JPH02812B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH02812B2 JPH02812B2 JP60098068A JP9806885A JPH02812B2 JP H02812 B2 JPH02812 B2 JP H02812B2 JP 60098068 A JP60098068 A JP 60098068A JP 9806885 A JP9806885 A JP 9806885A JP H02812 B2 JPH02812 B2 JP H02812B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- ionized metal
- emitter
- heating element
- ion source
- 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.)
- Expired - Lifetime
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は電界電離液体金属イオン源（electro
hydrodynamic ion source以下EHDイオン源と
略称する）に関する。
hydrodynamic ion source以下EHDイオン源と
略称する）に関する。
EHDイオン源は、液体金属に覆われた針状の
金属エミツタ先端に強電界（数十kV）を印加し、
その電界がある臨界値になると、液体表面に加わ
る静電気力は表面張力による収縮力を上回り、テ
イラー（Taylor）コーンと呼ばれる円錐状を呈
するようになり、同時にこのコーンの先端では液
体金属の蒸発電界強度に達し、イオン放出が始ま
る。これがEHDイオン源の原理である。
金属エミツタ先端に強電界（数十kV）を印加し、
その電界がある臨界値になると、液体表面に加わ
る静電気力は表面張力による収縮力を上回り、テ
イラー（Taylor）コーンと呼ばれる円錐状を呈
するようになり、同時にこのコーンの先端では液
体金属の蒸発電界強度に達し、イオン放出が始ま
る。これがEHDイオン源の原理である。
近時半導体の高集積化に伴ない、イオンビーム
による微細加工が注目されている。微細加工をす
る場合、イオンビームのスポツト径を小さくする
ことが必要であるが、これは必然的にイオンビー
ム電流の減少を伴なう。加工される試料面に照射
されるイオンビーム電流を支配するパラメータは
電流密度とイオンの横方向の運動エネルギー成分
であるので、イオン源としては電流放出面が小さ
く、かつ電流密度の高い高輝度のものが要求され
る。この要求に対して、フイールドエミツタ型
（電界電離型）のイオン源が考案されている。特
にEHDイオン源は106A／cm2・Sr以上の高い輝度
と10eV以下のエネルギー半値幅を持つので、微
小集束のイオンビームを得ることが可能である。
一方、液状のイオン化金属は針状チツプ表面に沿
つて先端に供給されるので、イオン源周囲でのイ
オン化金属の蒸発も無視できないものとなる。従
つてイオン化金属としては主としてGa、In、
Au、Bi、Pb、Li、Ｂ、Cs、Al等、低蒸気圧のも
のが用いられる。例えば、ピーデイ プレワツト
（PD Prewett）らジヤーナル・オブ・フイジツ
クス・デイー 13巻（1980）1747〜55頁（J.
Phys.D、13（1980）1747〜55）。
による微細加工が注目されている。微細加工をす
る場合、イオンビームのスポツト径を小さくする
ことが必要であるが、これは必然的にイオンビー
ム電流の減少を伴なう。加工される試料面に照射
されるイオンビーム電流を支配するパラメータは
電流密度とイオンの横方向の運動エネルギー成分
であるので、イオン源としては電流放出面が小さ
く、かつ電流密度の高い高輝度のものが要求され
る。この要求に対して、フイールドエミツタ型
（電界電離型）のイオン源が考案されている。特
にEHDイオン源は106A／cm2・Sr以上の高い輝度
と10eV以下のエネルギー半値幅を持つので、微
小集束のイオンビームを得ることが可能である。
一方、液状のイオン化金属は針状チツプ表面に沿
つて先端に供給されるので、イオン源周囲でのイ
オン化金属の蒸発も無視できないものとなる。従
つてイオン化金属としては主としてGa、In、
Au、Bi、Pb、Li、Ｂ、Cs、Al等、低蒸気圧のも
のが用いられる。例えば、ピーデイ プレワツト
（PD Prewett）らジヤーナル・オブ・フイジツ
クス・デイー 13巻（1980）1747〜55頁（J.
