JPS6383264A - 液体金属イオン源 - Google Patents
液体金属イオン源Info
- Publication number
- JPS6383264A JPS6383264A JP22740786A JP22740786A JPS6383264A JP S6383264 A JPS6383264 A JP S6383264A JP 22740786 A JP22740786 A JP 22740786A JP 22740786 A JP22740786 A JP 22740786A JP S6383264 A JPS6383264 A JP S6383264A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion source
- anode
- needle
- metallic
- reservoir
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- 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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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (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】
（産業上の利用分野）
本発明は、液体金属イオン源に関し、特にその針状陽極
部材と反応性の強い溶融金属との間の濡れ性を改善し、
安定なイオンビームを長時間発生することの出来るイオ
ン源に関する。
部材と反応性の強い溶融金属との間の濡れ性を改善し、
安定なイオンビームを長時間発生することの出来るイオ
ン源に関する。
（従来の技術）
液体金属イオン源は、マスクレスイオン注入、イオンビ
ームエツチング、微少面積の薄膜作成等、種々の微細加
工技術への利用が期待されている。
ームエツチング、微少面積の薄膜作成等、種々の微細加
工技術への利用が期待されている。
液体金属イオン源は、電解研磨法等によって高融点金属
の先端を半径数μｍの針状に成形し、その表面を液体金
属で濡らしてエミッタとし、針状先端に高電界を印加す
ることにより液体金属をイオン化し、イオンビームな引
き出すものである。
の先端を半径数μｍの針状に成形し、その表面を液体金
属で濡らしてエミッタとし、針状先端に高電界を印加す
ることにより液体金属をイオン化し、イオンビームな引
き出すものである。
第２図に従来の液体金属イオン源の概略の断面図を示す
。
。
セラミックス製の絶縁碍子１に、イオン源を固定する２
本のコバール製ステム２，２′を銀ロウ、金属ガラス等
で溶着し、そのステム２，２′に一端をスポット溶接さ
れた、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等の高融点金属細線からなるヒー
ター３，３′の他端には、前記ヒーター同様の高融点金
属材料からなるリザーバ支持板兼ヒーター４，４′がス
ポット溶接されている。
本のコバール製ステム２，２′を銀ロウ、金属ガラス等
で溶着し、そのステム２，２′に一端をスポット溶接さ
れた、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等の高融点金属細線からなるヒー
ター３，３′の他端には、前記ヒーター同様の高融点金
属材料からなるリザーバ支持板兼ヒーター４，４′がス
ポット溶接されている。
リザーバ支持板兼ヒーター４，４′はリザーバを巻回し
た上で互いを溶接しである。リザーバ５の底部には細孔
６、上部には細孔７が開けられていて、これら細孔を、
先端の半径を１〜１０７．ｚ ｍｓ頂角を３０〜６０度
に研磨した針状陽極８が貫通している。針状陽極８の上
部の、細孔７から上に突き出た部分は、高融点金属材料
の固定部材９を使って矢張り溶接でステム２に固定され
ている。
た上で互いを溶接しである。リザーバ５の底部には細孔
６、上部には細孔７が開けられていて、これら細孔を、
先端の半径を１〜１０７．ｚ ｍｓ頂角を３０〜６０度
