JPH0752623B2 - 液体硼素含有合金イオン源構造体 - Google Patents
液体硼素含有合金イオン源構造体Info
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- JPH0752623B2 JPH0752623B2 JP60077306A JP7730685A JPH0752623B2 JP H0752623 B2 JPH0752623 B2 JP H0752623B2 JP 60077306 A JP60077306 A JP 60077306A JP 7730685 A JP7730685 A JP 7730685A JP H0752623 B2 JPH0752623 B2 JP H0752623B2
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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
- H01J27/022—Details
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、高輝度でかつ点状のイオンビームが得られる
液体硼素（Ｂ）含有金属イオン源に関する。
液体硼素（Ｂ）含有金属イオン源に関する。
液体金属を用いたイオンビームは、従来の電子ビーム露
光のサブミクロンの微細加工が限界であるのに対して、
ナノメーターの微細加工が可能であり、大いに注目され
ている。また、マスクレスイオン注入、ミーリング、Ｘ
線マスクの修正用等に応用が可能である。
光のサブミクロンの微細加工が限界であるのに対して、
ナノメーターの微細加工が可能であり、大いに注目され
ている。また、マスクレスイオン注入、ミーリング、Ｘ
線マスクの修正用等に応用が可能である。
これらの用途のうち、イオン注入用には、B,As,P,Si,B
e,など多種類のイオン源が必要である。従来のGa金属イ
オン源は、タングステン線の先端を電解研磨により尖ら
せたエミツターが使用されている。この場合、Gaの融点
が30℃と低いので、100〜200℃でイオンビームを発生で
きる。
e,など多種類のイオン源が必要である。従来のGa金属イ
オン源は、タングステン線の先端を電解研磨により尖ら
せたエミツターが使用されている。この場合、Gaの融点
が30℃と低いので、100〜200℃でイオンビームを発生で
きる。
従つて、タングステンエミツターとGaの反応も起こら
ず、長期間安定に使用できる。
ず、長期間安定に使用できる。
一方、前記した各種のイオン源を含んだ金属の場合、融
点も高く、反応性が激しいので、例えばタングステンエ
ミツターを使用すると、極端な場合数秒で反応が起こ
り、安定したイオンビームが得られない。特に、Ｂを含
んだ合金の場合に、この現象が顕著である。この他、エ
ミツターに要求される性能としては、（１）液体金属と
の濡れが良いこと、（２）密度が高く、先端部に気泡や
欠陥を含まないこと、（３）機械的強度が大で、熱的電
気的衝撃で先端がかけないこと、（４）導電性であるこ
と、（５）リザーバ及びヒーターとの反応がないことな
どである。
点も高く、反応性が激しいので、例えばタングステンエ
ミツターを使用すると、極端な場合数秒で反応が起こ
り、安定したイオンビームが得られない。特に、Ｂを含
んだ合金の場合に、この現象が顕著である。この他、エ
ミツターに要求される性能としては、（１）液体金属と
の濡れが良いこと、（２）密度が高く、先端部に気泡や
欠陥を含まないこと、（３）機械的強度が大で、熱的電
気的衝撃で先端がかけないこと、（４）導電性であるこ
と、（５）リザーバ及びヒーターとの反応がないことな
どである。
エミツターの材質としては、従来のＷの他に、Ti,Zr,H
f,V,Nb,Taの炭化物、窒化物、二硼化物、原子番号57か
ら70までの希土類元素の六硼化物または炭素（特開昭57
−132632号公報、以下公知例１という）や、シリコンカ
ーバイド（SiC）（特開昭59−31542号公報、以下公知例
２という）やBNとTiB2の複合物（特開昭60−1717号公
報、以下公知例３という）等が提案されている。公知例
１には、H2,He,Ar,O2ガス及びGa,In,Bi,AuPbと前記した
炭化物、窒化物、硼化物との相互作用が少なく、かつ金
属との濡れが良いこと、 公知例２には、ＢまたはAlなど反応性の大きい元素を含
む合金用に、グラツシーカーボンよりも濡れが良く、耐
食性も優れているエミツター材料としてSiCが良いとい
うこと、 公知例３には、Al金属に適したエミツター材料として、
TiB2,CrB2の硼化物、TiCの炭化物、TiB2−BNの複合物が
あげられ、これらの中で特にTiB2−BN系が、Alとの濡れ
及び耐食性の点で優れていることが示されている。
f,V,Nb,Taの炭化物、窒化物、二硼化物、原子番号57か
ら70までの希土類元素の六硼化物または炭素（特開昭57
−132632号公報、以下公知例１という）や、シリコンカ
ーバイド（SiC）（特開昭59−31542号公報、以下公知例
２という）やBNとTiB2の複合物（特開昭60−1717号公
