JP5283053B2 - Field emission electron source - Google Patents
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Description
本発明は、電界放射型の陰極から電界放射により電子放出する電界放射型電子源に関するものである。 The present invention relates to a field emission electron source that emits electrons from a field emission cathode by field emission.
電子線は医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用される。例えば半導体デバイスの微細なパターンの検査や計測など、パターン評価の目的に用いられる他、材料の評価から細胞の形態観察に至るまで、さまざまな用途に用いられている(特許文献1,2)。また電子線は金属や蛍光物質等のX線ターゲットに衝突することによって、X線が発生する(特許文献2,3)。 Electron beams are used in many fields such as medical, industrial, and analytical purposes. For example, in addition to being used for pattern evaluation purposes such as inspection and measurement of fine patterns of semiconductor devices, it is used for various applications from material evaluation to cell morphology observation (Patent Documents 1 and 2). Further, X-rays are generated when an electron beam collides with an X-ray target such as a metal or a fluorescent material (Patent Documents 2 and 3).
ところで上記電子線を発生する電子源のうち電界放射型電子源は多数提案されて特許文献番号を挙げることを略するが、いずれも、電界放射型の陰極と陽極とを対向配置させ、この陰極から電子線を陽極に向けて放出させるものが殆どであった。
本発明では、従来とは異なる方式で医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用可能な新規な構造の電界放射型電子源を提供するものである。 The present invention provides a field emission electron source having a novel structure that can be used in various fields such as medical use, industrial use, analysis use, and the like in a manner different from the conventional one.
本発明による電界放射型電子源は、高電位が印加される陽極と、この陽極周囲に環状に配置され該陽極への高電位印加で電界放射する環状陰極と、を備えることを特徴とするものである。 A field emission electron source according to the present invention includes an anode to which a high potential is applied, and an annular cathode that is arranged in a ring around the anode and emits an electric field by applying a high potential to the anode. It is.
この陽極は軸状であることが好ましい。 This anode is preferably axial.
この環状陰極は1つでも複数でもよい。 One or more annular cathodes may be provided.
本発明では、陽極への高電位印加で環状陰極から陽極周囲に円形ないしは環状パターンで電界電子放出することができ、医療用、工業用、分析用、等数多くの分野で利用することが期待できる。この陽極の形状は球状、楕円状、棒状、平面状、線状、等に限定しない。 In the present invention, field electrons can be emitted in a circular or annular pattern from the annular cathode to the periphery of the anode by applying a high potential to the anode, and can be expected to be used in many fields such as medical, industrial, and analytical purposes. . The shape of the anode is not limited to a spherical shape, an elliptical shape, a rod shape, a planar shape, a linear shape, or the like.
また、陽極を棒状や線状や細長い基板状、円柱状、角柱状、針状等の各種軸状とし、その周囲に環状、好ましくは円環状陰極を配置することにより、例えば環状陰極の径方向内側の貫通孔を軸状陽極上に接触させながら金属製の電子照射対象物を通過させていけば、環状陰極通過前では電子照射対象物に前面斜め方向にその全周囲から電子を照射させ、環状陰極直下では電子照射対象物の真上からその全周囲に電子を照射させ、環状陰極通過後では電子照射対象物に後面斜め方向にその全周囲に電子を照射させることができる。これにより、電子照射対象物に一方向に限定した電子照射ではなく三次元的な電子照射が可能となる。この電子照射対象物を軸状陽極に沿う長い物とした場合、移動させずに、その全周囲三次元的な電子照射が可能となる。 Further, the anode is formed in various shaft shapes such as a rod shape, a linear shape, an elongated substrate shape, a columnar shape, a prismatic shape, a needle shape, etc., and an annular, preferably an annular cathode is disposed around the anode, for example, the radial direction of the annular cathode If the metal electron irradiation object is allowed to pass while the inner through-hole is in contact with the axial anode, the electron irradiation object is irradiated with electrons from the entire periphery in an oblique front direction before passing through the annular cathode, Directly below the annular cathode, electrons can be irradiated to the entire periphery from directly above the object to be irradiated with electrons, and after passing through the annular cathode, the entire periphery can be irradiated to the entire periphery of the electron irradiation object. Thereby, it is possible to perform three-dimensional electron irradiation instead of electron irradiation limited to one direction on the electron irradiation object. When this electron irradiation object is a long object along the axial anode, it is possible to irradiate the entire periphery three-dimensionally without moving it.
