TW201810340A - 用於真空環境之高亮度含硼電子束發射器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種發射器，其含有一金屬硼化物材料，該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端。可施加一電場至該發射器，且從該發射器產生一電子束。為形成該發射器，從一單晶棒移除材料以形成含有一金屬硼化物材料之一發射器，其具有擁有1 µm或更小之一半徑之一圓形尖端。

Description

用於真空環境之高亮度含硼電子束發射器

本發明係關於由硼化物化合物製造之電子發射器。

鹼土及稀土硼化物化合物可用於熱離子發射。此等材料具有使硼化物化合物陰極優於鎢熱離子陰極之物理及化學性質。六硼化鑭(LaB₆ )陰極已用於掃描式電子顯微鏡(SEM)設計、透射電子顯微鏡、電子束微影系統及其他光電系統中之熱離子電子發射器。雖然提升光電系統效能(尤其在低光束能量)，但此等硼化物化合物陰極需要真空技術中之複雜改良來減少氧化相關之損害。 在典型陰極操作溫度下，硼化物化合物(諸如LaB₆ )非常容易與氧化物及水分發生反應。之前系統使用冷阱、濺射離子泵、真空密封、焊接金屬波紋管及密封技術來維持硼化物化合物陰極周圍的一真空環境。硼化物化合物熱離子發射器亦需要改良來提供發射穩定性。例如，採用獨立Wehnelt偏壓供應來將有效發射面積減小至僅陰極尖端，此係因為介電薄膜在陰極上隨時間累積。對於純度及清潔度問題，需要特定材料使用一硼化物化合物陰極來提供熱離子操作。 即使憑藉此等改良，LaB₆ 之熱離子發射電子槍總成仍尚未達到操作平衡，且操作期間的溫度不足以吸收內部水分。LaB₆ 陰極環境中之水分之高分壓對陰極造成質量損失、侵蝕及損害。陰極之不適當操作環境可導致質量損失加速。 LaB₆ 尚未用作為一三極管電子槍組態中之一大發射面積熱離子發射器。由一三極管電子槍組態中之空間電荷效應限制源極亮度。用於防止非預期之「馬爾他十字(Maltese cross)」形電子發射之Wehnelt電位可部分阻擋來自陽極之提取電位。當用作為一熱離子發射器(例如，在約1800 K)時，陰極材料經由硼化物材料或成形氧化物之氧化及昇華經歷質量損失。昇華過程導致陰極之形狀及發射特性改變，且發射器材料之發射表面或塊體之部分可隨時間損失。任何昇華或蒸發氧化物可變為促成光學器件之不穩定性之一絕緣薄膜。 在低溫下操作一陰極可減小來自陰極之硼化物材料之質量損失率。低溫減少在Wehnelt電極(例如，LaB₆ )之背側上之材料沉積。然而，在高真空環境中低溫下之金屬(例如，La、Hf)或其他稀土硼化物陰極發射器之操作會使發射表面輕易受有機污染物之分壓毒侵。 因此，需要一改良式金屬硼化物電子發射器。

在一第一態樣中，提供一種裝置。該裝置包括含有一金屬硼化物材料之一發射器。該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端。 該金屬硼化物材料可包含選自由一鹼金屬、一鹼土金屬、一過渡金屬、一鑭系元素及一錒系元素組成之清單之一物種。該金屬硼化物材料可為一金屬六硼化物材料。該金屬硼化物材料可包含LaB₆ 。該金屬硼化物材料可具有一＜100＞晶體定向。 該發射器可具有小於1 mm² 之一發射面積。圓形尖端可具有700 nm或更小之一半徑、450 nm或更小之一半徑或100 nm或更小之一半徑。該發射器可具有小於1 µm² 之一發射面積。該至少部分圓形尖端可包含一平坦發射小面。 在一第二態樣中，提供一種方法。該方法包括提供含有一金屬硼化物材料之一發射器；施加一電場至該發射器；及從該發射器產生一電子束。該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端。 該產生可在低溫場發射模式、室溫場發射模式、暖溫場發射模式、熱場模式及/或光陰極模式中發生。該暖溫場發射模式在高於周圍溫度且低於1000 K的一溫度下操作。 該產生可在10^-9 托或更低之一操作壓力下或在10^-11 托或更低之一操作壓力下發生。 在一第三態樣中，提供一種方法。該方法包括從一單晶棒移除材料，以形成含有一金屬硼化物材料之一發射器。該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端。

