JPH11297189A - 電界放出冷陰極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の電界放出冷陰極の有する各問題点を効果
的に解決する。 【解決手段】エミッタ−６は、ｂｃｃ金属である単結晶
範囲が９９.９９９％のタングステン単結晶（３１０）
またはｂｃｃ金属である単結晶範囲が９９.９９９％の
タングステン単結晶（１１１）からなる基盤エミッタ−
７と、この基盤エミッタ−７の側面にめっき処理により
形成され、ｆｃｃ金属被覆膜である単結晶範囲が９９.
９％以上の純金薄膜８と、この純金薄膜８の表面にめっ
き処理により形成され、ｆｃｃ金属被覆膜である単結晶
範囲が９９.９％以上の純アルミニウム薄膜９と、基盤
エミッタ−７の先端面にめっき処理により形成され、タ
ングステン・金・アルミニウム三元合金被覆膜１０と、
この三元合金被覆膜１０の先端に形成され、エミッタ結
晶方位（３１０）またはエミッタ−結晶方位（１１１）
に延びた三元合金被覆膜付ナノエミッタ−１１とから構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡等の電
子を放出する電子銃に用いられる電界放出冷陰極および
その製造方法の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子顕微鏡等においては、電子を
放出する電子銃に電界放出冷陰極を用いているものがあ
る。このような従来の電界放出冷陰極の一例として、図
６に示すような構成、形状を有する電界放出冷陰極があ
る。図６（ａ）および（ｂ）に示すように、この電界放
出冷陰極１′は、多結晶タングステンからなるフィラメ
ント２′の中央部に、タングステン単結晶の針状のエミ
ッター３′を取り付け、最初電界研磨によりエミッター
３′の先端半径ｒ＝５００オングストローム程度にし、
熱フラッシュにより先端加工し、引出電圧３.０〜５.５
ｋＶで電界放出させるようになっている。

【０００３】このような電界放出冷陰極１′において
は、熱フラッシュのみの場合、エミッター３′の先端は
半球となり、また電界と熱フラッシュとを併用した場合
は、エミッター３′の先端は多面体となり、それぞれそ
れらの頂点や稜線から電子を放出するようになってい
る。更に、タングステン単結晶エミッター（１１１）方
位については、エミッター３′として角錐や円錐の突起
を作る方法も既に報告されている。

【０００４】針状のエミッター３′に強い電場を印加し
たとき放出される電子の電流Ｊ₀と仕事関数φとの間
に、次の関係式が成立している。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の電界放出冷陰極１′は、次のような問題がある。 (1) エミッター３′が、Ｚｒ−Ｏ／タングステン単結晶
チップのような熱拡散補給型ではないので、自己修復能
力がない。 (2) １００μＡ以上の大電流が安定してとれない。

【０００７】(3) 総電流は１０μＡ程度に固定して使う
のが普通で、総電流を多くすると、見かけ上の電子源の
大きさが大きくなってしまう。 (4) 単結晶タングステン（３１０）方位の仕事関数は定
数なので下げることができない。 (5) エミッター３′は長さ１.２mm前後で、鋭い角度θ
＝６.５゜であるが、熱フラッシュにより先端が太くな
り、初期性能の長期維持が難しい。

【０００８】(6) エミッター３′の先端半径は使用時１
０００〜２０００オングストロームで半球状のため、タ
ングステン単結晶（３１０）エミッターの場合は目的方
位以外の３〜４方位にも電子を放出してしまう。 (7) 熱処理した電子源半球の表面は、２０ファセット以
上になって細分化されている。

【０００９】(8) エネルギ幅は、０.３ｅＶ程度が限界
でより小さくはできない。 (9) 電界放出熱電極では電子放出角度を２０度程度にで
きるが、電界放出冷電極では電子放出角度を６０度以下
に実用的にはできない。 (10)近軸電流（ノイズキャンセラ−電流）／総電流が、
約１／１０００（Ｖａｃｃ＝１５ｋＶ）と小さい。

【００１０】(11)引出電圧を低くするために、電極を引
出電極に近づけると、引出電極からの放出ガスのスパッ
タによるノイズが増える。 (12)リモルディングしたエミッターは、熱フラッシュに
耐えることができず、先端半径が小さすぎて放電しやす
い。