Phys.D、13（1980）1747〜55）。
従来の最も一般的なEHDイオン源は第１図ａ
のように、先端の曲率が１〜2μmの針状に尖つた
イオン放射体１がヘアピン形のエミツタ線２の先
に溶接され、両者の結合部分にイオン化金属３が
搭載されている構造のものであり、更に長寿命化
を図つたものとしては第１図ｂのように、針状に
尖つたイオン放射体１はヘアピン形のエミツタ線
２の先に溶接され、このエミツタ線に掛け渡され
て設けられた補助線４よりイオン放射体１とヘア
ピン形のエミツタ線２の結合部分に至る間にイオ
ン化金属３が搭載された構造のものである。
のように、先端の曲率が１〜2μmの針状に尖つた
イオン放射体１がヘアピン形のエミツタ線２の先
に溶接され、両者の結合部分にイオン化金属３が
搭載されている構造のものであり、更に長寿命化
を図つたものとしては第１図ｂのように、針状に
尖つたイオン放射体１はヘアピン形のエミツタ線
２の先に溶接され、このエミツタ線に掛け渡され
て設けられた補助線４よりイオン放射体１とヘア
ピン形のエミツタ線２の結合部分に至る間にイオ
ン化金属３が搭載された構造のものである。
このようなEHDイオン源に使用されるイオン
放射体１及びエミツタ線２の材料は搭載するイオ
ン化金属との濡れ性が良く、かつ反応を起さない
ものであることが必要である。そのため、例えば
イオン化金属がGa、In、Au及びアルカリ金属の
場合にはＷ線、Biの場合にはNi−Cr線が使用さ
れる。
放射体１及びエミツタ線２の材料は搭載するイオ
ン化金属との濡れ性が良く、かつ反応を起さない
ものであることが必要である。そのため、例えば
イオン化金属がGa、In、Au及びアルカリ金属の
場合にはＷ線、Biの場合にはNi−Cr線が使用さ
れる。
このような従来のEHDイオン源においてイオ
ン化金属は次のような方法で搭載している。即
ち、溶融したイオン化金属のプールにイオン放射
体１及びエミツタ線２の先端部を浸した後、引き
上げてイオン放射体１の周囲にイオン化金属を凝
固させるか、或はGa等の場合には注射器により
イオン放射体１の周囲にイオン化金属３を搭載す
る方法がある。EHDイオン源の動作状態では、
イオン放射体１の濡れを均一にするために、イオ
ン化金属の蒸発、エミツタ線との反応が問題にな
らない温度に加熱しながら用いる。この加熱温度
はGaの場合600〜700℃、Auの場合約1200℃が適
当とされている。
ン化金属は次のような方法で搭載している。即
ち、溶融したイオン化金属のプールにイオン放射
体１及びエミツタ線２の先端部を浸した後、引き
上げてイオン放射体１の周囲にイオン化金属を凝
固させるか、或はGa等の場合には注射器により
イオン放射体１の周囲にイオン化金属３を搭載す
る方法がある。EHDイオン源の動作状態では、
イオン放射体１の濡れを均一にするために、イオ
ン化金属の蒸発、エミツタ線との反応が問題にな
らない温度に加熱しながら用いる。この加熱温度
はGaの場合600〜700℃、Auの場合約1200℃が適
当とされている。
前述のように、従来のEHDイオン源ではイオ
ン化金属の搭載は簡単であるが、イオン化金属の
搭載量を制御することが困難であり、イオン化金
属の搭載中にイオン放射体１の針状の先端を破損
しやすく、イオン化金属が剥出しであるので蒸発
量が多い等の欠点を有している。
ン化金属の搭載は簡単であるが、イオン化金属の
搭載量を制御することが困難であり、イオン化金
属の搭載中にイオン放射体１の針状の先端を破損
しやすく、イオン化金属が剥出しであるので蒸発
量が多い等の欠点を有している。
〔発明の目的〕
本発明は上述の如き欠点を補つた拡散補給型
EHDイオン源で、先端が針状に尖つたイオン放
射体と、イオン化金属を内蔵した多孔質発熱体と
からなる構造のイオン源である。
EHDイオン源で、先端が針状に尖つたイオン放
射体と、イオン化金属を内蔵した多孔質発熱体と
からなる構造のイオン源である。
即ち、第２図に示すように、イオン化金属は多
孔質発熱体２′に内蔵され、これに先端が針状に
尖つたイオン放射体１が取りつけられている。な
お同図ａは多孔質発熱体２′がヘアピン形で同図
ｂはコイル状の場合を示している。多孔質発熱体
２′の材料はイオン化金属と反応しにくい高抵抗
材料であればよく、Ｗ、Mo、Re、Ta、Niある
いはこれらの合金のいずれかが適用される。多孔
質発熱体２′の製造をＷを材料とする場合につい
て述べれば、直径５〜20μm、長さ10〜20cmのＷ
フアイバを撚り合わせた束を作り、H2中で1000
℃、1h熱処理して表面の酸化被膜や炭素被膜を
除去するとともに仮焼結を行なう。次に真空中も
