縁基台１の上面より別状エミッタ２を突出
させている。別状エミッタ２は、タングステンまたはイ
リジウムの先端を１０００〜２０００人程度に電解研磨
して、別状としたものである。

引出電極３は、モリブデン等のスパッタされにくい導電
性金属を用いて、カップ状に形成したものである１、該
引出電極３は絶縁基台１の外周に気密な状態で固定され
ている。

引出電極３の中央であって、針状エミッタ２と対向する
位置にＱ、５ｍｍ程度のアパーチャ４が穿たれている。

さらに絶縁基台１にはガス導入孔４が穿たれており、ガ
ス導入管８が挿通されている。

ガス導入管８は、冷却層６内を通り抜けている。

該ガス導入管８は、その中を通るガスを十分に冷却でき
るように、パラジウム等の多孔質金属から形成されてい
る。ガスを冷却する理由については後述する。

絶縁基台１の下面に冷却層６が配されており、冷却層６
内には液体窒素または液体ヘリウム６ａが入れられてい
る。冷却層Ｇ内の液体窒素または液体ヘリウム６ａによ
り、別状エミッタ２の下端、絶縁基台１およびガス導入
管８が冷却される。これらを冷却することにより、導入
ガスが冷却され、該ガスの分子運動が抑制され、エミッ
タ２の近くにガスが集まるようになる。

引出電極３ど針状エミッタ２間には、１０ｋｅｖ程度の
高電圧が引出電源７によって与えられている。引出電極
３にはマイナスの電位がかけられている。

次に動作について説明する。

ガス導入管８を用いて、ガスを、矢印９より。

引出電極３であるカップ３内に導入する。次いで、引出
電源７により、引出電極３とエミッタ２間に所定の高電
圧をかける。すると、ガスは別状エミッタ２近傍の強電
界によって分極し、針状エミッタ２に引ぎつ（プられる
。そして、該分極したガスはイオン化されて、アパーチ
ト４を通って外部にイオンビーム１０として放出される
。

第３図は、第２の従来例である、電解放射型ガスイオン
源の断面模式図である。

この第２の従来例が第１の従来例と異なる点は、ガス導
入管８を引出電極３のカップ内にまで延ばし、その先端
をノズル状８ａにして、針状エミッタ２の先端部近傍に
ガス噴出口が現われるように折り曲げた点である。第１
の従来例では針状エミツタ２先端部へのガス集中が少な
いが、第２の従来例のような構成にすると、ガスが針状
エミツタ２先端部に集中してくるという利点がある。な
お、第２図と同一のものについては同一の符号を付しそ
の説明を省略する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の電解放射型ガスイオン源は以上のように構成され
ている。しかしながら、第２図に示す第１の従来例であ
る電解放射型ガスイオン源によれば、カップ状の引出電
極３内でガス圧を一定に保ってはいるものの、別状エミ
ッタ２先端部へのガス集中が少ないため、引出イオンビ
ーム１０があまりとれないという問題点があった。また
、第３図に示す第２の従来例である電解放射型ガスイオ
ン源によれば、上記第１の従来例の問題点を解決するた
めに、ガス導入管８を引出電極３内にまで延ばし、その
先端をノズル状８ａにして別状エミッタ２の先端部近傍
にガス噴出口が現われるように折り曲げている。この構
造によれば、確かに第１の従来例の構造に起因する前記
問題点は解決されるが、エミッタ２とノズル８ａの先端
位置を正確に決定することが難しく、装置製作上の問題
点を生じた。また、エミッタ２近傍の電界がノズル８ａ
により乱される、という問題点も生じた。

本発明は上２のような問題点を解決するためになされた
ものであり、装置製作上の問題がなく、かつ高密度・大
電流のイオンビームを与える電界放射型ガスイオン源を
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、ガスを導入し、引出電極と針状エミッタ間
に所定の電圧をかけて該ガスをイオン化し、イオンビー
ムを取出す電界放射型ガスイオン源にかかるものである
。そして、その内部にイオン化すべきガスを導入するパ
イプ、前記パイプの一端開口部内に密接して嵌め入れら
れた多孔質体、前記多孔質体と対面して設けられた引出
電極、および、その本体が前記多孔質体中に埋め込まれ
、その先端部が露出して前記引出電極と対向している別
状エミッタを備えている。

［作用］ この発明に係る電界放射型ガスイオン源は以−トのよう
に構成されている。したがって、パイプ内に導入された
イオン化すべきガスは、多孔質体中を通り、多孔質体中
に埋め込まれた別状エミッタの先端部に集まり、エミッ
タの先端部から流出するようになる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明Ｊる。

第１Ａ図はこの発明に係る実施例の断面模式図である。

図中、１は絶縁基台である。絶縁基台１は、たとえば、
熱伝導の良いサファイヤ単結晶より形成される。絶縁基
台１の中央に透孔が穿たれ、該透孔にパイプ１１が挿入
され固定されている。該パイプ１１の一端開口部内に多
孔質体１４が密接して嵌め入れられている。多孔質体１
４と対向して引出電極３が設（Ｊられている。別状エミ
ッタ２の本体が多孔質体１４中に埋め込まれ、ぞの先端
部が露出して、引出電極３と対向している。実施例にお
いては、５本の別状エミッタ２が多孔質体１４中に埋め
込まれている。針状エミッタ２の先端部は釘状に尖るよ
うに電解研磨されている。

