JPS6329432A - 液体金属イオン源 - Google Patents
液体金属イオン源Info
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- JPS6329432A JPS6329432A JP17113986A JP17113986A JPS6329432A JP S6329432 A JPS6329432 A JP S6329432A JP 17113986 A JP17113986 A JP 17113986A JP 17113986 A JP17113986 A JP 17113986A JP S6329432 A JPS6329432 A JP S6329432A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
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)
本発明は、液体金属イオン源に関し、特に長寿命で安定
なイオンビームな発生することの出来るイオン源に関す
る。
なイオンビームな発生することの出来るイオン源に関す
る。
(従来の技術)
高輝度で微少径のイオンビームが得られる液体金属イオ
ン源は、マスクレスイオン注入、イオンビームエツチン
グ、微少面積の薄膜作成等、種々の微細加工技術への利
用が期待されている。
ン源は、マスクレスイオン注入、イオンビームエツチン
グ、微少面積の薄膜作成等、種々の微細加工技術への利
用が期待されている。
液体金属イオン源は、電解研磨法等によって高融点金属
の先端を半径数μmの針状に成形し、表面を液体金属で
濡らしてエミッタとし、その針状先端に高電界を印加す
ることにより)α体金属をイオン化し、イオンビームを
引き出すものである。
の先端を半径数μmの針状に成形し、表面を液体金属で
濡らしてエミッタとし、その針状先端に高電界を印加す
ることにより)α体金属をイオン化し、イオンビームを
引き出すものである。
第2図a、 b、 c、 dは、一般的な通電加熱
方法をとる液体金属イオン源の各構成を示したものであ
る。aは最も単純な構成のヘアピン型イオン源であり、
ヒーターを兼ねる支持部24に通電加熱して金属を溶融
し、エミッタ21の針状先端に高電界を印加して溶融金
属22をイオン化し、イオンビームを引き出すものであ
る。このヘアピン型イオン源の欠点は、溶融金属22を
小量しか溜められないことである。
方法をとる液体金属イオン源の各構成を示したものであ
る。aは最も単純な構成のヘアピン型イオン源であり、
ヒーターを兼ねる支持部24に通電加熱して金属を溶融
し、エミッタ21の針状先端に高電界を印加して溶融金
属22をイオン化し、イオンビームを引き出すものであ
る。このヘアピン型イオン源の欠点は、溶融金属22を
小量しか溜められないことである。
その改良策として、bのコイル型イオン源、Cのシート
型イオン源が現れている。(符号はaに対応)。金属の
溜め場所であるコイル部またはシート部23を大きくす
ることによって、多量の溶融金属22を収容し寿命を長
くすることが出来る。
型イオン源が現れている。(符号はaに対応)。金属の
溜め場所であるコイル部またはシート部23を大きくす
ることによって、多量の溶融金属22を収容し寿命を長
くすることが出来る。
しかし、a、b、cの共通の欠点として、溶融金属22
が広い面積で外界に露出しているため、露出部から蒸発
した金属が引き出し電極や絶縁碍子等に付着し、汚染や
絶縁破壊を引き起こす難点がある。
が広い面積で外界に露出しているため、露出部から蒸発
した金属が引き出し電極や絶縁碍子等に付着し、汚染や
絶縁破壊を引き起こす難点がある。
この問題解決のため第2図dのリザーバ型イオン源が考
えられたく符号はaに対応)。
えられたく符号はaに対応)。
第1図にその詳細を示す。セラミックス製の絶縁碍子1
に、イオン源を固定する2本のコバール製ステム2,2
″を銀ロウ、金属ガラス等で溶着し、そのステム2,2
′に一端をスポット溶接された、\V、Ta、bio等
の高融点金属細線からなるヒーター3,3′の曲端には
、前記ヒーター同様の高融点金属材料からなるリザーバ
支持板兼ヒーター4,4′がスポット溶接されている。
に、イオン源を固定する2本のコバール製ステム2,2
″を銀ロウ、金属ガラス等で溶着し、そのステム2,2
′に一端をスポット溶接された、\V、Ta、bio等
の高融点金属細線からなるヒーター3,3′の曲端には
、前記ヒーター同様の高融点金属材料からなるリザーバ
支持板兼ヒーター4,4′がスポット溶接されている。
リザーバ支持板兼ヒーター4,4゛はリザーバを巻回し
た上で互いを溶接しである。リザーバ5の底部之こは細
孔6、上部には細孔7が開けられていて、これら細孔を
、先端の半径を1〜10μm、頂角を30〜60度に機
械研磨した針状陽極8が貫通している。針状陽極8の上
部の、細孔7から上に突き出た部分は、高融点金属材料
の固定部材9を使って矢張り溶接てステム2に固定され
ている。
た上で互いを溶接しである。リザーバ5の底部之こは細
孔6、上部には細孔7が開けられていて、これら細孔を
、先端の半径を1〜10μm、頂角を30〜60度に機
械研磨した針状陽極8が貫通している。針状陽極8の上
部の、細孔7から上に突き出た部分は、高融点金属材料
の固定部材9を使って矢張り溶接てステム2に固定され
ている。
図示しないが、ステム2,2゛には、加速電源の電圧に
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター3・
3 +S リザーバ支持板兼ヒーター4゜4′を加
熱し、リザーバ5内の金属1oを溶融させている。また
イオン引き出し電極11はイオン引き出し電源に接続さ
れ、針状陽極8とイオン引き出し電極11の間には5〜
10kVの電圧が印加され、針状陽極8の先端部にイオ
ンが電界放出可能な強電界が形成される。 なお、こ
れらとアース電位の間には、使用目的に応じて、数kV
〜200 k Vのイオン加速電圧が印加されている。