相關申請案之交叉參考 此申請案主張2016年6月30日申請且被指派為美國申請案第62/356,738號之臨時專利申請案之優先權，該案之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。 儘管在特定實施例方面描述所主張之標的，但為一般技術者瞭解之其他實施例(包含並不提供本文提及之所有特徵及優點之實施例)亦係在本發明之範疇內。可在不脫離本發明之範疇的情況下，做出各種結構、邏輯、製程步驟及電子改變。因此，僅參考隨附發明申請專利範圍界定本發明之範疇。 本文揭示之實施例提供具有高亮度、良好穩定性及長壽命之一發射器。如本文揭示，發射器之發射面積從習知硼化物材料減小以改良亮度。硼化物發射面積通常為數十至數百µm² 。熱離子發射表面之亮度部分係由發射面積之大小指定。例如，典型發射器可具有20 µm或更大之直徑。如本文揭示之一發射器可替代地具有小於1 µm² 之一發射面積。發射面積之大小的減小可將亮度增加若干數量級。本文揭示之實施例可被改裝成現有系統，此降低再設計成本。 圖1係一電子發射系統100之一正視圖，其包含一發射器101及發射器安裝機構102。電子發射系統100經組態以發射電子至電子發射系統100周圍之環境或空間中。發射器101具有一第一區段103、一第二區段104，及一圓形尖端105。第一區段103可為圓柱形的。在不存在圓形尖端105的情況下，第二區段104可大體為截頭圓錐形的。第二區段104可經安置在一第一區段103之一遠端上。第二區段104可在第一區段103與圓形尖端105之間具有一逐漸減小之寬度或直徑。雖然第一區段103及第二區段104可大體為圓形的，但第一區段103及第二區段104二者皆可歸因於晶體結構而具有小面。經安置在第二區段104之一遠端上的圓形尖端105可大體為一截斷球形。圓形尖端105可至少部分或完全係圓形的。本文描述之該等形狀外之其他形狀係可能的。 第一區段103或第一區段103及第二區段104可被描述為發射器101之「軸件」。藉由發射器安裝機構102來固持發射器101之軸件。 發射器101、第一區段103、第二區段104或圓形尖端105之尺寸可變化。發射器101之軸件或發射器101自身可相對於長度及直徑二者處於奈米級或微米級。 發射器安裝機構102之組態可從在圖1中繪示之組態變化。在一實例中，一發射器安裝機構102使用位於一陶瓷絕緣體上之一鎢髮夾結構來支撐發射器尖端，其中該絕緣體具有用於髮夾結構腳部之電極。可加熱髮夾結構以提供閃蒸清洗或將發射器溫度提高至熱場發射(TFE)值(例如，約1,800 K)。一接地參考電力供應器可提供發射器之偏壓電壓，其可約為5 KV。 施加一電場至電子發射系統100或另施加電場於該系統中。可使用帶電板或使用其他技術來施加電場。 圓形尖端105經組態以發射自由電子至電子發射系統100周圍之一被抽空空間中。如在圖1之插圖中可見，圓形尖端105具有一半徑106。可從在圓形尖端105之一塊體中之圓形尖端105之一中心108至一外表面107量測半徑106。圓形尖端105可具有小於1 µm之一半徑106，其包含至1.0 nm之所有值且範圍在其等之間。例如，圓形尖端105可具有700 nm或更小、450 nm或更小或100 nm或更小之一半徑106。半徑大於0 µm。 發射器101可具有小於1 µm² 之一發射面積。此發射面積可為圓形尖端105之外表面107之部分。 圓形尖端105可為均勻圓形或不均勻圓形。圓形尖端105可包含一平坦發射小面109。例如，可存在呈一小＜100＞定向奈平面(nano-flat)之一平坦發射小面109。此平坦發射小面109可用於產生一經良好準直之電子束。在一實例中，平坦發射小面109可提供小於1 µm² 之一發射面積。 在其他實例中，圓形尖端105具有一大體半球形或拋物形。此等形狀可更寬闊地發散電子發射，此可導致通過電子器件中之一更小、更亮電子部分。 為提供所需圓形尖端105，可控制表面結晶性。 