JPH0227643A - 熱電界放射電子銃の安定化方法 - Google Patents
熱電界放射電子銃の安定化方法Info
- Publication number
- JPH0227643A JPH0227643A JP63174888A JP17488888A JPH0227643A JP H0227643 A JPH0227643 A JP H0227643A JP 63174888 A JP63174888 A JP 63174888A JP 17488888 A JP17488888 A JP 17488888A JP H0227643 A JPH0227643 A JP H0227643A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electric field
- electron gun
- tip
- needle tip
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/063—Electron sources
- H01J2237/06308—Thermionic sources
- H01J2237/06316—Schottky emission
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (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、電子顕微鏡等に用いられる熱電界放射電子銃
の安定化方法に関する。
の安定化方法に関する。
軸方位が＜１００＞方位のタングステン単結晶針状チッ
プの先端にジルコニウムと酸素とからなる被覆層を設け
た、いわゆるＺｒ／Ｗ熱電界放射電子銃は熱陰極に比べ
てエネルギー幅が狭く、輝度が高く、寿命が長いという
特長をもっている。この樺な特性からＺｒ／Ｗ熱電界放
射電子銃は電子顕微鏡をはじめとする各種電子ビーム応
用機器に使われている。
プの先端にジルコニウムと酸素とからなる被覆層を設け
た、いわゆるＺｒ／Ｗ熱電界放射電子銃は熱陰極に比べ
てエネルギー幅が狭く、輝度が高く、寿命が長いという
特長をもっている。この樺な特性からＺｒ／Ｗ熱電界放
射電子銃は電子顕微鏡をはじめとする各種電子ビーム応
用機器に使われている。
Ｚｒ／Ｗ熱電界放射電子銃の放射電流の安定性はその針
状チップ先端の形状によって左右される。
状チップ先端の形状によって左右される。
第３図（Ａ）に示す様に針状チップの先端に（１００）
面の平坦部（以下、これをファセットと呼ぶ）が形成さ
れているとき、放射電流は極めて安定であるが、このフ
ァセット形状が崩れ、第３図（Ｂ）の様な単純な曲面形
状となった場合には第４図に示すような周期的な放射電
流の変動が生じる。Ｚｒ／Ｗ熱電界放射電子銃の最適な
動作温度は１８００にとされている〔文献：エル ダブ
リュー スヮンソン アンド デイ タグル：アプリケ
ーシッンズ オブ サーフェス サイエンス（ＬＪ、Ｓ
ｗａｎｓ。
面の平坦部（以下、これをファセットと呼ぶ）が形成さ
れているとき、放射電流は極めて安定であるが、このフ
ァセット形状が崩れ、第３図（Ｂ）の様な単純な曲面形
状となった場合には第４図に示すような周期的な放射電
流の変動が生じる。Ｚｒ／Ｗ熱電界放射電子銃の最適な
動作温度は１８００にとされている〔文献：エル ダブ
リュー スヮンソン アンド デイ タグル：アプリケ
ーシッンズ オブ サーフェス サイエンス（ＬＪ、Ｓ
ｗａｎｓ。
ｎ ａｎｄ Ｄ、Ｔｕｇｇｌｅ ： Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ ｏｆ ５ｕｒｆａｃｅ ５ｃｉｅｎｃｅ）第
８巻（１９８１年）、１８５−１９６頁〕。しかしなが
ら、この温度においてファセット形状を維持するために
はかなり高い電界を印加する必要があり、このときの放
射全電流は１００〜数１００μＡにも達し、エネルギー
幅は増大する０例えば測長機の様に、電子銃を放射全電
流が数１０μＡ程度の低い領域で動作させる場合には、
そのように高い電界を印加することが困難であり、針状
チップ先端のファセット形状を維持することができず、
安定に動作させることが難しい。
ｉｏｎｓ ｏｆ ５ｕｒｆａｃｅ ５ｃｉｅｎｃｅ）第
８巻（１９８１年）、１８５−１９６頁〕。しかしなが
ら、この温度においてファセット形状を維持するために
はかなり高い電界を印加する必要があり、このときの放
射全電流は１００〜数１００μＡにも達し、エネルギー
幅は増大する０例えば測長機の様に、電子銃を放射全電
流が数１０μＡ程度の低い領域で動作させる場合には、
そのように高い電界を印加することが困難であり、針状
チップ先端のファセット形状を維持することができず、
安定に動作させることが難しい。
本発明はこの樺な問題点を解決し、Ｚｒ／Ｗ熱電界放射
電子銃を安定にする方法を提供することを目的とする。
電子銃を安定にする方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上記目的を達成するために、熱電界放射電
子銃の動作条件と安定性の関係について種々検討を行な
った結果、以下に示す処理を行なえば、それほど高くな
い電界、すなわち放射全電流が数１０μＡ程度の動作に
おいても長時間安定な放射電流を得ることができること
を見出し本発明に至った。
子銃の動作条件と安定性の関係について種々検討を行な
った結果、以下に示す処理を行なえば、それほど高くな
い電界、すなわち放射全電流が数１０μＡ程度の動作に
おいても長時間安定な放射電流を得ることができること