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター3・
3 +S リザーバ支持板兼ヒーター4゜4′を加
熱し、リザーバ5内の金属1oを溶融させている。また
イオン引き出し電極11はイオン引き出し電源に接続さ
れ、針状陽極8とイオン引き出し電極11の間には5〜
10kVの電圧が印加され、針状陽極8の先端部にイオ
ンが電界放出可能な強電界が形成される。 なお、こ
れらとアース電位の間には、使用目的に応じて、数kV
〜200 k Vのイオン加速電圧が印加されている。
上記のようなリザーバ型液体金属イオン源では、大きい
リザーバを設けることによって、溶融金属を多量に溜め
ることが出来るため長寿命である。
リザーバを設けることによって、溶融金属を多量に溜め
ることが出来るため長寿命である。
かつ、露出部分が少ないため蒸発を抑え、雰囲気の汚染
を防止することが出来る。
を防止することが出来る。
しかし、このリザーバ型)α体金属イオン源にも問題が
残されており、溶融金属に対するリザーバ部の材料の選
択は、イオン源の寿命に強い影響を及はす。材料の選択
で問題になるのは、(1)材料相互の「濡れ」性、及び (2)材料相互の「化学反応」、である。
残されており、溶融金属に対するリザーバ部の材料の選
択は、イオン源の寿命に強い影響を及はす。材料の選択
で問題になるのは、(1)材料相互の「濡れ」性、及び (2)材料相互の「化学反応」、である。
先ず「濡れ」の問題であるが、これを針状陽極8がW、
溶融金属がGa、リザーバ5がTa、リザーバ支持板兼
ヒーター4.4′が\■、という材料の組み合わせの場
合を例にとって述べると、リザーバ5内のGaを溶融し
て後、ある程度時間が経つと、液体Gaとリザーバ5の
Taとの濡れ性が良いため、細孔6を出たGaがリザー
バ5の外側の表面を濡らし、その全面を覆い尽くすよう
になる。そして、極めて高温のリザーバ支持板兼ヒータ
ー4.4′にGaが達すると、液体Gaがここで盛んに
蒸発し、雰囲気を害し、イオン源の寿命を短くする。
溶融金属がGa、リザーバ5がTa、リザーバ支持板兼
ヒーター4.4′が\■、という材料の組み合わせの場
合を例にとって述べると、リザーバ5内のGaを溶融し
て後、ある程度時間が経つと、液体Gaとリザーバ5の
Taとの濡れ性が良いため、細孔6を出たGaがリザー
バ5の外側の表面を濡らし、その全面を覆い尽くすよう
になる。そして、極めて高温のリザーバ支持板兼ヒータ
ー4.4′にGaが達すると、液体Gaがここで盛んに
蒸発し、雰囲気を害し、イオン源の寿命を短くする。
この問題の解決のため、例えば、特開昭58−3890
5の発明では、リザーバ支持板兼ヒーター4. 4’に
セラミックス製の塊りJOを付けて、Gaの濡れの進i
テをそこて食い止めている。し・かじ、この発明の場合
も、リザーバ外測の表面の濡れは依然残されており、根
本的な解決にはなっていない。
5の発明では、リザーバ支持板兼ヒーター4. 4’に
セラミックス製の塊りJOを付けて、Gaの濡れの進i
テをそこて食い止めている。し・かじ、この発明の場合
も、リザーバ外測の表面の濡れは依然残されており、根
本的な解決にはなっていない。
次ぎに「Iヒ学反応」の問題について、活性の強い金属
であるA1イオン源にて、針状陽極がMo、溶融金属が
At、リザーバがTa、リザーバ支持板兼ヒーターが\
V、の場合を例(ことって述べると、TaとMoが容易
にA lと反応するため、イオンビームにはAlのほか
にTa、Moのイオンが不純物として含まれるようにな
る。またこれらの不純物は溶融Alよりも融点かや1高
いため溶融し難く、そのため先端部にその塊りが流れて
来て、イオンビームを不安定にしたり、停止させたりす
る不都合を生む。しかも、Alは、T a + M
oとよく濡れもするため、A lはリザーバの外側面を
濡らし、リザーバ支持板兼ヒーターやヒーターにも広が
り、やがてWと反応してこれを断線させるという決定的
な不都合を生ずる。
であるA1イオン源にて、針状陽極がMo、溶融金属が
At、リザーバがTa、リザーバ支持板兼ヒーターが\
V、の場合を例(ことって述べると、TaとMoが容易
にA lと反応するため、イオンビームにはAlのほか
にTa、Moのイオンが不純物として含まれるようにな
る。またこれらの不純物は溶融Alよりも融点かや1高
いため溶融し難く、そのため先端部にその塊りが流れて
来て、イオンビームを不安定にしたり、停止させたりす
る不都合を生む。しかも、Alは、T a + M
oとよく濡れもするため、A lはリザーバの外側面を
濡らし、リザーバ支持板兼ヒーターやヒーターにも広が
り、やがてWと反応してこれを断線させるという決定的
な不都合を生ずる。
反応性の強い金属としてはAtのほかにBが挙げられ、
例えば特開昭58−137941の明細書はPt−8合
金イオン源にリザーバ材料とじてPtを用いたものを述
べている。このときは溶融金属にPtが「不純物」とし
て混入する気使いはなくなるが、リザーバのptが合金
に微量でも溶は込むと、局部的に溶融金属の組成比が変
わって融点が上昇し、イオンビームを不安定にしたり、
停止させたりする。さらにこの場合も、i8融金属のB
とリザーバのptの濡れ性が良いため、溶融金属がリザ
ーバの外側面を濡らし、リザーバ支持板兼ヒーターやヒ
ーターにも広がり、前述の汚染や断線の不都合を生ずる
。 前記の特開昭58−137941の発明は、その問
題解決のため、リザーバ支持板兼ヒータ一部にセラミッ
クスコーティングを施しているが、根本的な解決策と成
り得ないことは前述同様である。この方法は手間がかか
るのも問題である。
例えば特開昭58−137941の明細書はPt−8合
金イオン源にリザーバ材料とじてPtを用いたものを述
べている。このときは溶融金属にPtが「不純物」とし
て混入する気使いはなくなるが、リザーバのptが合金
に微量でも溶は込むと、局部的に溶融金属の組成比が変
わって融点が上昇し、イオンビームを不安定にしたり、
停止させたりする。さらにこの場合も、i8融金属のB