減小圓形尖端105的直徑或以其他方式改變圓形尖端105的半徑增加發射光束的亮度。一發射器之經降低亮度B_r 係定義為：方程式1 其中I係場發射電流，r_vs 係虛擬源之半徑，Ω係光束之立體角，且V_ext 係操作電壓。亮度改變之方程式中的兩個參數在尖端直徑減小時改變。首先，較小尖端具有在尖端處之電場之更大的增強，故發射一給定電流所需之電壓減小，且V_ext 之值減小，導致經減小B_r 之一更高值。第二，小尖端直徑具有更低之虛擬源大小r_vs ，導致經減小B_r 之一更高值。 使用具有小於1 µm或處於nm級之一半徑之一圓形尖端105增大亮度。亮度通常隨著半徑減小而增加，此係因為從一更小之表面積發射電子。具有小於100 nm之一半徑之一硼化物發射器將提供更高之亮度值。例如，對5 nm、10 nm、25 nm、50 nm及100 nm之半徑，發射器之發射表面積分別約為160 nm² 、630 nm² 、3,930 nm² 、15,710 nm² 及62,830 nm² 。 圓形尖端105之發射面積可小於1 mm² 。圓形尖端105之發射面積可對應於圓形尖端105之整個表面積或僅對應於圓形尖端105之部分表面積。例如，發射面積可對應於一平坦發射小面109。 發射器101可係由一金屬硼化物材料製成。例如，金屬硼化物材料可為一金屬六硼化物材料，諸如在圖2中之該材料。在圖2中，以大球體M表示金屬，且以小球體B表示硼。金屬硼化物材料中之金屬可包含選自由一鹼金屬、一鹼土金屬、一過渡金屬、一鑭系元素及一錒系元素組成之清單之一物種。發射器可包括本文揭示之金屬硼化物材料、由該材料組成，或基本上由該材料組成。 在一實例中，金屬硼化物材料為或包含LaB₆ 、CsB₆ 、CeB₆ 、CaB₆ ，或其他金屬六硼化物。金屬硼化物材料可包含鑭系元素族之其他稀土六硼化物。許多金屬硼化物材料在一發射器中類似地表現，此係因為其等各自功函數係類似的，各大體以一類似方式對應於表面污染物(例如，氧、水)，且各通常在相同之一般溫度附近操作為一熱離子發射器。然而，金屬硼化物具有不同揮發性。例如，CeB₆ 比LaB₆ 更耐蒸發。在一低溫下操作發射器101可降低蒸發效應。 金屬六硼化物結構包含圍繞金屬(諸如一過渡金屬或鑭系元素金屬)之硼叢集之一籠狀結構(如在圖2中展示)，其提供低功函數。籠狀結構之破裂可損害表面之電子密度。然而，除六硼化物外之其他金屬硼化物結構可提供一發射器中之可接受功函數。 金屬硼化物材料亦可為一超導MT₄ B₄ 材料，其中M為Sc、Y、Ln、Th或U，且其中T為Ru、Os、Co、Rh或Ir。例如，金屬硼化物材料可為CeCo₄ B₄ 。 一發射器之亮度與材料之功函數成反比。在方程式1中，定義一發射器材料之經減小亮度。場發射電流I與材料之功函數成反比。功函數之更低值產生更高之電流，且因此產生更高之亮度值。虛擬源大小r_vs 與提高至1/4之功函數成反比，故虛擬源大小隨著功函數減小而增大，但電流之增大主導，導致對低功函數之一淨更高亮度。 六硼化物通常具有約2 eV之頻帶隙能量。對高亮度場發射之一可接受功函數通常為5 eV或更低。六硼化物材料(諸如LaB₆ 或CeB₆ )具有低於3 eV之功函數。藉由六硼化物材料滿足之另一發射器材料電性質為介電容率。半導體之介電特性容許電場穿透該材料，造成能帶之費米(Fermi)釘紮。此費米釘紮或退化性使導電帶下降低於材料之費米能階，產生具有金屬特性(即，高電子密度)之一發射表面。 金屬硼化物材料中之雜質會影響功函數。可選擇金屬硼化物材料中之一雜質階來提供發射器中之一可接受功函數。 金屬硼化物化學式可包含共價及/或離子鍵結原子，諸如一鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、鑭系元素及錒系元素原子。在一例項中，晶體之塊體含有共價鍵且晶體之表面含有離子鍵。晶體中之其他鍵結組態係可能的。 在一例項中，金屬硼化物材料可包含不同金屬硼化物之一組合。 