に研磨した針状陽極８が貫通している。針状陽極８の上
部の、細孔７から上に突き出た部分は、高融点金属材料
の固定部材９を使って矢張り溶接でステム２に固定され
ている。
図示しないが、ステム２，２′には、加速電源の電圧に
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター３，
３′、リザーバ支持板兼ヒーター４゜４′を加熱し、リ
ザーバ５内の金属１０を溶融させている。またイオン引
き出し電極１１はイオン引き出し電源に接続され、針状
陽極８とイオン引き出し電極１１の間には５〜１０ｋＶ
の電圧が印。
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター３，
３′、リザーバ支持板兼ヒーター４゜４′を加熱し、リ
ザーバ５内の金属１０を溶融させている。またイオン引
き出し電極１１はイオン引き出し電源に接続され、針状
陽極８とイオン引き出し電極１１の間には５〜１０ｋＶ
の電圧が印。
加され、針状陽極８の先端部にイオンが電界放出可能な
強電界が形成される。 なお、これらとアース電位の
間には、使用目的に応じて、数ｋＶ〜２００ ｋ Ｖの
イオン加速電圧が印加されている。
強電界が形成される。 なお、これらとアース電位の
間には、使用目的に応じて、数ｋＶ〜２００ ｋ Ｖの
イオン加速電圧が印加されている。
さて、液体金属イオン源に登載される液体金属の種類は
、液体金属イオン源の使用目的により選択されるが、新
しい電子デバイスの作成で重要な働きをするＢ（ボロン
）や、イオンビームデポジション用に重要なＡＩ（アル
ミニウム）等の液体金属は反応性が強く、エミッタ金属
線材との反応が容易に進行するため、針状陽極先端部の
消耗が著しく液体金属イオン源の寿命が短くなる欠点が
ある。
、液体金属イオン源の使用目的により選択されるが、新
しい電子デバイスの作成で重要な働きをするＢ（ボロン
）や、イオンビームデポジション用に重要なＡＩ（アル
ミニウム）等の液体金属は反応性が強く、エミッタ金属
線材との反応が容易に進行するため、針状陽極先端部の
消耗が著しく液体金属イオン源の寿命が短くなる欠点が
ある。
先に本願の発明者は、特願昭６０−２１７３６６号で、
これらの溶融金属と反応せず、且つ濡れ性も良いエミッ
タ金属線材としてボロンナイトライドを提案した。しか
しこの材料は、針状形状を得るには機械加工を必要とす
るため、針状陽極の径が太くなり最低でも０．８ｍｍを
要する。径の太いことはりザーバ部に収容できる溶融金
属の量を制限し、その分だけ液体金属イオン源の寿命を
短くする。リザーバ部を大きくして溶融金属の登載量を
増すのはイオン源を大型化して実用的でない。
これらの溶融金属と反応せず、且つ濡れ性も良いエミッ
タ金属線材としてボロンナイトライドを提案した。しか
しこの材料は、針状形状を得るには機械加工を必要とす
るため、針状陽極の径が太くなり最低でも０．８ｍｍを
要する。径の太いことはりザーバ部に収容できる溶融金
属の量を制限し、その分だけ液体金属イオン源の寿命を
短くする。リザーバ部を大きくして溶融金属の登載量を
増すのはイオン源を大型化して実用的でない。
更にまた、ボロンナイトライドを使用する場合は、針状
陽極なステムに固定するとき、スポット溶接が不可能で
、ネジ止めなどの複雑な構造が必要となる欠点もある。
陽極なステムに固定するとき、スポット溶接が不可能で
、ネジ止めなどの複雑な構造が必要となる欠点もある。
（発明の目的）
本発明は、上記の問題を解決し、反応性の強い液体金属
あるいは共晶合金を登載した液体金属イオン源の長寿命
化を図ることを目的とする。
あるいは共晶合金を登載した液体金属イオン源の長寿命
化を図ることを目的とする。
（問題を解決するための手段）
本発明は、イオン化すべき金属を溶融させ保持するリザ
ーバ部と；該リザーバ部から溶融金属が供給される針状
先端部を持つ針状陽極と；該針状先端部に強電界を形成
するための手段と：を備えた液体金属イオン源において
、 該針状陽極部材にＢの化合物の皮膜を形成させた液体金
属イオン源によって前記目的を達成したものである。
ーバ部と；該リザーバ部から溶融金属が供給される針状
先端部を持つ針状陽極と；該針状先端部に強電界を形成