とリザーバのptの濡れ性が良いため、溶融金属がリザ
ーバの外側面を濡らし、リザーバ支持板兼ヒーターやヒ
ーターにも広がり、前述の汚染や断線の不都合を生ずる
。 前記の特開昭58−137941の発明は、その問
題解決のため、リザーバ支持板兼ヒータ一部にセラミッ
クスコーティングを施しているが、根本的な解決策と成
り得ないことは前述同様である。この方法は手間がかか
るのも問題である。
(発明の目的)
本発明は、上記の問題を解決し、長寿命で安定なイオン
ビームな発生することが出来るイオン源の提供を目的と
する。
ビームな発生することが出来るイオン源の提供を目的と
する。
(問題を解決するための手段)
本発明は、イオン化すべき金属を溶融させ保持するリザ
ーバ部と;該リザーバ部から溶融金属が供給される針状
先端部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を形成
するための手段と;を備えた液体金属イオン源において
、 該リザーバ部の材料と該溶融金属の材料が、互いに拡張
溝れを起こさない材料の組み合わせで構成されている液
体金属イオン源によって前記目的を達成したものである
。
ーバ部と;該リザーバ部から溶融金属が供給される針状
先端部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を形成
するための手段と;を備えた液体金属イオン源において
、 該リザーバ部の材料と該溶融金属の材料が、互いに拡張
溝れを起こさない材料の組み合わせで構成されている液
体金属イオン源によって前記目的を達成したものである
。
(実施例)
以下、第1図を実施例として本発明を詳説する。
周知のように、濡れを評価する1つの方法に、溶融金属
とリザーバ材料の接触角θがあり、θが0度の場合が最
も良く濡れる組み合わせとされる。
とリザーバ材料の接触角θがあり、θが0度の場合が最
も良く濡れる組み合わせとされる。
溶融A lに対して濡れ難い材tトのθの表を、第1表
にまとめてみた。これらのt才科ではθはすべて90度
以上であって、充分に大きい値てあ;八濡れ難いことが
わかる。
にまとめてみた。これらのt才科ではθはすべて90度
以上であって、充分に大きい値てあ;八濡れ難いことが
わかる。
(第1表)
(例1)
第1図の構成のイオン源で針状陽極8之こ\V、リザー
バ5に導電性材料のC1溶融金属に低融点材料のGaを
用いた。Cは溶融Gaと濡れ性が悪く、且反応性も低い
ため、リザーバ5の外側表面は溶融Gaで濡れることか
なく、300時間以上の長時間に亙って安定したイオン
ビームを得ることが出来た。
バ5に導電性材料のC1溶融金属に低融点材料のGaを
用いた。Cは溶融Gaと濡れ性が悪く、且反応性も低い
ため、リザーバ5の外側表面は溶融Gaで濡れることか
なく、300時間以上の長時間に亙って安定したイオン
ビームを得ることが出来た。
第3図にこの)伐木金属イオン源からのイオンの質量ス
ペクトル図の1例を示す。CやW等の不純物のピークは
現れていない。
ペクトル図の1例を示す。CやW等の不純物のピークは
現れていない。
(例2)
前述の(例1)で、リザーバ5のCを絶縁物の窒化シリ
コン Si3N4て置換した場合も、前記同様の好成績
を得た。窒化シリコンと溶融Gaの濡れ性も悪く、反応
性もまた悪いためである。
コン Si3N4て置換した場合も、前記同様の好成績
を得た。窒化シリコンと溶融Gaの濡れ性も悪く、反応
性もまた悪いためである。
(例3)
反応性の強い例として、A1を溶融金属とし、針状陽極
8に、高電気抵抗のボロンナイトライド(PBN)、’
Jf−バ5に、ホウ化ジルコニュウム ZrB2を用い
た。 該材料の反応性は低く且つ濡れ性が悪いため、リ
ザーバの外側表面が溶融Alで濡れることがなく、この
ときも300時間以上の長期間、安定なイオンビームが
得られた。
8に、高電気抵抗のボロンナイトライド(PBN)、’
Jf−バ5に、ホウ化ジルコニュウム ZrB2を用い
た。 該材料の反応性は低く且つ濡れ性が悪いため、リ
ザーバの外側表面が溶融Alで濡れることがなく、この
ときも300時間以上の長期間、安定なイオンビームが
得られた。
第4図にその液体金属イオン源の質量スペクトルの図の
1例を示すが、針状陽極材料やリザーバ部材料の溶出に
よるピークは観測されない。
1例を示すが、針状陽極材料やリザーバ部材料の溶出に
よるピークは観測されない。
、へl、Gaに対し・では、上記のほか第1表に示す他
のリザーバ部材料で上記同様の好成績を得ている。
のリザーバ部材料で上記同様の好成績を得ている。
上述の実施例では、A1Gaを用いて説明し・だが、本
発明の溶融金属は他の材料たとえば、上述のリザーバ材
料と濡れ難い単一金属または合金(例えば、AuSi、
NiB等)でも同じである。
発明の溶融金属は他の材料たとえば、上述のリザーバ材
料と濡れ難い単一金属または合金(例えば、AuSi、
NiB等)でも同じである。
そしてまた、溶融金属とリザーバの材料の組合わせは、
広く、濡れ性が悪く、反応性の悪いもの全般に適用して
顕著な効果をあられす。
広く、濡れ性が悪く、反応性の悪いもの全般に適用して
顕著な効果をあられす。
なお、反応性と濡れ性の間には非常に強い相関関係があ
り、一般に反応するものの組合わせは、必ず良く濡れる
組合わせになっている。従って、両者を「濡れ」だけで
代表させることか出来る。
り、一般に反応するものの組合わせは、必ず良く濡れる
組合わせになっている。従って、両者を「濡れ」だけで
代表させることか出来る。
好結果が得られる材料の組み合わせを列挙すると、 G
a、 S i、 P、As、 Be、Mg、
Se。
a、 S i、 P、As、 Be、Mg、
Se。
Si、Sn、Ge、Znの単一金属または合金の溶融金
属に対して、リザーバ部が C1炭化物、窒化硼素、ま
たは酸化物系、窒化物系、若しくは硼化物系のセラミッ
クスがそれに当り。
属に対して、リザーバ部が C1炭化物、窒化硼素、ま
たは酸化物系、窒化物系、若しくは硼化物系のセラミッ
クスがそれに当り。
またB、Alの単一金属または合金の溶融金属に対して
