JPH0744010B2 - Ion source - Google Patents
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- JPH0744010B2 JPH0744010B2 JP59223923A JP22392384A JPH0744010B2 JP H0744010 B2 JPH0744010 B2 JP H0744010B2 JP 59223923 A JP59223923 A JP 59223923A JP 22392384 A JP22392384 A JP 22392384A JP H0744010 B2 JPH0744010 B2 JP H0744010B2
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔本発明の利用分野〕 本発明はイオンビーム形成用イオン源に係り、特に液体
金属イオン源又は表面電離型イオン源に関する。Description: FIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion beam forming ion source, and more particularly to a liquid metal ion source or a surface ionization type ion source.
従来の多孔質エミツタ材を用いたイオン源、すなわち液
体金属イオン源及び表面電離型イオン源は、基本的には
特開昭58−30055号公報や第１図に示したように多孔質
エミツタ材11、イオン源材料溜12、イオン源材料13から
構成されている。イオン源材料の供給法により、必要に
応じてイオン源材料13の蒸発防止用の蓋14を儲け、イオ
ン源材料加熱用ヒータ15を備える。多孔質エミツタ材11
としては、仕事関数の高いW,Moなどが利用され、その他
に、還元性元素（Siなど）などが利用される。また、針
状チツプを植設したりして用いられる。イオン源材料13
の供給方法としては、イオン源材料溜12に、金属単元素
を直接挿入したり、使用時に別の溜から供給する方法が
採られている。また、金属単元素では危険な元素、例え
ばCsなどは、空気中で安定な化合物と還元性元素との混
合状態で挿入し、加熱によつて、Csを得る方法、また、
化合物の熱分解によつて得る方法などがある。高い電流
密度を得るために、エミツタ材近傍を加熱しなければな
らない。加熱すると、イオン源材料13が必要以上に無駄
に消費する。イオン源の長寿命化を考える時、無駄な消
費を減らす必要がある。イオン源材料の消費を減らすに
は、多孔質エミツタ材11の空孔率を小さくすれば良い。
しかし、多孔質エミツタ材11の細孔がすべて連通孔であ
るための空孔率は17％と言われている。空孔率だけで、
イオン源材料の無駄な消費を減らすには自ずと限界があ
る。An ion source using a conventional porous emitter material, that is, a liquid metal ion source and a surface ionization type ion source is basically a porous emitter material as shown in JP-A-58-30055 and FIG. 11, an ion source material reservoir 12, and an ion source material 13. Depending on the method of supplying the ion source material, a lid 14 for preventing evaporation of the ion source material 13 is provided if necessary, and a heater 15 for heating the ion source material is provided. Porous emitter material 11
As such, W, Mo, etc. having a high work function are used, and in addition, reducing elements (Si, etc.) are used. It is also used by implanting needle-shaped chips. Ion source material 13
As a method of supplying the above, a method of directly inserting the metal single element into the ion source material reservoir 12 or supplying it from another reservoir at the time of use is adopted. Further, a metal single element, a dangerous element, such as Cs, is inserted in a mixed state of a compound stable with air and a reducing element, and a method of obtaining Cs by heating,
There is a method of obtaining it by thermal decomposition of a compound. In order to obtain a high current density, the vicinity of the emitter material must be heated. When heated, the ion source material 13 is wasted more than necessary. When considering the long life of the ion source, it is necessary to reduce wasteful consumption. To reduce the consumption of the ion source material, the porosity of the porous emitter material 11 may be reduced.
However, it is said that the porosity is 17% because all the pores of the porous emitter material 11 are communication holes. Porosity alone,
There is a limit to reducing the wasteful consumption of the ion source material.
本発明の目的は、イオン源材料の消費量をコントロール
したイオン源を提供することにある。An object of the present invention is to provide an ion source with controlled consumption of the ion source material.
