JPS5931173B2 - Field emission type electron generator - Google Patents
Field emission type electron generatorInfo
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- JPS5931173B2 JPS5931173B2 JP50042294A JP4229475A JPS5931173B2 JP S5931173 B2 JPS5931173 B2 JP S5931173B2 JP 50042294 A JP50042294 A JP 50042294A JP 4229475 A JP4229475 A JP 4229475A JP S5931173 B2 JPS5931173 B2 JP S5931173B2
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- gas
- field emission
- gas adsorbent
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- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電界放出形電子発生装置、特に走査形電子顕微
鏡に好適な電界放出形電子発生装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a field emission type electron generator, and particularly to a field emission type electron generator suitable for a scanning electron microscope.
電界放出形電子発生装置は、周知のように、陰極の尖っ
た先端(チップ)に高電界を集中させ、その電界によっ
てチップから電子を放出させようとするもので、これは
高輝度で且つ極めて小さいスポットサイズの電子ビーム
を得ることができることから、走査形電子顕微鏡におい
ては従来の熱電子放出形電子発生装置に代って用いられ
るようになってきている。As is well known, field emission type electron generators concentrate a high electric field on the sharp tip (tip) of a cathode, and use that electric field to emit electrons from the tip. Since it is possible to obtain an electron beam with a small spot size, it has come to be used in scanning electron microscopes in place of conventional thermionic emission type electron generators.
走査形電子顕微鏡においては、放出される電子流は高度
に安定化されていなければならない。In a scanning electron microscope, the emitted electron stream must be highly stabilized.
電界放出形電子発生装置にあっては、電界放出電子流ス
なわちエミッションはチップ付近の真空度に大きく依存
することから、走査形電子顕微鏡において電界放出形電
子発生装置が用いられる場合は。In a field emission type electron generator, the field emission electron flow, that is, the emission, largely depends on the degree of vacuum near the chip, so when the field emission type electron generator is used in a scanning electron microscope.
その電子発生装置全体をlo−9〜l□ t。The entire electron generating device is lo-9~l□t.
Tor r程度の超高真空にするための努力がなされて
いる。Efforts are being made to create an ultra-high vacuum on the order of Torr.
一般にエミッションは作動開始時から除々に減少しであ
る時点で安定化し、そしてその安定化時間経過後はしだ
いに増大するというパターンにしたがうのが一般的であ
るが、通常は上記のように電子発生装置全体の超高真空
化に多大の努力がなされているにもかかわらずエミッシ
ョンの安定時間は極めて短かい。In general, emissions follow a pattern in which emissions gradually decrease from the start of operation, stabilize at a certain point, and then gradually increase after the stabilization time has elapsed. Despite great efforts to create an ultra-high vacuum for the entire device, the stabilization time for emissions is extremely short.
周知のように、電界放出形電子発生装置においては、陰
極のチップから電子を放出させるようにそのチップに高
電界を集中させるために必要な引出電極と呼ばれる、チ
ップから放出される電子が通るための微小開口を有する
陽極が備えられる。As is well known, in a field emission type electron generator, there is an extraction electrode called an extraction electrode that is necessary to concentrate a high electric field on the tip of the cathode so that the electrons are emitted from the tip. An anode having a minute aperture is provided.
したがって、チップから放出された電界放出電子の一部
はその微小開口を通過することになるが、残りの電子は
陽極を直撃し、それによって陽極からそれに吸着ないし
付着されているガスが放出される。Therefore, some of the field emission electrons emitted from the chip will pass through the micro-aperture, while the remaining electrons will directly hit the anode, thereby releasing the gas adsorbed or attached to it from the anode. .
実はこの放出ガスが上記エミッションの安定時間を短か
くしている原因となっていると言われており、又その根
拠はその放出されたガスがチップからの電子の衝撃によ
ってイオン化され、それによって陽イオンがそれよシも
負電位にあるチップ側に引き寄せられるためにそのチッ
プ付近の電界がより強(なり、それによってエミッショ
ンが増大するという点に求められている。In fact, it is said that this emitted gas is the cause of shortening the stabilization time of the above-mentioned emissions, and the basis for this is that the emitted gas is ionized by the impact of electrons from the chip, resulting in positive ions. This is required because the electric field near the chip becomes stronger because it is attracted to the chip that is at a negative potential, which increases emissions.