、リザーバ部を、窒化硼素、または酸化物系、窒化物系
、若しくは硼化物系のセラミックス、て構成する組合わ
せがそれに当たる。
、リザーバ部を、窒化硼素、または酸化物系、窒化物系
、若しくは硼化物系のセラミックス、て構成する組合わ
せがそれに当たる。
(発明の効果)
本発明の液体金属イオン源は、長寿命で安定なイオンビ
ームを発生ずることが出来るイオン源を提供する効果が
ある。
ームを発生ずることが出来るイオン源を提供する効果が
ある。
第1図は、本発明の液体金属イオン源を説明するための
金属イオン源の概略断面図。 第2図a、 b、 c、 dは、従来の種々の液体
金属イオン源の概略断面図。 第3,4図は、本発明の液体金属イオン源のイオンの’
dQスペクトルの図。 1・・・・・・絶縁碍子、 2,2′・・・・・
・スデム、3.3′・・・・・・ヒーター、4,4゛・
・・・・・リザーバ支持板兼ヒーター、 5・・
・・・・リリ゛−ハ、6、 7 ・・・・・・細了し、
8 ・・・・・・i11人陽1折、1
0・・・・・・溶融金属、 11・・・・・・陰極
、特許出願人 日型アネルハ(;(二弐会社代理人
弁理士 目上 (IP次 (cL、) (b、) Jn4(/E窓幻幻 特許庁長官 黒1)明雄 殿 il、事
件の表示 昭和61年特許願第171139号 2、発明の名称 液体金属イオン源 3、補正をする者 事件との間係 特許出暉人 住所 東京都府中市四谷 5−8−1名称 日電ア
ネルバ株式会社柑ヰ中名学代表者 安1) 進 4、代理人 住所 東京都府中市四谷 5−8−1図面の簡単な
説明の欄。 7、補正の内容 (1)明細書を添付の「全文訂正明細書」のごとく補正
する。 なお、補正ケ所にはアンダーラインを付しである全文訂
正明細書 19発明の名称 液体金属イオン源 2、特許請求の範囲 (1)イオン化すべきUを溶融させ保持するリザーバ部
と;該リザーバ部から溶iI!I!JL!が供給される
針状先端部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を
形成するための手段と;を備えた液体金属イオン源にお
いて、 該リザーバ部の材料と該溶融■の材料が、互いに拡張濡
れを起こさない材料の組み合わせで構成されていること
を特徴とする液体金属イオン源。 (2)前記材料の組み合わせが、 Ga、Si。 P、 As、 Be、 Mg、 Se、 Si
、 Sn、 Ge。 ZnL倉旦二貫に対して、上記リザーバ部が C1炭1
ヒ物、窒化硼素、または酸化物系、窒化物系。 若しくは硼化物系のセラミックス、で構成されたことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液体金属イオン
源。 (3)前記材料の組み合わせが、B、Al三倉工mに対
して、上記リザーバ部が、窒化硼素、または酸化物系、
窒化物系、若しくは硼化物系のセラミックス、で構成さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液体
金属イオン源。 3、発明の詳細な説明 (産業上の利用分野) 本発明は、液体金属イオン源に関し、特に長寿命で安定
なイオンビームを発生することの出来るイオン源に関す
る。 (従来の技術) 高輝度で微少径のイオンビームが得られる液体金属イオ
ン源は、マスクレスイオン注入、イオンビームエツチン
グ、微少面積の薄膜作成等、種々の微細加工技術への利
用が期待されている。 液体金属イオン源は、電解研潜法等によって高融点金属
の先端を半径数μmの針状に成形し、表面を且放二厘で
濡らしてエミッタとし、その針状先端に高電界を印加す
ることにより1敗二厘をイオン化し、イオンビームを引
き出すものである。 第2図a、 b、 c、 dは、一般的な通電加熱
方法をとる液体金属イオン源の各構成を示したものであ
る。aは最も単純な構成のヘアピン型イオン源であり、
ヒーターを兼ねる支持部24に通電加熱して立!を溶融
し、エミッタ210針状先端に高電界を印加して溶融■
22をイオン化し、イオンビームを引き出すものである
。このヘアピン型イオン源の欠点は、溶融血厘22を小
量しか溜められないことである。 その改良策として、bのコイル型イオン源、Cのシート
型イオン源が現れている。(符号はaに対応)。血Iの
溜め場所であるコイル部またはシート部23を大きくす
ることによって、多量の溶融ゴ22を収容し寿命を長く
することが出来る。 しかし、a+k)+Cの共通の欠点として、溶融R12
2が広い面積で外界に露出しているため、露出部から蒸
発した■が引き出し電極や絶縁碍子等に付着し、汚染や
絶縁破壊を引き起こす難点がある。 この問題解決のため第2図dのリザーバ型イオン源が考
えられたく符号はaに対応)。 第1図にその詳細を示す。セラミックス製の絶縁碍子1
に、イオン源を固定する2本のコバール製ステム2,2
”を銀ロウ、金属ガラス等で溶着し、そのステム2,2
′に一端をスポット溶接された、W、’[’a、Mo等
の高融点金属細線からなるヒーター3,3′の他端には
、前記ヒーター同様の高融点金属材料からなるリザーバ
支持板兼ヒーター4,4′がスポット溶接されている。 リザーバ支持板兼ヒーター4,4′はリザーバを巻回し
た上で互いを溶接しである。リザーバ5の底部には細孔
6、上部には細孔7が間けられていて、これら細孔を、
先端の半径を1〜10μm、頂角を30〜60度に機械
研廖した針状陽極8が貫通している。針状陽極8の上部
の、細孔7から上に突き出た部分は、高融点金属材料の
固定部材9を使って矢張り溶接でステム2に固定されて
いる。 図示しないが、ステム2,2′には、加速電源の電圧に
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター3,
3′、リザーバ支持板兼ヒーター4゜4′を加熱し、リ
ザーバS内のul 0を溶融させている。またイオン引
き出し電極11はイオン引き出し電源に接続され、針状
陽極8とイオン引き出し電極11の間には5〜10kV
の電圧が印加され、針状陽極8の先端部にイオンが電界
