JPH0676730A - 熱電子放射陰極 - Google Patents
熱電子放射陰極Info
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- JPH0676730A JPH0676730A JP22393592A JP22393592A JPH0676730A JP H0676730 A JPH0676730 A JP H0676730A JP 22393592 A JP22393592 A JP 22393592A JP 22393592 A JP22393592 A JP 22393592A JP H0676730 A JPH0676730 A JP H0676730A
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Landscapes
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- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 通電加熱時の抵抗変化が著しく少なく、長時
間に渡り極めて安定な電子ビーム特性を維持することが
でき、電子顕微鏡や電子ビーム露光装置用に適する熱電
子放射陰極を提供する。 【構成】 六ほう化カルシウム型結晶構造を有する熱電
子放出材料からなる陰極チップと、この陰極チップを加
熱する発熱性支持体を有する熱電子放射陰極に於いて、
前記発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物が堆積するこ
とを防止する遮蔽体を具備して構成されている。また、
前記発熱性支持体と前記導体支柱の間に絶縁材又は断熱
材を有して構成されているので陰極チップの蒸発物が発
熱性支持体上に堆積されることがなく、発熱性支持体の
抵抗が変化しにくい。従って、長時間安定した電子ビー
ム特性を維持することのできる熱電子放射陰極を提供す
ることができる。
間に渡り極めて安定な電子ビーム特性を維持することが
でき、電子顕微鏡や電子ビーム露光装置用に適する熱電
子放射陰極を提供する。 【構成】 六ほう化カルシウム型結晶構造を有する熱電
子放出材料からなる陰極チップと、この陰極チップを加
熱する発熱性支持体を有する熱電子放射陰極に於いて、
前記発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物が堆積するこ
とを防止する遮蔽体を具備して構成されている。また、
前記発熱性支持体と前記導体支柱の間に絶縁材又は断熱
材を有して構成されているので陰極チップの蒸発物が発
熱性支持体上に堆積されることがなく、発熱性支持体の
抵抗が変化しにくい。従って、長時間安定した電子ビー
ム特性を維持することのできる熱電子放射陰極を提供す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子顕微鏡、測長機、電
子ビーム露光機、電子ビームテスターなどに用いられ
る、六ほう化ランタンの如き六ほう化カルシウム型結晶
構造の熱電子放出材料を陰極チップとする熱電子放射陰
極に関する。
子ビーム露光機、電子ビームテスターなどに用いられ
る、六ほう化ランタンの如き六ほう化カルシウム型結晶
構造の熱電子放出材料を陰極チップとする熱電子放射陰
極に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルカリ土類ほう化物や希土類ほう化
物、特に六ほう化ランタン（LaB6）は優れた熱電子放出
特性を有しており高輝度熱電子放射陰極の陰極材料とし
て広く用いられている。希土類ほう化物は高温度に於い
て、きわめて活性で高融点金属をはじめとする多くの材
料と反応し劣化するため、陰極構造特に陰極チップを直
接加熱する発熱性支持体について種々提案され、また実
用化されている。代表的な熱電子放射陰極の構造を発熱
性支持体に着目して分類すると、高融点金属線を発熱性
支持体として用いた構造（以下金属線加熱支持体型と記
す）と炭素質の発熱性支持体を用いた構造（以下炭素質
加熱支持体型と記す）の２つに分類される。以下に金属
線発熱性支持体型と炭素質加熱支持体型について図を用
いて説明する。
物、特に六ほう化ランタン（LaB6）は優れた熱電子放出
特性を有しており高輝度熱電子放射陰極の陰極材料とし
て広く用いられている。希土類ほう化物は高温度に於い
て、きわめて活性で高融点金属をはじめとする多くの材
料と反応し劣化するため、陰極構造特に陰極チップを直
接加熱する発熱性支持体について種々提案され、また実
用化されている。代表的な熱電子放射陰極の構造を発熱
性支持体に着目して分類すると、高融点金属線を発熱性
支持体として用いた構造（以下金属線加熱支持体型と記
す）と炭素質の発熱性支持体を用いた構造（以下炭素質
加熱支持体型と記す）の２つに分類される。以下に金属
線発熱性支持体型と炭素質加熱支持体型について図を用
いて説明する。
【０００３】［金属線発熱性支持体型］ 図７は、特公
平１−４６９７６号公報に開示されている金属線発熱性
支持体型熱電子放射陰極の一例を示す模式図である。六
ほう化物の陰極チップ１は、通電により発熱するタング
ステン線からなる発熱性支持体２により支持され、発熱
性支持体の端部は導体支柱３の先端にそれぞれ接続さ
れ、２本の導体支柱３は碍子４に固定保持されている。
