JP3293605B2 - 集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃 - Google Patents
集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃Info
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- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波管など
の電子ビーム応用装置の電子源となる電子銃に関し、特
に陰極として集束電極付電界放出型冷陰極を搭載した電
子銃に関する。
の電子ビーム応用装置の電子源となる電子銃に関し、特
に陰極として集束電極付電界放出型冷陰極を搭載した電
子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】集束電極付電界放出型冷陰極（以下、冷
陰極とする）を搭載した従来の電子銃の構造の概要を、
図４，５，６を参照して説明する。
陰極とする）を搭載した従来の電子銃の構造の概要を、
図４，５，６を参照して説明する。
【０００３】図４は、従来の電子銃の全体概略を模式的
に示す断面図、図５は、この電子銃に搭載されている冷
陰極の模式的な平面図、図６は、この電子銃の冷陰極と
ウェネルト電極との当接の状態を説明するための図で、
（ａ），（ｂ）はそれぞれ図５のＸ１−Ｘ２−Ｘ線及び
Ｙ１−Ｙ２線に沿った断面を組立前のウェネルト電極と
共に模式的に示す断面図、（ｃ）は組立後の冷陰極とウ
ェネルト電極の当接部の主要部（（ａ）で示される部分
に相当）を示す断面図である。
に示す断面図、図５は、この電子銃に搭載されている冷
陰極の模式的な平面図、図６は、この電子銃の冷陰極と
ウェネルト電極との当接の状態を説明するための図で、
（ａ），（ｂ）はそれぞれ図５のＸ１−Ｘ２−Ｘ線及び
Ｙ１−Ｙ２線に沿った断面を組立前のウェネルト電極と
共に模式的に示す断面図、（ｃ）は組立後の冷陰極とウ
ェネルト電極の当接部の主要部（（ａ）で示される部分
に相当）を示す断面図である。
【０００４】図４，５，６を参照すると、この従来の電
子銃３１は、冷陰極３２の電子放出面３３側にウェネル
ト電極３４が設置され、電子放出面３３とは反対の裏面
にはエミッタ電極３５が設けられている。
子銃３１は、冷陰極３２の電子放出面３３側にウェネル
ト電極３４が設置され、電子放出面３３とは反対の裏面
にはエミッタ電極３５が設けられている。
【０００５】ウェネルト電極３４は、その外周に配置さ
れた円筒型支持体（図示省略）に固定されて保持されて
いる。エミッタ電極３５は、バネ３６を介してエミッタ
電極支持体（図示省略）により支持されている。冷陰極
３２のエミッタ（図示省略）は、エミッタ電極３５とエ
ミッタ電極支持体を介して図示されていない外部電源と
接続され、この外部電源から給電される構成となってい
る。
れた円筒型支持体（図示省略）に固定されて保持されて
いる。エミッタ電極３５は、バネ３６を介してエミッタ
電極支持体（図示省略）により支持されている。冷陰極
３２のエミッタ（図示省略）は、エミッタ電極３５とエ
ミッタ電極支持体を介して図示されていない外部電源と
接続され、この外部電源から給電される構成となってい
る。
【０００６】冷陰極３２は、エミッタ電極支持体及びバ
ネ３６により、ウェネルト電極３４に押しつけられてい
る。すなわち、冷陰極３２は、ウェネルト電極３４とエ
ミッタ電極３５とにより挟まれて支持されている。
ネ３６により、ウェネルト電極３４に押しつけられてい
る。すなわち、冷陰極３２は、ウェネルト電極３４とエ
ミッタ電極３５とにより挟まれて支持されている。
【０００７】ウェネルト電極３４は、冷陰極３２から放
出された電子の流れ（電子流）の方向を制御し、集束す
るためのものである。ウェネルト電極３４は、その中心
に設けられた開口３７と、この開口３７の周囲が冷陰極
３２側にすり鉢状に曲がって形成されたすり鉢状部３８
とを有している。ウェネルト電極３４は、開口３７が電
子流を通過させ、すり鉢状部３８の先端が冷陰極３２と
当接している。
出された電子の流れ（電子流）の方向を制御し、集束す
るためのものである。ウェネルト電極３４は、その中心
に設けられた開口３７と、この開口３７の周囲が冷陰極
３２側にすり鉢状に曲がって形成されたすり鉢状部３８
とを有している。ウェネルト電極３４は、開口３７が電
子流を通過させ、すり鉢状部３８の先端が冷陰極３２と
当接している。
【０００８】この冷陰極３２は、基板３９の中心部の表
面（電子放出面３３）に複数のエミッタ４０が並べら
れ、更に各エミッタ４０をそれぞれ囲むゲート電極４１
と集束電極４２とを備えている。尚。ゲート電極４１
は、第１の絶縁膜５１を介して基板３９の上に設けら
れ、集束電極４２は、第２の絶縁膜５２を介してゲート
電極４１の上に設けられている。集束電極４２、ゲート
電極４１、第１の絶縁膜５１及び第２の絶縁膜５２はそ
れぞれ数μｍ以下の薄い膜である。また、ゲート電極４
１と冷陰極外周部のゲート電極給電パッド４６とを接続