放出可能な強電界が形成される。 なお、これらとア
ース電位の間には、使用目的に応じて、数kV〜200
kVのイオン加速電圧が印加されている。 上記のようなリザーバ型液体金属イオン源では、太きい
リザーバを設けることによって、溶融嵐亘を多量に溜め
ることが出来るため長寿命である。 かつ、露出部分が少ないため蒸発を抑え、雰囲気の汚染
を防止することが出来る。 しかし、このリザーバ型液体金属イオン源にも問題が残
されており、溶融■に対するリザーバ部の材料の選択は
、イオン源の寿命に強い影響を及ぼす。材料の選択で問
題になるのは、(1)材料相互の「濡れj性、及び (2)材料相互の「化学反応」、である。 先ず「濡れ」の問題であるが、これを針状陽極8がW、
溶融■がGa、リザーバ5がTa、リザーバ支持板兼ヒ
ーター4,4′がW、という材料の組み合わせの場合を
例にとって述べると、リザーバS内のGaを溶融して後
、ある程度時間が経つと、液体Gaとリザーバ5のTa
との濡れ性が良いため、細孔6を出たGaがリザーバ5
の外側の表面を濡らし、その全面を覆い尽くすようにな
る。そして、極めて高温のリザーバ支持板兼ヒーター4
,4′にGaが達すると、液体Gaがここで盛んに蒸発
し、雰囲気を害し、イオン源の寿命を短くする。 この問題の解決のため、例えば、特開昭58−3890
5の発明では、リザーバ支持板兼ヒーター4. 4’に
セラミックス製の塊り40を付けて、Gaの濡れの進行
をそこで食い止めている。しかし、この発明の場合も、
リザーバ外側の表面の濡れは依然残されており、根本的
な解決にはなっていない。 次ぎに「化学反応」の問題について、活性の強いUであ
るAtイオン源にて、針状陽極がMo、溶融■がAl、
リザーバがTa、 リザーバ支持板兼ヒーターがW、
の場合を例にとって述べると、TaとMoが容易にA1
と反応するため、イオンビームにはAlのほかにTa、
Moのイオンが不純物として含まれるようになる。また
これらの不純物は溶融Atよりも融点かや\高いため溶
融し難く、そのため先端部にその塊りが流れて来て、イ
オンビームを不安定にしたり、停止させたりする不都合
を生む。しかも、Alは、Ta、Moとよく濡れもする
ため、Alはリザーバの外側面を濡らし、リザーバ支持
板兼ヒーターやヒーターにも広がり、やがてWと反応し
てこれを断線させるという決定的な不都合を生ずる。 反応性の強い■としてはAtのほかにBが挙げられ、例
えば特開昭5i8−137941の明細書はPt−8合
金イオン源にリザーバ材料としてptを用いたものを述
べている。このときは溶融■にptが「不純物」として
混入する気使いはなくなるが、リザーバのptが合金に
微量でも溶は込むと、局部的に溶融登1の組成比が変わ
って融点が上昇し、イオンビームを不安定にしたり、停
止させたりする。さらにこの場合も、溶融■のBとリザ
ーバのptの濡れ性が良いため、溶融血!がリザーバの
外側面を濡らし、リザーバ支持板兼ヒーターやヒーター
にも広がり、前述の汚染や断線の不都合を生ずる。 前
記の特開昭58−137941の発明は、その問題解決
のため、リザーバ支持板兼ヒータ一部にセラミックスコ
ーティングを施しているが、根本的な解決策と成り得な
いことは前述同様である。この方法は手間がかかるのも
問題である。 (発明の目的) 本発明は、上記の問題を解決し、長寿命で安定なイオン
ビームを発生することが出来るイオン源の提供を目的と
する。 (問題を解決するための手段) 本発明は、イオン化すべきRxを溶融させ保持するリザ
ーバ部と;該リザーバ部から溶融嵐Iが供給される針状
先端部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を形成
するための手段ど;を備えた液体金属イオン源において
、 該リザーバ部の材料と該溶融■の材料が、互いに拡張濡
れを起こさない材料の組み合わせで構成されている液体
金属イオン源によって前記目的を達成したものである。 (実施例) 以下、第1図を実施例として本発明を詳説する。 周知のように、濡れを評価する1つの方法に、溶融■と
リザーバ材料の接触角θがあり、θが0度の場合が最も
良く濡れる組み合わせとされる。 溶融A1に対して濡れ難い材料のθの表を、第1表にま
とめてみた。これらの材料ではθはすべて90度以上で
あって、充分に大きい値であり、)需れ難いことがわか
る。 (第1表) (例1) 第1図の構成のイオン源で針状陽極8にW、リザーバ5
に導電性材料のC1溶融笠!に低融点材料のGaを用い
た。Cは溶融Gaと濡れ性が悪く、且反応性も低いため
、リザーバ5の外側表面は溶融Gaで濡れることがなく
、300時間以上の長時間に亙って安定したイオンビー
ムを得ることが出来た。 第3図にこの液体金属イオン源からのイオンの質量スペ
クトル図の1例を示す。CやW等の不純物のピークは現
れていない。 (例2) 前述の(例1)で、リザーバ5のCを絶縁物の窒化シリ
コン Si3N4で置換した場合も、前記同様の好成績
を得た。窒化シリコンと溶融Gaの濡れ性も悪く、反応
性もまた悪いためである。 (例3) 反応性の強い例として、Alを溶融■とし、針状陽極8
に、高電気抵抗のボロンナイトライド(PBN)、’)
V−バ5に、ホウ化ジルコニュウム ZrB2を用いた
。 該材料の反応性は低く且つ濡れ性が悪いため、リザ
ーバの外側表面が溶融Atで濡れることがなく、このと
きも300時間以上の長期間、安定なイオンビームが得
られた。 第4図にその液体金属イオン源の質量スペクトルの図の
1例を示すが、針状陽極材料やリザーバ部材料の溶出に
よるピークは観測されない。 At、Gaに対しては、上記のほか第1表に示す他のリ
ザーバ部材料で上記同様の好成績を得ている。 上述の実施例では、A1、Gaを用いて説明したが、本
発明の溶融生!は他の材料たとえば、上述のリザーバ材
料と濡れ難い笠I(例えば、AuSi、NiB等)でも
同じである。 そしてまた、溶融曳!とリザーバの材
料の組合わせは、広く、濡れ性が悪く、反応性の悪いも
の全般に適用して顕著な効果をあられす。 なお、反応性と濡れ性の間には非常に強い相関関係があ