報、以下公知例３という）等が提案されている。公知例
１には、H2,He,Ar,O2ガス及びGa,In,Bi,AuPbと前記した
炭化物、窒化物、硼化物との相互作用が少なく、かつ金
属との濡れが良いこと、 公知例２には、ＢまたはAlなど反応性の大きい元素を含
む合金用に、グラツシーカーボンよりも濡れが良く、耐
食性も優れているエミツター材料としてSiCが良いとい
うこと、 公知例３には、Al金属に適したエミツター材料として、
TiB2,CrB2の硼化物、TiCの炭化物、TiB2−BNの複合物が
あげられ、これらの中で特にTiB2−BN系が、Alとの濡れ
及び耐食性の点で優れていることが示されている。
しかし、これらの公知例の技術ではＢ含有合金に対し使
用できる可能性のあるエミツター材料としてSiCがある
が、SiCは比抵抗が200Ωcmと大きいので、エミツター材
料としては使用できない。
用できる可能性のあるエミツター材料としてSiCがある
が、SiCは比抵抗が200Ωcmと大きいので、エミツター材
料としては使用できない。
Ti,Zr,Hf,V,Nb,Taの周期律表第IVa族、及び第Va族の硼
化物、炭化物、窒化物はいづれも融点が3000℃近くであ
り、フローテイングゾーン法での良質な単結晶化が難し
い。また、ホツトプレス法でも気孔率10％以下の成型体
を作ることは困難である。従つて、これらの単結晶又は
焼結体を加工して作つたエミツターは、歩留り良く先端
曲率半径１〜２μｍに加工することが著しく困難であつ
た。
化物、炭化物、窒化物はいづれも融点が3000℃近くであ
り、フローテイングゾーン法での良質な単結晶化が難し
い。また、ホツトプレス法でも気孔率10％以下の成型体
を作ることは困難である。従つて、これらの単結晶又は
焼結体を加工して作つたエミツターは、歩留り良く先端
曲率半径１〜２μｍに加工することが著しく困難であつ
た。
また、LaB6をはじめとするランタノイドの六硼化物は、
電子放射材料として、さらにその製法及び加工法が知ら
れているが、Ｂ含有金属、特にNi−Ｂ系の合金と反応し
やすく、本目的のエミツター材料には適さない。
電子放射材料として、さらにその製法及び加工法が知ら
れているが、Ｂ含有金属、特にNi−Ｂ系の合金と反応し
やすく、本目的のエミツター材料には適さない。
（問題点を解決するための手段） 本発明は硼素含有合金を保持すると共に先端が針状であ
るエミツターチツプを具えたリザーバとヒーターを介し
てエミツターチツプに電界をかけイオンを引出す電極と
を接続した液体硼素含有合金のイオン源構造体におい
て、前記エミツターチツプがクロム、モリブデン、タン
グステンから選ばれた少なくとも１種の元素の硼化物の
成形体から成ることを特徴とする液体硼素含有合金イオ
ン源構造体である。
るエミツターチツプを具えたリザーバとヒーターを介し
てエミツターチツプに電界をかけイオンを引出す電極と
を接続した液体硼素含有合金のイオン源構造体におい
て、前記エミツターチツプがクロム、モリブデン、タン
グステンから選ばれた少なくとも１種の元素の硼化物の
成形体から成ることを特徴とする液体硼素含有合金イオ
ン源構造体である。
以下さらに本発明を詳しく説明する。
本発明でいうＢ含有合金とは、Ni−B,Ni−Pd−B,Pt−B,
Au−Si−B,Ni−Au−Si−Ｂ、Pd−Ｂ、Pd−Pt−Ｂ、Pd−
Pt−Ｂ−Siなど、Ｂを含有する低融点合金であり、この
他、In,As,Pなどを含んでも良い。
Au−Si−B,Ni−Au−Si−Ｂ、Pd−Ｂ、Pd−Pt−Ｂ、Pd−
Pt−Ｂ−Siなど、Ｂを含有する低融点合金であり、この
他、In,As,Pなどを含んでも良い。
エミツターの材質は、Cr,Mo及びＷから選ばれた少なく
とも１種類の元素からなる硼化物からなり、その硼化物
にあつては、CrB,CrB2,MoB2,Mo2B5,W2B5などがあげら
れ、金属元素とＢ元素の比は定比、不定比を問わない。
また、前記した化合物の固溶もしくは混晶であつても良
い。エミツターチツプは、必要に応じてバインダーとし
て、Fe,Ni,Coを少量添加して、100kg/cm2以上の圧力で
成型し、その温度範囲は1600〜2100℃で焼成した焼結体
か、100kg/cm2以上の加圧下で1600〜2100℃の温度範囲
でホツトプレス成型した成型体またはフローテイングゾ
ーン法等で作成した単結晶を切断加工し、先端を機械研
磨又は電解研磨で先端曲率半径が１〜２μｍ以下になる
様に加工する。また、あらかじめ先端曲率半径１〜２μ
ｍに研磨したW,Ta,Mo等の高融点金属成形体に、前記し
たCr,Mo及びＷから選ばれた少なくとも１種類の元素か
らなる硼化物をCVD法又は溶融塩電解法、プラスマ溶射
法等で薄く被覆しても良い。
とも１種類の元素からなる硼化物からなり、その硼化物
にあつては、CrB,CrB2,MoB2,Mo2B5,W2B5などがあげら
れ、金属元素とＢ元素の比は定比、不定比を問わない。
また、前記した化合物の固溶もしくは混晶であつても良
い。エミツターチツプは、必要に応じてバインダーとし
て、Fe,Ni,Coを少量添加して、100kg/cm2以上の圧力で