するゲート電極配線４５が、集束電極４２の下に第２の
絶縁膜５２を介して設けられている。
面（電子放出面３３）に複数のエミッタ４０が並べら
れ、更に各エミッタ４０をそれぞれ囲むゲート電極４１
と集束電極４２とを備えている。尚。ゲート電極４１
は、第１の絶縁膜５１を介して基板３９の上に設けら
れ、集束電極４２は、第２の絶縁膜５２を介してゲート
電極４１の上に設けられている。集束電極４２、ゲート
電極４１、第１の絶縁膜５１及び第２の絶縁膜５２はそ
れぞれ数μｍ以下の薄い膜である。また、ゲート電極４
１と冷陰極外周部のゲート電極給電パッド４６とを接続
するゲート電極配線４５が、集束電極４２の下に第２の
絶縁膜５２を介して設けられている。
【０００９】冷陰極３２に設けられたエミッタ４０は、
その尖った先端から電子を放出するところである。ゲー
ト電極４１は、エミッタ４０の近傍に強電界を発生させ
て、エミッタ４０に電子を放出させるために設けられて
いる。このゲート電極４１は、ゲート電極配線４５とゲ
ート電極給電パッド４６を介して外部電源（図示省略）
に接続され、外部電源から給電されるようになってい
る。集束電極４２は、ウェネルト電極３４を介して外部
電源（図示省略）と接続されており、エミッタ４０から
放出された電子流を集束させる電界を形成するものであ
る。
その尖った先端から電子を放出するところである。ゲー
ト電極４１は、エミッタ４０の近傍に強電界を発生させ
て、エミッタ４０に電子を放出させるために設けられて
いる。このゲート電極４１は、ゲート電極配線４５とゲ
ート電極給電パッド４６を介して外部電源（図示省略）
に接続され、外部電源から給電されるようになってい
る。集束電極４２は、ウェネルト電極３４を介して外部
電源（図示省略）と接続されており、エミッタ４０から
放出された電子流を集束させる電界を形成するものであ
る。
【００１０】ゲート電極給電パッド４６と外部電源との
接続は、ウェネルト電極３４の上面と冷陰極３２の上面
との間の空間で、ボンディングワイヤ４３のゲート電極
給電パッド４６への溶着により行われている。
接続は、ウェネルト電極３４の上面と冷陰極３２の上面
との間の空間で、ボンディングワイヤ４３のゲート電極
給電パッド４６への溶着により行われている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】冷陰極３２は、エミッ
タ４０の先端に高電界（２〜５×１０7 Ｖ／ｃｍ）を集
中させることにより電子を取り出すという原理で動作す
る。冷陰極３２の動作電圧を下げるために、エミッタ４
０とゲート電極４１の距離をできるだけ近づけることが
望ましく、半導体産業で広く用いられている薄膜プロセ
スを利用することで、μｍオーダーの距離まで近づけて
設計・製造することが可能となっている。
タ４０の先端に高電界（２〜５×１０7 Ｖ／ｃｍ）を集
中させることにより電子を取り出すという原理で動作す
る。冷陰極３２の動作電圧を下げるために、エミッタ４
０とゲート電極４１の距離をできるだけ近づけることが
望ましく、半導体産業で広く用いられている薄膜プロセ
スを利用することで、μｍオーダーの距離まで近づけて
設計・製造することが可能となっている。
【００１２】また、集束電極４２の位置は、設計条件に
もよるが、上記の薄膜プロセスとの整合を考えて、ゲー
ト電極４１の上に数μｍ前後の厚さの第２の絶縁層５２
を介して配置されるのが通常である。
もよるが、上記の薄膜プロセスとの整合を考えて、ゲー
ト電極４１の上に数μｍ前後の厚さの第２の絶縁層５２
を介して配置されるのが通常である。
【００１３】この冷陰極３２のゲート電極４１，集束電
極４２それぞれに所定の電圧を印加するためには、それ
ぞれの電極に対応した外部電源に接続する端子を取り出
す必要がある。集束電極４２は表面に露出しているの
で、表面からウェネルト電極３４を押しつけて接触さ
せ、下層にあるゲート電極４１は、ウェネルト電極３４
の開口３７の内部の電界の軸対称性を保持するために、
ウェネルト電極３４の開口３７よりも外側へ引き出した
位置で外部電源と接続している。
極４２それぞれに所定の電圧を印加するためには、それ
ぞれの電極に対応した外部電源に接続する端子を取り出
す必要がある。集束電極４２は表面に露出しているの
で、表面からウェネルト電極３４を押しつけて接触さ
せ、下層にあるゲート電極４１は、ウェネルト電極３４
の開口３７の内部の電界の軸対称性を保持するために、
ウェネルト電極３４の開口３７よりも外側へ引き出した
位置で外部電源と接続している。
【００１４】具体的には、冷陰極３２のゲート電極４１
と外部電源に接続する端子となるゲート電極パッド４６
とを接続するゲート電極配線４５は、中央のエミッタエ
リア部４７から集束電極４２の下を通り、冷陰極３２の
外周部に設けられたゲート電極パッド４６まで延びてい
る。ここで、ゲート電極配線４５と集束電極４２の間
は、数μｍ以下の第２の絶縁膜５２で分離され、絶縁が
保たれている。
と外部電源に接続する端子となるゲート電極パッド４６
とを接続するゲート電極配線４５は、中央のエミッタエ