在圓形尖端105之金屬硼化物發射表面可由一單晶體材料製成用於改良亮度。亦可使用非晶或多晶金屬硼化物材料。在一例項中，金屬硼化物材料完全係晶體的。在另一例項中，金屬硼化物材料部分係晶體的。 發射器101中之金屬硼化物材料之晶體定向可為＜100＞，如在圖2中展示。＜100＞晶體定向具有LaB₆ 之最低功函數之一者。亦可使用具有小於約3.0 eV之功函數之替代性結晶定向。例如，＜310＞表面係熱穩定的且具有在2.50 eV之LaB₆ 之任何單晶平面之最低功函數。按增大功函數之順序之LaB₆ 之晶體定向為(210)、(100)、(110)、(111)及(211)。例如，(100)、(110)、(111)及(210)之LaB₆ 晶體定向分別產生2.3 eV、2.5 eV、3.3 eV及2.2 eV之功函數。具有增大之功函數之定向可難以生長，此係因為其等較不熱穩定且可在生長期間重新排序。非立方體面亦可更易受碳污染影響。 藉由施加一電場至電子發射系統100而產生電子。如在圖3中可見，在200提供含有一金屬硼化物材料之具有擁有1 µm或更小之一半徑之一圓形尖端之一發射器。在201施加一電場至發射器。在202從發射器產生一電子束。 可使用來自約0.5 kV至10 kV之一提取電壓，包含至0.1 kV之間的所有範圍及值。例如，提取電壓可為從約1 kV至10 kV或從約1.5 kV至10 kV。 一金屬硼化物材料之一電場可在從約1 V/nm至4 V/nm的範圍中，包含至0.1 V/nm之間的所有範圍及值。可使用從1 V/nm至4 V/nm的一電場範圍，特定言之，其中金屬硼化物材料具有高達3 eV之功函數，雖然其他電場值係可能的。 在一實例中，一LaB₆ 發射器可使用在從約1.5 kV至10 kV的範圍中之提取電壓及在從約1 V/nm至3 V/nm的範圍中之電場。在一例項中，電場在從約1.4 V/nm至2.5 V/nm的範圍中。 可控制發射器之穩定性。圓形尖端105小於典型系統，但圓形尖端105之一更小面積或半徑意味著更小顆粒或誤差會造成不穩定性。因此，可在超清潔高真空或更佳(例如，具有小於E^-9 托之總分壓之一發射腔室環境)中操作電子發射系統100來提供高亮度及長壽命之一組合。具有更高壓力之其他真空參數亦可搭配可接受穩定性、亮度及/或壽命使用。在圖4及圖5中標繪在不同操作溫度下經施加偏壓電壓及發射器尖端頂點電場而變化的具有圓形尖端之LaB₆ 發射器之亮度依據。模型化結果展示，10⁸ a/(sr·m² ·v)之經降低亮度可憑藉具有1 µm且更小之一半徑之發射器尖端達成。 一超清潔高真空環境中之操作提供金屬硼化物發射器(包含LaB₆ )之改良結果。LaB₆ 發射器中之多數質量損失與由不良真空造成之發射器環境中之反應氣體之高分壓相關。超清潔高真空操作將經由小直徑發射器結構之蒸發或昇華而降低質量損失，實現更穩定之操作及更長之發射器壽命。 本文揭示之金屬硼化物發射器可經組態以包含低溫場發射模式、室溫場發射模式、暖溫場發射模式、熱場模式或光陰極模式之不同模式中操作。亦可使用本文揭示之金屬硼化物發射器執行此等模式之組合。金屬硼化物發射器可針對一特定模式最佳化或用於各特定模式中之參數可調整至金屬硼化物發射器。例如，圓形尖端之尺寸可針對各模式變化。 對於低溫、冷、暖或肖特基(Schottky)發射，小於100 nm之一半徑可為所需的。在光陰極之情況中，硼化物材料可為一奈尖端發射器或可具有擁有處於埃級粗糙度之一平坦表面。藉由發射器吸收之光子可匹配材料之能量帶隙。 在任何場發射模式中，諸如使用具有高正電壓之一電極施加一電場至電子發射系統或施加電場於該系統中。高正電壓吸引電子，其使一些電子離開發射器之表面。當所施加之電場足夠高以降低圓形尖端-真空界面上之電位阻障時，電子將穿隧通過表面阻障且行進朝向一偏壓陽極(即，量子機械穿隧)。 低溫場發射模式之操作溫度可為從約0 K至小於300 K。在操作期間，系統之溫度小於或等於發射器之溫度。