パイプの１１の他端の開口部はパイプ蓋１２で閉じられ
ている。パイプ蓋１２には透孔が穿たれており、該透孔
にガス導入管８が挿入されて固定されている。絶縁基台
１にはガス導入管８、絶縁基台１、パイプ１１を冷却す
るための冷ｆＪＶ層６が配されている。冷２Ｊ１層６内
には液体窒素または液体ヘリウム６ａが入れられている
。

１１状エミツタ２の先端が対向する位置に、それぞれの
先端に対応するように孔のあいた引出電極３が配置され
ている。引出電源７によって引出電極３とパイプ１１間
に所定の高圧電位が与えられる。引出電源７の一端には
イオンビームを加速するための加速電源１３が接続され
ている。加速電源１３の細端は接地されている。

なお、多孔質体１４は発泡金属からなり、該金属にはＮ
ｉ系、Ｆｅ系、Ｃ１系、貴金属系が一般に用いられる。

しかし、本装置に導入されるガスが反応性ガスである場
合には、該金属にはタングステン、モリブデン、タンタ
ルなどの金属あるいはその炭化物、またはアルミナなど
のセラミックが好ましく用いられる。

また、針状エミッタ２、パイプ１１およびガス導入管８
も、本装置に導入されるガスが反応性ガスである場合に
は、タングステン、モリブデン、タンタルなどの金属あ
るいは（の炭化物で形成されるのが好ましい。さらに、
絶縁基台１およびパイプ蓋１２にはＰＢＮ　（ＰＶｒＯ
ｌｙｔｌＣＢｏｒｏｎ　　Ｎ１ｔｒｉｄｅ）　、アルミ
ナなどの電気絶縁性が高く、かつ熱伝導性が高い材料を
用いるのが好ましい。

次に動作について説明する。

ガスを、矢印９より、ガス導入管８を用いて、＝９− パイプ１１内に導入する。ガス導入管８、パイプ１１お
よび絶縁基台１は冷却帝６内の液体窒素あるいは液体ヘ
リウム６ａにより冷却されているので、導入されたガス
も冷却される。パイプ１１内に導入されたガスは多孔質
体１４内を通り、別状エミッタ２の先端部から流出する
。パイプ１１および多孔質体１４は電導性の高い材料で
形成されているので、パイプ１１−引出電極３間に電圧
をか（プることは、＄］状エミッタ２−引出電極３間に
電圧をかＥづるのに等しい。釘状エミッタ２と引出電極
３間に電位がかけられることによ−）で、前記の流出ガ
スは針状エミツタ２先端部で分極し、イオン化される。

イオン化されたガスは、引出電極３によって、イオンビ
ーム１０として外部に引出される。この引出されたイオ
ンビーム１０（ま加速電源１３により加速される。なお
−り記実施例では、５本の２１状エミツタ２が多孔質体
１４中に埋め込まれているので、別状エミッタ２が１本
埋め込まれている場合に比べて、５倍の高密度・大電流
のイオンビーム１０が（ｑられる。

第１Ｂ図は、引出電極３を下から見た図である。

引出電極３には、５本の釘状エミッタがそれぞれ対向す
る位置に、５個の貫通孔３ａが設けられている。この貫
通孔３ａからイオンビームが照射されることになる。

なお、上記実施例では５本の釘状エミッタ２を多孔質体
１４中に埋め込んだ場合を例示したが、この発明はこの
本数に限られるものでなく、必要に応じて加減し得る。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る電界放射型ガスイオン源に
よれば、その内部にイオン化すべきガスを導入するパイ
プと、前記パイプの一端開口部内に密接して嵌め入れら
れた多孔質体と、前記多孔質体と対面して設けられた引
出電極と、その本体が前記多孔質体中に埋め込まれ、そ
の先端部が露出して前記引出電極と対向している釘状エ
ミッタとを備えているので、パイプ内に導入されたガス
は多孔質体を通ってｔ１状エミッタの先端部に集まる。

したがって、高密度・大電流のイオンビームが（ｑられ
る。また、装置製作上の問題もない。

なお、多孔質体中に針状エミッタを複数本埋め込んだ場
合には、釘状エミッタを１本埋め込んだ場合に比べて、
より高密度で、しかもより大きい電流のイオンビームが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図はこの発明の一実施例の断面図、第１Ｂ図はこ
の発明に用いる引出電極の正面図、第２図は第１の従来
例の断面図、第３図は第２の従来例の断面図である。 図において、２は針状エミッタ、３は引出電極、８はガ
ス導入管、１０はイオンビーム、１１はパイプ、１４は
多孔質体である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示ず。 第１Ａ図 第１Ｂ図 ２：合トＡ又゛エミぎゾ／７　３：引出電ａ　　８：力
′ヌ４シλ奢１０：Ｉ７Ｊ＞ｔニー１＋　　　１１　：
Ａ’イア°　　　　１４：多孔１１１ｇ第２図 第３因

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスを導入し、引出電極と針状エミッタ間に所定
   の電圧をかけて該ガスをイオン化し、イオンビームを取
   出す電解放射型ガスイオン源であって、 その内部にイオン化すべきガスを導入するパイプ、 前記パイプの一端開口部内に密接して嵌め入れられた多
   孔質体、 前記多孔質体と対面して設けられた引出電極、および その本体が前記多孔質体中に埋め込まれ、その先端部が
   露出して前記引出電極と対向している針状エミッタ、を
   備えた電解放射型ガスイオン源。
2. （２）前記針状エミッタが複数本多孔質体中に埋め込ま
   れている特許請求の範囲第１項記載の電解放射型ガスイ
   オン源。
3. （３）前記引出電極には、前記針状エミッタが対向する
   位置に、貫通孔が形成されている特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の電解放射型ガスイオン源。