JPH027500B2

JPH027500B2 -

Info

Publication number: JPH027500B2
Application number: JP58134405A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; Yasuhiro Torii
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1983-07-25
Filing date: 1983-07-25
Publication date: 1990-02-19
Also published as: JPS6028147A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、長寿命の高輝度イオンビームを放出
するリザーブ構成の電界放出型液体金属イオン源
に関するものである。

（従来技術）高輝度イオン源として、針状エミツタを用いた
電界放出型の液体金属イオン源が良く知られてい
る。このイオン源の構成としては、針状エミツタ
を支持する針状エミツタ支持具に電流を流して支
持具を直接抵抗加熱して放出すべき金属を溶融さ
せる簡易な直熱型のイオン源構成と、溶融金属を
貯蔵するリザーバを加熱するリザーブ構成のイオ
ン源とがある。

後者のイオン源の方が、溶融金属の貯蔵量を多
くできるとともに、溶融温度の変動が少ないため
安定にかつ長時間にわたつて使用できる。

第１図に従来のリザーブ構成の液体金属イオン
源の主要構成の一例を示す。このイオン源はAu
などの高融点金属用のイオン源として用いられ
る。

第１図において、１は針状エミツタ、２は金属
製の液体金属貯蔵部、３は貯蔵部２内の溶融金
属、４は針状エミツタ１を支持する支持具、５は
液体金属貯蔵部２の加熱用支持体である。この支
持体５の内部に貯蔵部２を収容し、かつ支持体５
の上部に支持具４を取付ける。

６は支持体５の外周面に配設したリザーバ加熱
用抵抗線、７は熱遮蔽板、８は引出し電極、９は
引出し電極８に給電する引出し電源、１０は加熱
用抵抗線６へ給電する加熱用電源である。

液体金属貯蔵部２の先端には穴をあけてあり、
その穴の部分から、針状エミツタ１は、わずかの
間隙（約0.1mm）を保つて、液体金属貯蔵部２の
外方に突出している。

このような構成になつているから、液体金属貯
蔵部２の中にイオン化すべき金属を入れておき、
加熱用抵抗線６に電流を流してこれを加熱する
と、液体金属貯蔵部２の中の金属は溶けて溶融金
属３となる。この溶融金属３は、金属貯蔵部２か
ら突出している針状エミツタ１に沿つて流れ、そ
のエミツタ先端に供給される。このような状態
で、引き出し電源９によつて、液体金属３で覆わ
れた針状エミツタ１の先端の電界がある閾値を越
えると、液体金属表面に加わる静電気力が液体金
属３の表面張力による収縮力を上廻り、テーラー
コーンが発生すると同時に、コーン先端でイオン
放出が始まる。

ところで、針状エミツタ１としては、線径0.2
〜0.5mmφ、先端曲率１〜10μｍ程度のＷ，Niな
どの金属線が用いられている。一般に、液体金属
貯蔵部２は、加熱用電力の低減、温度の均一性、
針状エミツタの挿入の容易性（すなわち、針状エ
ミツタ１の先端が液体金属貯蔵部２の内壁にぶつ
からないようにする。）、溶融金属の貯蔵量の増大
などの諸点を考慮して、内径１mm以下、長さ20〜
30mm程度と細長い形状であり、しかも針状エミツ
タ１は上部の針状エミツタ支持具４によつて支持
されていた。

このため、室温で固体になる金属に対しては、
金属を補給する場合に、針状エミツタ１に金属が
凝固しており、導入スペースが著しく減少し、し
かも針状エミツタ１が柔軟性に乏しくなるので、
補給が困難であるとともに、針状エミツタ１が長
いため、熱的な伸縮や溶融金属の膨張などに起因
して針状エミツタ１の先端の位置変動が生じた。

一方、Al金属、Ｂ―Ni，Ｂ―Ni―Pt，Sb―
Pb―Auなどの合金などの溶融金属は、Ｗ，Niな
どの金属と反応するので、これらの溶融金属に対
する針状エミツタ材としては、カーボン，Tiを
コートしたカーボン，硼化物，炭化物，カーボン
を金属でコーテイングしたものなどの高融点導電
性母材を針状エミツタとして用いることが試みら
れている。

