JPS6334577B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6334577B2 JPS6334577B2 JP57035519A JP3551982A JPS6334577B2 JP S6334577 B2 JPS6334577 B2 JP S6334577B2 JP 57035519 A JP57035519 A JP 57035519A JP 3551982 A JP3551982 A JP 3551982A JP S6334577 B2 JPS6334577 B2 JP S6334577B2
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- JP
- Japan
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- temperature
- heater
- voltage
- extraction
- Prior art date
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-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、液体金属に強電界をかけて電界蒸発
させイオンビームを取り出すように構成したイオ
ン銃に関する。
させイオンビームを取り出すように構成したイオ
ン銃に関する。
エレクトロハイドロダイナミツク
（Electrohydrodynamic）型フイールドイオン源
の一般的構成は第１図で示される。この図におい
て、１はエミツタ、２はリザーバで、該リザーバ
２の内部には、第２図に示すように、液体金属
（例えばカリウム等）１０が貯溜される。エミツ
タ１を形成するために、リザーバ２の開口部から
下方に突出した針金は、タングステン等の材料で
なり、エミツタ１と反対側の端部１１は、リザー
バ２に溶接されている。３は液体金属を加熱する
ヒータ、４は該ヒータ３を接続するためのステ
ム、５はその支持体、６は引出し電極、７はカソ
ードである。又、E1はエミツタ１に加速電圧を
与える加速電源、E2はヒータ３を加熱するヒー
タ電源、E3は引出し電極６に引出し電圧を与え
る引出し電源である。
（Electrohydrodynamic）型フイールドイオン源
の一般的構成は第１図で示される。この図におい
て、１はエミツタ、２はリザーバで、該リザーバ
２の内部には、第２図に示すように、液体金属
（例えばカリウム等）１０が貯溜される。エミツ
タ１を形成するために、リザーバ２の開口部から
下方に突出した針金は、タングステン等の材料で
なり、エミツタ１と反対側の端部１１は、リザー
バ２に溶接されている。３は液体金属を加熱する
ヒータ、４は該ヒータ３を接続するためのステ
ム、５はその支持体、６は引出し電極、７はカソ
ードである。又、E1はエミツタ１に加速電圧を
与える加速電源、E2はヒータ３を加熱するヒー
タ電源、E3は引出し電極６に引出し電圧を与え
る引出し電源である。
この装置においてヒータ電源E2をオンにする
と、ヒータ３が発熱して、リザーバ２を加熱す
る。これにより、リザーバ２内の液体金属１０の
温度が上昇する。この状態で、加速電源E1より
加速電圧が、又、引出し電源E3よりイオン発生
用引出し電圧がそれぞれ印加されると、静電力に
より引出された液体金属は、強電界のためにエミ
ツタ１の先端に、第３図に示す如く、テーラ−コ
ーン（Taylor Cone）と称する円錐２０を形成
し、その先端から液体金属が電界蒸発しイオン化
する。これによりイオンビームｉが発生する。こ
のイオンビームの量は、引出し電源E3の大きさ
によつて変えることができ、又、イオンビームの
エネルギーは、加速電源E1の大きさによつて変
えることができる。
と、ヒータ３が発熱して、リザーバ２を加熱す
る。これにより、リザーバ２内の液体金属１０の
温度が上昇する。この状態で、加速電源E1より
加速電圧が、又、引出し電源E3よりイオン発生
用引出し電圧がそれぞれ印加されると、静電力に
より引出された液体金属は、強電界のためにエミ
ツタ１の先端に、第３図に示す如く、テーラ−コ
ーン（Taylor Cone）と称する円錐２０を形成
し、その先端から液体金属が電界蒸発しイオン化
する。これによりイオンビームｉが発生する。こ
のイオンビームの量は、引出し電源E3の大きさ