本発明の目的を達成するためには、多孔質エミツタ材へ
の金属元素または化合物イオン源材料の供給を制限する
必要がある。それには、加熱温度を低くすれば良いが、
この場合には高い電流密度が得られないなど難点があ
る。多孔質エミツタ材とイオン源材料との間に、必要最
小限の量の金属元素または化合物イオン源材料を通過さ
せる制御層を設ければ良い。制御層は、金属もしくは絶
縁体から作製し、制御層には、１個あるいは複数個の小
孔を開けて用いられる。この小孔の形状は問わない。ま
たこの小孔の面積によつて、制御層を通過するイオン源
材料の通過量が律速される。多孔質エミツタ材へのイオ
ン源材料の供給量は、制御層を設けない場合に比べ、無
駄な消費を抑えることができ、イオン源の長寿命化が計
れる。In order to achieve the object of the present invention, it is necessary to limit the supply of the metal element or compound ion source material to the porous emitter material. To do this, lower the heating temperature,
In this case, there is a problem that a high current density cannot be obtained. A control layer may be provided between the porous emitter material and the ion source material to allow a necessary minimum amount of the metal element or compound ion source material to pass therethrough. The control layer is made of a metal or an insulator, and the control layer is used by forming one or a plurality of small holes. The shape of this small hole does not matter. Further, the area of the small holes limits the amount of the ion source material passing through the control layer. As for the amount of the ion source material supplied to the porous emitter material, wasteful consumption can be suppressed and the life of the ion source can be extended as compared with the case where the control layer is not provided.
小孔の面積は、多孔質エミツタ材の面積にもよるが、エ
ミツタ材の直径が１〜2mmのとき、0.005〜0.2mm程度が
好ましく、0.02〜0.1mmの範囲がより好ましい。制御層
の材質は、イオン源材料と反応せず耐熱性を有する材質
であればどのようなものでもよいが、Ta,Moなどが好ま
しい。The area of the small holes depends on the area of the porous emitter material, but when the diameter of the emitter material is 1 to 2 mm, it is preferably about 0.005 to 0.2 mm, more preferably 0.02 to 0.1 mm. The material of the control layer may be any material that does not react with the ion source material and has heat resistance, but Ta, Mo and the like are preferable.
多孔質エミツタ材の材質は、従来から用いられているも
のをそのまま用いればよい。例えば、W,Moなどを用いる
ことが出来、またCs化合物をイオン源材料とするときは
Siなどを用いることができる。As the material of the porous emitter material, the material conventionally used may be used as it is. For example, W, Mo, etc. can be used, and when Cs compound is used as the ion source material,
Si or the like can be used.
このイオン源を表面電離型イオン源として用いるとき
は、後述する実施例で説明するが、第２図（ａ）のよう
に多孔質エミツタ材の表面は平坦であるのが普通であ
る。しかし、液体金属イオン源として用いるときは、イ
オン源材料が溶融状態で多孔質エミツタ材の表面に到達
し、電界によつてイオンとして引出される必要があるの
で第２図（ｂ），（ｃ）のように多孔質エミツタ材の先
端を尖らせるか針状チツプをつけるのがよい。針状チツ
プは従来公知の材質、例えばW,Moなどを使用すればよ
い。When this ion source is used as a surface ionization type ion source, it will be described in an example described later, but the surface of the porous emitter material is usually flat as shown in FIG. 2 (a). However, when used as a liquid metal ion source, the ion source material must reach the surface of the porous emitter material in a molten state and must be extracted as ions by the electric field. ), It is better to make the tip of the porous emitter material sharp or to attach a needle-shaped chip. For the needle-shaped chip, a conventionally known material such as W or Mo may be used.
イオン源材料は、従来公知の材料が用いられる。例えば
表面電離型イオン源として用いるときは、CsCl,CsI,BaC
l,BaI,LiF,NaClなど、液体金属イオン源として用いると
きは、Al,In,Cr,Si,Auなどの金属、CsCrO4＋Siなどの混
合物が用いられる。A conventionally known material is used as the ion source material. For example, when used as a surface ionization type ion source, CsCl, CsI, BaC
When used as a liquid metal ion source such as l, BaI, LiF and NaCl, a metal such as Al, In, Cr, Si and Au, and a mixture such as CsCrO 4 + Si are used.
以下、本発明の実施例を第２図により示す。第２図は本
発明の制御層26,36,46を設けた表面電離型イオン源27お
よび液体金属イオン源37,47である。図に示した様に３
通りの形状した制御層について実施したが、はじめに第
２図（ａ）の場合について説明する。An embodiment of the present invention will be shown below with reference to FIG. FIG. 2 shows a surface ionization type ion source 27 and liquid metal ion sources 37, 47 provided with the control layers 26, 36 and 46 of the present invention. 3 as shown
The control layer having the same shape was used, but the case of FIG. 2A will be described first.