【００１１】(13)寿命は最長３年程度が限界であり、引
出電圧が５.５ｋＶを超えると走査型電子顕微鏡の場
合、像の分解能や輝度が低下する。 (14)超高真空下（５×１０^-8Ｐａ以上）でないと作動し
ない。 (15)引出電圧を低く作った、先端半径の小さいエミッタ
ーは引出電極とショートしやすい。

【００１２】(16)リモルディングしたエミッターは、残
留ガスのスパッタや吸着ガスの拡散のため、エミッショ
ンノイズが多くなり、不安定となる。 (17)アーチ型の加熱フィラメントは、フラッシュ時に熱
勾配が逆転することがある。つまり、エミッター先端が
根元より低温となり、ガス吸着や不純物が濃縮される。

【００１３】(18)緻密アルミナ碍子にコバールを銀ロウ
付けする台座は、しばしば銀による汚染が起こる。イオ
ンポンプ素子のチタニウムによる汚染、スポット溶接時
の銅による汚染も起こりやすい。 (19)電界放出冷陰極では熱フラッシュが必須である。 (20)減衰曲線がＳ字形になり４〜５時間後上昇し、減衰
しないエミッターは目的結晶方位に関し不良となってし
まう。

【００１４】(21)Ｓ／Ｎ曲線の電流量は、２時間後初期
値の１／２程度になる。 (22)熱フラッシュ後の３０分はノイズが多く、急速に放
出電流量が減少する。安定後残留ガスのスパッタにより
ノイズは次第に増加する。 (23)熱フラッシュ時のエミッター先端汚染に対し、配慮
がされていない。 (24)エミッターの先端半径、ファセット、結晶表面純度
の制御は再現性が良くなく歩留まりが６５％程度に過ぎ
ない。

【００１５】(25)チップ先端は熱フラッシュ毎に少しず
つ太くなる。その結果、最適引出電圧は次第に高くな
る。 (26)減圧下で運搬しなければエミッターが汚染してしま
う。 (27)エミッター先端のジュール熱による損傷が発生す
る。 (28)超高真空用新材料の利用や工夫が行われておらず、
安易に安価にできると考えられていることが多い。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、前述の各問題点を効果的に
解決することのできる電界放出冷陰極およびその製造方
法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明の電界放出冷陰極は、多結晶金属
フィラメントの中央部にエミッターを設け、このエミッ
ターに電界を印加することにより電子を放出させる電界
放出冷陰極において、前記エミッターが、体心立方結晶
金属と、この体心立方結晶金属の上にそれぞれ被覆され
た２つの面心立方結晶金属被覆膜とからなることを特徴
としている。

【００１８】また、請求項２の発明の電界放出冷陰極
は、前記体心立方結晶金属はタングステンまたはモリブ
デンであり、前記２つの面心立方結晶金属被覆膜のうち
１つは金であり、他の１つはイリジウム、白金、アルミ
ニウムおよびニッケルのいずれか１つであることを特徴
としている。

【００１９】更に、請求項３の発明の電界放出冷陰極の
製造方法は、請求項１または２記載の電界放出冷陰極を
製造する方法であって、前記エミッターの体心立方結晶
金属の上に前記１つの面心立方結晶金属被覆膜を形成
し、更にこの面心立方結晶金属被覆膜に前記他の面心立
方結晶金属被覆膜を形成することにより、三元合金被覆
膜付ナノエミッターを形成することを特徴としている。

【００２０】更に、請求項４の発明の電界放出冷陰極の
製造方法は、前記体心立方結晶金属にタングステンまた
はモリブデンを用いるとともに、前記２つの面心立方結
晶金属被覆膜のうち１つに金を用い、他の１つにイリジ
ウム、白金、アルミニウムおよびニッケルのいずれか１
つを用いることを特徴としている。

【００２１】

【作用】このような構成をした本発明の電界放出冷陰極
においては、体心立方結晶金属の上に２つの面心立方結
晶金属被覆膜がそれぞれ被覆されて、三元合金のエミッ
ターが形成される。そして、三元合金被覆膜により体心
立方結晶金属の表面の微量不純物を除去でき、単結晶の
純度が向上する。そして、この純度の向上により、大き
な結晶が作り易くなり、その結果ファセットが安定する
ようになる。