によつて変えることができ、又、イオンビームの
エネルギーは、加速電源E1の大きさによつて変
えることができる。
ところで、このフイールドイオン源では、液体
金属を常にある温度（ガリウムの場合、数百℃）
に加熱しておく必要があり、この温度に早く到達
させて持ち時間を減少させるには、通電の初期
に、液体金属の温度を早く定常状態にしてやる必
要がある。しかし、ヒータ３として使用されるタ
ングステンは、常温付近では電気抵抗が低いた
め、従来のように単純な定電流駆動では大きな発
生熱量を得ることができないので、熱容量の大き
いリザーバ２の温度上昇は遅く、そのために、該
液体金属加熱用ヒータ３をオンにしてから、液体
金属の温度が定常値に達するまで、従来は、かな
りの時間を要している。
金属を常にある温度（ガリウムの場合、数百℃）
に加熱しておく必要があり、この温度に早く到達
させて持ち時間を減少させるには、通電の初期
に、液体金属の温度を早く定常状態にしてやる必
要がある。しかし、ヒータ３として使用されるタ
ングステンは、常温付近では電気抵抗が低いた
め、従来のように単純な定電流駆動では大きな発
生熱量を得ることができないので、熱容量の大き
いリザーバ２の温度上昇は遅く、そのために、該
液体金属加熱用ヒータ３をオンにしてから、液体
金属の温度が定常値に達するまで、従来は、かな
りの時間を要している。
又、液体金属の温度が定常値に達する前に、エ
ミツタ１の先端にテーラ−コーンを形成させる構
成のため、始動から一定時間は、液体金属の流れ
が悪く、安定したテーラ−コーンが形成されず、
又、所定のイオンビーム電流を得るための引出し
電圧が変化していた。
ミツタ１の先端にテーラ−コーンを形成させる構
成のため、始動から一定時間は、液体金属の流れ
が悪く、安定したテーラ−コーンが形成されず、
又、所定のイオンビーム電流を得るための引出し
電圧が変化していた。
第４図は、引出し電圧が変化する理由を説明す
るための図で、液体金属にガリウムを用いたとき
の引出し電圧とイオンビーム電流との関係を示し
ている。尚、この図では、横軸に引出し電圧を、
縦軸にイオンビーム電流をとつている。図中、f1
は、ヒータ電流3Aのときの、f2は2Aのときの、
f3は1Aのときの特性曲線を示す。これらの特性
曲線より、同一値のイオンビーム電流を取り出す
ための引出し電圧の大きさが、液体金属の温度に
よつて変化することがわかかる。例えば、10μA
のイオンビーム電流を得るためには、f1で約
4.4KV、f3で約5.3KVの引出し電圧を必要とし、
引出し電圧値に0.9KVもの差が生じる。このよう
に、引出し電圧が変化すると、引出し電極６とカ
ソード７のつくる静電レンズ作用により光学軸方
向にイオン光源の位置が移動する。又、エミツタ
１、引出し電極６及び接地電極７の三者の軸が完
全に合つていないと、引出し電圧の変化でイオン
ビームが偏向される等の不具合も生じる。
るための図で、液体金属にガリウムを用いたとき
の引出し電圧とイオンビーム電流との関係を示し
ている。尚、この図では、横軸に引出し電圧を、
縦軸にイオンビーム電流をとつている。図中、f1
は、ヒータ電流3Aのときの、f2は2Aのときの、
f3は1Aのときの特性曲線を示す。これらの特性
曲線より、同一値のイオンビーム電流を取り出す
ための引出し電圧の大きさが、液体金属の温度に
よつて変化することがわかかる。例えば、10μA
のイオンビーム電流を得るためには、f1で約
4.4KV、f3で約5.3KVの引出し電圧を必要とし、
引出し電圧値に0.9KVもの差が生じる。このよう
に、引出し電圧が変化すると、引出し電極６とカ
ソード７のつくる静電レンズ作用により光学軸方
向にイオン光源の位置が移動する。又、エミツタ
１、引出し電極６及び接地電極７の三者の軸が完
全に合つていないと、引出し電圧の変化でイオン
ビームが偏向される等の不具合も生じる。
ヒータ３への通電と、加速電源E1、引出し電
源E3の同時起動では、上述の現象がなくなるま
で数分を要し、実用上の大きな問題になつてい
る。
源E3の同時起動では、上述の現象がなくなるま
で数分を要し、実用上の大きな問題になつてい
る。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、液体金属加熱用ヒータを、通電初期には定電
圧駆動し、液体金属の温度が定常値近くに達した
ら定電流駆動する第１の制御手段と、液体金属の
温度が所定値になつた時点でイオン発生用引出し