り、一般に反応するものの組合わせは、必ず良く濡れる
組合わせになっている。従って、両者を「濡れ」だけで
代表させることが出来る。 好結果が得られる材料の組み合わせを列挙すると、Ga
、 Si、 P、As、 Be、Mg、 Se
。 S i、Sn、Ge、Zn ” ””扛亘に対して、
リザーバ部が C1炭化物、窒化硼素、または酸化物系
、窒化物系、若しくは硼化物系のセラミックスがそれに
当り。 またB、At支1血亙亘遺Iに対して、リザーバ部を、
窒化硼素、または酸化物系、窒化物系。 若しくは硼化物系のセラミックス、で構成する組合わせ
がそれに当たる。 (発明の効果) 本発明の液体金属イオン源は、長寿命で安定なイオンビ
ームを発生することが出来るイオン源を提供する効果が
ある。 4、図面の簡単な説明 第1図は、本発明の液体金属イオン源を説明するための
金属イオン源の概略断面図。 第2図a、 b、 c、 dは、従来の種々の液体
金属イオン源の概略断面図。 第3,4図は、本発明の液体金属イオン源のイオンの質
量スペクトルの図。
金属イオン源の概略断面図。 第2図a、 b、 c、 dは、従来の種々の液体
金属イオン源の概略断面図。 第3,4図は、本発明の液体金属イオン源のイオンの’
dQスペクトルの図。 1・・・・・・絶縁碍子、 2,2′・・・・・
・スデム、3.3′・・・・・・ヒーター、4,4゛・
・・・・・リザーバ支持板兼ヒーター、 5・・
・・・・リリ゛−ハ、6、 7 ・・・・・・細了し、
8 ・・・・・・i11人陽1折、1
0・・・・・・溶融金属、 11・・・・・・陰極
、特許出願人 日型アネルハ(;(二弐会社代理人
弁理士 目上 (IP次 (cL、) (b、) Jn4(/E窓幻幻 特許庁長官 黒1)明雄 殿 il、事
件の表示 昭和61年特許願第171139号 2、発明の名称 液体金属イオン源 3、補正をする者 事件との間係 特許出暉人 住所 東京都府中市四谷 5−8−1名称 日電ア
ネルバ株式会社柑ヰ中名学代表者 安1) 進 4、代理人 住所 東京都府中市四谷 5−8−1図面の簡単な
説明の欄。 7、補正の内容 (1)明細書を添付の「全文訂正明細書」のごとく補正
する。 なお、補正ケ所にはアンダーラインを付しである全文訂
正明細書 19発明の名称 液体金属イオン源 2、特許請求の範囲 (1)イオン化すべきUを溶融させ保持するリザーバ部
と;該リザーバ部から溶iI!I!JL!が供給される
針状先端部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を
形成するための手段と;を備えた液体金属イオン源にお
いて、 該リザーバ部の材料と該溶融■の材料が、互いに拡張濡
れを起こさない材料の組み合わせで構成されていること
を特徴とする液体金属イオン源。 (2)前記材料の組み合わせが、 Ga、Si。 P、 As、 Be、 Mg、 Se、 Si
、 Sn、 Ge。 ZnL倉旦二貫に対して、上記リザーバ部が C1炭1
ヒ物、窒化硼素、または酸化物系、窒化物系。 若しくは硼化物系のセラミックス、で構成されたことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液体金属イオン
源。 (3)前記材料の組み合わせが、B、Al三倉工mに対
して、上記リザーバ部が、窒化硼素、または酸化物系、
窒化物系、若しくは硼化物系のセラミックス、で構成さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の液体
金属イオン源。 3、発明の詳細な説明 (産業上の利用分野) 本発明は、液体金属イオン源に関し、特に長寿命で安定
なイオンビームを発生することの出来るイオン源に関す
る。 (従来の技術) 高輝度で微少径のイオンビームが得られる液体金属イオ
ン源は、マスクレスイオン注入、イオンビームエツチン
グ、微少面積の薄膜作成等、種々の微細加工技術への利
用が期待されている。 液体金属イオン源は、電解研潜法等によって高融点金属
の先端を半径数μmの針状に成形し、表面を且放二厘で
濡らしてエミッタとし、その針状先端に高電界を印加す
ることにより1敗二厘をイオン化し、イオンビームを引
き出すものである。 第2図a、 b、 c、 dは、一般的な通電加熱
方法をとる液体金属イオン源の各構成を示したものであ
る。aは最も単純な構成のヘアピン型イオン源であり、
ヒーターを兼ねる支持部24に通電加熱して立!を溶融
し、エミッタ210針状先端に高電界を印加して溶融■
22をイオン化し、イオンビームを引き出すものである
。このヘアピン型イオン源の欠点は、溶融血厘22を小
量しか溜められないことである。 その改良策として、bのコイル型イオン源、Cのシート
型イオン源が現れている。(符号はaに対応)。血Iの
溜め場所であるコイル部またはシート部23を大きくす
ることによって、多量の溶融ゴ22を収容し寿命を長く
することが出来る。 しかし、a+k)+Cの共通の欠点として、溶融R12
2が広い面積で外界に露出しているため、露出部から蒸
発した■が引き出し電極や絶縁碍子等に付着し、汚染や
絶縁破壊を引き起こす難点がある。 この問題解決のため第2図dのリザーバ型イオン源が考
えられたく符号はaに対応)。 第1図にその詳細を示す。セラミックス製の絶縁碍子1
に、イオン源を固定する2本のコバール製ステム2,2
”を銀ロウ、金属ガラス等で溶着し、そのステム2,2
′に一端をスポット溶接された、W、’[’a、Mo等
の高融点金属細線からなるヒーター3,3′の他端には
、前記ヒーター同様の高融点金属材料からなるリザーバ
支持板兼ヒーター4,4′がスポット溶接されている。 リザーバ支持板兼ヒーター4,4′はリザーバを巻回し
た上で互いを溶接しである。リザーバ5の底部には細孔
6、上部には細孔7が間けられていて、これら細孔を、
先端の半径を1〜10μm、頂角を30〜60度に機械
研廖した針状陽極8が貫通している。針状陽極8の上部
の、細孔7から上に突き出た部分は、高融点金属材料の
固定部材9を使って矢張り溶接でステム2に固定されて