リア部４７から集束電極４２の下を通り、冷陰極３２の
外周部に設けられたゲート電極パッド４６まで延びてい
る。ここで、ゲート電極配線４５と集束電極４２の間
は、数μｍ以下の第２の絶縁膜５２で分離され、絶縁が
保たれている。
【００１５】しかし、従来の電子銃３１においては、図
５，６に示す通り、ウェネルト電極３４が集束電極４２
と当接する接触部分が、ゲート電極配線４５直上を通過
している。このゲート電極配線４５直上部の集束電極４
２は当然ながら他のゲート電極配線４５のない部分より
もゲート電極配線膜厚（ｔμｍ）分だけ突出してしまう
ため、平坦な接触面を備えた従来のウェネルト電極３４
を集束電極４２へ当接させると、この部分において集束
電極４２及び第２の絶縁膜５２に過剰なストレスが加わ
りやすくなる。
５，６に示す通り、ウェネルト電極３４が集束電極４２
と当接する接触部分が、ゲート電極配線４５直上を通過
している。このゲート電極配線４５直上部の集束電極４
２は当然ながら他のゲート電極配線４５のない部分より
もゲート電極配線膜厚（ｔμｍ）分だけ突出してしまう
ため、平坦な接触面を備えた従来のウェネルト電極３４
を集束電極４２へ当接させると、この部分において集束
電極４２及び第２の絶縁膜５２に過剰なストレスが加わ
りやすくなる。
【００１６】第２の絶縁膜５２の膜厚は、エミッタ４０
近傍では収束特性を満足するために所定の厚さにする必
要があり、それ以外の部分を厚くするにしても、薄膜プ
ロセスを利用しているために、数μｍをはるかに超える
膜厚とすることは実際上無理である。このため、図６
（ｃ）のＰ部に示すように、ゲート電極配線４５直上部
において集束電極４２とゲート電極配線４５間の数μｍ
以下の第２の絶縁膜５２は過剰なストレスによってクラ
ック等を生じ破壊され易い構造となっており、集束電極
４２とゲート電極配線４５との間の電気的信頼性が低く
なるという問題がある。
近傍では収束特性を満足するために所定の厚さにする必
要があり、それ以外の部分を厚くするにしても、薄膜プ
ロセスを利用しているために、数μｍをはるかに超える
膜厚とすることは実際上無理である。このため、図６
（ｃ）のＰ部に示すように、ゲート電極配線４５直上部
において集束電極４２とゲート電極配線４５間の数μｍ
以下の第２の絶縁膜５２は過剰なストレスによってクラ
ック等を生じ破壊され易い構造となっており、集束電極
４２とゲート電極配線４５との間の電気的信頼性が低く
なるという問題がある。
【００１７】本発明は、集束電極と当接するウェネルト
電極の接触部の形状を改良し、ウェネルト電極開口内の
電界の軸対称性を保持しながら、集束電極とゲート電極
配線，ゲート電極との間の電気的信頼性を向上させた電
子銃を提供しようとするものである。
電極の接触部の形状を改良し、ウェネルト電極開口内の
電界の軸対称性を保持しながら、集束電極とゲート電極
配線，ゲート電極との間の電気的信頼性を向上させた電
子銃を提供しようとするものである。
【００１８】
【００１９】
【課題を解決するための手段】 本 発明の集束電極付電界
放出型冷陰極搭載電子銃は、電子を放出するエミッタと
このエミッタの先端を取り囲む開口を有するゲート電極
と前記ゲート電極に対向すると共に中心軸が一致する集
束電極とを基板上に有し、且つ前記基板と前記ゲート電
極の間及び前記ゲート電極と前記集束電極との間にそれ
ぞれ第１の絶縁膜と第２の絶縁膜を有する集束電極付電
界放出型冷陰極と、前記ゲート電極をゲート電極配線及
びゲート電極給電パッドを介して第１の外部電源と接続
するゲート電極引き出し手段と、前記集束電極と第２の
外部電源とを接続するウェネルト電極とを備え、このウ
ェネルト電極が前記集束電極に当接する面に前記ゲート
電極配線の幅よりも広く且つ前記ゲート電極配線の厚さ
よりも深い逃げ部が設けられ、この逃げ部が前記ゲート
電極配線直上にくるよう固定され、前記ウェネルト電極
が前記ゲート電極配線直上において前記集束電極に接触
しない構造となっている。
放出型冷陰極搭載電子銃は、電子を放出するエミッタと
このエミッタの先端を取り囲む開口を有するゲート電極
と前記ゲート電極に対向すると共に中心軸が一致する集
束電極とを基板上に有し、且つ前記基板と前記ゲート電
極の間及び前記ゲート電極と前記集束電極との間にそれ
ぞれ第１の絶縁膜と第２の絶縁膜を有する集束電極付電
界放出型冷陰極と、前記ゲート電極をゲート電極配線及
びゲート電極給電パッドを介して第１の外部電源と接続
するゲート電極引き出し手段と、前記集束電極と第２の
外部電源とを接続するウェネルト電極とを備え、このウ
ェネルト電極が前記集束電極に当接する面に前記ゲート
電極配線の幅よりも広く且つ前記ゲート電極配線の厚さ
よりも深い逃げ部が設けられ、この逃げ部が前記ゲート
電極配線直上にくるよう固定され、前記ウェネルト電極
が前記ゲート電極配線直上において前記集束電極に接触
しない構造となっている。
【００２０】このとき、逃げ部の深さをｄμｍとし、ゲ
ート電極配線の厚さをｔμｍとしたとき、製造時のゲー
ト電極配線の膜厚及びその上の第２の絶縁膜の膜厚のば
らつきとウェネルト電極の開口内の電界の歪みへの影響