しくはH2中で1600〜1900℃で１〜2h熱処理し、
Ｗフアイバの本焼結を行なう。以上の処理によつ
て、空孔率20〜40％のＷの多孔質体が得られる。
この多孔質体の直径は用いたＷフアイバの本数、
本焼結の熱処理条件により任意に制御することが
できる。また必要に応じて、本焼結後の多孔質体
を線引きして空孔率を容易に調整することができ
る。即ち線引きの加工度に応じて空孔率は変えら
れる。なお他の金属でも上記に準じて多孔質体を
製造することができる。
孔質発熱体２′に内蔵され、これに先端が針状に
尖つたイオン放射体１が取りつけられている。な
お同図ａは多孔質発熱体２′がヘアピン形で同図
ｂはコイル状の場合を示している。多孔質発熱体
２′の材料はイオン化金属と反応しにくい高抵抗
材料であればよく、Ｗ、Mo、Re、Ta、Niある
いはこれらの合金のいずれかが適用される。多孔
質発熱体２′の製造をＷを材料とする場合につい
て述べれば、直径５〜20μm、長さ10〜20cmのＷ
フアイバを撚り合わせた束を作り、H2中で1000
℃、1h熱処理して表面の酸化被膜や炭素被膜を
除去するとともに仮焼結を行なう。次に真空中も
しくはH2中で1600〜1900℃で１〜2h熱処理し、
Ｗフアイバの本焼結を行なう。以上の処理によつ
て、空孔率20〜40％のＷの多孔質体が得られる。
この多孔質体の直径は用いたＷフアイバの本数、
本焼結の熱処理条件により任意に制御することが
できる。また必要に応じて、本焼結後の多孔質体
を線引きして空孔率を容易に調整することができ
る。即ち線引きの加工度に応じて空孔率は変えら
れる。なお他の金属でも上記に準じて多孔質体を
製造することができる。
次に例えば直径0.15mmの多孔質体からなる線を
作り、この多孔質体からなる線を適当な長さに切
断し、第２図ａのヘアピン形多孔質発熱体２′ま
たは同図ｂのコイル状多孔質発熱体２′を作り、
これをイオン化金属の融液中に浸すか、もしくは
多孔質発熱体２′の周囲にイオン化金属の線また
は粉末を付けて、真空中あるいはH2中で熱処理
して多孔質発熱体２′の空孔内にイオン化金属を
浸み込ませることにより、イオン化金属を内蔵し
た多孔質発熱体２′ができ上る。次にこの多孔質
発熱体２′の先にイオン放射体用の線材、例えば
Ｗ線を溶接し、先端をカセイソーダ水溶液等のエ
ツチング液でエツチングして曲率半径１〜2μmの
針状のイオン放射体１を作る。
作り、この多孔質体からなる線を適当な長さに切
断し、第２図ａのヘアピン形多孔質発熱体２′ま
たは同図ｂのコイル状多孔質発熱体２′を作り、
これをイオン化金属の融液中に浸すか、もしくは
多孔質発熱体２′の周囲にイオン化金属の線また
は粉末を付けて、真空中あるいはH2中で熱処理
して多孔質発熱体２′の空孔内にイオン化金属を
浸み込ませることにより、イオン化金属を内蔵し
た多孔質発熱体２′ができ上る。次にこの多孔質
発熱体２′の先にイオン放射体用の線材、例えば
Ｗ線を溶接し、先端をカセイソーダ水溶液等のエ
ツチング液でエツチングして曲率半径１〜2μmの
針状のイオン放射体１を作る。
本発明の拡散補給形EHDイオン源は上記のよ
うにして構成され、多孔質発熱体２′を通電加熱
することにより空孔内に内蔵しているイオン化金
属をイオン放射体１の針状チツプの先端に拡散補
給することができる。
うにして構成され、多孔質発熱体２′を通電加熱
することにより空孔内に内蔵しているイオン化金
属をイオン放射体１の針状チツプの先端に拡散補
給することができる。
本発明の拡散補給形EHDイオン源を一層長寿
命化をはかつた例は第２図ｃに示すように、多孔
質発熱体２′に、イオン化金属の融液６を入れた
融液溜５を接続して用いるが、動作中イオン化金
属は融液溜５から多孔質発熱体２′を介してイオ
ン放射体１に拡散補給され、必要に応じて融液溜
５にイオン化金属を補充することにより、一層長
寿命化を達成することができる。
命化をはかつた例は第２図ｃに示すように、多孔
質発熱体２′に、イオン化金属の融液６を入れた
融液溜５を接続して用いるが、動作中イオン化金
属は融液溜５から多孔質発熱体２′を介してイオ
ン放射体１に拡散補給され、必要に応じて融液溜
５にイオン化金属を補充することにより、一層長
寿命化を達成することができる。
以上の如く本発明によれば、多孔質発熱体の空
孔率により、これに内蔵されるイオン化金属の
量、即ち搭載量が変るので、搭載量の制御が可能
となり、また従来のようにイオン化金属が露出し
た状態で搭載されていないので、イオン源周囲へ
の蒸発量を減少することができ、更にイオン化金
属の融液溜を並用することにより、一層長寿命の
EHDイオン源を提供することができる。