するための手段と：を備えた液体金属イオン源において
、 該針状陽極部材にＢの化合物の皮膜を形成させた液体金
属イオン源によって前記目的を達成したものである。
（実施例）
以下、第１図ａ、 ｂを実施例として本発明を詳説す
る。
る。
針状陽極材料としてはＷ（タングステン）を用いる。先
ず直径０．２ｍｍのＷの線材８０を硝酸。
ず直径０．２ｍｍのＷの線材８０を硝酸。
アセトン、アルコール等で洗浄し、ＫＯＨ水溶液を用い
て先端半径１μｍ乃至１０７１ｍ、先端角３０°〜６０
°の針状に加工する。次に、線材８０の下部８１に、市
販の液状のＢのコーティング材料（商品名「ボロンコー
ティング」；電気化学工業■製）を、スプレー法、浸漬
法または刷毛塗りにより塗布し、１８０℃〜９００℃の
温度で約１５分間焼付けを行い、その後洗浄する。得ら
れるＢＮ塗膜の厚さは約０．０５ｍｍである。
て先端半径１μｍ乃至１０７１ｍ、先端角３０°〜６０
°の針状に加工する。次に、線材８０の下部８１に、市
販の液状のＢのコーティング材料（商品名「ボロンコー
ティング」；電気化学工業■製）を、スプレー法、浸漬
法または刷毛塗りにより塗布し、１８０℃〜９００℃の
温度で約１５分間焼付けを行い、その後洗浄する。得ら
れるＢＮ塗膜の厚さは約０．０５ｍｍである。
このＢＮコーティングを施した針状陽極８の拡大図が第
１図ａ、それを用いて構成された液体金属イオン源の概
略断面図が第１図すである。
１図ａ、それを用いて構成された液体金属イオン源の概
略断面図が第１図すである。
構成は殆ど従来の装置と変わらず、セラミックス製の絶
縁碍子工に、イオン源を固定する２本のコバール製ステ
ム２，２゛を銀ロウ、金属ガラス等で溶着し、そのステ
ム２，２′に一端をスポット溶接された、Ｗ、Ｔａ、Ｍ
ｏ等の高融点金属細線からなるヒーター３，３′の他端
には、前記ヒーター同様の高融点金属材料からなるリザ
ーバ支持板兼ヒーター４，４′がスポット溶接されてい
リザーバ支持板兼ヒーター４，４′はリザーバを巻回し
た上で互いを溶接しである。リザーバ５の底部には細孔
６、上部には細孔７が開けられていて、これら細孔を、
先端の半径を１〜１０μｍ、頂角を３０〜．６０度に機
械研磨しＢＮコーティングを施された針状陽極８が貫通
している。
縁碍子工に、イオン源を固定する２本のコバール製ステ
ム２，２゛を銀ロウ、金属ガラス等で溶着し、そのステ
ム２，２′に一端をスポット溶接された、Ｗ、Ｔａ、Ｍ
ｏ等の高融点金属細線からなるヒーター３，３′の他端
には、前記ヒーター同様の高融点金属材料からなるリザ
ーバ支持板兼ヒーター４，４′がスポット溶接されてい
リザーバ支持板兼ヒーター４，４′はリザーバを巻回し
た上で互いを溶接しである。リザーバ５の底部には細孔
６、上部には細孔７が開けられていて、これら細孔を、
先端の半径を１〜１０μｍ、頂角を３０〜．６０度に機
械研磨しＢＮコーティングを施された針状陽極８が貫通
している。
針状陽極８の上部の、細孔７から上に突き出た部分は、
ＢＮコーティングされていないので、そこを利用して高
融点金属材料の固定部材９とスポット溶接でステム２に
固定されている。
ＢＮコーティングされていないので、そこを利用して高
融点金属材料の固定部材９とスポット溶接でステム２に
固定されている。
図示しないが、ステム２，２′には、加速電源の電圧に
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター３，
３′、リザーバ支持板兼ヒーター４゜４′を加熱し、リ
ザーバ５内の金属１０を溶融させている。またイオン引
き出し電極１１はイオン引き出し電源に接続され、針状
陽極８とイオン引き出し電極１１０間には５〜１０ｋＶ
の電圧が印加され、針状陽極８の先端部にイオンが電界
放出可能な強電界が形成される。 なお、これらとア
ース電位の間には、使用目的に応じて、数ｋＶ〜２００
ｋＶのイオン加速電圧が印加されている。
フロートした加熱電源が接続されており、ヒーター３，
３′、リザーバ支持板兼ヒーター４゜４′を加熱し、リ
ザーバ５内の金属１０を溶融させている。またイオン引
き出し電極１１はイオン引き出し電源に接続され、針状
陽極８とイオン引き出し電極１１０間には５〜１０ｋＶ