とのトレードオフから（ｔ＋２）μｍ≦ｄμｍ＜５０μ
ｍとするのが好ましい。
ート電極配線の厚さをｔμｍとしたとき、製造時のゲー
ト電極配線の膜厚及びその上の第２の絶縁膜の膜厚のば
らつきとウェネルト電極の開口内の電界の歪みへの影響
とのトレードオフから（ｔ＋２）μｍ≦ｄμｍ＜５０μ
ｍとするのが好ましい。
【００２１】また、逃げ部の幅をｈμｍ，ゲート電極配
線の幅をｗμｍとしたとき、製造時のゲート電極配線の
形成位置とウェネルト電極の逃げ部の形成位置との相対
的なバラツキとウェネルト電極の開口内の電界の歪みへ
の影響とのトレードオフから（ｗ＋１０）μｍ＜ｈμｍ
＜（ｗ＋２００）μｍとするのが好ましい。
線の幅をｗμｍとしたとき、製造時のゲート電極配線の
形成位置とウェネルト電極の逃げ部の形成位置との相対
的なバラツキとウェネルト電極の開口内の電界の歪みへ
の影響とのトレードオフから（ｗ＋１０）μｍ＜ｈμｍ
＜（ｗ＋２００）μｍとするのが好ましい。
【００２２】また、ウェネルト電極が集束電極と接触す
る接触面の内径を、前記ウェネルト電極のエミッタ領域
を取り囲む開口の開口径よりも大きくすることが好まし
い。
る接触面の内径を、前記ウェネルト電極のエミッタ領域
を取り囲む開口の開口径よりも大きくすることが好まし
い。
【００２３】また、ウェネルト電極の外周部に少なくと
も１個の欠落部を設け、この欠落部のところでゲート電
極給電パッドにゲート電極引き出し手段を接続すること
ができる。
も１個の欠落部を設け、この欠落部のところでゲート電
極給電パッドにゲート電極引き出し手段を接続すること
ができる。
【００２４】このとき、ゲート電極引き出し手段は、ゲ
ート電極給電板或いはボンディングワイヤとすることが
できる。
ート電極給電板或いはボンディングワイヤとすることが
できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を、図を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
【００２６】図１は、本発明の第１の実施形態の集束電
極付電界放出型冷陰極搭載電子銃１の概略構造を示す部
分断面斜視図である。尚、図１には、ウェネルト電極と
対向し高電圧を印加されて電子を引き出す役割を果たす
陽極は図示していない。尚、本実施形態の電子銃１にお
いても、その冷陰極は従来の電子銃において用いられて
いるもの（図４，５，６の冷陰極３２）と同じ構成であ
るので、以下の説明において冷陰極部分については、図
４，５，６も参照しながら同じ参照符号を用いて説明す
る。
極付電界放出型冷陰極搭載電子銃１の概略構造を示す部
分断面斜視図である。尚、図１には、ウェネルト電極と
対向し高電圧を印加されて電子を引き出す役割を果たす
陽極は図示していない。尚、本実施形態の電子銃１にお
いても、その冷陰極は従来の電子銃において用いられて
いるもの（図４，５，６の冷陰極３２）と同じ構成であ
るので、以下の説明において冷陰極部分については、図
４，５，６も参照しながら同じ参照符号を用いて説明す
る。
【００２７】図２は、本実施形態の電子銃１に用いられ
ているウェネルト電極４を説明するための図で、（ａ）
は冷陰極３２側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のａ１
−ａ２−ａ３線に沿った模式的な断面図、（ｃ）はこの
ウェネルト電極４を冷陰極３２に当接させたときのゲー
ト電極配線４５部近傍の冷陰極３２とウェネルト電極４
の当接状態を（ａ）のｂ１−ｂ２線に沿って模式的に示
す断面図である。
ているウェネルト電極４を説明するための図で、（ａ）
は冷陰極３２側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のａ１
−ａ２−ａ３線に沿った模式的な断面図、（ｃ）はこの
ウェネルト電極４を冷陰極３２に当接させたときのゲー
ト電極配線４５部近傍の冷陰極３２とウェネルト電極４
の当接状態を（ａ）のｂ１−ｂ２線に沿って模式的に示
す断面図である。
【００２８】図１，２，４，５，６を参照すると、この
電子銃１は、エミッタ４０とゲート電極４１と集束電極
４２とが電子放出面３３に設けられている冷陰極３２
と、冷陰極３２のゲート電極４１と外部電源（図示省
略）側とを接続するゲート電極引き出し手段としてゲー
ト電極給電板３と、集束電極４２と外部電源（図示省
略）側とを接続するウェネルト電極４と、冷陰極３２の
電子放出面３３とは反対側の背面に接触して設けられた
エミッタ電極５と、スプリング６を介してエミッタ電極
５を支持するエミッタ電極支持体７とを備えている。
電子銃１は、エミッタ４０とゲート電極４１と集束電極
４２とが電子放出面３３に設けられている冷陰極３２
と、冷陰極３２のゲート電極４１と外部電源（図示省
略）側とを接続するゲート電極引き出し手段としてゲー
ト電極給電板３と、集束電極４２と外部電源（図示省
略）側とを接続するウェネルト電極４と、冷陰極３２の
電子放出面３３とは反対側の背面に接触して設けられた
エミッタ電極５と、スプリング６を介してエミッタ電極
