JPH0451498Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案はHe−Ne気体放電によつてレーザ発
行を行う際の冷陰極に関する。

「従来の技術」 He−Neガスレーザ放電管においては、陽極と
の間にグロー放電をさせる冷陰極として一般にア
ルミ系の電子放出層が形成された電極材が用いら
れる。

冷陰極のグロー放電における冷陰極からの電子
放出過程は、陰極面に正イオン及び準安定原子が
入射することによつて起こる２次電子放出と光子
の入射によつて起こる光電子放出とがある。これ
らは原理的には異なるものゝ、何れも陰極表面材
料の仕事関数が小さい程、電子放出率（＝放出電
子数／入射粒子数）が大きくなり、その結果、陰
極の正規電流密度が大きくなり放電電流を減少さ
せずに陰極の小型化が可能となる。

一方、希ガスを用いた放電ではその陰極の電子
放出面において、入射粒子の運動エネルギーによ
つて陰極スパツタリングが発生し、陰極材料が飛
散する。このために陰極放電面の電子放出層がス
パツタアウトしたり或いは放電ガス中にスパツタ
リングされた材料分子が混入し、レーザ雑音が増
加してしまうなどの理由によつて、そのレーザ放
電管の寿命が終了する。耐スパツタリングを更に
上げるには、電子放出層を厚くしたり、冷陰極の
放電面積を大きくして電流密度を下げること等が
考えられる。

第２図は従来のHe−Neレーザ放電管の冷陰極
の構成例を示す図である。レーザ放電管の冷陰極
の標準的な製造法は、蒸着により陰極基体２１に
アルミニウム層２２を成膜し、アルミニウム蒸着
後の電極材を陰極側として酸素ガス中で放電させ
る。アルミニウム２２の表面は酸素のプラズマで
酸化され、数十Åの酸化アルミ層２３が成長す
る。酸化アルミ層２３は他の金属に比較して耐ス
パツタリング性は優れているが、その仕事関数は
大きく、また電気伝導性を示さない。しかし、こ
の数十Å程度の酸化アルミ層２３なら、トンネル
現象による電気伝導が行われる。従つて、耐久性
に優れた冷陰極が製造される。

「考案が解決しようとする問題点」 He−Neガスレーザ放電管を利用した装置、特
に航空機の航法装置として用いられるリングレー
ザジヤイロは可能な限り小型・軽量化する必要が
あり、装置の小型化のために冷陰極の放電面積も
小さくしなければならない。

ところが、冷陰極を小型化すると冷陰極の単位
放電面積当たりの電流密度が大きくなり、単位放
電面に突入するイオン、原子等が増加し、そのス
パツタリング効果のために電子放出層の寿命が短
くなつてしまうという問題がある。

アルミニウム層及び酸化アルミ層による従来の
電子放出層の構成で、酸化アルミ層を厚くして寿
命を長くすることが考えられるが、酸化アルミ層
は電気伝導性がないため、余り厚くし過ぎるとト
ンネル現象による電気伝導が行われなくなつてし
まい、従つて、現在の値以上に厚くすることはで
きない。このことが装置を小型化する上で大きな
障害となつている。

「問題点を解決するための手段」 冷陰極の放電面の電子放出層として遷移金属の
窒化物層を形成する。

「考案の作用」 遷移金属の窒化物は仕事関数が小さく電気伝導
性を有し、またスパツタレートも小さい。

「実施例」 この考案では、以上のような諸点に鑑み、冷陰
極は陰極基体３１の表面に遷移金属の窒化物３２
が被着された二層構造とされる。

第１図はこの考案による冷陰極の構成を示す断
面図である。

この実施例では、冷陰極の陰極基体３１のコー
テイングされる電子放出層３２として窒化チタン
TiNが用いられた例である。遷移金属の窒化物
（Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta）は酸化アルミ２２
に比較してスパツタレート、仕事関数が共に小さ
く、また電気伝導性を有するので、電子放出層３
２として、その厚みｔも厚くすることが可能であ
り、従つて電子放出層３２として好適で、耐久性
の優れた冷陰極を作ることができる。

陰極基体３１に遷移金属の窒化物層３２を被着
するには幾つかの方法がある。例えば、陰極基体
３１としてステンレスを用い、このステンレスの
陰極基体３１に窒化チタンTiNを被着させる。
窒化チタンTiNを被着するには、例えばRFスパ
ツタリング法によることができる。

RFスパツタリング法により作成したTiNと従
来の酸化アルミに関して仕事関数、スパツタレー
ト電気伝導性の比較を行つた。

その結果、窒化チタンTiNの方が仕事関数が
２割程度小さく、スパツタレートはほゞ半分であ
り、なおかつTiNは良好な電気伝導性を有して
いた。この結果からみて、酸化アルミに較べて窒
化チタンTiNは陰極材料として優れた性質を有
することがわかる。

従つて、この考案の冷陰極材を使えば、従来の
冷陰極よりも小型でかつ耐久性が優れた冷陰極、
つまりレーザ放電管を製造することが可能にな
る。

陰極基体３１に窒化チタン層３２を被着させた
陰極材はRFスパツタリング法のみで作られるの
ではなく、例えば、他の各種のスパツタリング法
或いはイオンプレーテイング法などで陰極基体３
１に窒化チタン層３２を被着させて作ることもで
き、これらの方法で作られる陰極材からも同様に
放電特性及び耐スパツタアウト性に優れた冷陰極
管の製造が可能である。また、この考案はHe−
Neレーザ放電管の場合のみに限らず、希ガスの
グロー放電を利用した冷陰極一般に対して小型
化、長寿命化の点で有利である。

「考案の効果」 以上に説明したように、この考案によれば、仕
事関数が小さく電気伝導性が有り、且つ耐スパツ
タリング性の優れた遷移金属の窒化物を冷陰極の
電子放出層としたので、冷陰極を小型にしても、
耐久性のあるHe−Neレーザ放電管が実現され
る。従つて、レーザ装置、特に航空機などの航法
装置としてレーザジヤイロの小型化、高信頼性化
に大きく寄与することが可能となり、航空機に要
求されるメンテナンスフリーなレーザ放電管を製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるHe−Neレーザ放電管
の冷陰極材の構成を示す断面図、第２図は従来の
He−Neレーザ放電管の冷陰極材の構成例を示す
断面図である。 ２１……陰極基体、２２……アルミニウム、２
３……酸化アルミ層、３１……陰極基体、３２…
…窒化チタン層（TiN：遷移金属の窒化物）、３
３……ターゲツト、３４……ステンレス基体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 遷移金属の窒化物が放電面にコーテイングされ
   たHe−Neガスレーザに用いる冷陰極。