成型し、その温度範囲は1600〜2100℃で焼成した焼結体
か、100kg/cm2以上の加圧下で1600〜2100℃の温度範囲
でホツトプレス成型した成型体またはフローテイングゾ
ーン法等で作成した単結晶を切断加工し、先端を機械研
磨又は電解研磨で先端曲率半径が１〜２μｍ以下になる
様に加工する。また、あらかじめ先端曲率半径１〜２μ
ｍに研磨したW,Ta,Mo等の高融点金属成形体に、前記し
たCr,Mo及びＷから選ばれた少なくとも１種類の元素か
らなる硼化物をCVD法又は溶融塩電解法、プラスマ溶射
法等で薄く被覆しても良い。
リザーバは、Ta等の加工しやすい高融点金属を用いて、
必要により、表面に前記した方法で、硼化物を被覆す
る。リザーバの形状は実質的に溶融合金を保持されると
ともにエミツターに該溶融金属を安定に供給できる構造
であれば良い。
必要により、表面に前記した方法で、硼化物を被覆す
る。リザーバの形状は実質的に溶融合金を保持されると
ともにエミツターに該溶融金属を安定に供給できる構造
であれば良い。
ヒーターは、w,Ta等の幸融点金属線を、リザーバまたは
エミツターの一部にスポツト溶接等で接合する。また、
グラツシーカーボンもしくは熱分解カーボン等の炭素質
ヒーターを、リザーバまたエミツターの一部に接合して
も良い。以上説明した方法により第１図に示すようなイ
オン源構造体が得られる。
エミツターの一部にスポツト溶接等で接合する。また、
グラツシーカーボンもしくは熱分解カーボン等の炭素質
ヒーターを、リザーバまたエミツターの一部に接合して
も良い。以上説明した方法により第１図に示すようなイ
オン源構造体が得られる。
実施例１ 温度1900℃、圧力150kg/cm230分間のホツトプレス条件
で、CrB2,Mo2B5,W2B5の成型体を作成した。各々の相対
密度は95％以上であつた。これを0.5×0.5×3mmに切断
し、先端の円錐角30゜、先端曲率半径２μｍに機械研磨
してエミツターチツプを作成した。これを第２図に示す
幅0.7、長さ６、厚さ0.1mmのTa板７の中央部に、該チツ
プ１の底部に電子ビーム溶接し、第３図に示す様に、Ta
板７を折り曲げてリザーバを作成した。
で、CrB2,Mo2B5,W2B5の成型体を作成した。各々の相対
密度は95％以上であつた。これを0.5×0.5×3mmに切断
し、先端の円錐角30゜、先端曲率半径２μｍに機械研磨
してエミツターチツプを作成した。これを第２図に示す
幅0.7、長さ６、厚さ0.1mmのTa板７の中央部に、該チツ
プ１の底部に電子ビーム溶接し、第３図に示す様に、Ta
板７を折り曲げてリザーバを作成した。
次いで、リザーバの底部に、径0.18mmのＷ線をスポツト
溶接して、第１図に示すような液体金属イオン源を作成
した。また、１×10-6Torrの真空下で、BNルツボ中にN
i,Pd,B（40,40,20）の合金を溶融し、この溶融合金中に
エミツターチツプを加熱しながら浸漬し、これをエミツ
ターチツプに沿つて上昇させ、エミツターチツプとリザ
ーバの間に合金を10mg溜めた。この様にして作成した液
体合金イオン源のエミツターチツプ温度950℃とし、イ
オンビームの取出しを行つたところ、引出し電圧7.5kv
で、100μＡのイオンビームが、200時間に渡り安定に得
られた。
溶接して、第１図に示すような液体金属イオン源を作成
した。また、１×10-6Torrの真空下で、BNルツボ中にN
i,Pd,B（40,40,20）の合金を溶融し、この溶融合金中に
エミツターチツプを加熱しながら浸漬し、これをエミツ
ターチツプに沿つて上昇させ、エミツターチツプとリザ
ーバの間に合金を10mg溜めた。この様にして作成した液
体合金イオン源のエミツターチツプ温度950℃とし、イ
オンビームの取出しを行つたところ、引出し電圧7.5kv
で、100μＡのイオンビームが、200時間に渡り安定に得
られた。
比較のために、TiB2のホツトプレス焼結体（温度2000
℃、圧力150kg/cm2、30分間）で作成したエミツターチ
ツプで前記したと同様の液体金属イオン源を作成した。
℃、圧力150kg/cm2、30分間）で作成したエミツターチ
ツプで前記したと同様の液体金属イオン源を作成した。
エミツターチツプの温度は1050℃の時にイオンビームの
放出が起こつた。20時間で溶融合金が蒸発して無くなつ
た。TiB2のエミツターチツプの場合、温度を高くしない
と、表面に溶融金属が均一に濡れないため、イオンビー
ムが引出せずまた温度が高いために、合金の蒸発損失が
多かつた。
放出が起こつた。20時間で溶融合金が蒸発して無くなつ
た。TiB2のエミツターチツプの場合、温度を高くしない
と、表面に溶融金属が均一に濡れないため、イオンビー
ムが引出せずまた温度が高いために、合金の蒸発損失が
多かつた。
実施例２ アルゴンガス15kg/cm2の雰囲気下、高周波誘導加熱によ
るフローテイングゾーン方で、CrB2,Mo2B5,W2B5の単結
晶を育成した。実施例１と同様の方法で、Ni,Pd,B,Be
（30,60,8,2）の合金を10mg溜めた液体金属イオン源を
作成した。エミツターの温度850℃の時、引出し電圧5k
