JPH0744010B2 - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion source
- control layer
- source material
- porous emitter
- porous
- 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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Classifications
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
Landscapes
- 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】 〔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。
金属イオン源又は表面電離型イオン源に関する。
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。
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。
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。
したイオン源を提供することにある。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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)
Claims (3)
- 【請求項１】表面電離型イオン源材料と、多孔質エミッ
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。 - 【請求項２】上記Cs化合物はCsClおよびCsIの少なくと
も１種からなる特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 - 【請求項３】上記多孔質エミッタ材はＷ、MoおよびSiか
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223923A JPH0744010B2 (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59223923A JPH0744010B2 (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104539A JPS61104539A (ja) | 1986-05-22 |
| JPH0744010B2 true JPH0744010B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=16805828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59223923A Expired - Lifetime JPH0744010B2 (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744010B2 (ja) |
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 (ja) * | 1982-02-10 | 1983-08-16 | Jeol Ltd | イオン源 |
| JPS58163135A (ja) * | 1982-03-20 | 1983-09-27 | Nippon Denshi Zairyo Kk | イオン源 |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP59223923A patent/JPH0744010B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61104539A (ja) | 1986-05-22 |
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