【００２２】また、体心立方結晶金属の表面を２つの面
心立方結晶金属で合金化することにより、電界放出冷陰
極は金属の熱表面拡散による自己修復能力を有するよう
になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明にかかる電界放出冷
陰極の実施の形態の一例を示す図、図２は図１における
Ｐ部拡大図、図３は図２におけるＱ部拡大図である。

【００２４】図１および図２に示すように、この例の電
界放出冷陰極１は、モリブデン、ステンレスなどの金属
あるいはセラミックスからなる台座２と、この台座２に
コバールガラス３を介して支持され、金メッキしたコバ
ールまたはニッケル・鉄５２％合金からなる２本の電極
支持棒４と、これらの電極支持棒４の先端に接続された
三元合金被覆膜を施した多結晶タングステンフィラメン
ト５と、この多結晶タングステンフィラメント５の先端
に、エミッタ結晶方位（３１０）またはエミッタ−結晶
方位（１１１）に形成されたエミッタ−６とからなって
いる。台座２への電極支持棒４の取付は、安価なガラス
ロウやＭｏ−Ｍｎ法によるＡｌロウ付け、Ｎｉロウ付
け、Ａｕロウ付けでもよい。

【００２５】多結晶タングステンフィラメント５は、金
属被膜の保護のため、温度勾配が大きく逆転しないよう
にＶ字形に形成されている。また、フィラメント５が合
金化され、（＋−０）電界蒸発が行われるようになって
いる。

【００２６】本発明のエミッター６は、体心立方結晶
（以下、ｂｂｃともいう）金属（例えば、Ｗ,Ｍｏ）の
表面に２つの面心立方結晶（以下、ｆｃｃともいう）金
属（例えば、Ａｕ,Ｐｔ,Ａｌ,Ｎｉ,Ｐｄ）被覆膜が重ね
合わされて三元合金として構成されている。このように
ｂｃｃ金属の表面に２つのｆｃｃ金属被覆膜が形成され
ると、通常ｂｂｃの１００面の上にはｆｃｃの１１１面
が重なるので、作図すると、図４に示すようになる。こ
の図４に基づいて、電子放出の程度を明暗で表すと、表
１のようになることが判明した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように、方位〈３１０〉と方位
〈１１１〉とで、明となり電子放出の程度が高く、この
方位のエミッター６が使用可能となることが判明した。

【００２９】ｂｃｃおよびｆｃｃの各金属を具体的に選
択して形成したエミッター６について説明する。図３に
拡大かつ詳細に示すように、エミッタ−６は、ｂｃｃ金
属純度９９.９９９％以上のタングステン単結晶（３１
０）またはｂｃｃ金属純度９９.９９９％以上のタング
ステン単結晶（１１１）からなる基盤エミッタ−７と、
この基盤エミッタ−７の表面に蒸着により形成された、
ｆｃｃ金属被覆膜である９９.９％以上の純金薄膜８
と、この純金薄膜８の表面に蒸着により形成された、ｆ
ｃｃ金属被覆膜９９.９％以上の純アルミニウム薄膜９
と、基盤エミッタ−７の先端面に真空中加熱溶解により
形成された、タングステン・金・アルミニウム三元合金
被覆膜１０と、この三元合金被覆膜１０の先端に加熱強
電界処理で形成され、エミッタ結晶方位（３１０）また
はエミッタ−結晶方位（１１１）に延びた三元合金被覆
膜付ナノエミッタ−１１とから構成されている。その場
合、純金被膜８および純アルミニウム薄膜９の加熱強電
界処理により、結晶が基盤エミッタ−７の表面をはい上
がってくるようにして進み、三元合金被覆膜付ナノエミ
ッタ−１１が形成される。

【００３０】タングステン単結晶（１１１）からなる基
盤エミッタ−７は、先端半径が２μｍ以下に設定される
のが望ましい。その理由は、あまり大きくなると、三元
合金被覆膜付ナノエミッター１１の作成が困難になるか
らである。この例では、三元合金被覆膜付ナノエミッタ
ー１１の底面の直径は１００オングストロームφとなっ
ているとともに、高さが５０オングストロームとなって
おり、この三元合金被覆膜付ナノエミッター１１はトン
ネル電子の放出部となる。