５を支持するエミッタ電極支持体７とを備えている。
【００２９】尚、電子銃１は、真空外囲器（図示省略）
に収容され、高真空環境に保持されている。また、冷陰
極３２に対向した位置には、陽極（図示省略）が配置さ
れている。
に収容され、高真空環境に保持されている。また、冷陰
極３２に対向した位置には、陽極（図示省略）が配置さ
れている。
【００３０】ゲート電極給電板３は、冷陰極側へ湾曲し
た突起を有し、その先端部分がゲート電極給電パッド４
６に接触している。ゲート電極給電板３は、金属などか
らなる第１の円筒型支持体２０の端面に溶接などにより
固定されて支持されており、この第１の円筒型支持体２
０を介して外部電源側に接続されている。
た突起を有し、その先端部分がゲート電極給電パッド４
６に接触している。ゲート電極給電板３は、金属などか
らなる第１の円筒型支持体２０の端面に溶接などにより
固定されて支持されており、この第１の円筒型支持体２
０を介して外部電源側に接続されている。
【００３１】ウェネルト電極４は、金属などからなる第
２の円筒型支持体２２の端面に溶接などにより固定され
て支持されており、この第２の円筒型支持体２２を介し
て外部電源側に接続されている。第２の円筒型支持体２
２は、上記の第１の円筒型支持体２０の外周側に配置さ
れている。
２の円筒型支持体２２の端面に溶接などにより固定され
て支持されており、この第２の円筒型支持体２２を介し
て外部電源側に接続されている。第２の円筒型支持体２
２は、上記の第１の円筒型支持体２０の外周側に配置さ
れている。
【００３２】尚、冷陰極３２はウェネルト電極４・エミ
ッタ電極５間で挟み込まれて実装される。組立順序は、
ウェネルト電極４を第２の円筒型支持体２２に固定する
ことにより冷陰極３２を固定した後、ゲート電極給電板
３の固定を行う。
ッタ電極５間で挟み込まれて実装される。組立順序は、
ウェネルト電極４を第２の円筒型支持体２２に固定する
ことにより冷陰極３２を固定した後、ゲート電極給電板
３の固定を行う。
【００３３】次に、ウェネルト電極４の構造について説
明する。
明する。
【００３４】ウェネルト電極４は、中央に設けられた開
口１０と、この開口１０の周囲に設けられたすり鉢状部
１２と、集束電極４２と当接するすり鉢状部１２端部の
ゲート電極配線４５直上部に集束電極４２と接触しない
よう設けられた逃げ部８とを有し、その逃げ部８がゲー
ト電極配線４５直上にくるよう組み立てられている。
尚、この逃げ部の幅ｈμｍと深さｄμｍは、少なくとも
ゲート電極配線４５の幅ｗμｍと膜厚ｔμｍよりも広く
且つ深く形成される。
口１０と、この開口１０の周囲に設けられたすり鉢状部
１２と、集束電極４２と当接するすり鉢状部１２端部の
ゲート電極配線４５直上部に集束電極４２と接触しない
よう設けられた逃げ部８とを有し、その逃げ部８がゲー
ト電極配線４５直上にくるよう組み立てられている。
尚、この逃げ部の幅ｈμｍと深さｄμｍは、少なくとも
ゲート電極配線４５の幅ｗμｍと膜厚ｔμｍよりも広く
且つ深く形成される。
【００３５】このように、ゲート電極配線４５の直上部
になるウェネルト電極４の集束電極４２と当接するすり
鉢状部１２端部により好ましくは、幅ｈμｍ（＞（ｗ＋
１０）μｍ），深さｄμｍ（＞（ｔ＋２））μｍの逃げ
部８を設け、この逃げ部８がゲート電極配線４５直上に
くるように組立・固定し、ゲート電極配線４５直上でウ
ェネルト電極４が集束電極４２に接触しないようにした
点が、本実施形態の電子銃１の最大の特徴である。
になるウェネルト電極４の集束電極４２と当接するすり
鉢状部１２端部により好ましくは、幅ｈμｍ（＞（ｗ＋
１０）μｍ），深さｄμｍ（＞（ｔ＋２））μｍの逃げ
部８を設け、この逃げ部８がゲート電極配線４５直上に
くるように組立・固定し、ゲート電極配線４５直上でウ
ェネルト電極４が集束電極４２に接触しないようにした
点が、本実施形態の電子銃１の最大の特徴である。
【００３６】尚、このウェネルト電極４の外周は各ゲー
ト電極給電板３の近傍に欠落部１５が形成されており、
ウェネルト電極４とゲート電極給電板４との電気的短絡
を防止している。
ト電極給電板３の近傍に欠落部１５が形成されており、
ウェネルト電極４とゲート電極給電板４との電気的短絡
を防止している。
【００３７】本実施形態の電子銃１では、ウェネルト電
極４を集束電極４２に押しつけても、実際にウェネルト
電極４と集束電極４２が当接するのは接触部１６のみ
で、ウェネルト電極４のゲート電極配線４５直上部には
ゲート電極配線の膜厚ｔμｍ，幅ｗμｍに対して十分な
深さｄμｍと幅ｈμｍを持つ逃げ部８が形成されている
ため、ゲート電極配線４５直上でウェネルト電極４と集
束電極４２が接触することはなく、第２の絶縁膜５２の
破壊を防止し、ゲート電極配線４５，従ってゲート電極
４１と集束電極４２の間の絶縁破壊を防ぐことができて
いる。
極４を集束電極４２に押しつけても、実際にウェネルト
電極４と集束電極４２が当接するのは接触部１６のみ
で、ウェネルト電極４のゲート電極配線４５直上部には
ゲート電極配線の膜厚ｔμｍ，幅ｗμｍに対して十分な
