JPH1092362A - 液体金属イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】使い易く安定で寿命の長い液体金属イオン源を
提供する。 【解決手段】ベース１は磁器などの絶縁物で、これに支
柱５がシールされる。支柱の一端にヘアーピン型のヒー
タ２が点溶接で接続される。ヒータの中央部にリザー
バ，エミッタが接続される。リザーバはタングステン線
を螺旋状にし、一端に連続してエミッタが形成される。
イオン化物質６はリザーバ３の部分に保持され、この部
分からイオン放出部７まで連続して表面に濡れている状
態で保持される。エミッタの先端は凸状をなし、液体金
属イオンを放出するイオン放出部７が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集束イオンビーム装
置などに用いられる液体金属イオン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体金属イオン源の構造は非常に
多くのものが知られている。例えば、本発明の液体金属
イオン源に関係する構造として、図６，図７の構造があ
る。しかし、図６の構造では次の様な問題点があった。

【０００３】(1）リザーバ，イオン化物質，ヒータが一
体となっているため、イオン化物質の消費量によって、
ヒータの抵抗値が変わるので、最適ヒータ電力が変わ
る。

【０００４】(2）ヒータを加熱した場合、エミッタのイ
オン放出部から遠ざかる方向に温度が低くなり、イオン
化物質が低温方向に移動してしまう。

【０００５】(3）エミッタは針状でリザーバは円筒（コ
イル）であるためこの間に保持されているイオン化物質
は、消費されるに従って、表面張力の差によってリザー
バ側からエミッタ側に流れにくくなる。

【０００６】同様に図７の構造では次の問題点があっ
た。

【０００７】(4）リザーバとエミッタ間にヒータが接続
されているため、この部分でイオン化物質の流れが悪く
なる。

【０００８】上記(1）の問題は図７の構造でも同様であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明では上記(1）〜
(4）の問題点を解決し、使い易く安定で寿命の長い液体
金属イオン源を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】問題点(1）に対して、イ
オン化物質の量がヒータ特性を変化させないように、イ
オン化物質が直接ヒータ部に触れない構造とした。(2）
に対して、部品の配置をヒータ，リザーバ，エミッタの
順にした。(3）に対して、図７と同様に、リザーバとエ
ミッタを一体構造とし、表面張力の影響を低減した。
(4）に対してリザーバとエミッタ間にスポット溶接痕等
イオン化物質の流れを疎外する要因を排除した。さら
に、低価格で液体金属イオン源を提供するため、消耗部
を交換することも可能とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例について図
１を用いて説明する。この液体金属イオン源はベース
１，ヒータ２，リザーバ３，エミッタ４，支柱５，イオ
ン化物質６，イオン放出部７から構成されている。ベー
ス１は磁器などの絶縁物で、これに支柱５がシールされ
る。支柱の一端にヘアーピン型のヒータ２が点溶接で接
続される。ヒータの中央部にリザーバ，エミッタが接続
される。リザーバはタングステン線を螺旋状にし、一端
に連続してエミッタが形成される。イオン化物質６はリ
ザーバ３の部分に保持され、この部分からイオン放出部
７まで連続して表面に濡れている状態で保持される。エ
ミッタの先端は凸状をなし、液体金属イオンを放出する
イオン放出部７が形成される。

【００１２】次に本液体金属イオン源の動作について図
２を用いて説明する。液体金属イオン源９のイオン放出
部７と対向してイオン引出電極１３を配置し、エミッタ
４と引出電極間にイオン加速電源により７〜８ｋＶの電
圧を印加すると、イオン化物質であるＧａがこの電界で
引き付けられてイオン放出部で鋭利になってその部分の
強電界によりイオン放出する。イオンとして放出された
Ｇａはリザーバ３から補給される。この補給路となるリ
ザーバとエミッタ，イオン放出部までの間で流路の抵抗
は均一になるように設計されている。このため、出力電
流Ｉｐは安定に得られる。