先ず、Ｗ粉からプレス成形、焼結して作製した直径1.5m
m、厚さ0.65mm、空孔率20.6％の多孔質Ｗエミツタ材2
1、厚さ30μｍのTa板から深絞り加工により、外径1.5m
m、高さ0.4mmのカツプを用意し、直径0.04mmの小孔を１
個をTaカツプの底に開けて、制御層26を作製した。また
Taパイプの引抜き加工により、内径1.5mm、肉厚35μ
ｍ、長さ10mmのTaパイプをイオン源材料溜22として用意
した。First, a diameter of 1.5m produced by pressing and sintering W powder
m, thickness 0.65 mm, porosity 20.6% porous W emitter material 2
1. Outer diameter of 1.5m by deep drawing from a 30 μm thick Ta plate
Prepare a cup with a height of 0.4 mm and a small hole with a diameter of 0.04 mm.
The control layer 26 was prepared by opening the individual pieces on the bottom of the Ta cup. Also
By drawing Ta pipe, the inner diameter is 1.5mm and the wall thickness is 35μ.
A Ta pipe of m and 10 mm in length was prepared as the ion source material reservoir 22.
Taパイプのイオン源材料溜22と多孔質エミツタ材21、Ta
カツプの制御層26を、Mo−Ruローを用いてロー付けし
た。Cs2CrO4と還元剤であるSiを混合し、イオン源材料2
3として、イオン源材料溜22に詰め、さらに、イオン源
材料蒸発防止用の蓋24を設け、イオン源27を作製した。
このイオン源27をヒータ25により加熱し、次の還元反応
式により、Csを作製し、Csイオンビームを引き出した。Ion source material reservoir 22 for Ta pipe and porous emitter material 21, Ta
The cup control layer 26 was brazed using a Mo-Ru braze. Mixing Cs 2 CrO 4 and Si as a reducing agent, ion source material 2
As 3, the ion source material reservoir 22 was filled, and a lid 24 for preventing evaporation of the ion source material was further provided to produce an ion source 27.
The ion source 27 was heated by the heater 25, Cs was produced by the following reduction reaction formula, and the Cs ion beam was extracted.
４Cs2CrO4＋5Si→２Cr2O3＋8Cs＋5SiO2 制御層26を設けない場合と、本実施例で説明した制御層
26を設けた場合で、Csの消費量を比較した結果、前者に
比べて約１桁小さかつた。本発明のイオン源を用いる場
合、従来に比べて約10倍の長時間に亘つてCsイオンビー
ムを引き出せた。4Cs 2 CrO 4 + 5Si → 2Cr 2 O 3 + 8Cs + 5SiO 2 control layer 26 is not provided and the control layer described in this embodiment
As a result of comparing the consumption of Cs in the case of providing 26, it was about an order of magnitude smaller than the former. When the ion source of the present invention was used, the Cs ion beam could be extracted for a long time, which is about 10 times longer than the conventional one.
次に液体金属イオン源における実施例を示す、第２図
（ｂ）および（ｃ）に液体金属イオン源の場合のエミツ
タの形状を示す。（ｂ）は多孔質エミツタであり、電解
研摩法で先端をとがらせた。（ｃ）は多孔質焼結体の先
端にタングステン製の針状チツプ48を設けている。上記
の先端形状以外の多孔質エミツタの材質、成形および焼
結法は、すべて前期の実施例と同じである。また制御層
36,42における孔径も第１の実施例と同様の寸法のもの
を採用した。Next, FIGS. 2 (b) and 2 (c) showing an embodiment of the liquid metal ion source show the shape of the emitter in the case of the liquid metal ion source. (B) is a porous emitter, the tip of which was sharpened by electrolytic polishing. In (c), the needle tip 48 made of tungsten is provided at the tip of the porous sintered body. The material, forming and sintering method of the porous emitter other than the above-mentioned tip shape are all the same as in the previous embodiment. Also control layer
The holes 36 and 42 have the same size as the first embodiment.
液体金属イオン源モードでは、イオン源材料を溶融状態
でチツプ先端に供給することが必須であり、CsClのよう
な昇華性物質をイオン源材料として利用することは困難
である。本実施例では、イオン源材料としてAu,In,Gaな
どを用い、安定なイオンビームを形成させ、従来法に比
較して10〜20倍の長寿命化を達成できた。In the liquid metal ion source mode, it is essential to supply the ion source material in a molten state to the tip of the chip, and it is difficult to use a sublimable substance such as CsCl as the ion source material. In the present embodiment, Au, In, Ga or the like was used as the ion source material, a stable ion beam was formed, and the life was 10 to 20 times longer than the conventional method.