期望低溫場發射降低經發射之電子之能量分佈。可藉由使在發射器之費米-狄拉克(Fermi-Dirac)分佈變窄而降低能量展度(ΔE)。低溫場發射模式可包含溫度之週期性閃蒸以保持發射穩定。 使用具有小於1 µm或處於nm級之一半徑之一圓形尖端105搭配低溫場發射可增加亮度且在典型發射器溫度(諸如從約100^o C至200^o C之發射器溫度)下提供穩定性。 可搭配低溫溫度使用一MT₄ B₄ 金屬硼化物材料以提供超導性質。 室溫場發射一般在65^o F至100^o F (18^o C至38^o C)操作。室溫場發射操作模式可不需要硬體用於冷卻(不同於低溫場發射)且因此可具有一更低實施成本。 暖溫場發射模式在大於環境且低於1000 K之一溫度或在大於環境低於可在系統中偵測到熱離子發射之溫度之一溫度下操作。發射器溫度在系統之溫度與可在系統中偵測到熱離子發射之溫度之間。暖溫場發射模式可歸因於導電帶中之更高數目個電子(此減少塊體中之電子-電洞相互作用)及/或在發射器尖端之撞擊分子之更少停留時間而提供經減小之電流擾動。暖場發射獲益於降低非所需撞擊分子(例如，H₂ O、H₂ 、CO、CO₂ 、O₂ 、N₂ 或碳氫化合物)之結合能，因此降低其等在發射器表面上之停留時間。 熱場發射模式可使用一更低提取電壓來達成與例如室溫場發射模式相同之亮度。熱場發射模式中之發射器溫度可約為1,800 K。對於熱場發射模式，發射器之彎曲尖端之半徑可從0.5 µm至1 µm，然而其他半徑係可能的。熱場發射使更多能量電子可用於發射，但代價為因所附加至熱能譜而增大之能量展度。熱場發射模式之一個優勢在於被吸附物之停留時間可顯著縮減，且因此，束電流中之高頻率雜訊被減少。電子光學器件可經組態以降低能量展度。 在光陰極模式中，一特定頻率之光落在發射器上。發生光電發射以產生電子流。因此，一光子被吸收，一電子移動至發射器之表面，且電子逃逸至真空。此可結合另一場發射模式或獨立於另一場發射模式執行。 一些倍縮光罩及晶圓檢測應用在整個檢測時間期間要求具有最高可能之經降低亮度Br (相對於光束能量正規化之亮度)及最低可能之能量展度(ΔE)以及低於1%之穩定性之一電子源。一場發射器之高頻率電流擾動可來源於真空中之殘餘氣體分子之恆定吸附/脫附。均方根雜訊與發射表面積之一冪1.5成反比。隨著尖端半徑變愈小，在相同真空條件下之愈高雜訊會發生。愈低真空可降低雜訊。在發射期間將圓形尖端加熱至一溫度(例如，從約380 K至1,000 K)以移除揮發性物種，且防止揮發性物種剩餘在表面上(降低分子停留時間)且維持一清潔發射表面亦可提供穩定發射。加熱發射器亦減小穿隧距離且增大電子能量，使之易於場發射。然而，加熱發射器可使能量變寬或可造成一更大之能量展度。 一經組合光陰極及場發射模式可使下列程序能夠發生。一光子被吸引，電子填充一導電帶，且電子移動至表面。施加熱至發射器且電子憑藉一經施加電場逃逸至真空。光子能量通常應足夠高以激發電子至導電帶但小於電離能量。當最佳化雷射遞送時可需要考慮雷射穿透深度。 針對任何發射模式，金屬硼化物材料之蒸發速率可避免在典型肖特基發射溫度下用作為小尖端半徑場電子發射器(例如，在高於1500 K之操作)。針對最佳壽命及穩定性，可使用熱力學程序之間的一物理平衡或藉由所施加提取場之銳化。 用於針對低溫場發射型發射器、室溫場發射型發射器、暖溫場發射型發射器或光陰極模式操作硼化物場發射型發射器之最佳總壓力為10^-9 托或更低。此操作壓力加總真空相關分子(例如，H₂ O、H₂ 、CO、CO₂ 、O₂ 、N₂ 或碳氫化合物)之所有分壓。針對H₂ ，分壓限制可為10^-12 托，而對於任何其他分子，分壓可低於10^-10 托。 操作壓力可隨操作模式變化。例如，操作壓力可隨發射機構及表面活化能量變化。熱場發射模式可在10^-9 托或以下操作。低溫場發射模式可在10^-10 托或以下操作。低溫場發射模式亦可在10^-11 托或以下操作。 在熱場發射，所附加熱能可更輕易脫附污染，故可存在對壓力之一經減小敏感性。