図２は陰極チップ１周辺の拡大斜視図である。陰極チッ
プ１はコの字型に曲げられたタングステン、タンタル、
モリブデンなどの高融点金属からなる支持片６により把
持される。陰極チップ１と支持片６の間はコロイド状カ
ーボンとチタン粉末を混合しペースト状にしたものによ
り仮接着され真空中で通電加熱により焼結して形成され
る反応障壁層７により六ほう化物の陰極チップ１と高融
点金属からなる支持片６が反応するが防止され、かつ強
固に固定される。
平１−４６９７６号公報に開示されている金属線発熱性
支持体型熱電子放射陰極の一例を示す模式図である。六
ほう化物の陰極チップ１は、通電により発熱するタング
ステン線からなる発熱性支持体２により支持され、発熱
性支持体の端部は導体支柱３の先端にそれぞれ接続さ
れ、２本の導体支柱３は碍子４に固定保持されている。
図２は陰極チップ１周辺の拡大斜視図である。陰極チッ
プ１はコの字型に曲げられたタングステン、タンタル、
モリブデンなどの高融点金属からなる支持片６により把
持される。陰極チップ１と支持片６の間はコロイド状カ
ーボンとチタン粉末を混合しペースト状にしたものによ
り仮接着され真空中で通電加熱により焼結して形成され
る反応障壁層７により六ほう化物の陰極チップ１と高融
点金属からなる支持片６が反応するが防止され、かつ強
固に固定される。
【０００４】［炭素質発熱性支持体型］ 図６は、炭素
質発熱性支持体型熱電子放射陰極の一例を示す模式図で
ある。六ほう化物の陰極チップ１は通電により発熱する
炭素質材料からなる発熱性支持体２により支持され更に
発熱性支持体は碍子４に固定された、弾性を有する導体
支柱３により把持される。発熱性支持体としては特公昭
６０−２３４５６号公報に開示されているフラン樹脂の
ような加熱により溶融しない合成樹脂の成形物をホット
プレス成形して得られる炭素質材料（以下HPCと記す）
が知られており、この他に特願昭４５−１３８３１に開
示されている熱分解黒鉛（以下PGと記す）も用いられて
いる。
質発熱性支持体型熱電子放射陰極の一例を示す模式図で
ある。六ほう化物の陰極チップ１は通電により発熱する
炭素質材料からなる発熱性支持体２により支持され更に
発熱性支持体は碍子４に固定された、弾性を有する導体
支柱３により把持される。発熱性支持体としては特公昭
６０−２３４５６号公報に開示されているフラン樹脂の
ような加熱により溶融しない合成樹脂の成形物をホット
プレス成形して得られる炭素質材料（以下HPCと記す）
が知られており、この他に特願昭４５−１３８３１に開
示されている熱分解黒鉛（以下PGと記す）も用いられて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した熱電子放射陰
極を使用すると陰極材料の六ほう化物の蒸発物が発熱性
支持体２上の低温部に堆積する。すなわち、発熱性支持
体２と導体支柱３は隣接し導体支柱を介しての熱伝導に
よる熱放散のため、発熱性支持体２の導体支柱と接する
近傍は陰極チップ側に比べ低温で、陰極チップの蒸発物
が堆積する。このため、金属線発熱性支持体型において
は高融点金属からなる発熱性支持体と堆積した蒸着物が
反応して、その反応層に於て体積変化が生じ、発熱性支
持体の寸法が僅かに変化して陰極チップの位置ズレを生
じ、電子ビーム量が変化するなど特性を劣化させる要因
となる。また反応が更に進行すると、金属線からなる発
熱性支持体が断線する場合もある。
極を使用すると陰極材料の六ほう化物の蒸発物が発熱性
支持体２上の低温部に堆積する。すなわち、発熱性支持
体２と導体支柱３は隣接し導体支柱を介しての熱伝導に
よる熱放散のため、発熱性支持体２の導体支柱と接する
近傍は陰極チップ側に比べ低温で、陰極チップの蒸発物
が堆積する。このため、金属線発熱性支持体型において
は高融点金属からなる発熱性支持体と堆積した蒸着物が
反応して、その反応層に於て体積変化が生じ、発熱性支
持体の寸法が僅かに変化して陰極チップの位置ズレを生
じ、電子ビーム量が変化するなど特性を劣化させる要因
となる。また反応が更に進行すると、金属線からなる発
熱性支持体が断線する場合もある。
【０００６】一方、炭素質発熱性支持体型に於いては六
ほう化物は金属的な電気伝導性を示し、比抵抗がHPCやP
Gの比抵抗に比べ著しく低いため発熱性支持体上に堆積
した六ほう化物の蒸着膜を介し電流が流れ、その結果見
かけの発熱性支持体の抵抗値は小さくなり、定電流通電
下では発熱量が減少する。このため陰極チップの温度が
下がり、電子ビーム量も低下する。また、装置の保守等
の何らかの理由で加熱電流の供給を停止した場合、発熱
性支持体の温度が1500℃程度の温度から室温まで下が
り、そのとき発熱性支持体と蒸着物の熱膨張係数が異な
るため発熱性支持体に亀裂が生じ故障に至る。
ほう化物は金属的な電気伝導性を示し、比抵抗がHPCやP
Gの比抵抗に比べ著しく低いため発熱性支持体上に堆積
した六ほう化物の蒸着膜を介し電流が流れ、その結果見
かけの発熱性支持体の抵抗値は小さくなり、定電流通電
下では発熱量が減少する。このため陰極チップの温度が
下がり、電子ビーム量も低下する。また、装置の保守等
の何らかの理由で加熱電流の供給を停止した場合、発熱
性支持体の温度が1500℃程度の温度から室温まで下が
り、そのとき発熱性支持体と蒸着物の熱膨張係数が異な
るため発熱性支持体に亀裂が生じ故障に至る。
【０００７】