多孔質エミツタ材21,31,41、イオン源溜23,33,43および
針状チツプ48は、イオン源材料23,33との反応性、耐熱
性などによつて決定するが、本実施例では炭素、ランタ
ンポライド、タングステン、モリブデンなどについても
実施し、良好な結果を得た。The porous emitter material 21, 31, 41, the ion source reservoir 23, 33, 43 and the needle-shaped chip 48 are determined by the reactivity with the ion source material 23, 33, heat resistance, etc., but in the present embodiment, Good results were also obtained with carbon, lanthanide, tungsten and molybdenum.
本発明の制御層は、その構造は極めて簡単で、しかも、
制御層内の小孔の面積によつて所望の量のイオン源材料
を多孔質エミツタ材に供給出来、無駄な消費を抑えるこ
とが出来る。イオン源の長寿命化が計れるなど優れた効
果を有する。また、本発明の制御層は、表面電離型イオ
ン源、電界電離型イオン源など、幅広く応用できる特徴
を有する。The control layer of the present invention has an extremely simple structure, and
Depending on the area of the small holes in the control layer, a desired amount of ion source material can be supplied to the porous emitter material, and wasteful consumption can be suppressed. It has excellent effects such as a longer life of the ion source. Further, the control layer of the present invention has a feature that it can be widely applied such as a surface ionization type ion source and a field ionization type ion source.
第１図は従来型のイオン源の断面図、第２図は本発明に
よるイオン源の断面図である。 11,21,31,41……多孔質エミツタ材、12,22,32,42…イオ
ン源材料溜、13,23,33,43…イオン源材料、14,24,34,44
…イオン源材料蒸発防止用蓋、15,25,35,45…加熱用ヒ
ータ、26,36,46…小孔を有する制御層、27,37,47…本発
明イオン源、48…針状チツプ。FIG. 1 is a sectional view of a conventional ion source, and FIG. 2 is a sectional view of an ion source according to the present invention. 11,21,31,41 …… Porous emitter material, 12,22,32,42… Ion source material reservoir, 13,23,33,43… Ion source material, 14,24,34,44
... Ion source material evaporation preventing lid, 15, 25, 35, 45 ... Heating heater, 26, 36, 46 ... Control layer having small holes, 27, 37, 47 ... Ion source of the present invention, 48 ... Needle-shaped chip .
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 一二三 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 志知 広康 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−163135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−137941（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−43595（ＪＰ，Ｂ２) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Itsuzo Tamura 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Tokyo Inside Hitachi Central Research Laboratory (72) Inventor Hiroyasu Shichi 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-58-163135 (JP, A) JP-A-58-137941 (JP, A) JP-B-56-43595 (JP, B2)
Claims (3)
タ材とを有するイオン源において、上記イオン源材料と
上記多孔質エミッタ材との間に１個もしくは複数個の小
孔を有し、かつ該小孔の断面積は上記多孔質エミッタ材
の断面積より小さい制御層が設けられており、上記イオ
ン源材料はCs化合物からなることを特徴とするイオン
源。1. An ion source having a surface ionization type ion source material and a porous emitter material, wherein one or a plurality of small holes are provided between the ion source material and the porous emitter material, An ion source characterized in that a control layer having a cross-sectional area smaller than that of the porous emitter material is provided, and the ion source material comprises a Cs compound.
も１種からなる特許請求の範囲第１項記載のイオン源。2. The ion source according to claim 1, wherein the Cs compound comprises at least one of CsCl and CsI.
らなる群の中から選ばれた少なくとも１種からなり、上
記制御層はTaまたはMoからなる特許請求の範囲第１項又
は第２項記載のイオン源。3. The porous emitter material is made of at least one selected from the group consisting of W, Mo and Si, and the control layer is made of Ta or Mo. Ion source according to the item.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223923A JPH0744010B2 (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223923A JPH0744010B2 (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104539A JPS61104539A (en) | 1986-05-22 |
| JPH0744010B2 true JPH0744010B2 (en) | 1995-05-15 |
Family
ID=16805828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59223923A Expired - Lifetime JPH0744010B2 (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744010B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4375104A (en) * | 1979-08-20 | 1983-02-22 | General Electric Company | Pool gateway seal |
| JPS58137941A (en) * | 1982-02-10 | 1983-08-16 | Jeol Ltd | Ion source |
| JPS58163135A (en) * | 1982-03-20 | 1983-09-27 | Nippon Denshi Zairyo Kk | ion source |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP59223923A patent/JPH0744010B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61104539A (en) | 1986-05-22 |
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