JPS5944751A - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
- Publication number
- JPS5944751A JPS5944751A JP57155656A JP15565682A JPS5944751A JP S5944751 A JPS5944751 A JP S5944751A JP 57155656 A JP57155656 A JP 57155656A JP 15565682 A JP15565682 A JP 15565682A JP S5944751 A JPS5944751 A JP S5944751A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reservoir
- substance
- filament
- leadout
- temperature
- 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.)
- Pending
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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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属イオン源に関し、特に長時間安定したイオ
ンビームを発生さヒることができるイオン源に関りる。
ンビームを発生さヒることができるイオン源に関りる。
第１図は従来の金属イオン源を示しており、１はタンタ
ルあるいはタングステンの如き金属で形成され、先端部
２には例えば０．１ｍｍ程麿０細孔３を有し、内部に例
えばヨウ化［シウムの如きイオン化物質４が貯溜された
り１アーバである。５はリザ・−バ１の先端部２に対向
して配置され、該リザーバ１に対し負の電位に保たれ、
開口６を有する引出し電極である。７は引出し電極５の
該リザーバ１とは反対側に配置された螺旋状のフィラメ
ントである。８はイオンビームＩ １３を加速でるため
の接地電位にされた加速電極であり、該電極８にはイオ
ンビームＩＢ（７）射出角を制限り°る絞り板９が固定
されている。１０はりｆｆ−バ１に高電圧ＶＩを印加り
−る加速電源であり、１１はり１アーバ１と引出し電極
５との間に引出し電圧Ｖ２を与える引出し電源である。
ルあるいはタングステンの如き金属で形成され、先端部
２には例えば０．１ｍｍ程麿０細孔３を有し、内部に例
えばヨウ化［シウムの如きイオン化物質４が貯溜された
り１アーバである。５はリザ・−バ１の先端部２に対向
して配置され、該リザーバ１に対し負の電位に保たれ、
開口６を有する引出し電極である。７は引出し電極５の
該リザーバ１とは反対側に配置された螺旋状のフィラメ
ントである。８はイオンビームＩ １３を加速でるため
の接地電位にされた加速電極であり、該電極８にはイオ
ンビームＩＢ（７）射出角を制限り°る絞り板９が固定
されている。１０はりｆｆ−バ１に高電圧ＶＩを印加り
−る加速電源であり、１１はり１アーバ１と引出し電極
５との間に引出し電圧Ｖ２を与える引出し電源である。
上ｔした如き構成において、リザーバ１には例えばヨウ
化しシウムの如きイオン化物賀４が入れられる。ここで
、リザーバ１と引出し電極５との間の電位差（Ｖ＋−Ｖ
２）は例えば数百ボルトにされており、リザーバ１の正
・電位による電界の影響が引出し電極５の開口６を通っ
てフィラメント側に及んでおり、更に、該リリ゛−バ１
の周辺の電界は細くされた先端部２の近傍に集中してい
る。
化しシウムの如きイオン化物賀４が入れられる。ここで
、リザーバ１と引出し電極５との間の電位差（Ｖ＋−Ｖ
２）は例えば数百ボルトにされており、リザーバ１の正
・電位による電界の影響が引出し電極５の開口６を通っ
てフィラメント側に及んでおり、更に、該リリ゛−バ１
の周辺の電界は細くされた先端部２の近傍に集中してい