【課題を解決しようとする手段】前述した課題を解決す
るために陰極チップを把持する構造及び材質について、
鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
るために陰極チップを把持する構造及び材質について、
鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】すなわち、本発明の第一は、六ほう化カル
シウム型結晶構造を有する熱電子放出材料からなる陰極
チップと、この陰極チップを加熱する発熱性支持体を有
する熱電子放射陰極において前記発熱性支持体上に陰極
チップの蒸発物が堆積することを防止する遮蔽体を具備
してなることを特徴とする熱電子放射陰極である。
シウム型結晶構造を有する熱電子放出材料からなる陰極
チップと、この陰極チップを加熱する発熱性支持体を有
する熱電子放射陰極において前記発熱性支持体上に陰極
チップの蒸発物が堆積することを防止する遮蔽体を具備
してなることを特徴とする熱電子放射陰極である。
【０００９】また、第二の発明は、六ほう化カルシウム
型結晶構造を有する熱電子放出材料からなる陰極チップ
と、この陰極チップを加熱する発熱性支持体と陰極チッ
プと発熱性支持体を把持する導体支柱とからなる熱電子
放射陰極において、前記発熱性支持体と導体支柱との間
に絶縁物を有し、該導体支柱と発熱性支持体とが導体配
線により電気的に接続されてなることを特徴とする熱電
子放射陰極である。
型結晶構造を有する熱電子放出材料からなる陰極チップ
と、この陰極チップを加熱する発熱性支持体と陰極チッ
プと発熱性支持体を把持する導体支柱とからなる熱電子
放射陰極において、前記発熱性支持体と導体支柱との間
に絶縁物を有し、該導体支柱と発熱性支持体とが導体配
線により電気的に接続されてなることを特徴とする熱電
子放射陰極である。
【００１０】更に第三の発明は、六ほう化カルシウム型
結晶構造を有する熱電子放出材料からなる陰極チップ
と、この陰極チップを加熱する発熱性支持体と、陰極チ
ップと発熱性支持体とを把持する導体支柱とからなる熱
電子放射陰極において、前記発熱性支持体と導体支柱と
の間に断熱材を有してなることを特徴とする熱電子放射
陰極である。
結晶構造を有する熱電子放出材料からなる陰極チップ
と、この陰極チップを加熱する発熱性支持体と、陰極チ
ップと発熱性支持体とを把持する導体支柱とからなる熱
電子放射陰極において、前記発熱性支持体と導体支柱と
の間に断熱材を有してなることを特徴とする熱電子放射
陰極である。
【００１１】
【作用】第一の発明によれば、陰極チップの蒸発物は遮
蔽体により遮られるため発熱性支持体上には堆積しな
い。このため、金属線発熱性支持体型においては高融点
金属からなる発熱性支持体と堆積した蒸着物が反応し、
その反応層に於て堆積変化が生じて、発熱性支持体の寸
法が僅かに変化して、陰極チップの位置ズレを生じ電子
ビーム量が変化したり、金属線からなる発熱性支持体が
断線したりすることはない。また、炭素質発熱性支持体
型に於ては、HPCやPGに比べて低比抵抗の六ほう化物の
蒸着物が発熱性支持体上に堆積しないため、蒸着膜を介
して流れる迂回電流が生じる事はなく、発熱性支持体の
抵抗値は一定で、このため定電流通電下では発熱量が一
定で陰極チップの温度も一定に保たれ電子ビーム量が変
化することはない。また、加熱電流の供給を停止した場
合、発熱性支持体の温度が1500℃程度の温度から室温ま
で下がりそのとき発熱性支持体と蒸着物の熱膨張係数が
異なるため発熱性支持体に亀裂が生じ故障に至るという
こともない。
蔽体により遮られるため発熱性支持体上には堆積しな
い。このため、金属線発熱性支持体型においては高融点
金属からなる発熱性支持体と堆積した蒸着物が反応し、
その反応層に於て堆積変化が生じて、発熱性支持体の寸
法が僅かに変化して、陰極チップの位置ズレを生じ電子
ビーム量が変化したり、金属線からなる発熱性支持体が
断線したりすることはない。また、炭素質発熱性支持体
型に於ては、HPCやPGに比べて低比抵抗の六ほう化物の
蒸着物が発熱性支持体上に堆積しないため、蒸着膜を介
して流れる迂回電流が生じる事はなく、発熱性支持体の
抵抗値は一定で、このため定電流通電下では発熱量が一
定で陰極チップの温度も一定に保たれ電子ビーム量が変
化することはない。また、加熱電流の供給を停止した場
合、発熱性支持体の温度が1500℃程度の温度から室温ま
で下がりそのとき発熱性支持体と蒸着物の熱膨張係数が
異なるため発熱性支持体に亀裂が生じ故障に至るという
こともない。
【００１２】また、第二の発明によれば、炭素質発熱性
支持体型に於いては発熱性支持体と導体支柱間に絶縁体
が有るため導体支柱と発熱性支持体は隣接せず、発熱性
支持体における温度分布は小さく、低温部が生じること
はなく、このため発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物
が堆積することはない。導体支柱と隣接する絶縁体の導
体支柱近傍に蒸発物が堆積することはあっても、蒸発物
を経由して発熱性支持体に加熱電流が流れることはない
ため、発熱性支持体の抵抗値は一定で、このため定電流
通電下では発熱量が一定で陰極チップの温度も一定に保
たれ電子ビーム量が変化することはない。また、加熱電
流の供給を停止した場合、発熱性支持体の温度が1500℃
程度の温度から室温まで下がり、そのとき発熱性支持体
