JPS60185338A - ion source - Google Patents

ion source

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JPS60185338A
JPS60185338A JP59231414A JP23141484A JPS60185338A JP S60185338 A JPS60185338 A JP S60185338A JP 59231414 A JP59231414 A JP 59231414A JP 23141484 A JP23141484 A JP 23141484A JP S60185338 A JPS60185338 A JP S60185338A
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JP
Japan
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ion source
anode
bottle
control electrode
cathode
Prior art date
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JP59231414A
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Japanese (ja)
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JPS6364027B2 (en
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Susumu Ishitani
石谷 享
Hifumi Tamura
田村 一二三
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • H01J2237/0805Liquid metal sources
    • HELECTRICITY
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    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • H01J2237/0807Gas field ion sources [GFIS]

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To use as an electric field ionization ion source as well as an electro- hydrodynamic ion source by constructing such that an anode will penetrate through the bottom of an insulative bottle to flow gas between the control electrode and the bottle. CONSTITUTION:An ion source is comprised of an anode 1 where a needle is welded to the end of a hairpin filament and fixed to the bottom of a silicon bottle 4, a control electrode 2 and a cathode 3. When using as an electro-hydrodynamic ion source, ionization substance 5 is adhered to the filament and heated through power supply, then the tip of said needle is dampened thereafter high voltage negative against the anode 1 is applied onto the cathode 3 to produce an ion beam 8, while when using as an electric field ionization source, ionization substance or gas is fed between the bottle 4 and the control electrode 2 to apply voltage thus to produce an ion beam 8. In such a manner, it can be used in two systems as required.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン源に係り、特に、ニードル、キャピラリ
ー、またはキャピラリー・ニードルが終端に取り付けら
れている陽極と、上記陽極と対向するように設けられた
陰極と、J= ii2陽極と」〕記陰極の間に設けられ
た制御電極とを含む、高輝度イオン源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an ion source, and more particularly to an anode having a needle, a capillary, or a capillary needle attached to its end, and an anode provided opposite to the anode. The present invention relates to a high-intensity ion source comprising: a cathode with a J=ii2 anode; and a control electrode provided between the cathodes.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

高輝度イオン源には、電気流体力学(E]、ectro
−hydrodynamic) (以下本明細書におい
てはE HDと略称する。)イオン源と電界イオン化(
FjeldIonizatjon) (以下本明細書に
おいてはFIと略称する。)イオン源がある。前者は、
イオン化対象元素が低融点金属元素であるのに対し、後
者はガス元素である。種々のイオン種を同一イオン源か
ら出すことは、イオン・マイクロビーム技術の応用を考
えるとき、非常に有効である。たとえば、従来のような
光学系の再調整は、本発明によれば不要となる。従来、
E HDイオン源としてもFTイオン源としても動作さ
せることができるイオン源は存在していなかった。
High brightness ion sources include electrohydrodynamic (E), electro
-hydrodynamic) (hereinafter abbreviated as EHD in this specification) ion source and electric field ionization (
There is an ion source (hereinafter abbreviated as FI). The former is
While the element to be ionized is a low melting point metal element, the latter is a gas element. Emitting various ion species from the same ion source is very effective when considering the application of ion microbeam technology. For example, the present invention eliminates the need for readjustment of the optical system as in the prior art. Conventionally,
No ion source existed that could be operated as both an E HD ion source and an FT ion source.

ガスを用いてイオン化する公知例としては、J、 H,
0rloff and L、 W、 Swanson 
: “5tudy ofa field joniza
tion 5ource for mjcroprob
eapplicat、jon”J、Vac、Sci、T
echnol、、Vow、]2゜No、 6. NOV
、/DAC,]975がある。
Known examples of ionization using gas include J, H,
0rloff and L, W, Swanson
: “5tudy ofa field joniza
tion 5source for mjcroprob
eapplicat, jon”J, Vac, Sci, T
echnol,,Vow,]2゜No, 6. NOV
, /DAC,]975.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、したがって、1Σ)(I)イオン源と
してもF Tイオン源としても動作させることができる
イオン源を提供することである。
The object of the invention is therefore to provide an ion source that can be operated both as a 1Σ)(I) ion source and as an FT ion source.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記l]的を達成するために、本発明は、冒頭に述べた
種類にイオン源において、陽極が絶縁物質で作られた冷
却剤をいれることができる壜の底部を貫通して設けられ
ており、制御電極と陰極の間もしくは壜と制御電極の間
にガスを流すことができる、電気流体力学イオン源とし
ても電界イオン化イオン源としても動作することができ
ることを特徴とするイオン源を要旨とする。
In order to achieve the above objective, the present invention provides an ion source of the kind mentioned at the outset, in which the anode is provided through the bottom of a bottle made of an insulating material into which a coolant can be placed. , an ion source characterized in that it can operate as both an electrohydrodynamic ion source and a field ionization ion source, in which a gas can flow between a control electrode and a cathode or between a bottle and a control electrode. .