る。
その結果、フィラメント７を図示しない加熱餉源によっ
て加熱すると、フィラメント７から発生した電子はリザ
ーバ１と引出し電極５との電界によって収束され、更に
加速されて電界が集中している先端部２に衝突しその部
分を加熱でる。これにより、リザーバ１内のイオン化物
質４の温度が上昇して溶融する。そして、その一部は細
孔３を通ってリザーバ１の先端部２に流れ出す。リザー
バ１の先端部２に達したイオン化物質の液体は、リザー
バ１と引出し電極５との間に印加されている電圧によっ
て生じる電界による静′電ツノと液体自身の表面張力と
の均衝を保つ形状となる。ここで、所謂プーラコーン（
Ｔ ａｙｌｏｒ ｃｏ’ｎｅ）と称する円錐を形成し、
その先端においてイオン化物質４は加熱されて蒸発し、
電子と衝突してイＡン化し、更に加速電極８によって加
速されてイオンビームＩＢとなって取り出される。
て加熱すると、フィラメント７から発生した電子はリザ
ーバ１と引出し電極５との電界によって収束され、更に
加速されて電界が集中している先端部２に衝突しその部
分を加熱でる。これにより、リザーバ１内のイオン化物
質４の温度が上昇して溶融する。そして、その一部は細
孔３を通ってリザーバ１の先端部２に流れ出す。リザー
バ１の先端部２に達したイオン化物質の液体は、リザー
バ１と引出し電極５との間に印加されている電圧によっ
て生じる電界による静′電ツノと液体自身の表面張力と
の均衝を保つ形状となる。ここで、所謂プーラコーン（
Ｔ ａｙｌｏｒ ｃｏ’ｎｅ）と称する円錐を形成し、
その先端においてイオン化物質４は加熱されて蒸発し、
電子と衝突してイＡン化し、更に加速電極８によって加
速されてイオンビームＩＢとなって取り出される。
ところで、第１図に示した従来装置においては、りず−
バ１の加熱やイオン化はフィラメント７による電子衝突
にＪζつ（行って、１３す、リリ゛−バ１を十分に加熱
することは困テ１［であった。もちろ／υ、リザーバ１
を小さな容積のもにすれば比較的容易に加熱することか
できるが、イオン源の使用可能時間の延長を図る上では
リザーバは大きな容積のものを採用した方が望ましい。
バ１の加熱やイオン化はフィラメント７による電子衝突
にＪζつ（行って、１３す、リリ゛−バ１を十分に加熱
することは困テ１［であった。もちろ／υ、リザーバ１
を小さな容積のもにすれば比較的容易に加熱することか
できるが、イオン源の使用可能時間の延長を図る上では
リザーバは大きな容積のものを採用した方が望ましい。
又リザーバ１の平均的な加熱（均−渇ｒｉ ＞は、次に
述べる点で重要である。即ち、リザーバ１の先端部２側
から加熱づるど、リザーバ１の底部にあるイオン化物質
４が加熱され、液化し、更には気化して■１孔３より放
出されるが、一方ではその気化したイオン化物質４の蒸
気の一部はリザーバ１．Ｆ部の空間に移動する。この時
、すＩアーム１上部の温度はイオン化物質４の融点より
低くなっているため、蒸気の一部はリザーバ１内壁に凝
結して付着りる。この状態でイオン源を長時間動作さけ
ると、この凝結は更に進みリザーバ１内壁の低温部分の
厚い再結晶層を形成してしまう。従って、この分のイオ
ン化物質４は細孔３より放出さｌることができり゛、イ
オン源の使用可能時間を短縮さけ、又安定したイオンビ
ームをｆｉることは難しい。
述べる点で重要である。即ち、リザーバ１の先端部２側
から加熱づるど、リザーバ１の底部にあるイオン化物質
４が加熱され、液化し、更には気化して■１孔３より放
出されるが、一方ではその気化したイオン化物質４の蒸
気の一部はリザーバ１．Ｆ部の空間に移動する。この時
、すＩアーム１上部の温度はイオン化物質４の融点より
低くなっているため、蒸気の一部はリザーバ１内壁に凝
結して付着りる。この状態でイオン源を長時間動作さけ
ると、この凝結は更に進みリザーバ１内壁の低温部分の
厚い再結晶層を形成してしまう。従って、この分のイオ
ン化物質４は細孔３より放出さｌることができり゛、イ
オン源の使用可能時間を短縮さけ、又安定したイオンビ