【００３１】タングステンエミッタ−結晶方位＜３１０
＞の場合、加熱強電界の下で９９.９％以上の純アルミ
ニウム薄膜９はタングステン（１００）ファセットの縮
小とタングステン中の不純物の除去に寄与し、酸化後に
は仕事関数（φ）が小さくなるので安定した電子放出部
を形成するようになる。

【００３２】また、９９.９％以上の純金薄膜８は、ア
ルミニウムを介してタングステンと合金を作ってエミッ
タ−結晶方位＜３１０＞に付着し、その表面張力を下げ
て、安定した三元合金被覆膜付ナノエミッター１１を形
成するようになる。その場合、９９.９％以上の純金薄
膜８は、タングステンのゲッター効果をなくし、コバー
ルまたはニッケル・鉄５２％合金ステムからの表面ガス
拡散を阻止する働きがあり、安定した大電流・高輝度冷
陰極電界放出電子銃のエミッターを作るために必須とな
っている。

【００３３】一方、タングステンエミッタ−結晶方位＜
１１１＞の場合、加熱強電界の下で９９.９％以上の純
アルミニウム薄膜９はタングステン（１１１）ファセッ
トの形成とタングステン中の不純物の除去に寄与し、酸
化後には仕事関数（φ）が小さくなるので安定した電子
放出部を形成するようになる。

【００３４】また、９９.９％以上の純金薄膜８は、ア
ルミニウムを介してタングステンと合金を作ってエミッ
タ−結晶方位＜１１１＞に付着し、その表面張力を下げ
て、安定した三元合金被覆膜付ナノエミッター１１を形
成するようになる。

【００３５】タングステン・金・アルミニウム三元合金
被覆膜１０は、スパッターによる凹凸およびガス吸着に
よる汚れをそれぞれ除去するために行うフラッシュによ
って失われる基盤エミッタ−７先端の金属を熱拡散によ
り補給するように機能している。

【００３６】次に、このエミッタ−６を製造する方法に
ついて説明する。まず、１２００℃〜１４００℃の予備
加熱処理で、タングステン・金・アルミニウムの三元合
金を作る。このように三元合金を作る理由は、多結晶タ
ングステンフィラメントのガス吸着および表面ガス拡散
を減少させるためには金が最も適しているが、タングス
テンが金と合金を作らないことおよび金の融点１０６３
℃が加熱したい温度に比べて低いので、金のみでは安定
して使用できないからである。そこで、安定して使用で
きる状態にするために、タングステンや金と合金を作る
金属を添加する必要がある。添加する金属としては、タ
ングステンと高融点の合金を作りかつガスを吸着し難い
性質のある金属で安価なものから選択するようにしてい
る。この例では、タングステン単結晶（３１０）のエミ
ッタ−の場合は、純金の外に添加する金属として純アル
ミニウムが用いられている。純アルミニウム以外の金属
としては、イリジウム、白金黒、純白金およびニッケル
などの前述の役目を担えるが、仕事関数（φ）が小さく
酸化物が安定なもので、開放管として使用可能なもの
は、アルミニウム、イリジウム、白金黒、純白金であ
り、特にアルミニウムが最適である。また、タングステ
ン単結晶（１１１）のエミッターの場合は、前述のタン
グステン単結晶（３１０）の場合と同様に純金の外に添
加する金属として純アルミニウムが用いられている。純
アルミニウム以外の金属としては、イリジウム、ニッケ
ルなども使用でき、あまり制限がなく、容易に作成でき
る。

【００３７】そして、強電界の下、数秒の加熱冷却を繰
り返し、余分な金とアルミニウムとを蒸発させる。この
とき、先端半径が急速に増大する。また、電界を一定の
値から段階的に強めたりまたは弱めたりすることにより
目的方位の突起の成長を促すようにする。電界を一定の
値から段階的に強める場合は、タングステン単結晶（３
１０）の突起が成長すると、タングステン単結晶（１１
１）の突起は衰退していき、最後には消滅する。目的方
位のこの突起の成長につれて、引出電位は次第に低下し
て１ｋＶ以下でも電子を放出するようになる。条件が適
切でないと多方向に電子が放出されるようになるので、
条件設定は高精度で行うようにする。