電圧を印加若しくは印加可能にする第２の制御手
段とを設けることにより、安定なイオンビームを
短時間に発生することができるイオン銃を実現し
たものである。
で、液体金属加熱用ヒータを、通電初期には定電
圧駆動し、液体金属の温度が定常値近くに達した
ら定電流駆動する第１の制御手段と、液体金属の
温度が所定値になつた時点でイオン発生用引出し
電圧を印加若しくは印加可能にする第２の制御手
段とを設けることにより、安定なイオンビームを
短時間に発生することができるイオン銃を実現し
たものである。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
る。
第５図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る（第１図と同一部分には同一符号を付しその説
明を省略する）。図において、３０はリザーバ２
の温度を検出する温度センサで、該温度センサ３
０としては、例えば高温に耐えるPR熱電対が用
いられる。３１は、ステム４とヒータ電源E2間
に設けられた第１の制御手段で、温度センサ３０
の出力を受け、通電初期にはヒータ３を定電圧駆
動し、液体金属の温度が定常値近くに達したら定
電流駆動を行うものである。３２は、同じく温度
センサ３０の出力を受け、液体金属の温度が定常
値に安定した時点でイオン発生用引出し電圧をエ
ミツタ１及び引出し電極６に印加する第２の制御
手段である。SW1は第２の制御手段３２の出力に
応じて加速電源E1をオン・オフするスイツチ、
SW2は同じく制御手段３２の出力に応じて引出し
電源E3をオン・オフするスイツチである。
る（第１図と同一部分には同一符号を付しその説
明を省略する）。図において、３０はリザーバ２
の温度を検出する温度センサで、該温度センサ３
０としては、例えば高温に耐えるPR熱電対が用
いられる。３１は、ステム４とヒータ電源E2間
に設けられた第１の制御手段で、温度センサ３０
の出力を受け、通電初期にはヒータ３を定電圧駆
動し、液体金属の温度が定常値近くに達したら定
電流駆動を行うものである。３２は、同じく温度
センサ３０の出力を受け、液体金属の温度が定常
値に安定した時点でイオン発生用引出し電圧をエ
ミツタ１及び引出し電極６に印加する第２の制御
手段である。SW1は第２の制御手段３２の出力に
応じて加速電源E1をオン・オフするスイツチ、
SW2は同じく制御手段３２の出力に応じて引出し
電源E3をオン・オフするスイツチである。
このように構成された本発明のイオン銃の動作
を次に説明する。
を次に説明する。
ヒータの通電開始信号を受けると、制御手段３
１は、電源E2の出力を受けてヒータ３を定電圧
駆動する。通電初期においてはヒータ３の電気抵
抗が小さいので、該ヒータには大きな電流が流
れ、リザーバ２内の液体金属の温度は急上昇す
る。この制御手段３１は、液体金属の温度が上昇
して、ヒータ３の電気抵抗が高くなり、ヒータ３
の発生熱量が減少してくると、即ち、液体金属の
温度が定常値に近くなつてくると、ヒータ３の駆
動を定電圧駆動から定電流駆動に切換える。これ
により、液体金属の温度は速やかに定常値に達す
る。尚、上記定電圧駆動の段階では、まだスイツ
チSW1，SW2はオンになつていない。
１は、電源E2の出力を受けてヒータ３を定電圧
駆動する。通電初期においてはヒータ３の電気抵
抗が小さいので、該ヒータには大きな電流が流
れ、リザーバ２内の液体金属の温度は急上昇す
る。この制御手段３１は、液体金属の温度が上昇
して、ヒータ３の電気抵抗が高くなり、ヒータ３
の発生熱量が減少してくると、即ち、液体金属の
温度が定常値に近くなつてくると、ヒータ３の駆
動を定電圧駆動から定電流駆動に切換える。これ
により、液体金属の温度は速やかに定常値に達す
る。尚、上記定電圧駆動の段階では、まだスイツ
チSW1，SW2はオンになつていない。
一方、第２の制御手段３２も液体金属の温度を
監視しており、この液体金属の温度が定常値に安
定したことを確認した後、スイツチSW1，SW2に
制御信号を送つて、これらをオンさせる。これに
より、加速電源E1の電圧がエミツタ１に、引出
し電源E3の電圧が引出し電極６にそれぞれ印加
される。これらイオン発生用引出し電圧が印加さ
れた時点では、液体金属の温度は既に定常値にて
安定しているので、エミツタ１の先端に形成され
るテーラ−コーンも極めて安定している。又、液
体金属の温度が一定値に安定していることから、