また、環状陰極と陽極との間に電子を透過させることができる物体を配置することにより、当該物体に電子を照射することができる。例えば電子照射で硬化する樹脂等を筒状に成形し、この筒状樹脂を環状陰極と陽極との間に配置して当該筒状樹脂を硬化処理することができる。 In addition, by arranging an object that can transmit electrons between the annular cathode and the anode, the object can be irradiated with electrons. For example, a resin or the like that is cured by electron irradiation can be formed into a cylindrical shape, and the cylindrical resin can be disposed between the annular cathode and the anode to be cured.
なお、環状陰極と陽極との間に電子加速手段を配置してもよい。 An electron acceleration means may be disposed between the annular cathode and the anode.
また、環状陰極から陽極までの距離に応じて電子加速してもよい。 Moreover, you may accelerate an electron according to the distance from an annular cathode to an anode.
なお、環状陰極は中実でも中空でもよい。 The annular cathode may be solid or hollow.
本発明では、環状陰極周囲に好ましくは環状板形状ないし筒形状に環状陰極からの電子を遮蔽する電子遮蔽部材を配置可能としてもよい。こうした場合、環状陰極からの電子を軸状陽極上の任意の位置に放射させることができて好ましい。 In the present invention, an electron shielding member that shields electrons from the annular cathode may be arranged around the annular cathode, preferably in an annular plate shape or a cylindrical shape. In such a case, electrons from the annular cathode can be emitted to any position on the axial anode, which is preferable.
本発明では、上記電子遮蔽部材を、環状陰極の少なくとも前後2箇所に配置してもよい。こうした場合、より適確に電子遮蔽部材により軸状陽極上の任意の位置に電子放出することができて好ましい。 In the present invention, the electron shielding member may be disposed at least at two positions on the front and rear sides of the annular cathode. In such a case, it is preferable that electrons can be emitted to an arbitrary position on the axial anode by the electron shielding member more accurately.
本発明では、上記2箇所の電子遮蔽部材を、環状陰極の外周囲側で環状に連設してもよい。こうした場合、電子遮蔽部材の配置を簡易に行うことができて好ましい。 In the present invention, the two electron shielding members may be provided in an annular shape on the outer peripheral side of the annular cathode. In such a case, it is preferable because the electron shielding member can be easily arranged.
本発明では、上記電子遮蔽部材を、環状陰極からの遠近移動および/または内径拡縮調整可能としてもよい。こうした場合、適確に電子遮蔽部材により軸状陽極上への電子放出範囲を制御することができて好ましい。 In the present invention, the electron shielding member may be capable of adjusting the distance from the annular cathode and / or adjusting the inner diameter. In such a case, it is preferable that the electron emission range onto the axial anode can be accurately controlled by the electron shielding member.
本発明では、上記環状陰極を軸状陽極上に互いに距離を隔てて複数配置し、それぞれからの電子の遮蔽を電子遮蔽部材で適宜に遮蔽調整することにより、任意に電子を照射することができるようにしてもよい。 In the present invention, electrons can be arbitrarily irradiated by arranging a plurality of the above-described annular cathodes on the shaft-like anode at a distance from each other, and appropriately adjusting the shielding of electrons from each with the electron shielding member. You may do it.
本発明によれば、医療用、工業用、分析用等における新規な構造の電界放射型電子源を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a field emission electron source having a novel structure for medical use, industrial use, analysis use and the like.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界放射型電子源を説明する。図1は、実施形態の電界放射型電子源の斜視図、図2は図1の電界放射型電子源の側面図、図3は図2のA−A線に沿う断面図である。図1は電界放射型電子源に対する電源の接続状態を示しており、図2、図3は電界放射により電子放出が行われている状態を示している。 Hereinafter, a field emission electron source according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a perspective view of the field emission electron source of the embodiment, FIG. 2 is a side view of the field emission electron source of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 1 shows a connection state of a power supply to a field emission electron source, and FIGS. 2 and 3 show a state where electrons are emitted by field emission.
