JPH0441452B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0441452B2 JPH0441452B2 JP58199605A JP19960583A JPH0441452B2 JP H0441452 B2 JPH0441452 B2 JP H0441452B2 JP 58199605 A JP58199605 A JP 58199605A JP 19960583 A JP19960583 A JP 19960583A JP H0441452 B2 JPH0441452 B2 JP H0441452B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- emitter
- chip
- tip
- pattern
- center
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子ビーム露光機、高輝度電子ビーム
利用機器等に使用するフイールド・エミツターに
関する。
利用機器等に使用するフイールド・エミツターに
関する。
フイールド・エミツターからのエミツシヨン電
流は輝度が大きく、放射電子のエネルガー幅が小
さく、しかも点光源の近いものなどの優れた特長
を持つている。
流は輝度が大きく、放射電子のエネルガー幅が小
さく、しかも点光源の近いものなどの優れた特長
を持つている。
従来、フイールド・エミツター材料としては、
タングステンが実用化されているが遷移金属炭化
物はタングステンよりも仕事関数が小さく、且つ
残留気体との反応に不活性であるため、電子放射
材料としての応用が期待されている。遷移金属炭
化物MCX（ただし、Ｍは遷移金属を表わす）では
ｘが0.5〜0.96に亘る非化学量論組成の領域が熱
力学的に存在し、一般に熱平衡に近い状態で作製
した結晶には４〜20原子％の炭素空孔が導入され
る。この炭素空孔の存在は、放射電流の雑音の原
因になつていることが判つたため本発明者らはこ
の炭素空孔を減少させる方法について研究の結
果、炭素空孔に窒素及びまたは酸素を導入固溶さ
せることによつて、減少し得られ、これにより安
定な高輝度フイールド・エミツターを得ることに
成功した。
タングステンが実用化されているが遷移金属炭化
物はタングステンよりも仕事関数が小さく、且つ
残留気体との反応に不活性であるため、電子放射
材料としての応用が期待されている。遷移金属炭
化物MCX（ただし、Ｍは遷移金属を表わす）では
ｘが0.5〜0.96に亘る非化学量論組成の領域が熱
力学的に存在し、一般に熱平衡に近い状態で作製
した結晶には４〜20原子％の炭素空孔が導入され
る。この炭素空孔の存在は、放射電流の雑音の原
因になつていることが判つたため本発明者らはこ
の炭素空孔を減少させる方法について研究の結
果、炭素空孔に窒素及びまたは酸素を導入固溶さ
せることによつて、減少し得られ、これにより安
定な高輝度フイールド・エミツターを得ることに
成功した。
この化学組成は、一般式 MCxNyOz
（ただし、Ｍはａ、Va、ａ族の遷移金属の
単独または２種以上の固溶物を表わし、0.5≦ｘ
＋ｙ＋ｚ≦１、0.5≦ｘ≦１、０≦ｙ≦0.5、０≦
ｚ≦0.5である）で示される遷遭金属化合物であ
る。
単独または２種以上の固溶物を表わし、0.5≦ｘ
＋ｙ＋ｚ≦１、0.5≦ｘ≦１、０≦ｙ≦0.5、０≦
ｚ≦0.5である）で示される遷遭金属化合物であ
る。
前記遷移金属の具体的金属としては、Ti、Zr、
Hf、Ｖ、Nb、Ta、Mo、Ｗ及びこれらの固溶物
である。
Hf、Ｖ、Nb、Ta、Mo、Ｗ及びこれらの固溶物
である。
炭化物MCxは、0.5≦ｘ≦１の組成範囲内で
NaCl型構造が安定であることが知られている。
これは、炭素原子サイトに原子空孔が50％できて
も結晶が安定であることを示している。安定なフ
イールドエミツターは、この炭素原子空孔に酸素
原子あるいは窒素原子を導入することにより得ら
れる。したかつて、酸素原子あるいは窒素原子の
導入量は最大50％である。つまり、０≦ｙ≦0.5、
０≦ｚ≦0.5である。また、酸素、窒素の２つの
原子が同時に炭素原子空孔に入るのみならず、炭
素原子と置換して入ることもあり、この場合に
は、炭素原子サイトの制限、すなわち、0.5≦ｘ
＋ｙ＋ｚ≦１を受ける。
NaCl型構造が安定であることが知られている。
これは、炭素原子サイトに原子空孔が50％できて
も結晶が安定であることを示している。安定なフ
イールドエミツターは、この炭素原子空孔に酸素
