JPS594826B2 - 電界放射形電子銃 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電界放射形電子銃に係り、特に電界放射電子流
発生時の安全回路を備えた電子銃に関する。

電界放射形電子銃は、従来の熱電子放出形電子銃に比較
し１０００倍以上の輝度を有し、かつ光源が極めて小さ
いことから、電子顕微鏡等に用いられて分解能の飛躍的
な向上に役立ち、非常に注目されている電子銃である。

しかし安定な電界放射電流を得るためには電子銃室を超
高真空に保つ必要があり、特に放射電流の衝撃を受ける
陽極や陰極近傍の部材は放出ガスの少ない材質または処
理を施こさなければならない。

これは放出ガスが陰極表面に付着して放出電流を乱すこ
とや、放出ガスが電界放射電子流に衝撃されてイオン化
し、それが陰極表面を衝撃して放射電子流を乱すことと
、時においては真空放電を誘発し陰極を破損する結果と
なるからである。

従来技術においては前記の放出ガスやイオンの発生に対
して陰極を保護する手段が無いため、陰極の破損又は消
耗がはげしいという欠点を有していた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を無くし、放
出ガス等に対する保護手段を有し、安全な電界放射を可
能とした電界放射電子銃を提供するにある。

本発明は上記の目的を達成するために、電界放射電子流
（以下ｉｃと記す）放出時の真空度の変化（、Δｐ）を
測定し、Δｐ ／ ｉ ｃがある定められた値以上にな
った場合には、陰極および陽極に印加している電圧を遮
断するような保護回路を設け、陰極がイオン衝撃や真空
放電等により破損することを防止した構造のものである
。

第１図に本発明の実施例を示す。

電子銃室５内に陰極１と・対向して第１陽極３及び第２
陽極４を配置した構造が電界放射形電子銃である。

陰極１はフィラメント２に支えられ、電子銃室壁６の一
部に取付げられた絶縁碍子７を通して電源側と接続する
構造としである。

電源は、フィラメント加熱電源１０、電子引出し電圧電
源（ｖｔ）１１、電子加速電圧電源ｆｆｏ）１２及び放
射電子流測定回路１３より構成されている。

電子銃室５は、超高真空ポンプ（一般にはスパッターイ
オンポンプ）で排気され、電子銃室壁６の一部に取付け
た真空計９で真空度測定を行なう。

１４は真空計用電源であり、２０は真空ポンプ８０制御
電源である。

以上の構造において、陰極１に電界放射電子引出電圧Ｖ
１を印加すると電界放射電子流２３が陰極表面より放射
され、この電子流のうち第１陽極３の中心孔を通った電
子は第２陽極４で加速電位Ｖｏに加速される。

その他の電子は第１陽極３０表面を衝撃し、表面に付着
しているガス２４をたたき出す。

た匁き出されたガスのうちの一部は放射電子に当ってイ
オン化され、このイオン２５のうち一部は陰極表面を衝
撃する。

その他のガス分子の中にはポンプに排気されるもの２４
ａ、真空計９に飛びこむもの２４ｂ、電子銃室壁に付着
しているガス分子をた〜き出すもの等がある。

また第１陽極３０表面を衝撃した電子の一部は、反射電
子２３ａとなって電子銃室内の他の部品の表面や電子銃
室壁６をた〜き、そこに付着しているガスをた瓦き出す
働きをする。

以上説明した如く放射電子を放射することによって、電
子銃室内の真空度ｐはΔｐだゆ悪るくなる。

この真空度の悪化分Δｐは、電子銃室内全部品のガスの
保有量と、放射電子流ｉｃの大きさで決まる値である。

すなわち、ｉｃが一定でも、電子針内部品のガス保有量
が多ければΔｐは大きくなり、ガス保有量が少なければ
Δｐは小さい値となる。

ｉｃが１０μＡの状態で実験的に求められたΔｐの値は
一般に１〜２Ｘ１０−９ｔｏｒｒ程度であるが、この値
はポンプの排気速度の大小、電子銃室の容積の大小でも
変わり、絶対値としては決められない。