と蒸着物の熱膨張係数が異なるため発熱性支持体に亀裂
が生じ故障に至るということもない。
支持体型に於いては発熱性支持体と導体支柱間に絶縁体
が有るため導体支柱と発熱性支持体は隣接せず、発熱性
支持体における温度分布は小さく、低温部が生じること
はなく、このため発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物
が堆積することはない。導体支柱と隣接する絶縁体の導
体支柱近傍に蒸発物が堆積することはあっても、蒸発物
を経由して発熱性支持体に加熱電流が流れることはない
ため、発熱性支持体の抵抗値は一定で、このため定電流
通電下では発熱量が一定で陰極チップの温度も一定に保
たれ電子ビーム量が変化することはない。また、加熱電
流の供給を停止した場合、発熱性支持体の温度が1500℃
程度の温度から室温まで下がり、そのとき発熱性支持体
と蒸着物の熱膨張係数が異なるため発熱性支持体に亀裂
が生じ故障に至るということもない。
【００１３】第三の発明によれば、炭素質発熱性支持体
型に於いては発熱性支持体と導体支柱間に断熱材を有す
るため導体支柱と発熱性支持体は隣接せず、発熱性支持
体における温度分布は小さく、低温部が生じることはな
く、このため発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物が堆
積することははない。ここでいう断熱材とは発熱性支持
体よりも比抵抗が十分小さく、かつ発熱性支持体に温度
分布が生じない程度の断熱性を有するものを言う。
型に於いては発熱性支持体と導体支柱間に断熱材を有す
るため導体支柱と発熱性支持体は隣接せず、発熱性支持
体における温度分布は小さく、低温部が生じることはな
く、このため発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物が堆
積することははない。ここでいう断熱材とは発熱性支持
体よりも比抵抗が十分小さく、かつ発熱性支持体に温度
分布が生じない程度の断熱性を有するものを言う。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００１５】
【実施例１】図１に第一の発明の熱電子放射陰極の構造
の一例を示す。六ほう化物の陰極チップ１は、通電によ
り発熱するタングステン線からなる発熱性支持体２によ
り支持され、発熱性支持体２の端部は導体支柱３の先端
にそれぞれ接続され、２本の導体支柱３は碍子４に固定
保持されている。導体支柱の材質としては高融点金属で
あるタングステン、モリブデン、タンタル、レニウム或
いはこれらの合金が好ましく、本実施例においてはモリ
ブデン、レニウム合金を用いた。タンタルからなる遮蔽
体５は発熱性支持体２上に陰極チップ１からの蒸発物が
堆積しないように設けられた円筒状の構造物で、発熱製
支持体２と接しないように、導体支柱３に溶接により固
定されている。遮蔽体の材質は金属やセラミックスなど
が用いられるが、タングステン、モリブデン、タンタ
ル、レニウム等の高融点金属、或いはそれらの合金が耐
熱性の観点から、また、レーザー溶接や、スポット溶接
により手軽に導体支柱に接続する事が出来るという点で
好ましい。
の一例を示す。六ほう化物の陰極チップ１は、通電によ
り発熱するタングステン線からなる発熱性支持体２によ
り支持され、発熱性支持体２の端部は導体支柱３の先端
にそれぞれ接続され、２本の導体支柱３は碍子４に固定
保持されている。導体支柱の材質としては高融点金属で
あるタングステン、モリブデン、タンタル、レニウム或
いはこれらの合金が好ましく、本実施例においてはモリ
ブデン、レニウム合金を用いた。タンタルからなる遮蔽
体５は発熱性支持体２上に陰極チップ１からの蒸発物が
堆積しないように設けられた円筒状の構造物で、発熱製
支持体２と接しないように、導体支柱３に溶接により固
定されている。遮蔽体の材質は金属やセラミックスなど
が用いられるが、タングステン、モリブデン、タンタ
ル、レニウム等の高融点金属、或いはそれらの合金が耐
熱性の観点から、また、レーザー溶接や、スポット溶接
により手軽に導体支柱に接続する事が出来るという点で
好ましい。
【００１６】このような熱電子放射陰極を走査型電子顕
微鏡に取り付け使用したところ、2000時間に渡って安定
した動作が確認できた。また、誤って過昇温した場合で
も発熱性支持体の断線が生じることも無かった。
微鏡に取り付け使用したところ、2000時間に渡って安定
した動作が確認できた。また、誤って過昇温した場合で
も発熱性支持体の断線が生じることも無かった。
【００１７】
【実施例２】実施例２においては異なる２種の構造の熱
電子放射陰極について、従来の構造のものと比較して示
す。
電子放射陰極について、従来の構造のものと比較して示
す。
【００１８】図３に本発明の第一の発明による熱電子放
射陰極の構造の他の例を示す（以下構造１と略す）。六
ほう化物の陰極チップ１は通電により発熱するPG（熱分
解黒鉛）からなる発熱性支持体２により支持され、更に
発熱性支持体は碍子４に固定された弾性を有する導体支
柱３により把持される。導体支柱３の先端はＬ字型に折
れ曲がり陰極チップ１からの蒸発物が発熱性支持体２上
に堆積することを防止する遮蔽体５を兼ねている。導体
支柱と遮蔽体の材質はタングステン、モリブデン、タン
タル、レニウム等の高融点金属、或いはそれらの合金が
好ましく、導体支柱と一体構造化する事が可能であり、