v、100μＡを1000時間に渡つて安定に得ることができ
た。
るフローテイングゾーン方で、CrB2,Mo2B5,W2B5の単結
晶を育成した。実施例１と同様の方法で、Ni,Pd,B,Be
（30,60,8,2）の合金を10mg溜めた液体金属イオン源を
作成した。エミツターの温度850℃の時、引出し電圧5k
v、100μＡを1000時間に渡つて安定に得ることができ
た。
（発明の効果） Cr,Mo,Wの硼化物のエミツターチツプを用いているの
で、Ｂ含有金属と濡れが良く反応しにくいので長時間安
定に高輝度のイオンビームが得られる利点がある。
で、Ｂ含有金属と濡れが良く反応しにくいので長時間安
定に高輝度のイオンビームが得られる利点がある。
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は液体金属
イオン源構造体の説明図、第２図及び第３図は、その製
造工程の説明図である。 符号 1;エミツターチツプ、2;リザーバ 3;溶融金属、4;ヒーター 5;絶縁碍子、6;電極 7;タンタル板
イオン源構造体の説明図、第２図及び第３図は、その製
造工程の説明図である。 符号 1;エミツターチツプ、2;リザーバ 3;溶融金属、4;ヒーター 5;絶縁碍子、6;電極 7;タンタル板
Claims (1)
- 【請求項１】硼素含有合金を保持すると共に先端が針状
であるエミツターチツプを具えたリザーバとヒーターを
介してエミツターチツプに電界をかけイオンを引出す電
極とを接続した液体硼素含有合金のイオン源構造体にお
いて、前記エミツターチツプがクロム、モリブデン、タ
ングステンから選ばれた少なくとも１種の元素の硼化物
の成形体から成ることを特徴とする液体硼素含有合金イ
オン源構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60077306A JPH0752623B2 (ja) | 1985-04-11 | 1985-04-11 | 液体硼素含有合金イオン源構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60077306A JPH0752623B2 (ja) | 1985-04-11 | 1985-04-11 | 液体硼素含有合金イオン源構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61237328A JPS61237328A (ja) | 1986-10-22 |
| JPH0752623B2 true JPH0752623B2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=13630225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60077306A Expired - Lifetime JPH0752623B2 (ja) | 1985-04-11 | 1985-04-11 | 液体硼素含有合金イオン源構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0752623B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6383264A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-13 | Anelva Corp | 液体金属イオン源 |
| JPH02250238A (ja) * | 1989-03-24 | 1990-10-08 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 液体金属イオン源 |
| JP2517678B2 (ja) * | 1989-09-21 | 1996-07-24 | 電気化学工業株式会社 | 液体金属イオン源 |
| CN108754079A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-06 | 武汉科技大学 | 一种促进含w合金钢中纳米碳化物析出的热处理方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5846542A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界放出型液体金属アルミニウムイオン銃及びその製造方法 |
| JPS6056327A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-01 | Hitachi Ltd | 液体金属イオン種合金 |
-
1985
- 1985-04-11 JP JP60077306A patent/JPH0752623B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61237328A (ja) | 1986-10-22 |
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