いる。 図示しないが、ステム2,2′には、加速電源の電圧に
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター3,
3′、リザーバ支持板兼ヒーター4゜4′を加熱し、リ
ザーバS内のul 0を溶融させている。またイオン引
き出し電極11はイオン引き出し電源に接続され、針状
陽極8とイオン引き出し電極11の間には5〜10kV
の電圧が印加され、針状陽極8の先端部にイオンが電界
放出可能な強電界が形成される。 なお、これらとア
ース電位の間には、使用目的に応じて、数kV〜200
kVのイオン加速電圧が印加されている。 上記のようなリザーバ型液体金属イオン源では、太きい
リザーバを設けることによって、溶融嵐亘を多量に溜め
ることが出来るため長寿命である。 かつ、露出部分が少ないため蒸発を抑え、雰囲気の汚染
を防止することが出来る。 しかし、このリザーバ型液体金属イオン源にも問題が残
されており、溶融■に対するリザーバ部の材料の選択は
、イオン源の寿命に強い影響を及ぼす。材料の選択で問
題になるのは、(1)材料相互の「濡れj性、及び (2)材料相互の「化学反応」、である。 先ず「濡れ」の問題であるが、これを針状陽極8がW、
溶融■がGa、リザーバ5がTa、リザーバ支持板兼ヒ
ーター4,4′がW、という材料の組み合わせの場合を
例にとって述べると、リザーバS内のGaを溶融して後
、ある程度時間が経つと、液体Gaとリザーバ5のTa
との濡れ性が良いため、細孔6を出たGaがリザーバ5
の外側の表面を濡らし、その全面を覆い尽くすようにな
る。そして、極めて高温のリザーバ支持板兼ヒーター4
,4′にGaが達すると、液体Gaがここで盛んに蒸発
し、雰囲気を害し、イオン源の寿命を短くする。 この問題の解決のため、例えば、特開昭58−3890
5の発明では、リザーバ支持板兼ヒーター4. 4’に
セラミックス製の塊り40を付けて、Gaの濡れの進行
をそこで食い止めている。しかし、この発明の場合も、
リザーバ外側の表面の濡れは依然残されており、根本的
な解決にはなっていない。 次ぎに「化学反応」の問題について、活性の強いUであ
るAtイオン源にて、針状陽極がMo、溶融■がAl、
リザーバがTa、 リザーバ支持板兼ヒーターがW、
の場合を例にとって述べると、TaとMoが容易にA1
と反応するため、イオンビームにはAlのほかにTa、
Moのイオンが不純物として含まれるようになる。また
これらの不純物は溶融Atよりも融点かや\高いため溶
融し難く、そのため先端部にその塊りが流れて来て、イ
オンビームを不安定にしたり、停止させたりする不都合
を生む。しかも、Alは、Ta、Moとよく濡れもする
ため、Alはリザーバの外側面を濡らし、リザーバ支持
板兼ヒーターやヒーターにも広がり、やがてWと反応し
てこれを断線させるという決定的な不都合を生ずる。 反応性の強い■としてはAtのほかにBが挙げられ、例
えば特開昭5i8−137941の明細書はPt−8合
金イオン源にリザーバ材料としてptを用いたものを述
べている。このときは溶融■にptが「不純物」として
混入する気使いはなくなるが、リザーバのptが合金に
微量でも溶は込むと、局部的に溶融登1の組成比が変わ
って融点が上昇し、イオンビームを不安定にしたり、停
止させたりする。さらにこの場合も、溶融■のBとリザ
ーバのptの濡れ性が良いため、溶融血!がリザーバの
外側面を濡らし、リザーバ支持板兼ヒーターやヒーター
にも広がり、前述の汚染や断線の不都合を生ずる。 前
記の特開昭58−137941の発明は、その問題解決
のため、リザーバ支持板兼ヒータ一部にセラミックスコ
ーティングを施しているが、根本的な解決策と成り得な
いことは前述同様である。この方法は手間がかかるのも
問題である。 (発明の目的) 本発明は、上記の問題を解決し、長寿命で安定なイオン
ビームを発生することが出来るイオン源の提供を目的と
する。 (問題を解決するための手段) 本発明は、イオン化すべきRxを溶融させ保持するリザ
ーバ部と;該リザーバ部から溶融嵐Iが供給される針状
先端部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を形成
するための手段ど;を備えた液体金属イオン源において
、 該リザーバ部の材料と該溶融■の材料が、互いに拡張濡
れを起こさない材料の組み合わせで構成されている液体
金属イオン源によって前記目的を達成したものである。 (実施例) 以下、第1図を実施例として本発明を詳説する。 周知のように、濡れを評価する1つの方法に、溶融■と
リザーバ材料の接触角θがあり、θが0度の場合が最も
良く濡れる組み合わせとされる。 溶融A1に対して濡れ難い材料のθの表を、第1表にま
とめてみた。これらの材料ではθはすべて90度以上で
あって、充分に大きい値であり、)需れ難いことがわか
る。 (第1表) (例1) 第1図の構成のイオン源で針状陽極8にW、リザーバ5
に導電性材料のC1溶融笠!に低融点材料のGaを用い
た。Cは溶融Gaと濡れ性が悪く、且反応性も低いため
、リザーバ5の外側表面は溶融Gaで濡れることがなく
、300時間以上の長時間に亙って安定したイオンビー
ムを得ることが出来た。 第3図にこの液体金属イオン源からのイオンの質量スペ
クトル図の1例を示す。CやW等の不純物のピークは現
れていない。 (例2) 前述の(例1)で、リザーバ5のCを絶縁物の窒化シリ
コン Si3N4で置換した場合も、前記同様の好成績
を得た。窒化シリコンと溶融Gaの濡れ性も悪く、反応
性もまた悪いためである。 (例3) 反応性の強い例として、Alを溶融■とし、針状陽極8
に、高電気抵抗のボロンナイトライド(PBN)、’)
V−バ5に、ホウ化ジルコニュウム ZrB2を用いた
。 該材料の反応性は低く且つ濡れ性が悪いため、リザ
ーバの外側表面が溶融Atで濡れることがなく、このと
きも300時間以上の長期間、安定なイオンビームが得
られた。 第4図にその液体金属イオン源の質量スペクトルの図の
1例を示すが、針状陽極材料やリザーバ部材料の溶出に