若被吸附物之結合能為高，則一低壓用於降低被吸附物之撞擊速率。 在光陰極中，從照明源附加之能量可提供脫附任何表面污染物之能力，但此可取決於所使用之材料之表面活化能量。 操作壓力或其他真空參數影響發射器之污染或侵蝕。圍繞發射器之環境之高顆粒計數(諸如由水分造成之顆粒或其他顆粒)可導致質量損失加速。功函數發射區域可消失且發射可下降至接近零，此係因為僅高功函數表面暴露於提取場。發射材料之任何點蝕可經結晶破裂，此影響功函數。 例如，當一碳薄層形成在電子流發射表面上時，會發生發射表面之碳污染物(尤其在較低操作溫度下)。碳污染物可起因於與有機物(例如，油或潤滑劑)、來自拋光劑或清潔劑之殘餘物、來自棉花棒或清潔布之殘餘纖維或其他源相關之揮發性真空系統。碳薄膜毒侵具有一高功函數層之發射表面，此導致發射電流減小。 在另一實例中，來自發射器之材料之氧化、昇華或蒸發可歸因於水分而發生。因此，耐火或介電材料可形成在其他表面(包含內部表面、孔隙及陽極表面)上。 在又一實例中，硼化物材料之氧化可毒侵硼化物材料。硼酸鹽的形成可發生在發射器上或中。 為避免碳污染物、水分損害或氧化，控制圍繞電子發射系統之真空環境。環境之操作壓力可取決於操作模式。 在使用之前，可藉由將超清潔超高真空環境加熱至1600 K達約30分鐘而調節硼化物發射器以便從發射器表面移除任何氧化層。 浮區技術可用於製備金屬硼化物材料。金屬硼化物材料可經塑形或使其大小減小。可使用各種方法製造金屬硼化物發射器。可藉由研磨或拋光一單晶棒以形成一銳化尖端而製造金屬硼化物發射器。可藉由電化學蝕刻一單晶棒以形成一銳化尖端而製造金屬硼化物發射器。可藉由將一單晶棒暴露於一反應環境中以選擇性地移除材料以形成一銳化尖端而製造金屬硼化物發射器。可藉由將一單晶棒暴露於一反應環境中以使用棒上之圖案化側壁塗層選擇性地移除材料以促進形成一銳化尖端而製造金屬硼化物發射器。可藉由生長單晶奈米顆粒或奈米線以用作為電子發射器而製造金屬硼化物發射器。可藉由將單晶奈米顆粒或奈米線附接至一安裝結構以用作為電子發射器而製造金屬硼化物發射器。可藉由電子束引發式沉積硼化物材料以形成一小針而製造金屬硼化物發射器。可藉由氧氣之高壓中之熱輔助式昇華而製造金屬硼化物發射器。可藉由離子轟擊製造金屬硼化物發射器。亦可執行此等各種製造技術之組合。 在一例項中，沉積用於製造金屬硼化物發射器。金屬硼化物(諸如LaB₆ )可在特定條件下形成纖細、長縱橫比之針。在一實例中，少量污染材料(諸如過渡金屬)經沉積至一更大種晶表面上。加熱種晶及金屬污染物使材料表面移動。金屬污染物催化硼化物材料生長成附接至大種晶之一經定向單晶。種晶可充當一固持器。 在另一實例中，可執行從一氣體環境產生小針。支撐結構可為碳奈米管，其等包含過渡金屬。使用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)或其他程序來產生此等結構。 本發明之實施例可用於倍縮光罩及晶圓檢測及計量系統中。系統可經組態以提供所需真空環境規格。此等系統之實例包含：使用單一或多個電子源之電子束晶圓或倍縮光罩檢測系統；使用單一或多個電子源之電子束晶圓或倍縮光罩檢視系統；使用單一或多個電子源之電子束晶圓或倍縮光罩計量系統；或對於使用單一或多個電子束產生x射線需要至少一個電子源以用於晶圓或倍縮光罩計量、檢視或檢測之系統。來自發射器之電子流可經指向一樣本，諸如一半導體晶圓或其他工件。電子流可行進通過提取電極及聚焦電極，以形成具有一所需束能量及束電流之一電子束。一或多個透鏡可用於在樣本上產生一小電子束點。偏轉儀可用於掃描電子束。樣本可經放置於一載台上，其能夠相對於電子束掃描。當電子束撞擊在樣本上時，二次電子及回散射電子可從樣本發射，該等電子可經收集且加速朝向一偵測器。 儘管已相對於一或多個特定實施例描述本發明，但將理解，可在不脫離本發明之範疇的情況下做出本發明之其他實施例。因此，本發明視為僅受隨附發明申請專利範圍及其合理解釋限制。