本実施例の場合はモリブデン、レニウム合金を用いた。
射陰極の構造の他の例を示す（以下構造１と略す）。六
ほう化物の陰極チップ１は通電により発熱するPG（熱分
解黒鉛）からなる発熱性支持体２により支持され、更に
発熱性支持体は碍子４に固定された弾性を有する導体支
柱３により把持される。導体支柱３の先端はＬ字型に折
れ曲がり陰極チップ１からの蒸発物が発熱性支持体２上
に堆積することを防止する遮蔽体５を兼ねている。導体
支柱と遮蔽体の材質はタングステン、モリブデン、タン
タル、レニウム等の高融点金属、或いはそれらの合金が
好ましく、導体支柱と一体構造化する事が可能であり、
本実施例の場合はモリブデン、レニウム合金を用いた。
【００１９】図４に本発明の第二の発明の熱電子放射陰
極の構造の一例を示す（以下構造２と略す）。前述の場
合と同様にして、六ほう化物の陰極チップ１は通電によ
り発熱するPG（熱分解黒鉛）からなる発熱性支持体２、
及びp-BN（熱分解窒化ほう素）からなる絶縁体８により
支持され、更に、これらは碍子４に固定された弾性を持
つ導体支柱３により把持される。また、発熱性支持体２
と導体支柱３はレニウム製の導体配線９により電気的に
接続されている。尚、導体配線の材質は高融点金属が好
ましく、レニウムの他にタングステン、モリブデン、タ
ンタル或いはこれらの合金を用いることが出来る。
極の構造の一例を示す（以下構造２と略す）。前述の場
合と同様にして、六ほう化物の陰極チップ１は通電によ
り発熱するPG（熱分解黒鉛）からなる発熱性支持体２、
及びp-BN（熱分解窒化ほう素）からなる絶縁体８により
支持され、更に、これらは碍子４に固定された弾性を持
つ導体支柱３により把持される。また、発熱性支持体２
と導体支柱３はレニウム製の導体配線９により電気的に
接続されている。尚、導体配線の材質は高融点金属が好
ましく、レニウムの他にタングステン、モリブデン、タ
ンタル或いはこれらの合金を用いることが出来る。
【００２０】図６に従来の方法による熱電子放射陰極の
構造の一例を示す（以下構造３と略す）。六ほう化物の
陰極チップは通電により発熱する炭素質材料からなる発
熱性支持体２により支持され、更に発熱性支持体は碍子
４に固定された弾性を有する導体支柱３により把持され
る。
構造の一例を示す（以下構造３と略す）。六ほう化物の
陰極チップは通電により発熱する炭素質材料からなる発
熱性支持体２により支持され、更に発熱性支持体は碍子
４に固定された弾性を有する導体支柱３により把持され
る。
【００２１】以上に示した三種の熱電子放射陰極を作製
して、通電加熱時の抵抗値変化を調べた。加熱電流値は
通電初期に於いて陰極チップの温度が1450℃になるよう
設定し、一定の電流値を保った。図８に抵抗値の経時変
化を示す。構造１と２は一定の抵抗値を保つが、構造３
では抵抗値は特にその使用の初期に大きく減衰し、その
後も緩やかに減少する。すなわち、構造３では抵抗値の
変化にともない陰極チップの温度も低下し得られる電子
ビーム強度も低下する。
して、通電加熱時の抵抗値変化を調べた。加熱電流値は
通電初期に於いて陰極チップの温度が1450℃になるよう
設定し、一定の電流値を保った。図８に抵抗値の経時変
化を示す。構造１と２は一定の抵抗値を保つが、構造３
では抵抗値は特にその使用の初期に大きく減衰し、その
後も緩やかに減少する。すなわち、構造３では抵抗値の
変化にともない陰極チップの温度も低下し得られる電子
ビーム強度も低下する。
【００２２】次に、上記三種の構造の熱電子放射陰極を
電子ビーム露光装置に取り付け、同一の条件下で長期間
使用し、その特性を比較したのが表１である。
電子ビーム露光装置に取り付け、同一の条件下で長期間
使用し、その特性を比較したのが表１である。
【００２３】
【表１】
【００２４】また、構造３の熱電子陰極は加熱電流の調
整の頻度が高く、調整の度に温度が平衡状態に達するま
での待ち時間が大きく、実際の露光作業に使用できない
時間が多い。
整の頻度が高く、調整の度に温度が平衡状態に達するま
での待ち時間が大きく、実際の露光作業に使用できない
時間が多い。
【００２５】尚、本実施例に於いて発熱性支持体として
炭素質材料を用いたが、他にほう化物、炭化物など六ほ
う化物の陰極チップと反応せず、発熱体として適切な比
抵抗を有する材料であればよい。
炭素質材料を用いたが、他にほう化物、炭化物など六ほ
う化物の陰極チップと反応せず、発熱体として適切な比
抵抗を有する材料であればよい。
【００２６】
【実施例３】図５に第三の発明の熱電子放射陰極の構造
の一例を示す。六ほう化物の陰極チップ１は通電により
発熱するPG（熱分解黒鉛）からなる発熱性支持体２によ
り支持され、更に発熱性支持体２は碍子４に固定された
弾性を持つモリブデン製の導体支柱３により把持され
る。陰極チップ１と発熱性支持体２間には炭化チタン
（TiC）焼結体からなる断熱材１０がはさまれている。
炭化チタン焼結体はPGに比べて比抵抗が1/1000程度と小
さく、また、熱伝導率も高融点金属に比べ1/10程度と小
さいため、単に断熱材として機能する。
の一例を示す。六ほう化物の陰極チップ１は通電により
発熱するPG（熱分解黒鉛）からなる発熱性支持体２によ
り支持され、更に発熱性支持体２は碍子４に固定された
弾性を持つモリブデン製の導体支柱３により把持され
る。陰極チップ１と発熱性支持体２間には炭化チタン