孔率により、これに内蔵されるイオン化金属の
量、即ち搭載量が変るので、搭載量の制御が可能
となり、また従来のようにイオン化金属が露出し
た状態で搭載されていないので、イオン源周囲へ
の蒸発量を減少することができ、更にイオン化金
属の融液溜を並用することにより、一層長寿命の
EHDイオン源を提供することができる。
第１図は従来の電界電離液体金属イオン源の構
造を示す正面図で、ａはヘアピン形の通常のも
の、ｂは補助線を用いてイオン化金属の搭載量を
多くした場合を示す。第２図は本発明の拡散補給
形電界電離液体金属イオン源の構造例を示し、ａ
はヘアピン形の正面図、ｂはコイル状の正面図、
ｃはａに融液溜を付した場合の一部縦断正面図で
ある。 １：イオン放射体、２′：多孔質発熱体、５：
融液溜、６：イオン化金属の融液。
造を示す正面図で、ａはヘアピン形の通常のも
の、ｂは補助線を用いてイオン化金属の搭載量を
多くした場合を示す。第２図は本発明の拡散補給
形電界電離液体金属イオン源の構造例を示し、ａ
はヘアピン形の正面図、ｂはコイル状の正面図、
ｃはａに融液溜を付した場合の一部縦断正面図で
ある。 １：イオン放射体、２′：多孔質発熱体、５：
融液溜、６：イオン化金属の融液。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 先端が針状に尖つたイオン放射体とイオン化
金属を内蔵した多孔質発熱体とからなることを特
徴とする拡散補給形のEHDイオン源。 ２ イオン放射体がＷ、Mo、Re、Ta、Niある
いはこれらの合金からなり、イオン化金属がGa、
In、Au、Bi、Pb、Li、Ｂ、Cs、Alあるいはこれ
らの合金からなり、多孔質発熱体がＷ、Mo、
Re、Ta、Niあるいはこれらの合金からなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の拡散補
給形のEHDイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60098068A JPS60236431A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 拡散補給形のｅｈｄイオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60098068A JPS60236431A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 拡散補給形のｅｈｄイオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60236431A JPS60236431A (ja) | 1985-11-25 |
| JPH02812B2 true JPH02812B2 (ja) | 1990-01-09 |
Family
ID=14210017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60098068A Granted JPS60236431A (ja) | 1985-05-10 | 1985-05-10 | 拡散補給形のｅｈｄイオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60236431A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04179303A (ja) * | 1990-11-13 | 1992-06-26 | Dx Antenna Co Ltd | 平面アンテナ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5812703B2 (ja) * | 1978-08-12 | 1983-03-09 | 大阪大学長 | イオン源装置 |
-
1985
- 1985-05-10 JP JP60098068A patent/JPS60236431A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04179303A (ja) * | 1990-11-13 | 1992-06-26 | Dx Antenna Co Ltd | 平面アンテナ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60236431A (ja) | 1985-11-25 |
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