ームをｆｉることは難しい。
本発明は以上に鑑みてなされたもので先端部に細孔を有
しその内部にイオン化される物質が入れられ、該細孔以
外の部分を密封し得るリザーバと、該リザーバの略全体
を一定温度に保つ加熱手段と、該リザーバの先端部に対
向して配置された引出し電極と、該リザーバ先端部に電
子ビームを衝撃することを特徴といている。
しその内部にイオン化される物質が入れられ、該細孔以
外の部分を密封し得るリザーバと、該リザーバの略全体
を一定温度に保つ加熱手段と、該リザーバの先端部に対
向して配置された引出し電極と、該リザーバ先端部に電
子ビームを衝撃することを特徴といている。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第２図は本発明の一実施例であるイオン源の断面略図で
ある。図において、第１図と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略りる。図中１２はり１ｆ−バ１の周
囲に均一に巻回された例えばヒータで、該ヒータ１２は
ヒータ電源１３により加熱されるが、リザーバ１の温度
が実質的に均一となるように形成されている。す１ｆ−
バ１の温度は、たとえば熱電対１４と電圧側１５によっ
て測定され、その出力をヒータ電源１３にフィードバッ
クすることによりあらかじめ設定された一定の温度に保
たれる。１６は、リザーバ１を密閉し内部の気化した蒸
気を外部に逃がさないための栓である。
ある。図において、第１図と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略りる。図中１２はり１ｆ−バ１の周
囲に均一に巻回された例えばヒータで、該ヒータ１２は
ヒータ電源１３により加熱されるが、リザーバ１の温度
が実質的に均一となるように形成されている。す１ｆ−
バ１の温度は、たとえば熱電対１４と電圧側１５によっ
て測定され、その出力をヒータ電源１３にフィードバッ
クすることによりあらかじめ設定された一定の温度に保
たれる。１６は、リザーバ１を密閉し内部の気化した蒸
気を外部に逃がさないための栓である。
以上の様に構成された実施例装詔において、まずヒータ
１２をヒータ電源１３ににり加熱しリザーバ１を加熱覆
る。リザーバ１の温度は、熱電対１４と電圧ｉ１１５に
よつＣ一定温度に保たれるが、この設定温度は使用され
るイオン化物質４０種類によって異り、例えばヨウ化セ
シウムの場合には６３０℃前後が適当である。この渇瓜
を保つと内部のイオン化物質４は液化し一部は気化する
が、り量アーム１の底部の細孔３３以外は密封されてい
るためり１ｆ−バ１内部はその温度で飽和蒸気圧が保た
れる。リザーバ１の細孔３は、図では誇張して大きく描
かれでいるが、実際には直径Ｑ、１ｍｍ以トと極めＵｌ
ｌｌかくされている。このため、すＩＪ” −バ１内の
液化されたイオン化物質４が急激に放出されることはな
い。又りＩＪ’−バ１は設定温度に達した後は、常に一
定温度にコントロールされるため気化したイオン化物質
４の１部がリザーバ１の内壁に（＝Ｉ着し−Ｃも凝結す
ることはなく、従って結晶層を形成Ｊることもない。リ
ザーバ１が設定温度に達Ｊ−るど、加速電源１０及び引
出し電源１１より各電極に加速電圧Ｖ１引出し電圧Ｖ２
を印加し、更に図示しないフィラメント電源によって、
フィラメント７を加熱して先端部２を電子衝撃する。こ
の際′ＶＪ！［電子の大多数を先端部２附近に集中させ
る。この場合従来装置においては、リザーバ１の広い範
囲を電子衝撃によって加熱する必要があったため、電子
束をある程度拡散させなければならず、必然的にリザー
バ先端部２に照射さゼる電子ビーム電流は少くなり、結
果として発生ずるイオンビームｍも少くなったが上述し
た実施例においてはヒータ１２によってリザーバ１を加
熱覆るようにしているため、フィラメント７から発生し
た電子ビームを先端部２のみに集中させることができ、
効率的に細孔３からのイオン化物質を蒸発さけ、イオン