そこで上記の種々の条件を考慮して、Δｐ ／ ｉ ｃ
−αを求め、これとポンプの排気速度と電子銃の構造に
よって定めた値βとを比較することにより、ｉｃなる放
射電流を流した時、電子銃が安全に動作するか否かの判
定が出来ることが判明した。

すなわちα／β≦１であれば安全動作条件であり、■よ
り大きければ陰極破損や放射電流の不安定や真空放電の
危険率が高いことになる。

上記の条件を判定するために、第１図に示す如く、真空
度の変化Δｐを判定する回路１５と、ｉｃとΔｐとを比
較する回路１６と、基準値βの設定回路１８と、αとβ
とを比較する回路１７と、この結果により電界放射電子
引出し電源１１（Ｖｌ）および電子加速電源１２ｆｆｏ
）のいずれか一方、又は両者を０Ｎ−ＯＦＦ制御する回
路１９とを設けた。

また真空ポンプ８にイオンポンプを用いる場合には、イ
オン電流ｉｐが電子銃室の真空度に比例することから、
真空度の変化Δｐはイオン電流の変化Δ１ｐＣ−測定す
ることが出来、真空計９の代りにΔｉ−ｕ定回路２１を
用いることが出来る。

Δｐ／ｉｃとΔｉ ｐ／ ｉ ｃの両者を用い、それぞ
れに対して定めた基準値を越すか否かを判定し、その判
定結果の論理和あるいは論理積によって前記電源の０Ｎ
−ＯＦＦ制御を行なうことも出来る。

以上の構造において、実施例ではΔｉ叱用い、βを１０
−２に定めた。

以上説明した如く、本発明によれば、放射電子流ｉｃが
流れている状態における電子針内部品のガス放出量が真
空度変化Δｐと排気速度ｔｏｒｒ・ｌ／ｓｅｃとによっ
て求められ、これにより安全回路を働かせて、陰極の破
損を保護し、安定した電界放射形電子銃を提供すること
が出来る。

また本発明によれば何等かの理由で電子銃の真空度が悪
化し、その後真空度のみが回復しても、電子針内部品の
ガス保有量が犬であれば放射電子流放出時の真空度低下
が大きくなって安全回路が動作するため、電子銃室の真
空的な経歴に対しても安全に働くことが出来る。

いいかえれば、従来一般に行なわれていたような真空度
のみによる高圧電源回路の安全回路では達成出来なかっ
た安全性を付加出来たという意義は大きいのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す概略ブロック図である
。 １・・・・・・陰極、３・・・・・・第１陽極、４・・
・・・・第２陽極、５・・・・・・電子銃室、８・・・
・・・真空ポンプ、９・・・・・・真空計、１１・・・
・・・電子引出電源、１２・・・・・・電子加速電源、
１３・・・・・・放射電子流測定回路、１６・・・・・
・比較回路、１８・・・・・・基準値設定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空に排気された電子銃室内に電界放射陰極と、こ
   れと対向配置された第１および第２陽極と、前記両陽極
   にそれぞれ電子引出電圧および電子加速電圧を印加する
   電源回路とを有する電界放射形電子銃において、放射電
   子流を測定する回路と、前記電子流を放射したときの電
   子銃室の真空度変化を測定する回路と、前記真空度変化
   と放射電子流との比が予定値を越えたときに、電子引出
   電圧および電子加速電圧の少な（とも一方を遮断する回
   路とを具備したことを特徴とする電界放射形電子銃。 ２ 真空度変化の測定に真空計を用いたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の電界放射形電子銃。 ３ 真空度変化の測定に、電子銃室の排気に用いるポン
   プの動作電流の変化を用いたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電界放射形電子銃。 ４ 真空度変化測定に真空計および電子銃室排気用ポン
   プの動作電流変化の両者を用い、両者によって得られた
   真空度変化と放射電子流との比のうち少なくともいずれ
   か一方が予定値を越えたときに、電子引出電圧および電
   子加速電圧の少なくとも一方を遮断することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の電界放射形電子銃。