しかしながら、このような針状エミツタを用い
たリザーブ構成の液体金属イオン源はまだ実現さ
れていない。一般に、カーボンや硼化物などの針
状エミツタは脆性で、しかも加熱や冷却に対し
て、溶融金属とは膨張係数が異なるので、融解，
凝固に伴う歪みや加熱や冷却に伴う熱歪みが生じ
るとともに、折れ易かつた。

そのため、従来の第１図のイオン源構成では、
加熱，冷却の反復を伴なう繰返し使用回数、針状
エミツタの位置精度およびイオンとして放出すべ
き金属の補給などに問題があつた。さらにまた、
第１図示の従来のイオン源では、液体金属貯蔵部
２が金属で形成されているので、Al，合金など
の溶融金属と反応してしまい、安定したイオンビ
ームを放出することは困難であつた。

（目的）そこで、本発明の目的は、液体貯蔵部内部で針
状エミツタを適切に支持することによつて、イオ
ン化すべき金属の補給を容易にし、かつ針状エミ
ツタ先端の位置精度を改善するとともに、特に、
金属線と反応し易い溶融金属に対して加熱，冷却
の反復使用に耐える長寿命，高安定なリザーブ構
成の液体金属イオン源を提供することにある。

（発明の構成）かかる目的を達成するために、本発明は、イオ
ンを放出すべき液体金属を貯溜するリザーバ部
と、リザーバ部の下部に配置された針状エミツタ
と、リザーバ部から針状エミツタに液体金属を供
給する供給部材と、針状エミツタと対向して配置
され、針状エミツタから液体金属のイオンを引き
出す引出し電極とを具え、リザーバ部において、
針状エミツタに対し、イオン放出方向とは反対側
に、液体金属を貯溜するように構成する。

（実施例）以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明の液体金属イオン源の一実施例の全体の
構成を第２図に示し、そのイオン源の本体部を第
３図〜第５図に示す。第４図は第３図のＡ―Ａ線
断面図であり、第５図は第３図示のイオン源本体
部を上方から見た上面図である。ここで、第１図
と同様の個所には同一符号を付すことにする。

第２図において、１１は装置組込用の電圧導入
端子付フランジ、１２は絶縁性基板、１３はイオ
ン源本体の支持具、１４は針状エミツタに高電圧
を供給する高電圧供給端子である。

第３図〜第５図において、１５は金属線もしく
は高融点母材から作製された針状エミツタ、１６
は部材１６―１および１６―２から成る針状エミ
ツタ支持具、１７は部材１７―１および１７―２
から成る液体金属貯蔵部である。部材１７―２は
溶融金属３を収容する中空円筒形状のもので、こ
の部材１７―２のまわりには外側部材１７―１を
配置する。この外側部材１７―１の下部には針状
エミツタ支持具部材１６―１および１６―２を収
容し、部材１６―１に形成した凹部１６―１Ａに
取付けた針状エミツタ１５の先端を下方外部に突
出させる先すぼまりのノズル部１７―１Ａを形成
する。１７―１Ｂはその針状エミツタ１５を突出
させるノズル孔である。さらに、１８は絶縁熱伝
導材で作製されている液体金属貯蔵部加熱用支持
体、１９は導電性の液体金属貯蔵部固定体であ
り、本実施例では、これら各部１６，１７，１８
および１９によつてリザーバ部を構成している。
このような構造によつても、第１図のイオン源と
同様の方法でイオンビームを放出することができ
る。ここで、針状エミツタ１５はリザーバ部の下
部に配置され、リザーバ部においては、針状エミ
ツタ１５に対して、イオン放出方向とは反対側
に、溶融金属３が貯溜される。従つて、針状エミ
ツタ１５の長さを短くでき、リザーバ部の容積を
大きくでき、しかもリザーバ部からノズル孔１７
―１Ｂを通して溶融金属３を針状エミツタ１５の
方へのみ効率よく取り出すことができる。

以上の構成の本発明の実施例を、Alイオン源
を例にとつてより詳細に述べる。

溶融Alは、反応性が激しいため、イオン源の
構成材料として溶融Alと接触する部分には金属
を用いることができない。そのため、特願昭56−
142529号に開示されているように、溶融Alに反
応耐性のある硼化物（TiB₂，CrB₂），複合硼化
物（BN―TiB₂），炭化物（TiC）等で第２図に
示す針状エミツタ１５、針状エミツタ支持部１６
および液体金属貯蔵部１７を構成している。この
ような材料は脆性で衝撃や歪み（Alの融解・凝
固に伴う歪みや熱歪み）で破損し易いものであ
る。