【００３８】エミッター６は、長さがより短く角度が鋭
いものがよく、長さが０.６〜１.２mmで角度θ５.０〜
１５.０゜程度のものが長寿命であり、望ましい。ま
た、先端半径が２μｍまでの範囲で太くてもよいが、こ
のエミッターの場合は先端半径よりその頂角とその高さ
とにより、エミッタ性能すなわち引出電圧、取出角度、
輝度、エネルギ幅等の性能が決定される。

【００３９】このように形成された電界放出冷陰極１に
よれば、従来の熱陰極電界放出電子銃と同等あるいはそ
れ以上の大きな線放出電流がとれるようになる。この大
きな線放出電流は図５に示すように６ｃｍ離れたガラス
が解ける程度の大きさとなっており、顕微鏡用電子銃と
してはそのような大電流・高輝度は必要ではないが、顕
微鏡用電子銃として十分に機能を発揮できるものとな
る。

【００４０】また、タングステンの表面を合金化するこ
とにより、電界放出冷陰極は金属の熱表面拡散による自
己修復能力を有するようになる。更に、低加速電圧時は
総放出電流を多く、高加速時には総放出電流を少なくす
ることにより、総放出電流の適正範囲で電子源が小さく
なるので、プローブ性能が向上するようになる。

【００４１】更に、低仕事関数金属被覆膜により、仕事
関数がタングステン単結晶（３１０）の仕事関数より低
くなる。更に、タングステン単結晶（３１０）の中心１
ファセットを利用することになり、従来法の１／２０以
下の大きさとなった。更に、同一輝度であれば、比抵
抗、電気伝導率、熱伝導率を改良することにより、エネ
ルギ幅を０.３ｅＶ以下にできる。

【００４２】更に、三元合金被膜はタングステンの表面
のごみをきれいにする役目を有しているので、単結晶の
純度が向上する。この純度の向上により、大きな結晶を
作り易くするので、ファセットを安定させることができ
る。なお、合金を作ると加熱しても金属はタングステン
の表面に残るようになる。例えば、アルミニウムおよび
白金黒は単原子層ないし数原子層程度残る。

【００４３】更に、タングステン単結晶エミッター（１
１１）は、透過型電子顕微鏡・電子描画装置のような大
電流型（照明・分析・露光用）に、タングステン単結晶
エミッター（３１０）は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）・ウ
ェハープロセス検査用走査電子顕微鏡のような高輝度型
（プローブ用）に仕立てることにより、それぞれ応用範
囲の広い理想的な電子線源になる。

【００４４】更に、エミッター６は、コヒ−レントな電
子線源となり、電子放出角度が１度以下に設定されるよ
うになるとともに、近軸電流（ノイズキャンセラ−電
流）／総電流が１／１５０以上（Ａｃｃ＝１.０ｋＶ）
に設定されるようになる。

【００４５】更に、エミッター６においては、仕事関数
（φ）と先端形状制御とにより、電極が１０mm程度離さ
れるようになるとともに、低温電界脱離法と高温電界蒸
発法とにより、エミッター６が熱フラッシュに耐えられ
るようになる。更に、エミッター６は、その寿命が１０
年以上の半永久のものとなる。

【００４６】更に、エミッター６は合金化することによ
り、タングステンの清浄表面のガス吸着能力が低減され
るようになる。更に、引出電極のガス放出量が改善され
ることにより、引出電極とエミッターとの間の最適距離
が設定されるようになる。

【００４７】更に、エミッターのガス吸着が１／１０〜
１／５０になることにより、エミッションノイズが大幅
に低減するようになる。更に、金属被覆膜により、エミ
ッター６が保護されて汚染金属が阻止されるため、品質
が安定するようになるとともに、歩留まりが向上するよ
うになる。