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下に付図を参照しながら、実施例を用いて本発明を一
層詳細に説明するけれども、それらは例示に過ぎず、本
発明の枠を越えることなしにいろいろな改良や変形があ
り得ることは勿論である。
The present invention will be described in more detail below using examples with reference to the accompanying drawings, but these are merely illustrative, and it goes without saying that various improvements and modifications may be made without going beyond the scope of the present invention. It is.

第1図は本発明によるイオン源の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an ion source according to the present invention.

イオン源は、図示のように、陽極1、制御電極2、陰極
3からなっている。陽極1は、この図の場合、ニードル
型のものであり、曲率゛1コ径が数αnm以1;の先端
をもつニードルがヘアピン状フイラメン1への終端にス
ポラ1〜溶接されている。この陽極は石黄などの絶縁物
質でできた壜4の底部に取りイζ11づられている1、
E TT Dモードの場合のイオン化物質5はフィラメ
ン1へに付けられている。これをイオンどして引き出す
には、陽極温度をフィラメントの通電加熱により上昇さ
せ、イオン化物質を融かしてニードル先端まで濡らした
後、陰極3の電位を陽極1に対し負の数kV以−1−に
するとイオン・ビーム8が得らオする。
The ion source consists of an anode 1, a control electrode 2, and a cathode 3, as shown. In this case, the anode 1 is of a needle type, and a needle having a tip with a curvature of several α nm or more in diameter is welded to a spora 1 at its terminal end to the hairpin-shaped filament 1. This anode is attached to the bottom of a bottle 4 made of an insulating material such as stone yellow.
The ionizable substance 5 for the ETTD mode is attached to the filament 1. In order to extract these ions, the temperature of the anode is increased by heating the filament with electricity, the ionized substance is melted and wetted to the tip of the needle, and then the potential of the cathode 3 is set to several kV or more negative with respect to the anode 1. When set to 1-, ion beam 8 is obtained.

一方、Flモードで動作させるには、陽極温度をイオン
化物質の融点以下に保ってこれからのイオン放出が起ら
ないようにし、このときはイオン化物質であるガス6を
壜4と制御電極2との間、あるいは制御電極2と陰極3
との間から導入する。
On the other hand, in order to operate in the Fl mode, the anode temperature is kept below the melting point of the ionized substance to prevent future ion release. between the control electrode 2 and the cathode 3
Introduced from between.

E HDの場合と同極性の電位を陽極1と陰極3の3− 間に印加すると、ガスが元素イオン・ビーム8となって
引き出される。このモードの場合の壜4と陰極3との間
の領域のガス分圧は40−”〜]、Pa程度が必要であ
る。また、このモードの場合、イオン電流を大電流化す
るために、壜4の内側には、液体窒素や液体ヘリウムな
どの冷却剤7を入れ、陽極温度を最低4に程度まで下げ
られるようになっている。
When a potential of the same polarity as in EHD is applied between the anode 1 and the cathode 3, the gas is extracted as an elemental ion beam 8. In this mode, the gas partial pressure in the region between the bottle 4 and the cathode 3 must be about 40-'' Pa. Also, in this mode, in order to increase the ion current, A coolant 7 such as liquid nitrogen or liquid helium is placed inside the bottle 4 so that the anode temperature can be lowered to a minimum temperature of about 4.

制御電極はいずれのモードにおいても陽極1に対し正あ
るいは負の1.kV程度以下の電位を与え、イオン電流
を制御する。
In either mode, the control electrode is connected to the positive or negative 1. A potential of about kV or less is applied to control the ion current.

以上記載したイオン源を用い、E HI)モードとして
は、引出し電圧が4−10kVの時G a I A I
I TBj、などをイオン電流として1〜10μA引き
出した。一方、F Iモーlへでは、冷却剤に液体窒素
を用い、引出し電圧が8−20kVの時、H,、Arな
どのイオン電流10−3〜10””μAを得た。この時
のニードルにはタングステンを用いた。
Using the ion source described above, in EHI) mode, when the extraction voltage is 4 to 10 kV, G a I A I
ITBj, etc. were extracted as an ion current of 1 to 10 μA. On the other hand, in FI Mol, liquid nitrogen was used as the coolant, and when the extraction voltage was 8-20 kV, an ion current of 10-3 to 10''μA of H, Ar, etc. was obtained. Tungsten was used for the needle at this time.