このため、従来は陽極をその使用に先立って電子衝撃等
により脱ガス処理したつあるいは陽極自体をチップから
放出される電子の衝撃によシガス放出しに(い材料で形
成したシすることが試みられている。For this reason, conventional attempts have been made to degas the anode by electron bombardment or the like before use, or to make the anode itself from a material that releases gas by the bombardment of electrons emitted from the chip. It is being
しかし、陽極から放出されるガス分子がチップに付着な
いし吸着され、その結果としてその部分に電界か集中す
ることもエミッションの不安定化をもたらす原因の一つ
、′シて考えられる可能性がある。However, it is possible that gas molecules emitted from the anode are attached to or adsorbed on the chip, and as a result, the electric field is concentrated in that area, which is one of the causes of unstable emissions. .
この原因に除(ためには、陰極近傍にコールドトラップ
を配置し、陽極から発生したチップ側に向うガスをトラ
ップすることが考えられる。To eliminate this cause, it is possible to place a cold trap near the cathode to trap the gas generated from the anode and directed toward the chip.
これによれば、ガストラップ効果それ自体は極めて太き
いが、冷媒の沸とうに伴なう振動の影響で走査形電子顕
倣鏡像に歪ないしゆがみが生ずるという大きな問題があ
り、父上記したように陽極を脱ガス処理したシあるいは
陽極目体を電子衝撃によりガス放出しに(い材料で形成
したシする方法は陽極から放出されるガス分子がチップ
に付着ないし吸着されるのを防止するには、なお不充分
であることがわかった。According to this, although the gas trap effect itself is extremely strong, there is a major problem in that the scanning electron microscope mirror image is distorted or distorted due to the influence of vibrations caused by the boiling of the refrigerant. In order to prevent the gas molecules emitted from the anode from adhering to or adsorbing on the chip, the anode is degassed or the anode body is made of a material that releases gas by electron bombardment. However, it was found that this was still insufficient.
又、電界放出形電子発生装置、全体を高排気能力のポン
プで排気したシ、あるいはそれと装置壁内面をガス吸着
物質でカバーする手段とを併用したりすることもできる
が、これらは装置全体の真空度を平均的に向上させるの
には役立っても、装置全体が大形化する割には陽極から
放出されたガス分子がチップに付着ないし吸着するのを
効果的に防止するのにはなお不充分であることがわかっ
た。It is also possible to use a field emission electron generator, evacuating the entire device with a pump with high pumping capacity, or using it in combination with a means of covering the inner surface of the device wall with a gas adsorbing material, but these methods will reduce the overall energy consumption of the device. Although it is useful for improving the average degree of vacuum, it is still difficult to effectively prevent gas molecules emitted from the anode from adhering to or adsorbing on the chip, although the overall size of the device increases. It turned out to be insufficient.
したがって、本発明の目的は上記したような振動の問題
を生ずることなしにエミッションを上記した種々の例よ
シも長時間に亘って安定化させるのに有効な電界放出形
電子発生装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a field emission type electron generator that is effective in stabilizing emissions over a long period of time in the various examples described above without causing the vibration problems described above. There is a particular thing.
本発明は陽極から放出されるガス分子がチップに付着な
いし吸着され、その結果としてその部分に電界が集中し
、それによってエミッションが不安定となる可能性があ
るという考え方に着目したもので、従来と同様に陽極を
脱ガス処理する手段を備えている他に、陽極から放出さ
れた、チップ付近に存在するガスを吸着するための冷媒
を用いないガス吸着体を備えている点にその特徴を有す
る。The present invention focuses on the concept that gas molecules emitted from the anode are attached to or adsorbed on the chip, and as a result, the electric field is concentrated in that area, which may cause the emission to become unstable. In addition to being equipped with a means to degas the anode in the same way as the anode, it is also equipped with a gas adsorbent that does not use a refrigerant to adsorb the gas emitted from the anode and existing near the chip. have
本発明によれば、陽極を脱ガス処理することによって陽
極からはほとんどガスが放出されなくなるだけではなく
、それでもなお電子衝撃によって陽極から放出されて陰
極付近に存在するようになるガスの大部分はガス吸着体
によシ吸着される。According to the present invention, by degassing the anode, not only almost no gas is released from the anode, but even so, most of the gas that is emitted from the anode by electron bombardment and becomes present near the cathode is It is adsorbed by a gas adsorbent.