（TiC）焼結体からなる断熱材１０がはさまれている。
炭化チタン焼結体はPGに比べて比抵抗が1/1000程度と小
さく、また、熱伝導率も高融点金属に比べ1/10程度と小
さいため、単に断熱材として機能する。
【００２７】この熱電子放射陰極を電子ビーム露光装置
に搭載して使用したところ5000時間安定して使用するこ
とが出来た。また、5000時間使用した後に熱電子放射陰
極を電子ビーム露光装置から取り外し調べたところ、断
熱材上に陰極チップの蒸発物が堆積していたが抵抗値及
び加熱特性は使用前の初期状態と殆ど差はなかった。
に搭載して使用したところ5000時間安定して使用するこ
とが出来た。また、5000時間使用した後に熱電子放射陰
極を電子ビーム露光装置から取り外し調べたところ、断
熱材上に陰極チップの蒸発物が堆積していたが抵抗値及
び加熱特性は使用前の初期状態と殆ど差はなかった。
【００２８】尚、本実施例に於いて発熱性支持体として
炭素質材料を用いたが、他にほう化物、炭化物など六ほ
う化物の陰極チップと反応せず、発熱体として適切な比
抵抗を有する材料であれば構わない。また、断熱材とし
ては炭化チタン以外にも炭化ジルコニウム、窒化ジルコ
ニウム、及び炭素材料をはじめとする発熱性支持体より
も比抵抗が十分に小さく、且つ発熱性支持体に温度分布
が生じない程度の断熱性を有し、耐熱性及び導体支柱、
発熱性支持体との反応性の点で問題がなければ他の材料
でもよい。
炭素質材料を用いたが、他にほう化物、炭化物など六ほ
う化物の陰極チップと反応せず、発熱体として適切な比
抵抗を有する材料であれば構わない。また、断熱材とし
ては炭化チタン以外にも炭化ジルコニウム、窒化ジルコ
ニウム、及び炭素材料をはじめとする発熱性支持体より
も比抵抗が十分に小さく、且つ発熱性支持体に温度分布
が生じない程度の断熱性を有し、耐熱性及び導体支柱、
発熱性支持体との反応性の点で問題がなければ他の材料
でもよい。
【００２９】
【発明の効果】本発明による熱電子放射陰極は通電加熱
時の抵抗変化が著しく少なく、長時間に渡り極めて安定
な電子ビーム特性を維持することができ、電子顕微鏡や
電子ビーム露光装置用の熱電子放射陰極として利用効果
が大きい。
時の抵抗変化が著しく少なく、長時間に渡り極めて安定
な電子ビーム特性を維持することができ、電子顕微鏡や
電子ビーム露光装置用の熱電子放射陰極として利用効果
が大きい。
【図１】 本発明の一例を示す金属線発熱性支持体型熱
電子放射陰極の構造図である。
電子放射陰極の構造図である。
【図２】 金属線発熱性支持体型熱電子放射陰極の陰極
チップ周辺の拡大図である。
チップ周辺の拡大図である。
【図３】 本発明の一例を示す炭素質発熱性支持体型熱
電子放射陰極の構造図である。
電子放射陰極の構造図である。
【図４】 本発明の一例を示す炭素質発熱性支持体型熱
電子放射陰極の構造図である。
電子放射陰極の構造図である。
【図５】 本発明の一例を示す炭素質発熱性支持体型熱
電子放射陰極の構造図である。
電子放射陰極の構造図である。
【図６】 従来の炭素質発熱性支持体型熱電子放射陰極
の構造図である。
の構造図である。
【図７】 従来の金属線発熱性支持体型熱電子放射陰極
の構造図である。
の構造図である。
【図８】 実施例２の通電加熱時の抵抗値の経時変化を
示す図である。
示す図である。
１： 陰極チップ ２： 発熱性支持体 ３： 導体支柱 ４： 碍子 ５： 遮蔽体 ６： 支持片 ７： 反応障壁層 ８： 絶縁体 ９： 導体配線 10： 断熱材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１１月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】アルカリ土類ほう化物や希土類ほう化
物、特に六ほう化ランタン（LaB6）は優れた熱電子放射
特性を有しており高輝度熱電子放射陰極の陰極材料とし
て広く用いられている。希土類ほう化物は高温度に於い
て、きわめて活性で高融点金属をはじめとする多くの材
料と反応し劣化するため、陰極構造特に陰極チップを直
接加熱する発熱性支持体について種々提案され、また実
用化されている。代表的な熱電子放射陰極の構造を発熱
性支持体に着目して分類すると、高融点金属線を発熱性
支持体として用いた構造（以下金属線発熱性支持体型と
記す）と炭素質の発熱性支持体を用いた構造（以下炭素
質発熱性支持体型と記す）の２つに分類される。以下に
金属線発熱性支持体型と炭素質発熱性支持体型について
図を用いて説明する。
物、特に六ほう化ランタン（LaB6）は優れた熱電子放射
特性を有しており高輝度熱電子放射陰極の陰極材料とし
て広く用いられている。希土類ほう化物は高温度に於い
て、きわめて活性で高融点金属をはじめとする多くの材
料と反応し劣化するため、陰極構造特に陰極チップを直
接加熱する発熱性支持体について種々提案され、また実
用化されている。代表的な熱電子放射陰極の構造を発熱
性支持体に着目して分類すると、高融点金属線を発熱性
支持体として用いた構造（以下金属線発熱性支持体型と
記す）と炭素質の発熱性支持体を用いた構造（以下炭素
質発熱性支持体型と記す）の２つに分類される。以下に
金属線発熱性支持体型と炭素質発熱性支持体型について
図を用いて説明する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】［金属線発熱性支持体型］図７は、特公平