第４図に示すような電圧−電流特性も一義的に定
まり、変動することはない。従つて、エミツタ１
からは極めて安定なイオンビームｉが発生するこ
とになる。
監視しており、この液体金属の温度が定常値に安
定したことを確認した後、スイツチSW1，SW2に
制御信号を送つて、これらをオンさせる。これに
より、加速電源E1の電圧がエミツタ１に、引出
し電源E3の電圧が引出し電極６にそれぞれ印加
される。これらイオン発生用引出し電圧が印加さ
れた時点では、液体金属の温度は既に定常値にて
安定しているので、エミツタ１の先端に形成され
るテーラ−コーンも極めて安定している。又、液
体金属の温度が一定値に安定していることから、
第４図に示すような電圧−電流特性も一義的に定
まり、変動することはない。従つて、エミツタ１
からは極めて安定なイオンビームｉが発生するこ
とになる。
第６図は第５図に示す装置のヒータ電源E2の
電圧とヒータ電流との関係を示す特性図で、ａは
ヒータ電源E2の出力電圧波形、ｂはヒータ電流
波形である（横軸は時間を示す）。図中、T1は定
電圧駆動領域、T2は定電流駆動領域を示してお
り、T1領域では、当然のことながら電圧は一定
である。一方、ヒータ電流は始動開始時において
は、ヒータ３の抵抗値が低いのでｂ図に示すよう
に大電流が流れる。発熱によりヒータ３の抵抗値
が大きくなつてくると、ヒータ電流は徐々に減少
する。定電圧駆動から定電流駆動に切換わると、
ヒータ電流が一定になるように制御されるのでヒ
ータ電圧自身は図に示すように変動する。ヒータ
電流は、当然一定となる。
電圧とヒータ電流との関係を示す特性図で、ａは
ヒータ電源E2の出力電圧波形、ｂはヒータ電流
波形である（横軸は時間を示す）。図中、T1は定
電圧駆動領域、T2は定電流駆動領域を示してお
り、T1領域では、当然のことながら電圧は一定
である。一方、ヒータ電流は始動開始時において
は、ヒータ３の抵抗値が低いのでｂ図に示すよう
に大電流が流れる。発熱によりヒータ３の抵抗値
が大きくなつてくると、ヒータ電流は徐々に減少
する。定電圧駆動から定電流駆動に切換わると、
ヒータ電流が一定になるように制御されるのでヒ
ータ電圧自身は図に示すように変動する。ヒータ
電流は、当然一定となる。
尚、上記実施例は、第２の制御手段３２でスイ
ツチSW1，SW2を自動的にオンするものであつた
が、手動で行うようにしてもよい。この場合に
は、第２の制御手段は、液体金属が定常温度にな
る前に手動によるスイツチSW1，SW2のオン要請
があつても、それを受け付けないように動作す
る。
ツチSW1，SW2を自動的にオンするものであつた
が、手動で行うようにしてもよい。この場合に
は、第２の制御手段は、液体金属が定常温度にな
る前に手動によるスイツチSW1，SW2のオン要請
があつても、それを受け付けないように動作す
る。
又、液体金属の温度を検出する温度センサ３０
を設けたものを示したが、これは必ずしも必要で
はない。第１及び第２の制御手段３１，３２を一
定のシーケンスで動作させるように構成すること
も可能であるからである。
を設けたものを示したが、これは必ずしも必要で
はない。第１及び第２の制御手段３１，３２を一
定のシーケンスで動作させるように構成すること
も可能であるからである。
以上詳細に説明したように、本発明では、ヒー
タを通電初期には定電圧駆動し液体金属の温度が
定常値近くになつてきた時点で定電流駆動に切換
えるようにして液体金属の温度を速やかに定常値
にすると共に、該液体金属の温度が定常値になつ
た時点でイオンビーム発生用引出し電圧を印加し
て安定なイオンビームを発生させるようにしてい
るので、短時間に安定なイオンビームを発生する
ことができる。
タを通電初期には定電圧駆動し液体金属の温度が
定常値近くになつてきた時点で定電流駆動に切換
えるようにして液体金属の温度を速やかに定常値
にすると共に、該液体金属の温度が定常値になつ
た時点でイオンビーム発生用引出し電圧を印加し
て安定なイオンビームを発生させるようにしてい
るので、短時間に安定なイオンビームを発生する
ことができる。
第１図は従来装置の構成図、第２図はエミツタ
部分の断面図、第３図はテーラ−コーンの形成を
示す説明図、第４図は引出し電圧とイオンビーム
電流の関係を示す説明図、第５図は本発明の一実
施例を示す構成図、第６図はヒータ電圧とヒータ
電流の特性を示す説明図である。 １……エミツタ、２……リザーバ、３……ヒー