これによって陰極のチップ付近は良い真空度に維持され
、陽極からのガスはチップに殆んど付着しな(なる。As a result, a good degree of vacuum is maintained near the cathode tip, and almost no gas from the anode adheres to the tip.
したがって、前述した種々の例よシもエミッションが長
時間に亘って安定に保たれることになる。Therefore, in the various examples described above, the emissions are kept stable for a long time.
実験の結果によれば、後述する−ように、前述した種々
の例よシもエミッションの安定時間が約2倍以上長くな
ることがわかった。According to the results of experiments, as will be described later, it was found that the stabilization time of emissions was approximately twice as long as in the various examples described above.
ガス吸着体としては、T、t Zr+ Tbt Ba等
のような活性物質を用いることができ、これらは冷媒を
用いることなしにガスを吸着する働らきをもっているの
で、前述したような振動の問題は全く起らない。As the gas adsorbent, active substances such as T, tZr+TbtBa, etc. can be used, and since these have the function of adsorbing gas without using a refrigerant, the vibration problem mentioned above can be avoided. It doesn't happen at all.
本発明によればまた、ガス吸着体を活性化するだめの、
このガス吸着体に埋め込まれた加熱体が備えられ、この
加熱体はガス吸着体を活性化すべ(加熱すると共に、陽
極に脱ガスすべく加熱するように配置されている。According to the invention, for activating the gas adsorbent,
A heating element embedded in the gas adsorbent is provided and is arranged to heat the gas adsorbent to activate it and to degas it to the anode.
したがって、構成が簡単で、且Q経済的である。Therefore, the configuration is simple and Q-economical.
第1図は本発明にもとづく一実施例を示す電界放出形電
子発生装置の一実施例を示すものである。FIG. 1 shows an embodiment of a field emission type electron generator according to an embodiment of the present invention.
同図において、排気口1を有する装置壁2の上端は7ラ
ンジ3として形成され、該フランジには真空シール4を
介して7ランジ5がねじ6によって取外し可能に取付け
られている。In this figure, the upper end of a device wall 2 having an exhaust port 1 is formed as a seven flange 3, to which a seven flange 5 is removably attached with screws 6 via a vacuum seal 4.
フランジ5の中央部には絶縁体7が耐真空的に設けられ
ている。An insulator 7 is provided at the center of the flange 5 for vacuum resistance.
装置壁2の内部空間8は真空室として形成され、絶縁体
7を通して真空室8の外部からその内部にリード棒9a
、9bおよび10a、10bが耐真空的に延びている。The internal space 8 of the device wall 2 is formed as a vacuum chamber, and a lead rod 9a is inserted from the outside of the vacuum chamber 8 into the inside through the insulator 7.
, 9b and 10a, 10b extend in a vacuum-proof manner.
リード棒9a、9bの先端には絶縁体11に固定された
陰極支持棒12a。A cathode support rod 12a is fixed to an insulator 11 at the tips of the lead rods 9a and 9b.
12bがねじ等によシ支持され、該陰極支持棒12a、
12bの先端には陰極13が点容接により支持されてい
る。12b is supported by screws or the like, and the cathode support rod 12a,
A cathode 13 is supported at the tip of 12b by point contact.
陰極13はヘアピン形の陰極基体13aおよびそれに点
容接されているチップ13bから成っている。The cathode 13 consists of a hairpin-shaped cathode base 13a and a tip 13b in point contact therewith.
陰極130対向位置には微小な電子通過孔を有する陽極
14が配置され、該陽極に装置壁2に取付けられている
。An anode 14 having a minute electron passage hole is placed opposite the cathode 130, and is attached to the device wall 2.
リード棒10a、10bには加熱体リード棒15a、1
5bがねじ等によシ支持され、該リード棒15a。Heating body lead rods 15a, 1 are attached to the lead rods 10a, 10b.
5b is supported by a screw or the like, and the lead rod 15a.
15bには加熱体(ヒーター)16が接続されている。A heating element (heater) 16 is connected to 15b.
加熱体16はチップ13bと陽極14の電子通過孔とを
結ぶ軸(電子線軸)の周シにコイルばねのような形で形
成され、且つ絶縁体17を介してガス吸着体18に埋め
込まれている。The heating body 16 is formed in the shape of a coil spring around the axis (electron beam axis) connecting the chip 13b and the electron passage hole of the anode 14, and is embedded in the gas adsorbent 18 via an insulator 17. There is.