原子あるいは窒素原子を導入することにより得ら
れる。したかつて、酸素原子あるいは窒素原子の
導入量は最大50％である。つまり、０≦ｙ≦0.5、
０≦ｚ≦0.5である。また、酸素、窒素の２つの
原子が同時に炭素原子空孔に入るのみならず、炭
素原子と置換して入ることもあり、この場合に
は、炭素原子サイトの制限、すなわち、0.5≦ｘ
＋ｙ＋ｚ≦１を受ける。
ところが、＜001＞、＜111＞エミツターでは、第
１図ａ，ｂのエミツシヨンパターン（第１図ａは
＜001＞、第１図ｂは、＜111＞を示す。）に示すよ
うに、エミツター軸から放射状に出ており、エミ
ツターの軸方位には殆んど出てない。従つて、パ
ターン中心部は暗い。このような電子放射は応用
上好ましくない。
１図ａ，ｂのエミツシヨンパターン（第１図ａは
＜001＞、第１図ｂは、＜111＞を示す。）に示すよ
うに、エミツター軸から放射状に出ており、エミ
ツターの軸方位には殆んど出てない。従つて、パ
ターン中心部は暗い。このような電子放射は応用
上好ましくない。
本発明はパターン中心部が明るいフイールド・
エミツターを提供せんとするものである。
エミツターを提供せんとするものである。
本発明者らはこの目的を達成すべく研究の結
果、エミツター軸方向に電子ビームを放射し、エ
ミツシヨンパターンの中心部を明るくするには、
第１図ｃに示すようなエミツシヨンパターンを有
する＜110＞エミツターを用いるのがよいことが
分つた。
果、エミツター軸方向に電子ビームを放射し、エ
ミツシヨンパターンの中心部を明るくするには、
第１図ｃに示すようなエミツシヨンパターンを有
する＜110＞エミツターを用いるのがよいことが
分つた。
すなわち、炭化物（例えばTiC）単結晶の表面
研究から、炭化物では（001）面と（111）面が表
面エネルギーが小さく、面の発達がしやすい安定
な面であり、先端径0.1μｍチツプが高温で加熱さ
れると、チツプ先端は（001）面と（111）面とが
発達し、これらの面によつて囲まれる。第２図ａ
は＜001＞チツプの先端形状である。これは電子
顕微鏡で確認した。
研究から、炭化物では（001）面と（111）面が表
面エネルギーが小さく、面の発達がしやすい安定
な面であり、先端径0.1μｍチツプが高温で加熱さ
れると、チツプ先端は（001）面と（111）面とが
発達し、これらの面によつて囲まれる。第２図ａ
は＜001＞チツプの先端形状である。これは電子
顕微鏡で確認した。
Ｗフイールド・エミツターでは低い仕事関数を
持つ結晶面で電子放射が起るが、本発明で使用す
るMCxNyOz＜001＞フイールド・エミツターで
は、第２図ａの電界強度の大きい局所部分（稜線
の集合した一点）から電子放射が起つていること
が分つた。
持つ結晶面で電子放射が起るが、本発明で使用す
るMCxNyOz＜001＞フイールド・エミツターで
は、第２図ａの電界強度の大きい局所部分（稜線
の集合した一点）から電子放射が起つていること
が分つた。
このことは＜111＞エミツターでも同じである。
従つて、エミツシヨン電流を、エミツター軸方
位（真下）に取り出すには、第２図ｂに示すよう
に、チツプと最先端で強い電界強度がとられるよ
うに設計すればよいことがわかる。
位（真下）に取り出すには、第２図ｂに示すよう
に、チツプと最先端で強い電界強度がとられるよ
うに設計すればよいことがわかる。
このようなチツプの最先端で強い電界強度を得
るには第２図ｂからもわかるように、＜110＞チツ
プのみで実現し得られることが分つた。
るには第２図ｂからもわかるように、＜110＞チツ
プのみで実現し得られることが分つた。
すなわち、第２図ｂに示すような先端が鋭い形
状にするには、＜110＞チツプを使用することが必
要であるが、単に切り出した＜110＞チツプをそ
のまま使用しても、そのような先端形状にはなら
ない。切り出した＜110＞チツプを真空中（例、
真空度１×10-10Torr）で複数回加熱（加熱温度
1500〜1800℃）することにより、表面が安定化し
鋭い先端が得られる。
状にするには、＜110＞チツプを使用することが必
要であるが、単に切り出した＜110＞チツプをそ
のまま使用しても、そのような先端形状にはなら
ない。切り出した＜110＞チツプを真空中（例、
真空度１×10-10Torr）で複数回加熱（加熱温度
1500〜1800℃）することにより、表面が安定化し
鋭い先端が得られる。
こうして得られた、＜110＞チツプを使用したフ
イールド・エミツターのエミツシヨンバターンは
第１図ｃに示す通り、中心部に電子ビームが出て