そこで、針状エミツタ１５の長さはなるべく短
かい方がよいが、直径0.5mmの針状エミツタに対
しては15〜10mm程度以下の短さにすればよいこと
を確認した。他方、長さ15〜20mm以上では破損し
やすく、繰返しの昇温，冷却に耐えるのは困難で
あつた。実際上は、５mm以下程度の短かい針状エ
ミツタ１５を使用することもできる。さらに加え
て、針状エミツタ１５の長さを短かくした方が熱
的変形による針状エミツタ先端の位置ずれ量が小
さくなり、イオンビーム放出源の位置変動が減少
する利点を有している。

針状エミツタ支持具１６は、針状エミツタ１５
の周囲の金属や融解や凝固に伴う歪みが各部の熱
変形に伴う歪による針状エミツタ１５の破損を防
ぐために、針状エミツタ１５に可動性を持たせ、
針状エミツタ支持の上下，左右方向に例えば約
0.1〜0.3mmの間隙を有する構造にしておく。さら
に、針状エミツタ支持具１６を構成する部材１６
―１および１６―２は、いずれも第４図のＡ―Ａ
線断面図に示すように、円板の両側を半月状に切
除した細長い構造となし、部材１６―１の上面に
は針状エミツタ１５の太径後端部１５Ａを収容す
る凹部１６―１Ａを形成しておく。さらに、上側
の部材１６―２の幅を下側の部材１６―１の幅よ
り狭くしておく。従つて、かかる針状エミツタ支
持具１６の上部に貯蔵されている溶融金属３は、
その両脇を通つて、液体金属供給部材としてのノ
ズル孔１７―１Ｂを通つて針状エミツタ１５の先
端まで供給され、これによつて、針状エミツタ支
持具１６の上部から針状エミツタ１５への溶融金
属の補給が容易となる。

この針状エミツタ支持具１６は、その上方に配
置されている液体金属貯蔵部部材１７―２を介し
て、液体金属貯蔵部固定体１９により固定され、
それにより、針状エミツタ支持具１６の位置変動
が防止されるようにする。このとき、液体金属貯
蔵部固定体１９は、溶融金属３と接触する可能性
があるので、溶融金属３に対して反応耐性が高
く、かつ耐熱性および導電性に優れたカーボン、
あるいは針状エミツタ１５と同質の材料によりこ
の固定体１９を構成することにより、溶融Alと
の反応が生じないようにすることができると共
に、この部分より針状エミツタ先端に高電圧を印
加することができる。なお、液体金属貯蔵部固定
体１９の形状も、第５図に示すように、エミツタ
支持具１６と同様に中実円筒の両側を切除した形
状などにして排気口を設けておくことによつて、
液体金属貯蔵部１７の内部の残留ガスを高真空に
排気可能であり、以て溶融AlがO₂やN₂と反応す
ることがなく安定したイオンビームを得ることが
できる。

液体金属貯蔵部加熱用支持体１８は、液体金属
貯蔵部１７を支持するとともにリザーバ加熱用抵
抗線６で発生する熱を液体金属貯蔵部１７に効率
よく熱伝導する必要があるので、絶縁性熱伝導体
で構成するものとする。さらに、液体金属貯蔵部
１７の溶融金属３との濡れ性がよいので、溶融金
属３はノズル部１７―１Ａの内壁１７―１Ｃか
ら、ノズル孔１７―１Ｂの外壁１７―１Ｄを経
て、ノズル部１７―１Ａの支持体１８との接合部
１７―１Ｅの近傍まで上つていき、接合部１７―
１Ｅで支持体１８と接触する可能性がある。従つ
て、支持体１８を溶融金属３に対して反応性が高
い硼化物（BN）や酸化物（Al₂O₃）等で構成す
ることも必要である。なお、液体金属貯蔵部加熱
用支持体１８の支持は、上方あるいは下方のいず
れで行つてもよいが、液体金属貯蔵部外側部材１
７―１の先端のノズル孔１７―１Ｂの近傍の熱損
失を軽減するためには、上方で支持する構造の方
が優れている。