すなわち、加熱体16およびガス吸着体18は一体的に
構成されている。That is, the heating body 16 and the gas adsorption body 18 are integrally constructed.
ガス吸着体18はT1+ Z r pTh、Ba等のよ
うな活性物質で構成されている。The gas adsorbent 18 is composed of active substances such as T1+ Z r pTh, Ba, etc.
以上において、真空室8内は排気口1を通じてイオンポ
ンプ(図示せず)によ、!1)10−9〜10”Tor
r程度の高真空に排気される。In the above, the inside of the vacuum chamber 8 is supplied by an ion pump (not shown) through the exhaust port 1! 1) 10-9~10” Tor
It is evacuated to a high vacuum of about r.
このような状態で、リード棒10 at 10 bv
通じて加熱体16に電流を流すと、該加熱体は発熱し、
ガス吸着体18はたとえば1000℃程度に加熱される
。In this condition, the lead rod 10 at 10 bv
When a current is passed through the heating element 16, the heating element generates heat,
The gas adsorbent 18 is heated to, for example, about 1000°C.
これによりガス吸着体1−8の活性化が行なわれる。This activates the gas adsorbent 1-8.
又同時に加熱体16によシ陽極14もガス吸着体18と
略々同程度の温度で加熱され、これにより陽極14の脱
ガス処理が行なわれる。At the same time, the anode 14 is also heated by the heating element 16 to approximately the same temperature as the gas adsorbent 18, thereby degassing the anode 14.
このように、ガス吸着体18の活性化および陽極14の
脱ガス処理を充分に行なった後、陽極14(アース電位
)に対してリード棒9 a t9bを通じて陰極13の
チップ13bに負の電圧を印加し、チップ13bに10
7V/cIrL程度の高電界を集中させると、これによ
ってチップ13bからは電子が放出され、陽極14の電
子通過孔を通り、良(知られているように走査形電子顕
微鏡の用に供される。After the gas adsorbent 18 has been sufficiently activated and the anode 14 has been sufficiently degassed, a negative voltage is applied to the tip 13b of the cathode 13 through the lead rods 9a and 9b with respect to the anode 14 (earth potential). 10 to the chip 13b.
When a high electric field of about 7 V/cIrL is concentrated, electrons are emitted from the chip 13b and pass through the electron passage hole of the anode 14. .
陽極14の電子通過孔を通る電子はチップ13bから放
出される電子の一部であって、その大部分は陽極14を
衝撃する。The electrons passing through the electron passage hole of the anode 14 are part of the electrons emitted from the chip 13b, and most of them impact the anode 14.
これによって、脱ガス処理を行なってもなお陽極14に
付着ないし吸着されているガスは放出される。As a result, gases still attached to or adsorbed on the anode 14 even after the degassing treatment is performed are released.
このガスは種々の方向に放出されるが、特にチップ13
b側に向うガスはチップ13bに付着しようとする。This gas is emitted in various directions, but especially in the tip 13.
The gas heading toward the b side tends to adhere to the chip 13b.
しかし、ガス吸着体18がチップ近傍に配置されている
ため、このガス吸着体18によってそのガスの大部分は
吸着される。However, since the gas adsorbent 18 is placed near the chip, most of the gas is adsorbed by the gas adsorbent 18.
したがって、テップ13b近傍の真空度はガス吸着体1
8がない場合に比べて向上し、チップ13bにはガスは
殆んど付着ないし吸着されな(なシ、電界放出電子流す
なわちエミッションが長時間に亘って安定化するように
なる。Therefore, the degree of vacuum near the step 13b is
8 is improved compared to the case without the gas, and almost no gas is attached or adsorbed to the chip 13b (the field emission electron flow, that is, the emission is stabilized over a long period of time).
実験結果によれば、陽極14としてMo板、ガス吸着体
18としてAt−Zr合金を用いたところ、エミッショ
ン電流が20μへの場合、エミッションの安定時間は約
6〜10時間で、前述した種々の例よりも約2倍以上で
あった。According to the experimental results, when a Mo plate was used as the anode 14 and an At-Zr alloy was used as the gas adsorbent 18, when the emission current was 20 μ, the emission stabilization time was about 6 to 10 hours, and the above-mentioned various It was about twice as high as the example.