【００４８】更に、このエミッター６では、電界脱離、
電界蒸発により、瞬時に熱フラッシュと同じ効果が得ら
れるようになる。更に、減衰曲線が、次第に伸びＳから
∫になり、更に｜となり、初期はほとんど減少しないで
むしろ増加傾向にあるが、１〜２時間後にはわずかずつ
減衰し始めるようになる。

【００４９】更に、Ｓ／Ｎ曲線が、２時間後に初期値の
１０％減程度に抑えられるようになり、ノイズが０.５
％以下に持続されるとともに、ドリフトが従来法の１／
１０程度になる。

【００５０】更に、フィールドエミッション顕微鏡（Ｆ
ＥＭ）の観察から総電流と近軸電流との比の改善を目安
にして改善することにより、ファセットや突起の制御が
可能となる。

【００５１】更に、タングステン単結晶（３１０）以外
のファセットから原子を移動させることにより、先端形
状が維持されるようになる。その場合、電界を放出させ
る引出電圧は１.０〜４.０ｋＶで使用される。

【００５２】更に、貴金属被覆膜付台座２でエミッター
６の先端が保護され、大気圧下で扱えるようになった。
更に、電気伝導性のよい金属被覆膜で構成することによ
り、ジュール熱の発生が少なくなり、エミッター先端の
温度上昇が抑えられるようになる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電界放出冷陰極およびその製造方法によれば、体心立
方結晶金属の上に２つの面心立方結晶金属被覆膜をそれ
ぞれ被覆して三元合金のエミッターを形成しているの
で、三元合金被覆膜により体心立方結晶金属の表面の不
純物やごみをきれいにでき、単結晶の純度を向上でき
る。そして、この純度の向上により、大きな結晶を作り
易くなり、その結果ファセットを安定させることができ
る。

【００５４】また、体心立方結晶金属としてタングステ
ン単結晶（１１１）を用いて本発明のエミッターを形成
し、このエミッターを透過型電子顕微鏡・電子描画装置
のような大電流型（照明・分析・露光用）に仕立てるこ
とにより、応用範囲の広い理想的な電子線源を得ること
ができる。また、タングステン単結晶（３１０）を用い
て本発明のエミッターを形成し、このエミッターを走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）・ウェハープロセス検査用走査電
子顕微鏡のような高輝度型（プローブ用）に仕立てるこ
とにより、応用範囲の広い理想的な電子線源を得ること
ができる。

【００５５】更に、体心立方結晶金属の表面を２つの面
心立方結晶金属で合金化することにより、電界放出冷陰
極に金属の熱表面拡散による自己修復能力を持たすこと
ができる。特に、体心立方結晶金属にタングステンを用
い、２つの面心立方結晶金属に金とアルミニウムとを用
いることにより、自己修復能力をより一層確実に持たす
ことができる。また、アルミニウムを用いることによ
り、比較的低融点の金を用いても、融点を純金以上に高
くすることができ、タングステンと金とを確実に組み合
わせることができるようになる。しかも、アルミニウム
が単結晶の方位〈１００〉のファセットを縮小し、つぶ
すことができるので、最も理想的な方位〈３１０〉の突
起を用いることが可能となる。

【００５６】更に、低加速電圧時は総放出電流を多く、
高加速時には総放出電流を少なくすることにより、総放
出電流の適正範囲内で電子源を小さくできるので、プロ
ーブ性能を向上できる。

【００５７】更に、面心立方結晶金属のうち、低仕事関
数金属の被覆膜を形成することにより、仕事関数を体心
立方結晶金属に最も適切なタングステン単結晶（３１
０）の仕事関数より低くできるとともに、タングステン
単結晶（３１０）の中心１ファセットを利用することに
なり、エミッターを所定以下の大きさにできる。

【００５８】更に、同一輝度であれば、比抵抗、電気伝
導率、熱伝導率を改良することにより、エネルギ幅を大
幅に小さくできる。更に、エミッターはコヒ−レントな
電子線源となり、電子放出角度をより小さくすることが
可能となる。

【００５９】更に、近軸電流（ノイズキャンセラ−電
流）／総電流の値をより大きくすることができる。更
に、仕事関数（φ）と先端形状制御とにより、電界放出
冷陰極は電極を所定距離離すことができるようになる。