化することができるため、大電流のイオンビームを得る
ことができる。更に従来、該リザーバの温度制御を衝撃
電子の集束、拡散を制御することによって行っており、
このため引出し電圧Ｖｚ（７ｇしくはノイラメン１〜７
に与えるバイアス電圧）が制御されていたが、これは同
時に電子ビーム自身のエネルギを変えることにＪ、す、
該電子ビームの１ネルギの変化に伴いイオン電流も変化
づることから、結果的にイオンビームは不安定となって
いた。本実施例装閤では、リザーバ１全体の加熱とイオ
ン化のための電子衝撃とを分離することにより、リリ゛
−バ１の温度を電子ビームの衝撃とは独Ｘ′Ｌに」ン］
−１」−ル出来るにうにしているため、安定したイオン
ビームを得ることができる。
１２をヒータ電源１３ににり加熱しリザーバ１を加熱覆
る。リザーバ１の温度は、熱電対１４と電圧ｉ１１５に
よつＣ一定温度に保たれるが、この設定温度は使用され
るイオン化物質４０種類によって異り、例えばヨウ化セ
シウムの場合には６３０℃前後が適当である。この渇瓜
を保つと内部のイオン化物質４は液化し一部は気化する
が、り量アーム１の底部の細孔３３以外は密封されてい
るためり１ｆ−バ１内部はその温度で飽和蒸気圧が保た
れる。リザーバ１の細孔３は、図では誇張して大きく描
かれでいるが、実際には直径Ｑ、１ｍｍ以トと極めＵｌ
ｌｌかくされている。このため、すＩＪ” −バ１内の
液化されたイオン化物質４が急激に放出されることはな
い。又りＩＪ’−バ１は設定温度に達した後は、常に一
定温度にコントロールされるため気化したイオン化物質
４の１部がリザーバ１の内壁に（＝Ｉ着し−Ｃも凝結す
ることはなく、従って結晶層を形成Ｊることもない。リ
ザーバ１が設定温度に達Ｊ−るど、加速電源１０及び引
出し電源１１より各電極に加速電圧Ｖ１引出し電圧Ｖ２
を印加し、更に図示しないフィラメント電源によって、
フィラメント７を加熱して先端部２を電子衝撃する。こ
の際′ＶＪ！［電子の大多数を先端部２附近に集中させ
る。この場合従来装置においては、リザーバ１の広い範
囲を電子衝撃によって加熱する必要があったため、電子
束をある程度拡散させなければならず、必然的にリザー
バ先端部２に照射さゼる電子ビーム電流は少くなり、結
果として発生ずるイオンビームｍも少くなったが上述し
た実施例においてはヒータ１２によってリザーバ１を加
熱覆るようにしているため、フィラメント７から発生し
た電子ビームを先端部２のみに集中させることができ、
効率的に細孔３からのイオン化物質を蒸発さけ、イオン
化することができるため、大電流のイオンビームを得る
ことができる。更に従来、該リザーバの温度制御を衝撃
電子の集束、拡散を制御することによって行っており、
このため引出し電圧Ｖｚ（７ｇしくはノイラメン１〜７
に与えるバイアス電圧）が制御されていたが、これは同
時に電子ビーム自身のエネルギを変えることにＪ、す、
該電子ビームの１ネルギの変化に伴いイオン電流も変化
づることから、結果的にイオンビームは不安定となって
いた。本実施例装閤では、リザーバ１全体の加熱とイオ
ン化のための電子衝撃とを分離することにより、リリ゛
−バ１の温度を電子ビームの衝撃とは独Ｘ′Ｌに」ン］
−１」−ル出来るにうにしているため、安定したイオン
ビームを得ることができる。
第３図は、第２図の実施例装置の細孔３を貝通し乙、た
とえばタングスデン製からなる剣状部材１７を設（プた
ものである。この場合には、すＩＪ”−バ１内の液化さ
れたイオン化物質４は、針状部材１７の表面を先端部１
８に向（〕（移送し、先端部１８の強電界によって所謂
テーラ−＝１−ンの円錐を形成し電界蒸発してイオンビ
ームを取り出づことができる。この場合にもリリ゛−バ
１の温度と電子束の集束とを独立に二１ン１〜Ｄ−ル出
来るため同様な効果を得ることができる。
とえばタングスデン製からなる剣状部材１７を設（プた
ものである。この場合には、すＩＪ”−バ１内の液化さ
れたイオン化物質４は、針状部材１７の表面を先端部１
８に向（〕（移送し、先端部１８の強電界によって所謂
