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JPH0375974B2 - - Google Patents
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JPH0375974B2 - - Google Patents

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JPH0375974B2
JPH0375974B2 JP62171712A JP17171287A JPH0375974B2 JP H0375974 B2 JPH0375974 B2 JP H0375974B2 JP 62171712 A JP62171712 A JP 62171712A JP 17171287 A JP17171287 A JP 17171287A JP H0375974 B2 JPH0375974 B2 JP H0375974B2
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JP
Japan
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electron emitting
cathode
main electron
ion
emitting part
Prior art date
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JP62171712A
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Akira Nakai
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はデユオ・プラズマトロンやモノ・プラ
ズマトロン型のイオン源とか大型加速器イオン源
等において、イオン・ビーム発生に寄与する陰極
を保護し、長寿命化を図る改良に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention protects the cathode that contributes to ion beam generation in a dual-plasmatron, mono-plasmatron type ion source, large accelerator ion source, etc. Concerning improvements to extend life.

<従来の技術> 近年、上記したような各種イオン源装置は、そ
れこそ様々な産業分野でしきりに使われるように
なつてきた。
<Prior Art> In recent years, various ion source devices such as those described above have come to be frequently used in various industrial fields.

そうしたイオン源装置は、そのイオン生成に寄
与する陰極の構造のいかんに応じ、二つに分類す
ることができる。
Such ion source devices can be classified into two types depending on the structure of the cathode that contributes to ion generation.

一つは、主たる電子放出部とこの主電子放出部
を加熱するヒータとが、住年の電子管におけるカ
ソードとヒータとの関係のように、完全に別体の
部材で構成されていて、主電子放出面を構成する
部材が、ヒータの主電子放出部を加熱する部分を
覆つているようなものである。便宜上、この構造
に従うものを被覆型陰極と呼んで置く。
One is that the main electron emitting section and the heater that heats the main electron emitting section are composed of completely separate members, like the relationship between the cathode and the heater in the electron tube of Sumiyoshi. The member constituting the emission surface covers the part of the heater that heats the main electron emission part. For convenience, a cathode that follows this structure will be referred to as a coated cathode.

他の一つは、例えば線状、棒状、網状部材等、
適当なる材質の単一部材を機械的に折り曲げて、
折り曲げた先端を主電子放出面とした結果、当該
主電子放出面がヒータの一部の表面となつている
か、またはヒータの先端に例えば酸化物や金属等
を付着させて用い、この酸化物表面や、加熱によ
り溶融させた金属表面部分を実効的な主電子放出
部と定義し得るか、さらにはまた適当なる材質の
短い棒状部材の切断面を主電子放出部とする一
方、他の部分に例えば線状のヒータを巻き付ける
等したものである。
The other one is, for example, a linear, rod-shaped, net-shaped member, etc.
By mechanically bending a single member of a suitable material,
As a result of using the bent tip as the main electron emitting surface, the main electron emitting surface becomes a part of the surface of the heater, or the tip of the heater is used with, for example, an oxide or metal attached, and this oxide surface Or, is it possible to define the metal surface part melted by heating as the effective main electron emitting part? Furthermore, while the cut surface of a short rod-shaped member made of a suitable material is defined as the main electron emitting part, it is also possible to define other parts as the main electron emitting part. For example, a linear heater may be wound around it.

したがつて総括すれば、このタイプの陰極は、
“主電子放出部がこれを加熱するヒータ部の一部
として一体化しているか、または主電子放出部の
近傍においてこれを加熱するヒータ部に露出部分
のあるイオン源陰極” と概念することができ、先の被覆型に対応させる
と露出型陰極と呼ぶことができる。
Therefore, to summarize, this type of cathode is
It can be conceptualized as "an ion source cathode in which the main electron emitting part is integrated as part of the heater part that heats it, or has an exposed part in the heater part that heats it in the vicinity of the main electron emitting part." , it can be called an exposed type cathode if it corresponds to the above-mentioned covered type.

<発明が解決しようとする問題点> 上記した被覆型陰極は、ヒータ部の耐イオン衝
撃性に優れており、物理的な構造として見てもか
なり丈夫に構成されていることが多い。
<Problems to be Solved by the Invention> The above-mentioned coated cathode has excellent ion bombardment resistance in the heater portion, and is often constructed to be quite strong in terms of physical structure.

そのため当然寿命も長いが、しかし、特にその
構造上、使用上の簡便さにおいて劣り、実際上、
比較的小電流で良い場合等には、取扱い容易な露
出型陰極の方が好まれることも多い。
Therefore, it naturally has a long lifespan, but it is inferior in terms of structure and ease of use, and in practice,
In cases where a relatively small current is required, exposed cathodes are often preferred because they are easier to handle.