これらの図を参照して、実施の形態の電界放射型電子源10は、一定外径を有して軸方向直線状に延びる軸状陽極12と、この軸状陽極12周囲に環状、好ましくは軸状陽極12を円中心として円環状に配置される電界放射型の環状陰極14と、を備える。環状陰極14は軸状陽極12の軸方向中央箇所に配置されている。環状陰極14はその表面に炭素膜16を備える。この炭素膜16はカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノファイバー、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスダイヤモンド、結晶性ダイヤモンド、グラファィト、フラーレン、針状炭素膜等、微細なnmオーダーの突起を有するものであり、軸状陽極12との間の高電界の印加により電界放射することができるものである。軸状陽極12には直流電源18から高電位が印加される。環状陰極14には直流電源20から負電位が印加される。環状陰極14には接地電位を印加してもよい。
Referring to these drawings, a field
電界放射型電子源10は軸状陽極12に直流電源18から高電位が印加されると、電界放射により環状陰極14から軸状陽極12に電子が放出される。この電子放出のパターンは、図2では、環状陰極14から軸状陽極12の軸方向中央から軸方向両端に至っており、図3では、環状陰極14から半径方向内側に向け軸状陽極12周りに至っている。
In the field
上記電界放射型電子源10では、環状陰極14の内側に医療用、工業用、分析用等の電子照射対象を配置すれば、その電子照射対象全体に一度に環状陰極14から電子を照射することができる。また、軸状陽極12をX線ターゲットとすればその表面全体からX線を発生させることができる。
In the field
図4および図5を参照して本発明の他の実施の形態に係る電界放射型電子源を説明する。この実施の形態では、軸状陽極12周囲に円環状板状をなして配置されて環状陰極14からの電子を遮蔽する電子遮蔽部材24を備える。この電子遮蔽部材24は、環状陰極14を軸方向前後に挟んで軸状陽極12周囲2箇所に配置されている。電子遮蔽部材24は環状陰極14と同電位または略同電位が印加される。
A field emission electron source according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an
一対の電子遮蔽部材24の軸方向距離D、内径Rとすると、環状陰極14からの電子のうち実線26で示す軌道の場合、電子は電子遮蔽部材24で遮蔽されず軸状陽極12に放出され、破線28で示す軌道の場合、電子は遮蔽電極24で遮蔽されて軸状陽極12に放出されない。電子遮蔽部材24の軸方向遠近距離D、内径Rの拡縮調整により、軸状陽極12上の電子照射領域Sを制御することができる。
Assuming that the pair of
なお、電子遮蔽部材24の形状は図4、図5では環状板であるが、電子遮蔽部材24の形状は環状板形状に限定されず、例えば図6で示す電子遮蔽部材24aのような円筒形でもよい。また、図4ないし図6で示す電子遮蔽部材24は一対であり、互いに独立して軸状陽極12上を軸方向に移動することができるが、図7で示すように一対の電子遮蔽部材24は環状陰極14の半径方向外側で連結部材30で連結して両電子遮蔽部材24を軸状陽極12上を同期して軸方向に移動するようにしてもよい。
The shape of the
図8を参照してさらに他の実施の形態を説明すると、この電界放射型電子源は、軸状陽極12の端部12aを円錐形状となし、この端部12a周りに環状陰極14を配置し、この環状陰極14を半径方向外側から囲むように電子遮蔽部材24を配置したものである。この電界放射型電子源では、環状陰極14から放射された電子線26は電子遮蔽部材24に遮蔽されずに軸状陽極12の端部12aを照射し、電子線28は電子遮蔽部材24で遮蔽されてしまう。そして、軸状陽極12の端部12aを照射した電子線26により該円錐形状の端部12aからX線を発生させることができる。
Referring to FIG. 8, another embodiment will be described. In this field emission electron source, the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various changes or modifications within the scope described in the claims.
10 電界放射型電子源
12 軸状陽極
14 環状陰極
16 炭素膜
24 電子遮蔽部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記陽極は中実な軸状をなし、また前記環状陰極は軸状陽極を円中心として円環状に配置されるとともに前記軸状電極の軸方向中央箇所に配置されることを特徴とする電界放射型電子源。 A field emission electron source comprising: an anode to which a high potential is applied; and an annular cathode that is annularly arranged around the anode and emits an electric field by applying a high potential to the anode,
The anode has a solid axial shape, and the annular cathode is arranged in an annular shape with the axial anode as a circle center, and is arranged at a central position in the axial direction of the axial electrode. Type electron source.
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