【００１３】数十時間液体金属イオン源を動作させる
と、Ｇａが真空中に残存する周辺の酸素と結合して酸化
物を形成する。この酸化物は液体ではないため、流路を
流れてイオン化部に達すると、イオン放出が不安定とな
る。このようになった場合、ヒータ電源１０により、電
流Ｉｈを流してリザーバ部とエミッタ部を約摂氏８００
度に加熱し、酸化物を分解気化させることにより元の状
態に戻す。この操作をフラッシングと呼んでいる。フラ
ッシング温度は低いと、その効果が充分得られなく、逆
に高すぎるとＧａが気化してしまう。このため、フラッ
シング温度は正しく制御しなければならない。従来はヒ
ータ部にＧａが溜まる構造で、Ｇａは使用時間と共に減
少するため刻々とヒータの抵抗が変化するのと等価であ
った。本発明ではヒータ部の抵抗を変化させるＧａがヒ
ータ部に積もることはないので、ヒータの抵抗は一定で
ある。従って、使用上の複雑性は軽減される。

【００１４】フラッシング時に温度を上げると、Ｇａは
温度の低い方へ流れる性質がある。ヒータ２を上げた場
合、温度はヒータ部から上昇するのでヒータ部より遠く
へ、すなわち、イオン放出部７の方向へ流れるためＧａ
を損失することは無い。イオン化物質であるＧａはリザ
ーバからエミッタまで連続で濡れており、かつヒータと
離れているため、Ｇａの流れを阻止する余計な表面張力
作用を受けない。このため、一度充填したＧａは全量イ
オン化されるまで動作させることができる。

【００１５】図３は本発明の第２の実施例を示す。図１
と異なる点は、ヒータ２がコイル状になっていること、
エミッタ４が直接エミッタ保持金具８に取り付けられて
いる点である。動作は図１と同じであるが、リザーバ，
エミッタを単独で取り外すことができる。エミッタ，リ
ザーバは、ベースに固定されているエミッタ保持金具８
のねじ１４を緩めて取り外す。

【００１６】図４は本発明の第３の実施例を示す。この
場合、ヒータ２はベースの外側に配置してある。この利
点はヒータがイオン放出に伴うバックスパッタや二次電
子の衝撃を受けないため、その特性の変化が少なく安定
して使用できる点である。但し、この構造はエミッタの
取り外しには空間的工夫が必要である。

【００１７】図５は本発明の第４の実施例を示す。この
場合の構成は図３とほぼ同じであるがヒータ部が１部リ
ザーバ部に重なっている。重なっているが配置はヒー
タ，リザーバ，イオン放出部の関係を保持している。こ
の場合の加熱では輻射加熱の比率が大きくなっている。

【００１８】

【発明の効果】本発明の液体金属イオン源では下記の効
果がある。

【００１９】(1）充填されているイオン化物質の総てが
イオン化できるので効率的である。

【００２０】(2）フラッシングの条件は常に一定である
ため、安定に使用でき、失敗することがない。

【００２１】(3）エミッタ部，リザーバ部のみが交換で
きるので、動作経費が安くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す説明図。

【図２】本発明の液体金属イオン源の動作の説明図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す説明図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す説明図。

【図５】本発明の第４の実施例を示す説明図。

【図６】第１の従来技術の説明図。

【図７】第２の従来技術の説明図。

【符号の説明】

１…ベース、２…ヒータ、３…リザーバ、４…エミッ
タ、５…支柱、６…イオン化物質、７…イオン放出部、
８…エミッタ保持金具、９…液体金属イオン源、１０…
ヒータ電源、１１…イオン引出電源、１２…コレクタ、
１３…イオン引出電極、１４…ねじ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 引地 和人 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヒータ，リザーバ，エミッタの順に配列さ
   れリザーバとエミッタは一体構造であることを特徴とす
   る液体金属イオン源。
2. 【請求項２】リザーバ，エミッタは継ぎ目のない線材か
   ら構成されている請求項１の液体金属イオン源。
3. 【請求項３】ヒータ部とイオン化物質が直接接触しない
   構造である請求項１の液体金属イオン源。
4. 【請求項４】エミッタ，リザーバ部が交換できる請求項
   １の液体金属イオン源。