テーラ−＝１−ンの円錐を形成し電界蒸発してイオンビ
ームを取り出づことができる。この場合にもリリ゛−バ
１の温度と電子束の集束とを独立に二１ン１〜Ｄ−ル出
来るため同様な効果を得ることができる。
以トの様に本発明はリザーバ先端部を電子衝撃すること
によりリザーバを加熱し、リザーバ内部のイオン化物質
を加熱溶融りるど共にイオン化り−るよう構成された装
置において、リザーバ内部の加熱とイオン化のための電
子衝撃とを分離し、リザーバの温度と電子束の集束とを
独立に］ン１〜ロールすることにより、イオン源の使用
可能時間を延長し安定したイオンビームを得ることがで
きる。
によりリザーバを加熱し、リザーバ内部のイオン化物質
を加熱溶融りるど共にイオン化り−るよう構成された装
置において、リザーバ内部の加熱とイオン化のための電
子衝撃とを分離し、リザーバの温度と電子束の集束とを
独立に］ン１〜ロールすることにより、イオン源の使用
可能時間を延長し安定したイオンビームを得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のイオン源の構成断面略図、第２図は本発
明の一実施例の構成断面略図、第３図は本発明の一実施
例装置の部分拡大図である。 １：リザーバ、２：先端部、３：細孔、４：イオン化物
質、５：引出し電極、６：間口、７：フイラメン１〜．
８：加速電極、９；絞り板、１０：加速電源、１１：引
出し電源、１２：ヒータ、１３：ヒータ電源、１／Ｉ：
熱電対、１５：電圧泪、１６：枠、１７：剣状部材、１
８二針状部材先端部。
明の一実施例の構成断面略図、第３図は本発明の一実施
例装置の部分拡大図である。 １：リザーバ、２：先端部、３：細孔、４：イオン化物
質、５：引出し電極、６：間口、７：フイラメン１〜．
８：加速電極、９；絞り板、１０：加速電源、１１：引
出し電源、１２：ヒータ、１３：ヒータ電源、１／Ｉ：
熱電対、１５：電圧泪、１６：枠、１７：剣状部材、１
８二針状部材先端部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、先端部に細孔を有しその内部にイオン化される物質
が入れられ、該細孔以外の部分を密封し得るリリ“−バ
と、該リザーバの略全体を一定温度に保つ加熱手段と、
該リザーバの先端部に対向して配置された引出し電極と
、該す１ｆ−バ先端部に電子ビームを衝撃するだめの電
子発生手段を備えたイオン源。 ２、該リリ“−バの細孔を貫通して剣状部材が配置され
ている特許請求の範囲第１項記載のイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155656A JPS5944751A (ja) | 1982-09-06 | 1982-09-06 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57155656A JPS5944751A (ja) | 1982-09-06 | 1982-09-06 | イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5944751A true JPS5944751A (ja) | 1984-03-13 |
Family
ID=15610731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57155656A Pending JPS5944751A (ja) | 1982-09-06 | 1982-09-06 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5944751A (ja) |
-
1982
- 1982-09-06 JP JP57155656A patent/JPS5944751A/ja active Pending
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