しかしいかんせん、この露出型陰極において
は、主電子放出部における消耗はその原理上、仕
方のないものとしても、この主電子放出部を機械
的に支持し、かつまたこれを加熱するため、ヒー
テイング電源から供給される電流を熱に変換する
に過ぎない部分、すなわち本来のヒータ・フイラ
メント機能をのみ司どつている部分が早期に破断
し、これによつて寿命が限定されてしまうという
欠点があつた。換言すれば、主電子放出部はまだ
使える状態なのに、線路破断によつて使用不可能
となる場合が多かつたのである。
However, in this exposed type cathode, even though consumption in the main electron emitting part is unavoidable due to its principle, the main electron emitting part is mechanically supported and heated by a heating power supply. The disadvantage was that the part that merely converts the current supplied from the filament into heat, that is, the part that only controls the original heater/filament function, breaks early, which limits its lifespan. . In other words, although the main electron emitting section was still usable, there were many cases where it became unusable due to line breakage.

にもかかわらず、従来においてはこれに対する
有効な対策を施したものがなかつた。
Nevertheless, no effective countermeasure against this problem has been taken in the past.

それは取りも直さず、上記のような主電気放出
部以外のフイラメント部分での破断要因が正確に
解明されていなかつたがためである。正確な原因
が分からないのに、理論的にも有効性を証明し得
る対策等は立てられるわけがない。
This is because the cause of breakage in filament parts other than the main electric emission part as mentioned above has not been accurately elucidated. If we don't know the exact cause, there is no way we can take countermeasures that can be theoretically proven to be effective.

本発明はこうした実情に鑑みて成されたもの
で、理論的にも十分にその妥当性を証明し得る方
策により、イオン源装置における露出型陰極の主
電子放出部以外の無益なフイラメント破断を極力
防止し、もつて当該陰極の長寿命化を図り得る手
段を提供せんとするものである。
The present invention has been made in view of these circumstances, and uses measures whose validity can be fully proven theoretically to minimize useless filament breakage in areas other than the main electron emitting part of the exposed cathode in an ion source device. The purpose of the present invention is to provide a means to prevent this and thereby extend the life of the cathode.

<問題点を解決するための手段> 本発明は上記目的の達成のため、まず次のよう
な知見を得ることから始めた。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention began by obtaining the following knowledge.

一般に陰極は、その使用状態においてそのかな
りな部分が常にプラズマ・イオンに晒されるの
で、主電子放出部における消耗はその原理上、仕
方がない。しかし先にも述べたように、露出型陰
極の場合、現状においてはこの主電子放出部が消
耗し切つたがために陰極が使用不可能となること
はむしろ稀で、その寿命は主電子放出部以外のヒ
ータ部分(ないしフイラメント部分)が早期に破
断することによつて限定されていた。
In general, a considerable portion of the cathode is always exposed to plasma ions during its use, so wear and tear in the main electron emitting portion is inevitable in principle. However, as mentioned earlier, in the case of an exposed cathode, it is rare at present that the cathode becomes unusable due to the main electron emitting part being completely consumed, and its lifespan is limited to the main electron emitting part. This was limited by early breakage of heater parts (or filament parts) other than the above.

ここで説明の簡単のため、例えば単なる線状部
材折り曲げ加工して形成した露出型陰極を例に採
り、第2図にその破断状態の典型を示すと、当該
破断部12は主電子放出部11より数ミリ程度下
で、特にヒーテイング電源14に関し低電位側の
位置に生じ易い。
To simplify the explanation, an exposed cathode formed by simply bending a linear member will be taken as an example, and a typical broken state of the cathode is shown in FIG. 2. It is likely to occur several millimeters below, especially at a position on the low potential side with respect to the heating power supply 14.

また、銅同中に拡大して示してあるように、破
断部12の両側の部分は当該破断点に向かつて先
細り状になり、表面はスパツタリングによりヒー
タ部材の内部金属組織が露呈し、さらに向かい合
う破断端は少なくともその一方が球状13になつ
ていることが多い。これば当該破断が溶断であつ
たことを示す根拠となる。
In addition, as shown in the enlarged view of the copper plate, the parts on both sides of the fractured part 12 become tapered toward the fracture point, and the inner metal structure of the heater member is exposed by sputtering on the surface, and the inner metal structure of the heater member is exposed by sputtering, and At least one of the broken ends often has a spherical shape 13. This provides evidence that the break in question was a melt cut.

これに対し、もちろん主電子放出部11も消耗
しているが、その形態は平面状であつて、一部溶
融痕を示すこともあるが、その消耗の程度は未だ
それ程著しくはない。したがつてまず言えること
は、仮にヒータ部での破断(溶断)がなかつたな
らば、この陰極はまだ相当、使えたはずであると
いうことである。
On the other hand, the main electron emitting part 11 is of course also worn out, but its shape is planar and some parts may show melting marks, but the degree of wear is still not so significant. Therefore, the first thing that can be said is that if the heater section had not been ruptured (fused), this cathode could have still been used for a considerable amount of time.