タ、４……ステム、５……支持体、６……引出し
電極、７……カソード、１０……液体金属、２０
……テーラ−コーン、３０……温度センサ、３１
……第１の制御手段、３２……第２の制御手段、
E1……加速電源、E2……ヒータ電源、E3……引
出し電源、SW1，SW2……スイツチ。
部分の断面図、第３図はテーラ−コーンの形成を
示す説明図、第４図は引出し電圧とイオンビーム
電流の関係を示す説明図、第５図は本発明の一実
施例を示す構成図、第６図はヒータ電圧とヒータ
電流の特性を示す説明図である。 １……エミツタ、２……リザーバ、３……ヒー
タ、４……ステム、５……支持体、６……引出し
電極、７……カソード、１０……液体金属、２０
……テーラ−コーン、３０……温度センサ、３１
……第１の制御手段、３２……第２の制御手段、
E1……加速電源、E2……ヒータ電源、E3……引
出し電源、SW1，SW2……スイツチ。
Claims (1)
- １ 液体金属に強電界をかけて電界蒸発させイオ
ンビームを取り出すように構成したイオン銃にお
いて、液体金属加熱用ヒータを、通電初期には定
電圧駆動し、液体金属の温度が定常値近くに達し
たら定電流駆動する第１の制御手段と、液体金属
の温度が定常値になつた時点でイオン発生用引出
し電圧を印加若しくは印加可能にする第２の制御
手段とを設けたことを特徴とするイオン銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57035519A JPS58152346A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | イオン銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57035519A JPS58152346A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | イオン銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58152346A JPS58152346A (ja) | 1983-09-09 |
| JPS6334577B2 true JPS6334577B2 (ja) | 1988-07-11 |
Family
ID=12443996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57035519A Granted JPS58152346A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | イオン銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58152346A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63276857A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-11-15 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 液体金属イオン源の安定化方法及び装置 |
| KR100772064B1 (ko) | 2006-08-02 | 2007-11-01 | 한국원자력연구원 | 양성자빔 조사를 통한 이종박막 리프트 오프 장치 및 방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5228218A (en) * | 1975-08-28 | 1977-03-03 | Toshiba Corp | Television receiver |
| JPS56127662U (ja) * | 1980-02-29 | 1981-09-29 | ||
| JPS56175959U (ja) * | 1980-05-30 | 1981-12-25 |
-
1982
- 1982-03-05 JP JP57035519A patent/JPS58152346A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58152346A (ja) | 1983-09-09 |
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