１−４６９７６号公報に開示されている金属線発熱性支
持体型熱電子放射陰極の一例を示す模式図である。六ほ
う化物の陰極チップ１は、通電により発熱するタングス
テン線からなる発熱性支持体２により支持され、発熱性
支持体の端部は導体支柱３の先端にそれぞれ接続され、
２本の導体支柱３は碍子４に固定保持されている。図２
は陰極チップ１周辺の拡大斜視図である。陰極チップ１
はコの字型に曲げられたタングステン、タンタル、モリ
ブデンなどの高融点金属からなる支持片６により把持さ
れる。陰極チップ１と支持片６の間はコロイド状カーボ
ンとチタン粉末を混合しペースト状にしたものにより仮
接着され真空中で通電加熱により焼結して形成される反
応障壁層７により六ほう化物の陰極チップ１と高融点金
属からなる支持片６との反応が防止され、かつ強固に固
定される。
１−４６９７６号公報に開示されている金属線発熱性支
持体型熱電子放射陰極の一例を示す模式図である。六ほ
う化物の陰極チップ１は、通電により発熱するタングス
テン線からなる発熱性支持体２により支持され、発熱性
支持体の端部は導体支柱３の先端にそれぞれ接続され、
２本の導体支柱３は碍子４に固定保持されている。図２
は陰極チップ１周辺の拡大斜視図である。陰極チップ１
はコの字型に曲げられたタングステン、タンタル、モリ
ブデンなどの高融点金属からなる支持片６により把持さ
れる。陰極チップ１と支持片６の間はコロイド状カーボ
ンとチタン粉末を混合しペースト状にしたものにより仮
接着され真空中で通電加熱により焼結して形成される反
応障壁層７により六ほう化物の陰極チップ１と高融点金
属からなる支持片６との反応が防止され、かつ強固に固
定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【作用】第１の発明によれば、陰極チップの蒸発物は遮
蔽体により遮られるため発熱性支持体上には堆積しな
い。このため、金属線発熱性支持体型においては高融点
金属からなる発熱性支持体と堆積した蒸着物が反応し、
その反応層に於いて体積変化が生じて、発熱性支持体の
寸法が僅かに変化して、陰極チップの位置ズレを生じ電
子ビーム量が変化したり、金属線からなる発熱性支持体
が断線したりすることはない。また、炭素質発熱性支持
体型に於ては、HPCやPGに比べて低比抵抗の六ほう化物
の蒸着物が発熱性支持体上に堆積しないため、蒸着膜を
介して流れる迂回電流が生じる事はなく、発熱性支持体
の抵抗値は一定で、このため定電流通電下では発熱量が
一定で陰極チップの温度も一定に保たれ電子ビーム量が
変化することはない。また、加熱電流の供給を停止した
場合、発熱性支持体の温度が1500℃程度の温度から室温
まで下がりそのとき発熱性支持体と蒸着物の熱膨張係数
が異なるため発熱性支持体に亀裂が生じ故障に至るとい
うこともない。
蔽体により遮られるため発熱性支持体上には堆積しな
い。このため、金属線発熱性支持体型においては高融点
金属からなる発熱性支持体と堆積した蒸着物が反応し、
その反応層に於いて体積変化が生じて、発熱性支持体の
寸法が僅かに変化して、陰極チップの位置ズレを生じ電
子ビーム量が変化したり、金属線からなる発熱性支持体
が断線したりすることはない。また、炭素質発熱性支持
体型に於ては、HPCやPGに比べて低比抵抗の六ほう化物
の蒸着物が発熱性支持体上に堆積しないため、蒸着膜を
介して流れる迂回電流が生じる事はなく、発熱性支持体
の抵抗値は一定で、このため定電流通電下では発熱量が
一定で陰極チップの温度も一定に保たれ電子ビーム量が
変化することはない。また、加熱電流の供給を停止した
場合、発熱性支持体の温度が1500℃程度の温度から室温
まで下がりそのとき発熱性支持体と蒸着物の熱膨張係数
が異なるため発熱性支持体に亀裂が生じ故障に至るとい
うこともない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】
【実施例１】図１に第１の発明の熱電子放射陰極の構造
の一例を示す。六ほう化物の陰極チップ１は、通電によ
り発熱するタングステン線からなる発熱性支持体２によ
り支持され、発熱性支持体２の端部は導体支柱３の先端
にそれぞれ接続され、２本の導体支柱３は碍子４に固定
保持されている。導体支柱の材質としては高融点金属で
あるタングステン、モリブデン、タンタル、レニウム或
いはこれらの合金が好ましく、本実施例においてはモリ
ブデン、レニウム合金を用いた。タンタルからなる遮蔽
体５は発熱性支持体２上に陰極チップ１からの蒸発物が
堆積しないように設けられた円筒状の構造物で、発熱性
支持体２と接しないように、導体支柱３に溶接により固
定されている。遮蔽体の材質は金属やセラミックスなど
が用いられるが、タングステン、モリブデン、タンタ
ル、レニウム等の高融点金属、或いはそれらの合金が耐
熱性の観点から、また、レーザー溶接や、スポット溶接
により手軽に導体支柱に接続する事が出来るという点で
好ましい。
の一例を示す。六ほう化物の陰極チップ１は、通電によ
り発熱するタングステン線からなる発熱性支持体２によ
り支持され、発熱性支持体２の端部は導体支柱３の先端
にそれぞれ接続され、２本の導体支柱３は碍子４に固定
保持されている。導体支柱の材質としては高融点金属で
あるタングステン、モリブデン、タンタル、レニウム或
いはこれらの合金が好ましく、本実施例においてはモリ
ブデン、レニウム合金を用いた。タンタルからなる遮蔽