の電圧が印加され、針状陽極８の先端部にイオンが電界
放出可能な強電界が形成される。 なお、これらとア
ース電位の間には、使用目的に応じて、数ｋＶ〜２００
ｋＶのイオン加速電圧が印加されている。
上記の構成で、溶融金属９として反応性の最も高いＡＩ
を用い、リザーバ５にはＡＩに耐食性のあるセラミック
スを用いた。
を用い、リザーバ５にはＡＩに耐食性のあるセラミック
スを用いた。
この液体金属イオン源の動作を説明すると、ステム２，
２′を通してヒーター３，３′に電流を流してリザーバ
５を加熱し、溶融金属９をその融点以上に加熱して液状
とする。この状態でイオン引出し電極１１に５〜１０ｋ
Ｖの電圧を印加すると、その電界で引っ張られる力と、
液体金属がその表面張力で引き戻す力とがある臨界値で
つり合って、針状陽極８の先端にテーラ−コーンと呼ば
れる頂角９８．６°の円錐を生ずる。このとき先端部の
電界は、数Ｖ／入にも達し、電界蒸発によってイオン化
が起こり、イオンが引き出される。
２′を通してヒーター３，３′に電流を流してリザーバ
５を加熱し、溶融金属９をその融点以上に加熱して液状
とする。この状態でイオン引出し電極１１に５〜１０ｋ
Ｖの電圧を印加すると、その電界で引っ張られる力と、
液体金属がその表面張力で引き戻す力とがある臨界値で
つり合って、針状陽極８の先端にテーラ−コーンと呼ば
れる頂角９８．６°の円錐を生ずる。このとき先端部の
電界は、数Ｖ／入にも達し、電界蒸発によってイオン化
が起こり、イオンが引き出される。
イオン引出しにより失われた液体金属は静電気力により
、リザーバの下穴６から引き出されて、よく濡れた陽極
表面を移動して針状陽極８の先端部へ供給される。かく
して連続的にイオンビームが得られる。
、リザーバの下穴６から引き出されて、よく濡れた陽極
表面を移動して針状陽極８の先端部へ供給される。かく
して連続的にイオンビームが得られる。
第３図は単収束磁場型マススペクトロメータを用いて測
定した本発明のＡＩ液体金属イオン源の質量スペクトル
の一例であるが、陽極材料やリザーバ材料の溶出による
不純物のピークは観測されず、従って、ＡＩはＢＮコー
ティングを越えて陽極材料とは反応していない。またイ
オンを安定に針状陽極先端部に供給する濡れについても
ＢＮコーティングが効いて非常によく濡れており、液体
金属イオン源のエミッタ材料として最適であることが確
認された。
定した本発明のＡＩ液体金属イオン源の質量スペクトル
の一例であるが、陽極材料やリザーバ材料の溶出による
不純物のピークは観測されず、従って、ＡＩはＢＮコー
ティングを越えて陽極材料とは反応していない。またイ
オンを安定に針状陽極先端部に供給する濡れについても
ＢＮコーティングが効いて非常によく濡れており、液体
金属イオン源のエミッタ材料として最適であることが確
認された。
実験によって、３０μＡ（一定）の電流で１００時間以
上の寿命が確認されている。
上の寿命が確認されている。
また、先述の特許願の発明のボロンナイトライドのエミ
ッタと較べて、構造が簡単で容易に製作出来、登載でき
るＡＩの量も多くて長寿命の秀れた液体金属イオン源で
あることも確認された。
ッタと較べて、構造が簡単で容易に製作出来、登載でき
るＡＩの量も多くて長寿命の秀れた液体金属イオン源で
あることも確認された。
なおこの実施例ではＡＩを用いているが、使用出来る液
体金属材料はＡＩに限定されるものではなく、ＢＮコー
ティングした針状陽極をよく濡ら一〇− し且つそれと反応し難い材料であればすべて適用出来る
。例えば、反応性の強いＢの共晶合金が効果的に使用出
来る。
体金属材料はＡＩに限定されるものではなく、ＢＮコー
ティングした針状陽極をよく濡ら一〇− し且つそれと反応し難い材料であればすべて適用出来る
。例えば、反応性の強いＢの共晶合金が効果的に使用出
来る。
更にまた、コーティング材料もＢＮに限定されない。他
のＢの化合物によってコーティングされた針状陽極でも
、上述同様の効果を表すからである。
のＢの化合物によってコーティングされた針状陽極でも
、上述同様の効果を表すからである。
（発明の効果）
本発明のＢＮコーティングした針状陽極を用いる液体金
属イオン源は、反応性の強い金属や合金を含む液体金属
のイオン源として、小型簡単で容積効率がよく、長寿命