前述したように、ガス吸着体はT1+ZrtTh、Ba
等のような活性物質で形成され、これらは冷媒を用いる
ことなしにガスを吸着する働らきを有する。As mentioned above, the gas adsorbent has T1+ZrtTh, Ba
These active substances have the function of adsorbing gas without using a refrigerant.
したがって、冷媒を用いるときのような振動の問題は全
く生じない。Therefore, the problem of vibration that occurs when using a refrigerant does not occur at all.
ガス吸着体18の活性化および陽極14の脱ガス処理は
別々の手段によって行なわれてもよいが、第1図ではそ
の両者を加熱体16単独で行なっている。Activation of the gas adsorbent 18 and degassing of the anode 14 may be performed by separate means, but in FIG. 1 both are performed by the heating member 16 alone.
したがって、前者に比べて構成が簡単となり、又経済的
にも極めて有利である。Therefore, the structure is simpler than the former, and it is also extremely advantageous economically.
第1図において、加熱体16はコイルばねのような形を
しているが、これの代りに板状のものを用いてもよい。In FIG. 1, the heating element 16 is shaped like a coiled spring, but a plate-shaped element may be used instead.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、前記
目的が児全に達成される。As is clear from the above description, according to the present invention, the above object is completely achieved.
加えてガス吸着体の活性化および陽極の脱ガス処理は単
一の手段により行なわれるようになっているので、構成
が簡単で、且つ経済的である。In addition, since the activation of the gas adsorbent and the degassing treatment of the anode are performed by a single means, the structure is simple and economical.
第1図は本発明にもとづ(一実施例を示す電界放出形電
子発生装置の縦断面図である。
符号の説明、13・・・・・・陰極、14・・・・・・
陽極、18・・・・・・ガス吸着体、16・・・・・・
加熱体。FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a field emission type electron generator according to the present invention (one embodiment).
Anode, 18... Gas adsorbent, 16...
heating body.
Claims (1)
よシ上記チップから電子を放出させ、該電子を上記陽極
の電子通過孔を通して引き出すように構成され、且つ陽
極の脱ガス処理が行なわれるように構成された電界放出
形電子発生装置において、上記陽極から放出された、上
記チップ付近に存在するガスを吸着するための冷媒を用
いないガス吸着体と、該ガス吸着体を活性化するための
、該ガス吸着体に埋め込まれた加熱体とを備え、該加熱
体は上記ガス吸着体を活性化すべく加熱すると共に、上
記陽極を脱ガスすべ(加熱するように配置されているこ
とを特徴とする電界放出形電子発生装置。1. Constructed to emit electrons from the tip by an electric field between the tip of the cathode and the anode in a vacuum, and extract the electrons through the electron passage hole of the anode, and degassing the anode. In the field emission type electron generator configured as above, a gas adsorbent that does not use a refrigerant for adsorbing gas emitted from the anode and existing near the tip, and a gas adsorbent for activating the gas adsorbent. a heating element embedded in the gas adsorbent, the heating element being arranged to heat the gas adsorbent to activate it and to degas (heat) the anode. A field emission type electron generator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50042294A JPS5931173B2 (en) | 1975-04-09 | 1975-04-09 | Field emission type electron generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50042294A JPS5931173B2 (en) | 1975-04-09 | 1975-04-09 | Field emission type electron generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS51117565A JPS51117565A (en) | 1976-10-15 |
| JPS5931173B2 true JPS5931173B2 (en) | 1984-07-31 |
Family
ID=12632011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50042294A Expired JPS5931173B2 (en) | 1975-04-09 | 1975-04-09 | Field emission type electron generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931173B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63202832A (en) * | 1987-02-17 | 1988-08-22 | Fujitsu Ltd | Electron gun |
| US5729086A (en) * | 1995-02-28 | 1998-03-17 | Institute For Advanced Engineering | Field emission display panel having a main space and an auxiliary space |
| JP7502359B2 (en) * | 2022-03-29 | 2024-06-18 | 日本電子株式会社 | Charged particle beam source and charged particle beam device |
-
1975
- 1975-04-09 JP JP50042294A patent/JPS5931173B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS51117565A (en) | 1976-10-15 |
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