以上は、陽極にニードル型を採用したものであるが、キ
ャピラリー型でもキャピラリー・ニード=4− ル型でも同様な結果が得られている。
Although the above example uses a needle type anode, similar results have been obtained with a capillary type and a capillary needle type.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、1台のイオン源を必要に応じてEHD
モードででもF Tモードででも使用することができる
According to the present invention, one ion source can be used as an EHD as needed.
It can be used in either mode or FT mode.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるイオン源の断面図である。 1・・・陽極 2・・・制御電極 3・・陰極 4・・・壜 5・・・イオン化物質 6・・・ガス 7 ・冷却剤 8・・・イオン・ビーム代理人弁理士 
中 村 純之助 第1図 二「 粘υ 膚IT−、−1r−三 −μF(方式)%
式%[1 1、事件の表示 昭和59年特許願第2314]/1号
2、発明の名称 イオン源 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 (51,0)株式会ネ1:11立製作所4、代
理人 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄7、補
正の内容 添(J別紙のとおり 補正の内容 (1)明細書2ペ一ジ19行目から3ペ一ジ2行目まで
の J 、 H、−−Nov、/ Dec、 1975をジ
エイ・エッチ・オウルッフ アンド エル・ダブりニー
・スワンソン:“スタディ オブ アフィールド イオ
ニゼイション ソース フォーマイクロプローブ アプ
リケーション″ジェイ。 バキューム、ソサイティ、テクノロジー1.ボリウム、
 12. No、 6 、ノベンバー/ディセンバー1
975 (J 、 H,Orl、off and L、
 W、 Swanson :” 5tudy of a
 field 1onjzation 5ource 
formjcroprobe appljcation
” J 、 Vac、 Scj。 Technol、、、 Vow、、 12. No、 
6 、 Nov、/ Dec。 1975) と補正する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ion source according to the present invention. 1... Anode 2... Control electrode 3... Cathode 4... Bottle 5... Ionized substance 6... Gas 7 - Coolant 8... Ion beam agent patent attorney
Junnosuke Nakamura Figure 1 2 “Viscous IT-, -1r-3 -μF (method)%
Formula % [1 1, Indication of the case Patent Application No. 2314 of 1982] / No. 1 2, Title of the invention Ion source 3, Relationship with the person making the amendment Patent applicant name (51,0) Co., Ltd. Ne1 :11 Ritsu Seisakusho 4, Agent 6, Subject of amendment Column 7 for detailed explanation of the invention in the specification, Contents of the amendment Attachment (As shown in Appendix J Contents of the amendment (1) From line 19 of page 2 of the specification Page 3, line 2, J, H, -- Nov./Dec., 1975, J. H. Owluff and L. D. Swanson: “Study of Afield Ionization Sources for Microprobe Applications” J. . Vacuum, Society, Technology 1. Volume,
12. No. 6, November/December 1
975 (J, H, Orl, off and L,
W. Swanson: “5tudy of a
field 1onjzation 5source
formjcroprobeappljcation
” J, Vac, Scj. Technol, Vow, 12. No.
6, Nov./Dec. 1975).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ニードル、キャピラリー、またはキャピラリー・ニード
ルが終端に取り付けられている陽極と、上記陽極と対向
するように設けられた陰極と、上記陽極と上記陰極の間
に設けられた制御電極とを含むイオン源において、上記
陽極が絶縁物質で作られた冷却剤をいれることができる
壜の底部を貫通して設けられており、上記制御電極と上
記陰極の間もしくは上記壜と上記制御電極の間にガスを
流すことができる、電気流体力学イオン源としても電界
イオン化イオン源としても動作することができることを
特徴とするイオン源。
An ion source comprising: an anode having a needle, capillary, or capillary needle attached to its end; a cathode opposite the anode; and a control electrode between the anode and the cathode. , the anode is provided through the bottom of a bottle made of an insulating material capable of containing a coolant, and the gas is allowed to flow between the control electrode and the cathode or between the bottle and the control electrode. An ion source characterized in that it is capable of operating both as an electrohydrodynamic ion source and as a field ionization ion source.
JP59231414A 1984-11-05 1984-11-05 ion source Granted JPS60185338A (en)

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Publications (2)

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JPS60185338A true JPS60185338A (en) 1985-09-20
JPS6364027B2 JPS6364027B2 (en) 1988-12-09

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