深さｄμｍと幅ｈμｍを持つ逃げ部８が形成されている
ため、ゲート電極配線４５直上でウェネルト電極４と集
束電極４２が接触することはなく、第２の絶縁膜５２の
破壊を防止し、ゲート電極配線４５，従ってゲート電極
４１と集束電極４２の間の絶縁破壊を防ぐことができて
いる。
【００３８】次に、本実施形態の電子銃１の動作を説明
する。
する。
【００３９】本実施形態の電子銃１は、外囲器（図示せ
ず）より構造上支持されたエミッタ電極支持体７を介し
エミッタ電極５にエミッタ電位を、第１の円筒型支持体
２０，ゲート電極給電板３，ゲート電極給電パッド４
６，ゲート電極配線４５を介してゲート電極４１にエミ
ッタ電位に対し数十Ｖから百数十Ｖ正のゲート電極電位
を、第２の円筒型支持体２０，ウェネルト電極４を介し
集束電極４２にエミッタ電位とゲート電極電位との間の
集束電極電位をそれぞれ印加する。エミッタ電位に対す
るゲート電極電位と集束電極電位を調整することで冷陰
極３２からの放出電流量と放出電子の軌道がコントロー
ルされ、電子銃としての機能を達成する。
ず）より構造上支持されたエミッタ電極支持体７を介し
エミッタ電極５にエミッタ電位を、第１の円筒型支持体
２０，ゲート電極給電板３，ゲート電極給電パッド４
６，ゲート電極配線４５を介してゲート電極４１にエミ
ッタ電位に対し数十Ｖから百数十Ｖ正のゲート電極電位
を、第２の円筒型支持体２０，ウェネルト電極４を介し
集束電極４２にエミッタ電位とゲート電極電位との間の
集束電極電位をそれぞれ印加する。エミッタ電位に対す
るゲート電極電位と集束電極電位を調整することで冷陰
極３２からの放出電流量と放出電子の軌道がコントロー
ルされ、電子銃としての機能を達成する。
【００４０】尚、ウェネルト電極４が集束電極４２と当
接するすり鉢状部１２先端にゲート電極配線４５直上の
逃げ部８を設けると、その部分で電子流近傍の電界の軸
対称性を少なからず歪めることになる。この電界の軸非
対称性が電子流に与える影響は、電子銃サイズが小さく
なるほど顕著になる。例えば、進行波管用電子銃におい
ては高周波になるほどこの逃げ部８による軸非対称性の
影響が大きくなる。
接するすり鉢状部１２先端にゲート電極配線４５直上の
逃げ部８を設けると、その部分で電子流近傍の電界の軸
対称性を少なからず歪めることになる。この電界の軸非
対称性が電子流に与える影響は、電子銃サイズが小さく
なるほど顕著になる。例えば、進行波管用電子銃におい
ては高周波になるほどこの逃げ部８による軸非対称性の
影響が大きくなる。
【００４１】従って、逃げ部８の深さｄμｍと幅ｈμｍ
については、製造時のゲート電極配線の膜厚及びその上
の第２の絶縁膜５２の膜厚のばらつきとウェネルト電極
の開口１０内の電界の歪みへの影響とのトレードオフ更
にはこの逃げ部の加工精度等を考慮すると、（ｔ＋２）
μｍ≦ｄμｍ＜５０μｍ、或いは（ｗ＋１０）μｍ＜ｈ
μｍ＜（ｗ＋２００）μｍの少なくとも一方を満足する
のが好ましい。
については、製造時のゲート電極配線の膜厚及びその上
の第２の絶縁膜５２の膜厚のばらつきとウェネルト電極
の開口１０内の電界の歪みへの影響とのトレードオフ更
にはこの逃げ部の加工精度等を考慮すると、（ｔ＋２）
μｍ≦ｄμｍ＜５０μｍ、或いは（ｗ＋１０）μｍ＜ｈ
μｍ＜（ｗ＋２００）μｍの少なくとも一方を満足する
のが好ましい。
【００４２】次に、本発明の第２の実施形態に関し、図
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００４３】本実施形態の電子銃と第１の実施形態の電
子銃１との相違点は、ウェネルト電極の形状のみであ
る。
子銃１との相違点は、ウェネルト電極の形状のみであ
る。
【００４４】図３は、本実施形態の電子銃のウェネルト
電極２４を説明するための図で、（ａ）は冷陰極３２側
から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のｃ１−ｃ２−ｃ３線
に沿った断面図，（ｃ）は（ａ）のＱ部の拡大図であ
る。
電極２４を説明するための図で、（ａ）は冷陰極３２側
から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のｃ１−ｃ２−ｃ３線
に沿った断面図，（ｃ）は（ａ）のＱ部の拡大図であ
る。
【００４５】図３を参照すると、本実施形態の電子銃の
ウェネルト電極２４は、集束電極４２と当接する接触部
１７がウェネルト電極２４の開口１０から径方向に離れ
た部分に設けられている。従って、本実施形態の電子銃
に用いられているウェネルト電極２４の逃げ部２８もウ
ェネルト電極２４の開口内縁端１４から距離ｓだけ離れ
た部分にできる。従って、このウェネルト電極２４を用
いた本実施形態の電子銃では、逃げ部２８による電子流
近傍の電界の軸対称性の歪みを更に抑制することができ
る。
ウェネルト電極２４は、集束電極４２と当接する接触部
１７がウェネルト電極２４の開口１０から径方向に離れ
た部分に設けられている。従って、本実施形態の電子銃
に用いられているウェネルト電極２４の逃げ部２８もウ
ェネルト電極２４の開口内縁端１４から距離ｓだけ離れ