体５は発熱性支持体２上に陰極チップ１からの蒸発物が
堆積しないように設けられた円筒状の構造物で、発熱性
支持体２と接しないように、導体支柱３に溶接により固
定されている。遮蔽体の材質は金属やセラミックスなど
が用いられるが、タングステン、モリブデン、タンタ
ル、レニウム等の高融点金属、或いはそれらの合金が耐
熱性の観点から、また、レーザー溶接や、スポット溶接
により手軽に導体支柱に接続する事が出来るという点で
好ましい。
Claims (3)
- 【請求項１】 六ほう化カルシウム型結晶構造を有する
熱電子放出材料からなる陰極チップと、この陰極チップ
を加熱する発熱性支持体を有する熱電子放射陰極におい
て、前記発熱性支持体上に陰極チップの蒸発物が堆積す
ることを防止する遮蔽体を具備してなることを特徴とす
る熱電子放射陰極。 - 【請求項２】 六ほう化カルシウム型結晶構造を有する
熱電子放出材料からなる陰極チップと、この陰極チップ
を加熱する発熱性支持体と、陰極チップと発熱性支持体
を把持する導体支柱とからなる熱電子放射陰極におい
て、前記発熱性支持体と前記導体支柱との間に絶縁体を
有し、前記発熱体支柱と前記発熱性支持体とが導体配線
により電気的に接続されてなることを特徴とする熱電子
放射陰極。 - 【請求項３】 六ほう化カルシウム型結晶構造を有する
熱電子放出材料からなる陰極チップと、この陰極チップ
を加熱する発熱性支持体と、陰極チップと発熱性支持体
とを把持する導体支柱とからなる熱電子放射陰極におい
て、前記発熱性支持体と前記導体支柱との間に断熱材を
有してなることを特徴とする熱電子放射陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22393592A JPH0676730A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 熱電子放射陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22393592A JPH0676730A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 熱電子放射陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676730A true JPH0676730A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16806014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22393592A Pending JPH0676730A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 熱電子放射陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676730A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100310686B1 (ko) * | 1998-11-09 | 2001-10-18 | 김순택 | 직열형 음극유니트와 이를 이용한 전자총 |
| JP2009021128A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 電子源 |
| WO2009069335A1 (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | 電子放出源及び電子放出源の製造方法 |
| JP2009295376A (ja) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 熱電子放射陰極 |
| US20110127744A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-06-02 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Damping bushing for torsion-beam rear axle of a motor vehicle |
| JP2023051785A (ja) * | 2021-09-30 | 2023-04-11 | エフ イー アイ カンパニ | フィラメントレス電子源 |
| CN115954245A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-04-11 | 朱惠冲 | 卫星通信高频电磁阴极组件加工工艺 |
| JP2024529342A (ja) * | 2021-07-22 | 2024-08-06 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 荷電粒子システムにおける電子源を安定させるためのシステム及び装置 |
-
1992
- 1992-08-24 JP JP22393592A patent/JPH0676730A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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