以上に述べた本発明の実施例による液体金属
Alイオン源の場合の実験例について述べる。１
回のイオン源動作時間約８時間、動作温度660℃
〜900℃（平均約750℃）で約50回繰返し動作させ
ても（昇温時間：約20〜30分，冷却時間：約40〜
60分）、針状エミツタ１５の破損やAlによる各構
成部との反応およびAlの変質は全く認められず、
極めて長寿命で信頼性の高いイオン源であること
が実験的に確認された。しかも、針状エミツタ１
５の先端の変動も認められず、各部の位置精度が
熱変動に対して極めて安定していた。また、金属
の補給口となる溶融金属貯蔵部１７の上部に針状
エミツタ１５が存在しないので、金属の補給、特
に針状エミツタ１５が凝固した金属により固定さ
れた状態での金属の補給をも容易に行なうことが
できた。

このように、本発明によれば、昇温と冷却の反
復使用に耐える高寿命のイオン源を提供でき、し
かもこのイオン源に対する金属の補給も容易であ
る。

長時間にわたつて連続してイオンビームを安定
に放出する１例として、第６図に本実施例による
Alイオン源のイオンビーム放出電流の経時特性
を示す。これは、動作温度750℃で、引出し電圧
を7.3KVに一定にした際のイオンビーム放出電流
の安定性を測定したものであるが、ソース電流を
20μAという低い電流にしたにもかかわらず、イ
オンビーム電流の変動率は±１％／３時間以下と
非常に小さく、極めて安定な動作を示している。
このことは、取りも直さず、溶融Alが針状エミ
ツタ１５の先端へ円滑に供給され、しかも針状エ
ミツタ１５の先端の位置変動も殆んどないことを
実証している。

以上では、液体金属Alイオン源を例にとつて
本発明を説明してきたが、本発明の実施例は溶融
Alの場合にのみ限定されるものではなく、室温
で固体である金属や、金属に対して反応性の高い
溶融合金などに対して本発明を適用できることは
いうまでもない。さらに加えて、脆性な針状エミ
ツタに対してのみ本発明が限定的に適用されるも
のではなく、金属線で作製した針状エミツタに対
しても本発明が有効であることは自明のことであ
る。

第７図および第８図は、本発明の別の実施例の
縦断面図および底面図を示し、ここで、２０は第
２図中の針状エミツタ支持具１６の部材１６―２
と同様の構造をもつ針状エミツタ支持具、２１は
貯蔵部１７と同様に部材２１―１と２１―２とか
ら成る液体金属貯蔵部であり、これら両部材２０
および２１によりリザーバ部を構成する。液体金
属貯蔵部２１の内側部材２１―２は、第２図の内
側部材１７―２と同様に針状エミツタ支持具２０
の位置変動を防止するためのものである。本例で
は、エミツタ支持具１６のように部材１６―１を
設けず、液体金属貯蔵部２１の外側部材２１―１
に第２図中の針状エミツタ支持具１６の部材１６
―１と同様に針状エミツタ１５を支持するための
凹部２１―１Ａをノズル部２１―１Ｂに形成し、
更に針状エミツタ１５を液体金属貯蔵部２１―１
にあけたノズル孔２１―１Ｃより下方に突出させ
る。

以上の構成によれば、第２図〜第５図に示した
実施例よりも針状エミツタ１５の長さを短縮して
針状エミツタ１５の強度および位置精度を高め、
しかも組立ての簡易性を向上させることができ
る。

本実施例では、ノズル孔２１―１Ｃが針状エミ
ツタ１５によつて半ば閉塞された状態となる。そ
こで、本例では、ノズル孔２１―１Ｃの近傍に溶
融金属伝播用の小孔２２（例えば、直径約0.2mm
以上）を１個以上設けることにより液体金属供給
部材を構成して、針状エミツタ１５の先端への溶
融金属３の円滑な供給を行う。

針状エミツタ支持具２０および液体金属貯蔵部
２１は、第２図〜第５図に示した実施例における
針状エミツタ支持具１６および液体金属貯蔵部１
７と同質の材料で構成する。他方、針状エミツタ
支持具２０および液体金属貯蔵部２１―２につい
ては、液体金属貯蔵部２１―１から直接針状エミ
ツタ１５へ給電可能であることから、これら部材
２０および２１―２は導電性を有する材料で形成
する必要がないことは言うまでもない。