で、安定なイオンビームな発生する効果がある。
属イオン源は、反応性の強い金属や合金を含む液体金属
のイオン源として、小型簡単で容積効率がよく、長寿命
で、安定なイオンビームな発生する効果がある。
第１図ａは、本発明の液体金属イオン源の概略断面図。
第１図すは、その針状陽極の拡大図。
第２図は、従来の液体金属イオン源の概略断面図。
第３図は、本発明のＡＩ液体金属イオン源の質量スペク
トルの１例の図。 １・・・・・・絶縁碍子、２，２′・・・・・・ステム
、３．３′・・・・・・ヒーター、 ４．４′・・・・・・リザーバ支持板兼ヒーター、５・
・・・；・リザーバ、６，７・・・・・・細了し、８・
・・・・・針状陽極、１０・・・・・・溶融金属、１１
・・・・・・陰極、
トルの１例の図。 １・・・・・・絶縁碍子、２，２′・・・・・・ステム
、３．３′・・・・・・ヒーター、 ４．４′・・・・・・リザーバ支持板兼ヒーター、５・
・・・；・リザーバ、６，７・・・・・・細了し、８・
・・・・・針状陽極、１０・・・・・・溶融金属、１１
・・・・・・陰極、
Claims (2)
- （１）イオン化すべき金属を溶融させ保持するリザーバ
部と；該リザーバ部から溶融金属が供給される針状先端
部を持つ針状陽極と；該針状先端部に強電界を形成する
ための手段と；を備えた液体金属イオン源において、 該針状陽極部材にＢ（ほう素）の化合物の皮膜を形成さ
せたことを特徴とする液体金属イオン源。 - （２）Ｂの化合物がＢＮである特許請求の範囲第１項記
載の液体金属イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22740786A JPS6383264A (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 液体金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22740786A JPS6383264A (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 液体金属イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6383264A true JPS6383264A (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=16860349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22740786A Pending JPS6383264A (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 液体金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6383264A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5846542A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界放出型液体金属アルミニウムイオン銃及びその製造方法 |
| JPS61237328A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 液体硼素含有合金イオン源構造体 |
-
1986
- 1986-09-26 JP JP22740786A patent/JPS6383264A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5846542A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界放出型液体金属アルミニウムイオン銃及びその製造方法 |
| JPS61237328A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 液体硼素含有合金イオン源構造体 |
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