を見出し本発明に至った。
すなわち、本発明は軸方位が＜１００＞方位のタングス
テン単結晶針状チップの先端にジルコニウムと酸素とか
らなる被覆層を設けた針状チップを備えた熱電界放射電
子銃を、下記第１工程と第２工程の順で処理することを
特徴とする熱電界放射電子銃の安定化方法である。
テン単結晶針状チップの先端にジルコニウムと酸素とか
らなる被覆層を設けた針状チップを備えた熱電界放射電
子銃を、下記第１工程と第２工程の順で処理することを
特徴とする熱電界放射電子銃の安定化方法である。
第１工程−針状チップの温度を１７５０に以上１９００
に未満とし、０．１５ Ｖ／Å以上０．３Ｖ／Å未満の
電界を印加する。
に未満とし、０．１５ Ｖ／Å以上０．３Ｖ／Å未満の
電界を印加する。
第２工程−・−針状チップの温度を１６００に以上１７
００に未満とし、０．０５Ｖ／Å以上０．１５ Ｖ／Å
未満の電界を印加する。
００に未満とし、０．０５Ｖ／Å以上０．１５ Ｖ／Å
未満の電界を印加する。
以下、本発明について詳しく説明する。まず、第１工程
において曲面形状となった該陰極先端がファセット形状
に再生される。このときの電界は０．１５Ｖ／Å以上０
．３Ｖ／Å未満である。ただし、電界は次の式で定義さ
れる。
において曲面形状となった該陰極先端がファセット形状
に再生される。このときの電界は０．１５Ｖ／Å以上０
．３Ｖ／Å未満である。ただし、電界は次の式で定義さ
れる。
ここで、Ｆ：電界（Ｖ／入）、
Ｖｅｘ：引出し電圧（Ｖ）、
ｒ：チップ先端の曲率半径（人）、
ｄ：チップ先端と引出し電極間の距離
（入）である。
電界が０．１５Ｖ／入未満ではファセットを再生するこ
とができず、また、０．３Ｖ／Å以上では針状チップ先
端を破損するおそれがあるからである。なお、このとき
の針状チップの温度は１７５０に以上１９００に未満で
なければならない。１７５０に未満ではファセットの再
生に過大な時間を必要とし、また１９００に以上では該
陰極の破損を招きやすいからである。
とができず、また、０．３Ｖ／Å以上では針状チップ先
端を破損するおそれがあるからである。なお、このとき
の針状チップの温度は１７５０に以上１９００に未満で
なければならない。１７５０に未満ではファセットの再
生に過大な時間を必要とし、また１９００に以上では該
陰極の破損を招きやすいからである。
第１工程により熱電界放射陰極先端のファセットの再生
を行なった後には、第２工程として、電界と該陰極の温
度を下げる。電界のみを下げた場合には再生させたファ
セット形状が維持されず、ふたたび曲面形状へと変化し
てしまうため、該陰極の温度を同時に下げることが重要
である。このときの温度は１６００に以上１７５０に未
満の範囲で、また電界は０．０５Ｖ／Å以上０．１５Ｖ
／入未満の範囲において、所望の放射電流が得られるま
で、それぞれ下げれば良い。温度１７５０に以上、ある
いは電界０．０５Ｖ／Å未満では、ファセット形状を維
持する効果が乏しく、また、温度１６００に未満、ある
いは電界０．１５Ｖ／Å以上では放射電流のノイズやエ
ネルギー幅が増大するからである。
を行なった後には、第２工程として、電界と該陰極の温
度を下げる。電界のみを下げた場合には再生させたファ
セット形状が維持されず、ふたたび曲面形状へと変化し
てしまうため、該陰極の温度を同時に下げることが重要
である。このときの温度は１６００に以上１７５０に未
満の範囲で、また電界は０．０５Ｖ／Å以上０．１５Ｖ
／入未満の範囲において、所望の放射電流が得られるま
で、それぞれ下げれば良い。温度１７５０に以上、ある
いは電界０．０５Ｖ／Å未満では、ファセット形状を維
持する効果が乏しく、また、温度１６００に未満、ある
いは電界０．１５Ｖ／Å以上では放射電流のノイズやエ
ネルギー幅が増大するからである。
なお、第２工程における電界も前記の式で定義される。
この様にして熱電界放射電子銃を安定化することができ
、以後は長時間安定な放射電流を得ることができる。
、以後は長時間安定な放射電流を得ることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。第１図は実施
例の回路図である。針状チップ１には直径０．１２５閣
の＜ｉｏｏ＞方位タングステン単結晶を用い、この先端
の曲率半径は０．４μｍであった。針状チップは加熱用
フィラメント２に溶接により固定されている。
例の回路図である。針状チップ１には直径０．１２５閣
の＜ｉｏｏ＞方位タングステン単結晶を用い、この先端
の曲率半径は０．４μｍであった。針状チップは加熱用
フィラメント２に溶接により固定されている。
針状チップはサプレッサー３から０．２５−突き出して
いる。加熱用フィラメントとサプレッサーは絶縁ベース
４を介して固定されている。針状チップの先端と引出し
電極５の表面の中心までの距離は０．３５ｍ５である。
いる。加熱用フィラメントとサプレッサーは絶縁ベース
４を介して固定されている。針状チップの先端と引出し
電極５の表面の中心までの距離は０．３５ｍ５である。
引出し電極から４８−の間隔をおいて接地電極６を設け
、その先にファラディ・カップ７を備えている。
、その先にファラディ・カップ７を備えている。
加熱用電源８より加熱用フィラメント２に通電すること
で針状チップｌを加熱する。サプレッサー電源９により
サプレッサー３に一３００ｖを印加する。なお、この実
施例においては電圧はすべて針状チップ１の電位を基準
にして表示する。
で針状チップｌを加熱する。サプレッサー電源９により
サプレッサー３に一３００ｖを印加する。なお、この実