おり、その周囲に４つの輝点を有するものとな
る。
イールド・エミツターのエミツシヨンバターンは
第１図ｃに示す通り、中心部に電子ビームが出て
おり、その周囲に４つの輝点を有するものとな
る。
これらの知見に基いて本発明を完成した。
本発明の要旨は、材料の化学組成を一般式
MCxNyOz（式中、Ｍはａ、ａ、ａ族の遷
移金属の単独または２種以上の固溶体を表わし、
0.5≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１、0.5≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
0.5、０≦ｚ≦0.5である）で示される遷移金属化
合物からなるフイールド・エミツターにおいて、
エミツターの軸方位を＜110＞にし、かつ、先端
を鋭い形状とすることにより、放射電子ビームの
方向をエミツター軸方位にして、中心部とその周
囲に４つの輝点を有するエミツシヨンパターンを
可能にしたことを特徴とする遷移金属化合物から
なるフイールド・エミツターにある。
MCxNyOz（式中、Ｍはａ、ａ、ａ族の遷
移金属の単独または２種以上の固溶体を表わし、
0.5≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１、0.5≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
0.5、０≦ｚ≦0.5である）で示される遷移金属化
合物からなるフイールド・エミツターにおいて、
エミツターの軸方位を＜110＞にし、かつ、先端
を鋭い形状とすることにより、放射電子ビームの
方向をエミツター軸方位にして、中心部とその周
囲に４つの輝点を有するエミツシヨンパターンを
可能にしたことを特徴とする遷移金属化合物から
なるフイールド・エミツターにある。
実施例
TiC0.96N0.002O0.03＜110＞、フイールド・エミ
ツターからのエミツシヨンパターンは第１図ｃの
通りであり、電流雑音も0.2％以下、電流変動も
−0.04％／ｈ以下であつた。その実施条件は次の
通りで行つた。
ツターからのエミツシヨンパターンは第１図ｃの
通りであり、電流雑音も0.2％以下、電流変動も
−0.04％／ｈ以下であつた。その実施条件は次の
通りで行つた。
すなわち、先端径約0.05μｍのチツプを真空度
８×10-11Torr、温度1750℃で数秒間・数回加熱
して作製した＜110＞チツプを、酸素と窒素の混
合ガス（酸素９、窒素１の割合）中（圧力１×
10-6Torr）で1000℃で100秒間加熱する。チツプ
表面の吸着（汚れが）すすんだ場合には、元の表
面状態に戻すために1000℃のフラツシング加熱を
行う。印加電圧は1980V、エミツシヨン電流は
1μAである。
８×10-11Torr、温度1750℃で数秒間・数回加熱
して作製した＜110＞チツプを、酸素と窒素の混
合ガス（酸素９、窒素１の割合）中（圧力１×
10-6Torr）で1000℃で100秒間加熱する。チツプ
表面の吸着（汚れが）すすんだ場合には、元の表
面状態に戻すために1000℃のフラツシング加熱を
行う。印加電圧は1980V、エミツシヨン電流は
1μAである。
以上のように、本発明のフイールド・エミツタ
ーによると、パターン中心部が極めて明るく、し
かもＮ、及び（または）Ｏを固溶させた遷移金属
炭化物をエミツター材料として使用するため、電
流雑音も0.2％以下、電流変動も−0.04％／hr以
下の安定な放射特性を有する効果を奏し得られ
る。
ーによると、パターン中心部が極めて明るく、し
かもＮ、及び（または）Ｏを固溶させた遷移金属
炭化物をエミツター材料として使用するため、電
流雑音も0.2％以下、電流変動も−0.04％／hr以
下の安定な放射特性を有する効果を奏し得られ
る。
第１図はMCxNyOzフイールド・エミツターか
らのエミツシヨンパターン図を示す。×印は中心
位置を示す。第１図ａはMCxNyOz＜001＞のエミ
ツシヨンパターン、第１図ｂはMCxNyOz＜111＞
のエミツシヨンパターン、第１図ｃはMCxNyOz
＜110＞のエミツシヨンパターン、第２図はMCx
NyOzフイールド・エミツターチツプの先端形状
図を示す。第２図ａは＜001＞チツプの先端形状、
第２図ｂは＜110＞チツプの先端形状。
らのエミツシヨンパターン図を示す。×印は中心
位置を示す。第１図ａはMCxNyOz＜001＞のエミ
ツシヨンパターン、第１図ｂはMCxNyOz＜111＞
のエミツシヨンパターン、第１図ｃはMCxNyOz