よるピークは観測されない。 At、Gaに対しては、上記のほか第1表に示す他のリ
ザーバ部材料で上記同様の好成績を得ている。 上述の実施例では、A1、Gaを用いて説明したが、本
発明の溶融生!は他の材料たとえば、上述のリザーバ材
料と濡れ難い笠I(例えば、AuSi、NiB等)でも
同じである。 そしてまた、溶融曳!とリザーバの材
料の組合わせは、広く、濡れ性が悪く、反応性の悪いも
の全般に適用して顕著な効果をあられす。 なお、反応性と濡れ性の間には非常に強い相関関係があ
り、一般に反応するものの組合わせは、必ず良く濡れる
組合わせになっている。従って、両者を「濡れ」だけで
代表させることが出来る。 好結果が得られる材料の組み合わせを列挙すると、Ga
、 Si、 P、As、 Be、Mg、 Se
。 S i、Sn、Ge、Zn ” ””扛亘に対して、
リザーバ部が C1炭化物、窒化硼素、または酸化物系
、窒化物系、若しくは硼化物系のセラミックスがそれに
当り。 またB、At支1血亙亘遺Iに対して、リザーバ部を、
窒化硼素、または酸化物系、窒化物系。 若しくは硼化物系のセラミックス、で構成する組合わせ
がそれに当たる。 (発明の効果) 本発明の液体金属イオン源は、長寿命で安定なイオンビ
ームを発生することが出来るイオン源を提供する効果が
ある。 4、図面の簡単な説明 第1図は、本発明の液体金属イオン源を説明するための
金属イオン源の概略断面図。 第2図a、 b、 c、 dは、従来の種々の液体
金属イオン源の概略断面図。 第3,4図は、本発明の液体金属イオン源のイオンの質
量スペクトルの図。
Claims (3)
- (1)イオン化すべき金属を溶融させ保持するリザーバ
部と;該リザーバ部から溶融金属が供給される針状先端
部を持つ針状陽極と;該針状先端部に強電界を形成する
ための手段と;を備えた液体金属イオン源において、 該リザーバ部の材料と該溶融金属の材料が、互いに拡張
濡れを起こさない材料の組み合わせで構成されているこ
とを特徴とする液体金属イオン源。 - (2)前記材料の組み合わせが、Ga、Si、P、As
、Be、Mg、Se、Si、Sn、Ge、Znの単一金
属または合金の溶融金属に対して、上記リザーバ部がC
、炭化物、窒化硼素、または酸化物系、窒化物系、若し
くは硼化物系のセラミックス、で構成されたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の液体金属イオン源。 - (3)前記材料の組み合わせが、B、Alの単一金属ま
たは合金の溶融金属に対して、上記リザーバ部が、窒化
硼素、または酸化物系、窒化物系、若しくは硼化物系の
セラミックス、で構成されたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の液体金属イオン源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17113986A JPS6329432A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17113986A JPS6329432A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 液体金属イオン源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6329432A true JPS6329432A (ja) | 1988-02-08 |
Family
ID=15917707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17113986A Pending JPS6329432A (ja) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | 液体金属イオン源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6329432A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03108237A (ja) * | 1989-09-21 | 1991-05-08 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 液体金属イオン源 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5838905A (ja) * | 1981-09-02 | 1983-03-07 | Toppan Printing Co Ltd | 固体撮像素子用色分解フイルタ |
JPS60249234A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-09 | Hitachi Ltd | 液体イオン源 |
-
1986
- 1986-07-21 JP JP17113986A patent/JPS6329432A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5838905A (ja) * | 1981-09-02 | 1983-03-07 | Toppan Printing Co Ltd | 固体撮像素子用色分解フイルタ |
JPS60249234A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-09 | Hitachi Ltd | 液体イオン源 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03108237A (ja) * | 1989-09-21 | 1991-05-08 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 液体金属イオン源 |
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