施例においては電圧はすべて針状チップ１の電位を基準
にして表示する。
また、引出し電極５には引出し電源１０により引出し電
圧（Ｖｅｘ）が印加される。電流計１１により放射全電
流（Ｉｔ）が測定され、電流計１２によりプローブ電流
（Ｉｐ）が測定される。針状チップ１の温度は放射温度
計（図示せず）を用い、放射率を０．４４として測定さ
れる。
圧（Ｖｅｘ）が印加される。電流計１１により放射全電
流（Ｉｔ）が測定され、電流計１２によりプローブ電流
（Ｉｐ）が測定される。針状チップ１の温度は放射温度
計（図示せず）を用い、放射率を０．４４として測定さ
れる。
以上の装置による実験結果を第２図のグラフに示す、動
作開始後８０時間までは針状チップの温度１８００Ｋ、
引出し電圧１．７ｋＶ、すなわち電界（Ｆ）が０．１１
Ｖ／Åで動作させた。このとき放射全電流は３５〜４０
μＡの範囲で、またプローブ電流は２〜６ｎＡの範囲で
それぞれ周期的な変動をくり返した。（図中の（ａ）部
）。
作開始後８０時間までは針状チップの温度１８００Ｋ、
引出し電圧１．７ｋＶ、すなわち電界（Ｆ）が０．１１
Ｖ／Åで動作させた。このとき放射全電流は３５〜４０
μＡの範囲で、またプローブ電流は２〜６ｎＡの範囲で
それぞれ周期的な変動をくり返した。（図中の（ａ）部
）。
次に８０〜１００時間においては、前記第１工程の条件
として温度１８００にで、引出し電圧３、ＯｋＶ、すな
わち０．２０ Ｖ／Åの電界を印加した。
として温度１８００にで、引出し電圧３、ＯｋＶ、すな
わち０．２０ Ｖ／Åの電界を印加した。
９０時間以後は放射電流は全電流が１１５μＡで、プロ
ーブ電流が２３ｎＡで安定となった（図中の（ｂ）部）
。
ーブ電流が２３ｎＡで安定となった（図中の（ｂ）部）
。
そこで１００時間以後、温度を１７００Ｋに下げ、同時
に引出し電圧を１．７ｋＶ、すなわち電界を０．１１Ｖ
／Åに下げて動作させた（第２工程、図中の（Ｃ）部）
、この状態で放射電流は極めて安定となり、これ以後少
な（とも１０００時間安定な動作が維持されていること
を確認した。
に引出し電圧を１．７ｋＶ、すなわち電界を０．１１Ｖ
／Åに下げて動作させた（第２工程、図中の（Ｃ）部）
、この状態で放射電流は極めて安定となり、これ以後少
な（とも１０００時間安定な動作が維持されていること
を確認した。
なお、本実施例では、サプレッサー電圧は一３００■で
一定としたが、これを変えることによっても、熱電界放
射電子銃に印加される電界を調節することが可能である
。
一定としたが、これを変えることによっても、熱電界放
射電子銃に印加される電界を調節することが可能である
。
本発明の方法によればそれまでは不安定であった熱電界
放射電子銃の機能を回復させ、長時間安定に動作させる
ことができる。
放射電子銃の機能を回復させ、長時間安定に動作させる
ことができる。
第１図は本発明の方法を実施するための回路図である。
第２図は本発明の実施例を示すグラフである。第３図（
Ａ） 、 （Ｂ）は針状チップ先端の斜視図であり、第
４図は放射電流の経時変化を示すグラフである。 符号 １−・針状チップ ２−加熱用フィラメント ３−サプレッサー ４−絶縁ベース ５−引出し電極 ６−接地電極 ７・−・ファラデイーカップ ８・・・加熱用電源 ９− サプレッサー電源 ｌ〇−引出し電源 １１−・電流計 １２・−・電流計
Ａ） 、 （Ｂ）は針状チップ先端の斜視図であり、第
４図は放射電流の経時変化を示すグラフである。 符号 １−・針状チップ ２−加熱用フィラメント ３−サプレッサー ４−絶縁ベース ５−引出し電極 ６−接地電極 ７・−・ファラデイーカップ ８・・・加熱用電源 ９− サプレッサー電源 ｌ〇−引出し電源 １１−・電流計 １２・−・電流計
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 軸方位が＜１００＞方位のタングステン単結晶針状チッ
プの先端にジルコニウムと酸素とからなる被覆層を設け
た針状チップを備えた熱電界放射電子銃を、下記第１工
程と第２工程の順で処理することを特徴とする熱電界放
射電子銃の安定化方法。 第１工程・・・針状チップの温度を１７５０Ｋ以上１９
００Ｋ未満とし、０．１５Ｖ／Å以上０．３Ｖ／Å未満
の電界を印加する。 第２工程・・・針状チップの温度を１６００Ｋ以上１７
５０Ｋ未満とし、０．０５Ｖ／Å以上０．１５Ｖ／Å未
満の電界を印加する。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488888A JPH0628142B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 熱電界放射電子銃の安定化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17488888A JPH0628142B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 熱電界放射電子銃の安定化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0227643A true JPH0227643A (ja) | 1990-01-30 |