＜110＞のエミツシヨンパターン、第２図はMCx
NyOzフイールド・エミツターチツプの先端形状
図を示す。第２図ａは＜001＞チツプの先端形状、
第２図ｂは＜110＞チツプの先端形状。
Claims (1)
- １ 材料の化学組成を一般式MCxNyOz（式中、
Ｍはａ、ａ、ａ族の遷移金属の単独または
２種以上の固溶体を表わし、0.5≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦
１、0.5≦ｘ≦１、０≦ｙ≦0.5、０≦ｚ≦0.5であ
る）で示される遷移金属化合物からなるフイール
ド・エミツターにおいて、エミツターの軸方位を
＜110＞にし、かつ、先端を鋭い形状とすること
により、放射電子ビームの方向をエミツター軸方
位にして、中心部とその周囲に４つの輝点を有す
るエミツシヨンパターンを可能にしたことを特徴
とする遷移金属化合物からなるフイールド・エミ
ツター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199605A JPS6091528A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 遷移金属化合物からなるフイ−ルド・エミツタ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199605A JPS6091528A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 遷移金属化合物からなるフイ−ルド・エミツタ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091528A JPS6091528A (ja) | 1985-05-22 |
| JPH0441452B2 true JPH0441452B2 (ja) | 1992-07-08 |
Family
ID=16410637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58199605A Granted JPS6091528A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 遷移金属化合物からなるフイ−ルド・エミツタ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091528A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63279535A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-16 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 炭窒化ニオブフイ−ルドエミツタ−の製造方法 |
| EP0972296B1 (en) * | 1997-04-02 | 2003-07-23 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Metal-oxygen-carbon field emitters |
| JP2003086127A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Toshiba Corp | 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 |
| CN109791862A (zh) | 2016-08-08 | 2019-05-21 | Asml荷兰有限公司 | 电子发射器及其制造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6086728A (ja) * | 1983-10-19 | 1985-05-16 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | フイ−ルド・エミツタ− |
-
1983
- 1983-10-25 JP JP58199605A patent/JPS6091528A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6091528A (ja) | 1985-05-22 |
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