100‧‧‧電子發射系統
101‧‧‧發射器
102‧‧‧發射器安裝機構
103‧‧‧第一區段
104‧‧‧第二區段
105‧‧‧圓形尖端
106‧‧‧半徑
107‧‧‧外表面
108‧‧‧中心
109‧‧‧平坦發射小面
200‧‧‧步驟
201‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟

為更完全理解對本發明之性質及目的，應參考結合附圖進行之以下實施方式，其中： 圖1係根據本發明之一電子發射系統之一實施例之一正視圖； 圖2係一金屬六硼化物之一分子結構； 圖3係根據本發明之一方法之一流程圖； 圖4係比較LaB₆ 之經降低亮度與提取器電壓之一圖表；及 圖5係比較LaB₆ 之經降低亮度與尖端頂點電場之一圖表。

100‧‧‧電子發射系統

101‧‧‧發射器

102‧‧‧發射器安裝機構

103‧‧‧第一區段

104‧‧‧第二區段

105‧‧‧圓形尖端

106‧‧‧半徑

107‧‧‧外表面

108‧‧‧中心

109‧‧‧平坦發射小面

Claims (20)

1. 一種裝置，其包括： 一發射器，其含有一金屬硼化物材料，其中該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端。
2. 如請求項1之裝置，其中該金屬硼化物材料包含選自由一鹼金屬、一鹼土金屬、一過渡金屬、一鑭系元素，及一錒系元素組成之清單之一物種。
3. 如請求項1之裝置，其中該金屬硼化物材料係一金屬六硼化物材料。
4. 如請求項1之裝置，其中該金屬硼化物材料包含LaB₆ 。
5. 如請求項1之裝置，其中該發射器可具有小於1 mm² 之一發射面積。
6. 如請求項1之裝置，其中該金屬硼化物材料具有一＜100＞晶體定向。
7. 如請求項1之裝置，其中該半徑為700 nm或更小。
8. 如請求項1之裝置，其中該半徑為450 nm或更小。
9. 如請求項1之裝置，其中該半徑為100 nm或更小。
10. 如請求項1之裝置，其中該至少部分圓形尖端包含一平坦發射小面。
11. 如請求項1之裝置，其中該發射器具有小於1 µm² 之一發射面積。
12. 一種方法，其包括： 提供含有一金屬硼化物材料之一發射器，其中該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端； 施加一電場至該發射器；及 從該發射器產生一電子束。
13. 如請求項12之方法，其中該產生發生在低溫場發射模式中。
14. 如請求項12之方法，其中該產生發生在室溫場發射模式中。
15. 如請求項12之方法，其中該產生發生在暖溫場發射模式中，其中該暖溫場發射模式在高於環境且低於1000 K之一溫度下操作。
16. 如請求項12之方法，其中該產生發生在熱場模式中。
17. 如請求項12之方法，其中該產生發生在光陰極模式中。
18. 如請求項12之方法，其中該產生發生在10^-9 托或更小之一操作壓力下。
19. 如請求項12之方法，其中該產生發生在10^-11 托或更小之一操作壓力下。
20. 一種方法，其包括： 從一單晶棒移除材料以形成含有一金屬硼化物材料之一發射器，其中該發射器具有擁有1 µm或更小之一半徑之一至少部分圓形尖端。