第９図および第１０図は本発明の更に別の実施
例を示し、ここで、３１はリザーバ部を構成する
液体金属貯蔵部である。この液体金属貯蔵部３１
は、第２図〜第５図あるいは第７図および第８図
に示した２つの実施例をさらに発展させた構成で
ある。上述したこれら実施例では、針状エミツタ
１５とリザーバ部としての液体金属貯蔵部１７ま
たは２１とが同質材料で構成されていることを考
慮して、本実施例では、液体金属貯蔵部３１の下
部に口すぼまりの円錘形部分３２を形成し、その
下端に針状エミツタ３３を一体にして突設する。

このように、針状エミツタ支持具１６や２０を
設けないことにより、針状エミツタ３３の強度，
位置精度および構造の簡易性を飛躍的に高めるこ
とができる。ただし、本実施例では、上述した実
施例におけるようなノズル孔は存在しないので、
第７図および第８図の例に示した小孔２２と同様
の小孔３４（直径例えば約0.2mm以上）を針状エ
ミツタ３３の近傍に１個以上設けて溶融金属供給
部材を構成することにより、針状エミツタ３３の
先端への溶融金属３の供給を行う。

以上では、本発明の実施例を、針状エミツタ１
５の支持の種々の形態を中心に述べてきたが、次
に、液体金属貯蔵部１７も溶融金属３との濡れ性
を中心にして、第２図〜第５図に示した実施例の
説明を行う。

一般に、ノズル部１７―１Ａの内壁１７―１Ｃ
と溶融金属３との濡れ性が悪いと、液体金属貯蔵
部１７が溶融金属３と接触した直後にあつては、
表面張力のために溶融金属３がノズル孔１７―１
Ｂより出難い。ところが、本実施例では、液体金
属貯蔵部１７が針状エミツタ１５と同質材で構成
されているため、濡れ性が良好であり、イオン源
動作初期から針状エミツタ１５の先端へ溶融金属
３が安定に供給される。

しかしながら、溶融金属貯蔵部１７は同一材料
で構成されているため、溶融金属３はノズル孔１
７―１Ｂからノズル部１７―１Ａの外壁１７―１
Ｄへ伝播する。この点を考慮して、本実施例で
は、液体金属貯蔵部加熱用支持体１８をノズル部
外壁１７―１Ｄの方へ突出した構造にし、かつ、
Al等の反応性の高い溶融金属３に対する反応耐
性が高く、しかも溶融金属３との濡れ性が悪い硼
化物（BN）や酸化物（Al₂O₃）等の高融点絶縁
材で液体金属貯蔵部加熱用支持体１８を構成する
ことにより、接合部１７―１Ｅでノズル部外壁１
７―１Ｄを伝播してきた溶融金属３を塞き止める
ように構成した。

この構成によれば、溶融金属３は、ノズル部外
壁１７―１Ｄに膜状となつてこの領域に完全に、
しかも安定に保持された状態になるから、針状エ
ミツタ１５の先端への溶融金属３の円滑な供給が
可能となり、第６図に示したような安定なイオン
ビーム放出を実現できるのである。

このような、液体金属貯蔵部１７と溶融金属３
との濡れ性を基にすると、ノズル部１７―１Ａの
外壁１７―１Ｄを、溶融金属３との濡れ性が悪
く、かつ反応耐性の高い高融点材料により、例え
ば、プラズマ・ジエツト法等を用いて、被覆する
ことにより、ノズル部外壁１７―１Ｄへの溶融金
属３の伝播を防ぐ構成も可能である。

さらに、全く逆の材料構成、すなわち、液体金
属貯蔵部１７を溶融金属３との濡れ性が悪く、か
つ反応耐性の高い高融点材料で構成し、液体金属
貯蔵部１７の内壁、特にノズル部１７―１Ａの内
壁１７―１Ｃを溶融金属３との濡れ性がよく、か
つ反応耐性の高い高融点材料で被覆することによ
り、同様な効果を期待できることは言うまでもな
いことである。