| JPH0628142B2 JPH0628142B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=15986426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17488888A Expired - Lifetime JPH0628142B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 熱電界放射電子銃の安定化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0628142B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449968A (en) * | 1992-06-24 | 1995-09-12 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Thermal field emission cathode |
| US5616926A (en) * | 1994-08-03 | 1997-04-01 | Hitachi, Ltd. | Schottky emission cathode and a method of stabilizing the same |
| JP2023093552A (ja) * | 2016-08-08 | 2023-07-04 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 電子エミッタ及びそれを製作する方法 |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP17488888A patent/JPH0628142B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449968A (en) * | 1992-06-24 | 1995-09-12 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Thermal field emission cathode |
| US5616926A (en) * | 1994-08-03 | 1997-04-01 | Hitachi, Ltd. | Schottky emission cathode and a method of stabilizing the same |
| JP2023093552A (ja) * | 2016-08-08 | 2023-07-04 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 電子エミッタ及びそれを製作する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0628142B2 (ja) | 1994-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5794598B2 (ja) | 六ホウ化金属冷電界エミッター、その製造方法及び電子銃 | |
| Charbonnier | Developing and using the field emitter as a high intensity electron source | |
| JPS585496B2 (ja) | 安定な熱電界放出陰極を再生可能に製造する方法 | |
| US5962961A (en) | Thermal field emission electron gun | |
| JPH0227643A (ja) | 熱電界放射電子銃の安定化方法 | |
| JP2011238459A (ja) | 電子源 | |
| JPH0311054B2 (ja) | ||
| JPH03289034A (ja) | 液体金属イオン源の安定化操作方法 | |
| JPS6084744A (ja) | 熱陰極 | |
| Mousa | Characteristics of tungsten substrate with Al2O3 coatings under UHV conditions | |
| Komuro et al. | Field‐emission liquid‐metal ion source and triode ion gun | |
| US3945698A (en) | Method of stabilizing emitted electron beam in field emission electron gun | |
| JP2000164112A (ja) | 陰極、陰極の製造方法、電子銃 | |
| JPH0684452A (ja) | 熱電界放射陰極 | |
| JPS6151725A (ja) | 電界放射型陰極 | |
| JPS6129093B2 (ja) | ||
| Mousa | Effect of an internally conductive coating on the electron emission from glass tips | |
| RU2225654C2 (ru) | Автотермоэлектронный катод | |
| JPS6280936A (ja) | フイ−ルドエミツタ−の製造方法 | |
| JPH0421295B2 (ja) | ||
| JPH10321120A (ja) | 電子銃 | |
| Kuznetsov | Cathodes for electron guns | |
| JPH0778552A (ja) | 電界放射型陰極およびその製造方法 | |
| JPH0612973A (ja) | 熱電界放射陰極の操作方法 | |
| JPS62222554A (ja) | 荷電粒子線源の加熱電源 |