【００６０】更に、低温電界蒸発法と高温電界蒸発法と
を用いることにより、熱フラッシュに耐えるエミッター
を得ることができるようになる。更に、エミッターの寿
命を半永久（１０年以上）とすることができる。更に、
エミッターを合金化することにより、タングステン等の
体心立方結晶金属の清浄表面のガス吸着能力を低減させ
ることができる。

【００６１】更に、引出電極のガス放出量を改善するこ
とにより、引出電極とエミッターとの間の最適距離を設
定することができるようになる。更に、エミッターのガ
ス吸着が低減することになり、エミッションノイズを大
幅に減らすことができる。

【００６２】更に、金属被覆膜によりエミッターが保護
されて汚染金属を阻止するため、品質の安定および歩留
まりの向上をもたらすことができる。更に、電界脱離、
電界蒸発により、瞬時に熱フラッシュと同じ効果が得ら
れる。 更に、Ｓ／Ｎ曲線を、所定時間経過後に初期値
の所定割合に抑えることができるようになる。

【００６３】更に、ノイズを所定位置以下に持続するこ
とができるとともに、ドリフトを小さくすることができ
る。更に、フィールドエミッション顕微鏡（ＦＥＭ）の
観察から総電流と近軸電流との比の改善を目安にして改
善することにより、ファセットや突起の制御が可能とな
る。

【００６４】更に、貴金属被覆膜付台座でエミッター先
端を保護しているので、大気圧下で扱うことができるよ
うになる。更に、電気伝導性のよい金属被覆膜で構成す
ることにより、ジュール熱の発生を少なくできるので、
エミッター先端の温度上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明にかかる電界放出冷電極の実
施の形態の一例を示す図である。

【図２】 図１におけるＰ部の部分拡大図である。

【図３】 図２におけるＱ部の部分拡大図である。

【図４】 体心立方結晶金属と面心立方結晶金属被覆膜
との重ね合わせを説明し、（ａ）体心立方結晶金属を示
す図、（ｂ）は面心立方結晶金属被覆膜を示す図、
（ｃ）は体心立方結晶金属と面心立方結晶金属被覆膜と
を重ね合わせた状態を示す図である。

【図５】 本発明による電界放出冷電極から放出される
線放出電流により、ガラスが解けた状態を示す図であ
る。

【図６】 従来の電界放出冷電極の一例を示し、（ａ）
は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＰ′部の部分拡大図
である。

【符号の説明】

１…電界放出冷陰極、２…台座、３…コバールガラス、
４…電極支持棒、５…多結晶タングステンフィラメン
ト、６…エミッタ−、７…基盤エミッタ−、８…純金薄
膜、９…純アルミニウム薄膜、１０…タングステン・金
・アルミニウム三元合金被覆膜、１１…三元合金被覆膜
付ナノエミッタ−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶金属フィラメントの中央部にエミ
   ッターを設け、このエミッターに電界を印加することに
   より電子を放出させる電界放出冷陰極において、 前記エミッターは、体心立方結晶金属と、この体心立方
   結晶金属の上にそれぞれ被覆された２つの面心立方結晶
   金属被覆膜とからなることを特徴とする電界放出冷陰
   極。
2. 【請求項２】 前記体心立方結晶金属はタングステンま
   たはモリブデンであり、前記２つの面心立方結晶金属被
   覆膜のうち１つは金であり、他の１つはイリジウム、白
   金、アルミニウムおよびニッケルのいずれか１つである
   ことを特徴とする請求項１記載の電界放出冷陰極。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の電界放出冷陰極
   を製造する方法であって、 前記エミッターの体心立方結晶金属の上に前記１つの面
   心立方結晶金属被覆膜を形成し、更にこの面心立方結晶
   金属被覆膜に前記他の面心立方結晶金属被覆膜を形成す
   ることにより、三元合金被覆膜付ナノエミッターを形成
   することを特徴とする電界放出冷陰極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記体心立方結晶金属にタングステンま
   たはモリブデンを用いるとともに、前記２つの面心立方
   結晶金属被覆膜のうち１つに金を用い、他の１つにイリ
   ジウム、白金、アルミニウムおよびニッケルのいずれか
   １つを用いることを特徴とする請求項３記載の電界放出
   冷陰極の製造方法。