このような濡れ性の考えに立脚して実施した本
発明の更に別の例を第１１図および第１２図に示
す。

ここで、４１は液体金属貯蔵部１７の部材１７
―１のノズル部１７―１Ａの機能も兼た針状エミ
ツタ支持具、４２はノズル構造を有していない液
体金属貯蔵部であり、針状エミツタ支持部４１を
この液体金属貯蔵部４２の下端部にはめ込むこと
によつてリザーバ部を構成して、溶融金属３の貯
蔵を行うようにする。針状エミツタ支持具４１に
は針状エミツタ１５を着脱自在に嵌合して突出さ
せて支持する孔４３および溶融金属３を針状エミ
ツタ１５に供給するための供給部材として、例え
ば直径約0.3mm以上の小孔４４を形成する。

ここで、液体金属貯蔵部４２は針状エミツタ１
５と同質材で構成するが、針状エミツタ支持具４
１はAl等の反応性の高い溶融金属３に対して反
応耐性があり、かつ濡れ性が悪いカーボン等の高
融点導電材を用いて形成する。それにより、溶融
金属３は、針状エミツタ支持具に設けられた小孔
４４を通つて針状エミツタ支持具４１の外壁４１
Ａへ伝播することなく針状エミツタ１５に供給さ
れることが可能である。

しかも、針状エミツタ１５は、針状エミツタ支
持具４１に着脱自在に嵌め込んでいるので、針状
エミツタ１５の位置精度の向上とイオン源構成の
簡易化が可能である。

なお、本例にあつては、針状エミツタ支持具４
１と溶融金属３との濡れ性が悪いため、小孔４４
を通して溶融金属３を針状エミツタ１５へ連続的
に供給することが困難なように考えられるが、こ
の小孔４４を比較的大きな径にしたり、針状エミ
ツタ支持具４１の外壁４１Ａに傾斜を設けること
により、針状エミツタ１５との接合部分４１Ｂに
溶融金属溜を形成させることによつて、針状エミ
ツタ１５の先端へ溶融金属３を円滑に供給するこ
とが可能である。

なお、第７図と第８図、および第１１図と第１
２図の例では、針状エミツタ１５の先端に溶融金
属３を供給するために、小孔２２または４４を設
けた構造を示したが、このような小孔２２や４４
を設けることは必ずしも必要ではなく、針状エミ
ツタ１５の側面から溶融金属３を供給するように
してもよいこと勿論である。

以上に説明した本発明の実施例では、特に反応
性の高い高融点金属の場合を例にとつて本発明を
説明したが、その他の金属や各種合金等の液体金
属イオン源にも本発明を適用できることは言うま
でもない。

さらにまた、従来の金属性針状エミツタを配置
して構成した液体金属イオン源に対して、本発明
のような構成で針状エミツタを支持し、液体金属
貯蔵部のノズル孔近傍を前述したような濡れ性の
異なる材料で構成する（例えば、クラツド材を用
いたり、溶射被覆法の適用により可能である）こ
とにより、針状エミツタの強度や位置精度の向
上、液体金属の円滑な供給等が可能になり、以て
安定なイオンビームが得られることは当然のこと
である。

また、リザーバ部は、液体金属貯蔵部を主体に
して構成されていればよく、液体金属貯蔵部加熱
用支持体および液体金属貯蔵部固定体は本発明の
趣旨を生かすものであれば、種々の構成が可能で
あることはいうまでもない。さらに加えて、以上
では、リザーバ部を抵抗線により間接的に加熱す
る構成例について本発明を述べてきたが、リザー
バ部を通電加熱して、金属を溶融させてもよいこ
とも勿論のことである。