た部分にできる。従って、このウェネルト電極２４を用
いた本実施形態の電子銃では、逃げ部２８による電子流
近傍の電界の軸対称性の歪みを更に抑制することができ
る。
【００４６】尚、第１の実施形態においては、ゲート電
極４１と外部電源側とを接続するゲート電極引き出し手
段としてゲート電極給電板３を例として説明したが、従
来の電子銃のようにボンディングワイヤを用いることが
できることはいうまでもないことである。
極４１と外部電源側とを接続するゲート電極引き出し手
段としてゲート電極給電板３を例として説明したが、従
来の電子銃のようにボンディングワイヤを用いることが
できることはいうまでもないことである。
【００４７】
【発明の効果】本発明の集束電極付電界放出型冷陰極搭
載電子銃は、ウェネルト電極が集束電極と当接するすり
鉢状部先端のゲート電極配線直上部に逃げ部を設けるこ
とで、ゲート電極配線と集束電極とを絶縁している第２
の絶縁膜が破壊されることがなく、またウェネルト電極
と集束電極が当接している接触部で集束電極が傷つけら
れた場合でも、傷つけられた部分の下にはゲート電極配
線がないためゲート電極配線とウェネルト電極が電気的
に導通することはなく、集束電極とゲート電極配線，ゲ
ート電極との間の電気的信頼性を向上できるという効果
が得られる。
載電子銃は、ウェネルト電極が集束電極と当接するすり
鉢状部先端のゲート電極配線直上部に逃げ部を設けるこ
とで、ゲート電極配線と集束電極とを絶縁している第２
の絶縁膜が破壊されることがなく、またウェネルト電極
と集束電極が当接している接触部で集束電極が傷つけら
れた場合でも、傷つけられた部分の下にはゲート電極配
線がないためゲート電極配線とウェネルト電極が電気的
に導通することはなく、集束電極とゲート電極配線，ゲ
ート電極との間の電気的信頼性を向上できるという効果
が得られる。
【図１】本発明の第１の実施形態の電子銃の概略構造を
示す部分断面斜視図である。
示す部分断面斜視図である。
【図２】第１の実施形態の電子銃に用いられているウェ
ネルト電極を説明するための図で、（ａ）は冷陰極側か
ら見た平面図、（ｂ）は（ａ）のａ１−ａ２−ａ３線に
沿った模式的な断面図、（ｃ）はこのウェネルト電極を
冷陰極に当接させたときのゲート電極配線部近傍の冷陰
極とウェネルト電極の当接状態を（ａ）のｂ１−ｂ２線
に沿って模式的に示す断面図である。
ネルト電極を説明するための図で、（ａ）は冷陰極側か
ら見た平面図、（ｂ）は（ａ）のａ１−ａ２−ａ３線に
沿った模式的な断面図、（ｃ）はこのウェネルト電極を
冷陰極に当接させたときのゲート電極配線部近傍の冷陰
極とウェネルト電極の当接状態を（ａ）のｂ１−ｂ２線
に沿って模式的に示す断面図である。
【図３】第２の実施形態の電子銃のウェネルト電極を説
明するための図で、（ａ）は冷陰極側から見た平面図、
（ｂ）は（ａ）のｃ１−ｃ２−ｃ３線に沿った断面図，
（ｃ）は（ａ）のＱ部の拡大図である。
明するための図で、（ａ）は冷陰極側から見た平面図、
（ｂ）は（ａ）のｃ１−ｃ２−ｃ３線に沿った断面図，
（ｃ）は（ａ）のＱ部の拡大図である。
【図４】従来の電子銃の全体概略を模式的に示す断面図
である。
である。
【図５】従来の電子銃に搭載されている冷陰極の模式的
な平面図である。
な平面図である。
【図６】従来の電子銃の冷陰極とウェネルト電極との当
接の状態を説明するための図で、（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ図５のＸ１−Ｘ２−Ｘ線及びＹ１−Ｙ２線に沿った
断面を組立前のウェネルト電極と共に模式的に示す断面
図、（ｃ）は組立後の冷陰極とウェネルト電極の当接部
の主要部（（ａ）で示される部分に相当）を示す断面図
である。
接の状態を説明するための図で、（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ図５のＸ１−Ｘ２−Ｘ線及びＹ１−Ｙ２線に沿った
断面を組立前のウェネルト電極と共に模式的に示す断面
図、（ｃ）は組立後の冷陰極とウェネルト電極の当接部
の主要部（（ａ）で示される部分に相当）を示す断面図
である。
１，３１ 電子銃 ３ ゲート電極給電板 ４，２４，３４ ウェネルト電極 ５ エミッタ電極 ６ スプリング ７ エミッタ電極支持体 ８ 逃げ部 １０，３７ 開口 １２，３８ すり鉢状部 １４ 開口内縁端 １５ 欠落部 １６，１７ 接触部 ２０ 第１の円筒型支持体 ２２ 第２の円筒型支持体 ３２ 冷陰極 ３３ 電子放出面 ３９ 基板 ４０ エミッタ ４１ ゲート電極 ４２ 集束電極 ４５ ゲート電極配線 ４６ ゲート電極給電パッド ４７ エミッタエリア部 ５１ 第１の絶縁膜 ５２ 第２の絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 3/02 H01J 26/04 H01J 26/06 H01J 9/02
Claims (7)
- 【請求項１】 電子を放出するエミッタとこのエミッタ
の先端を取り囲む開口部を有するゲート電極と前記ゲー
ト電極に対向すると共に中心軸が一致する集束電極とを