（効果）以上説明したように、本発明では、イオン化す
べき溶融金属に対して反応耐性のある導電性母材
（一般に脆性な材質である）を加工して針状エミ
ツタとしてリザーブ構成型の液体金属イオン源を
構成したので、高安定に動作し、反復使用可能で
高寿命のイオン源を提供することができる。さら
に、本発明イオン源によれば、金属線エミツタを
使用した場合にも、室温で固体の金属を補充する
のが容易になるとともに、針状エミツタの熱的変
動によるイオンビームの射出方向の変動を改善す
ることができる。このため、本発明はリザーブ構
成の液体金属イオン源として有用である。液体金
属イオン源は高輝度で種々のイオン種の発生が可
能であるから、パタンニング（露光など），イオ
ン打込み、，マイクロエツチング，付着，ドーピ
ングさらにはイオンビームマイクロアナリシス用
のイオン源としても有効に用いることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電界放出型液体金属イオン源
の、特にエミツタ部分の構成を拡大して示す縦断
面図、第２図は本発明のリザーブ構成型液体金属
イオン源の構成の一例を示す縦断面図、第３図は
そのエミツタ部分の構成を拡大して示す縦断面
図、第４図はそのＡ―Ａ線断面図、第５図は第３
図示のイオン源の上面図、第６図は本発明イオン
源のイオン電流の経時特性を示す特性曲線図、第
７図は本発明イオン源の第２実施例を示す縦断面
図、第８図はその底面図、第９図は本発明イオン
源の第３実施例を示す縦断面図、第１０図はその
底面図、第１１図は本発明イオン源の第４実施例
を示す縦断面図、第１２図はその底面図である。１…針状エミツタ、２…液体金属貯蔵部、３…
溶融金属、４…針状エミツタ支持具、５…液体金
属貯蔵部加熱用支持体、６…リザーバ加熱用抵抗
線、７…熱遮蔽板、８…引出し電極、９…引出し
電源、１０…加熱用電源、１１…電圧導入端子付
フランジ、１２…絶縁性基板、１３…イオン源本
体支持具、１４…高電圧供給端子、１５…針状エ
ミツタ、１５Ａ…太径後端部、１６…針状エミツ
タ支持具、１６―１…下側部材、１６―２…上側
部材、１６―１Ａ…凹部、１７…液体金属貯蔵
部、１７―１…外側部材、１７―２…内側部材、
１７―１Ａ…ノズル部、１７―１Ｂ…ノズル孔、
１７―１Ｃ…内壁、１７―１Ｄ…外壁、１７―１
Ｅ…接合部、１８…液体金属貯蔵部加熱用支持
体、１９…液体金属貯蔵部固定体、２０…針状エ
ミツタ支持部、２１…液体金属貯蔵部、２１―１
…外側部材、２１―２…内側部材、２１―１Ａ…
凹部、２１―１Ｂ…ノズル部、２１―１Ｃ…ノズ
ル孔、２２…小孔、３１…液体金属貯蔵部、３２
…円錘形部分、３３…針状エミツタ、３４…小
孔、４１…針状エミツタ支持具、４１Ａ…外壁、
４１Ｂ…接合部分、４２…液体金属貯蔵部、４３
…支持孔、４４…小孔。

Claims

【特許請求の範囲】１イオンを放出すべき液体金属を貯溜するリザ
ーバ部と、該リザーバ部の下部に配置された針状エミツタ
と、前記リザーバ部から前記針状エミツタに前記液
体金属を供給する供給部材と、前記針状エミツタと対向して配置され、当該針
状エミツタから前記液体金属のイオンを引き出す
引出し電極とを具え、前記リザーバ部において、
前記針状エミツタに対し、イオン放出方向とは反
対側に、前記液体金属を貯溜するようにしたこと
を特徴とする液体金属イオン源。２特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン
源において、前記リザーバ部は、前記針状エミツ
タをゆるく支持する支持具と、該支持具と共に前
記液体金属を貯溜する液体金属貯蔵部とを有する
ことを特徴とする液体金属イオン源。３特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン
源において、前記供給部材は前記リザーバ部の底
部にあけた孔であり、該孔を通して前記リザーバ
部に貯溜されている前記液体金属を前記針状エミ
ツタに供給するようにしたことを特徴とする液体
金属イオン源。４特許請求の範囲第１項記載の液体金属イオン
源において、前記リザーバ部の底部に一体に前記
針状エミツタを突設し、前記底部には前記針状エ
ミツタの近傍に前記供給部材としての孔をあけた
ことを特徴とする液体金属イオン源。５特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部は排気用開口を有することを特徴とす
る液体金属イオン源。６特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部、前記針状エミツタおよび前記供給部
材を前記液体金属と反応しにくい材料で構成した
ことを特徴とする液体金属イオン源。７特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部のうち、前記針状エミツタに関連する
部分を導電性材料で構成したことを特徴とする液
体金属イオン源。８特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれ
かの項に記載の液体金属イオン源において、前記
リザーバ部の外側であつて、しかも前記針状エミ
ツタの先端に向けて前記供給部材から前記液体金
属が流れる方向以外の部分において、当該液体金
属と接する部分を、当該液体金属が流れにくくす
るようになしたことを特徴とする液体金属イオン
源。