基板上に有し、且つ前記基板と前記ゲート電極の間及び
前記ゲート電極と前記集束電極との間にそれぞれ第１の
絶縁膜と第２の絶縁膜を有する集束電極付電界放出型冷
陰極と、前記ゲート電極をゲート電極配線及びゲート電
極給電パッドを介して第１の外部電源と接続するゲート
電極引き出し手段と、前記集束電極と第２の外部電源と
を接続するウェネルト電極とを備えた電子銃において、
前記ウェネルト電極が前記集束電極に当接する面に前記
ゲート電極配線の幅よりも広く且つ前記ゲート電極配線
の厚さよりも深い逃げ部が設けられ、この逃げ部が前記
ゲート電極配線直上にくるよう固定され、前記ウェネル
ト電極が前記ゲート電極配線直上において前記集束電極
に接触しない構造を有することを特徴とする集束電極付
電界放出型冷陰極搭載電子銃。 - 【請求項２】 ウェネルト電極が集束電極と接触する接
触面の内径が、前記ウェネルト電極のエミッタ領域を取
り囲む開口部の開口径よりも大きい請求項１記載の集束
電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃。 - 【請求項３】 ウェネルト電極が、外周部に少なくとも
１個の欠落部を有し、この欠落部のところでゲート電極
給電パッドにゲート電極引き出し手段が接続された請求
項１又は２記載の集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子
銃。 - 【請求項４】 逃げ部の深さをｄμｍ，ゲート電極配線
の厚さをｔμｍとしたとき、（ｔ＋２）μｍ≦ｄμｍ＜
５０μｍである請求項１乃至３いずれか１項に記載の集
束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃。 - 【請求項５】 逃げ部の幅をｈμｍ，ゲート電極配線の
幅をｗμｍとしたとき、（ｗ＋１０）μｍ＜ｈμｍ＜
（ｗ＋２００）μｍである請求項１乃至４いずれか１項
に記載の集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃。 - 【請求項６】 ゲート電極引き出し手段が、ゲート電極
給電板からなっている請求項３記載の集束電極付電界放
出型冷陰極搭載電子銃。 - 【請求項７】 ゲート電極引き出し手段が、ボンディン
グワイヤからなっている請求項３記載の集束電極付電界
放出型冷陰極搭載電子銃。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27601399A JP3293605B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃 |
| US09/669,111 US6452335B1 (en) | 1999-09-29 | 2000-09-25 | Field emission type cold-cathode electron gun with focusing electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27601399A JP3293605B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001101964A JP2001101964A (ja) | 2001-04-13 |
| JP3293605B2 true JP3293605B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=17563579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27601399A Expired - Fee Related JP3293605B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 集束電極付電界放出型冷陰極搭載電子銃 |
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| US20250201506A1 (en) * | 2023-12-18 | 2025-06-19 | Varex Imaging Corporation | Field emitter apparatuses and x-ray systems |
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- 1999-09-29 JP JP27601399A patent/JP3293605B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2000-09-25 US US09/669,111 patent/US6452335B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US6452335B1 (en) | 2002-09-17 |
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