一方、上記破断が溶断13であつたことに鑑み
ると、これは主電子放出部近傍の当該破断に至つ
た部分12が使用状況下においてイオン衝撃によ
り選択的にスパツタされ、その結果、少し細くな
り出したがためにその周囲の空間の電位傾度が他
に比して高くなり、そうなるとこの部分に対する
イオン衝撃とこれに伴うスパツタリング損傷がさ
らに増して行くという正帰還現象が生起し、これ
に連れて急激に細くなつて行く部分12の電気抵
抗値も急速に増し、それがために局所的な異常温
度上昇を来たして当該部分中、最も細くなつた部
分12で溶断したというメカニズムであつたこと
が窺える。
On the other hand, in view of the fact that the above-mentioned break was due to fusing 13, this is because the part 12 near the main electron emitting part that led to the break was selectively spattered by ion bombardment under usage conditions, and as a result, it became slightly thinner. As a result, the potential gradient in the surrounding space becomes higher than other areas, and a positive feedback phenomenon occurs in which ion bombardment and sputtering damage to this area further increase. The mechanism was that the electrical resistance value of the rapidly tapering portion 12 also increased rapidly, which caused a local abnormal temperature rise, which caused the melt to break at the thinnest portion 12 of the portion. I can see it.

これに関し、本発明者はさらに、以下述べるよ
うな、より詳細に及ぶ検討を行なつた。
Regarding this, the present inventor further conducted a more detailed study as described below.

陰極10のヒーテイング電源側の端部は、第2
図中ではい図示していないが適当なる支持具によ
り機械的に支持されながら、イオン源の外部で自
然に、または強制的に冷却される。したがつて先
端の主電子放出部を挟み、電源接続端に行く程、
温度は下がつて行く。逆にそうであるからこそ、
主電子放出部11は電子放出に必要な温度を保つ
一部分に限られるのである。
The end of the cathode 10 on the heating power supply side is connected to the second
Although not shown in the figure, the ion source is cooled naturally or forcibly outside the ion source while being mechanically supported by a suitable support. Therefore, as you sandwich the main electron emitting part at the tip and go to the power supply connection end,
The temperature is going down. On the contrary, because it is
The main electron emitting section 11 is limited to a portion that maintains the temperature necessary for electron emission.

一方、この種のイオン源装置の内部状態につい
ては、J.Kastemakerその他により著された参考
文献:Nuc.Instr.and Meth.、38(1965)1.におい
て、曲面陰極に関する測定結果が本書添付の第3
図Aのように表されている。
On the other hand, regarding the internal state of this type of ion source device, the measurement results regarding the curved cathode are included in the reference literature written by J. Kastemaker and others: Nuc. Instr. and Meth., 38 (1965) 1. Third
It is represented as in Figure A.

これに従えば、中心軸上での電位分布は同図B
に示されるようになり、陰極の電子放出面の前
面および中間電極開口部の絞り込みによつて生
ずるフアイア・ボール(カソード側プラズマ)
の周囲にはそれぞれ電気二重層A,Bが形成され
る。
According to this, the potential distribution on the central axis is B
The fire ball (cathode side plasma) is generated by narrowing the front surface of the electron emitting surface of the cathode and the opening of the intermediate electrode.
Electric double layers A and B are respectively formed around the .

そのため、これらを通じて高電位部に向かつて
空間電荷制限電子電流が流れ、また低電位部に向
かつては空間電荷制限イオン電流が流れる。この
場合、各二重層の電位差は、イオン種やプラズマ
密度等によつて異なるが、大体において数十ボル
ト程度である。
Therefore, a space charge limited electron current flows through these toward the high potential portion, and a space charge limited ionic current flows toward the low potential portion. In this case, the potential difference between each double layer varies depending on the ion species, plasma density, etc., but is generally on the order of several tens of volts.

このような条件下では、各二重層で加速された
電子は次の空間でさらに活発な電離を行なつて次
第に電離粒子数を増大し、陽極孔において高密度
プラズマが形成される。
Under such conditions, the electrons accelerated in each double layer undergo more active ionization in the next space, gradually increasing the number of ionized particles, and high-density plasma is formed in the anode hole.

またデユオ・プラズマトロンの場合には、上記
に加え、中間電極と陽極の間にても磁場による
絞り込みにより、二重層Cが形成される。
In addition to the above, in the case of a dual plasmatron, a double layer C is also formed between the intermediate electrode and the anode due to convergence by the magnetic field.

ここで二重層Aを介して主電子放出面を直撃す
るイオン量は、当該層領域Aの電位に応じて決ま
る空間電荷制限イオン電流によつて与えられる。
この電流はポジテイブ・カラムをドリフトする
イオン電流によつて供給されるものである。
Here, the amount of ions directly hitting the main electron emitting surface via the double layer A is given by the space charge limited ion current determined according to the potential of the layer region A.
This current is supplied by the ion current drifting through the positive column.

一方、数十ボルトの電位差を持つ二重層Bによ
つてフアイア・ボールからポジテイブ・カラム
に供給される空間電荷制限イオン電流は、上記
のドリフト電流を遥かに越える量となる。
On the other hand, the space charge limited ion current supplied from the fire ball to the positive column by the double layer B, which has a potential difference of several tens of volts, far exceeds the above-mentioned drift current.

したがつて二重層Aを通じて電子放出面に流入
する以外の余分なイオン電流分は、勢い、他の通
路を通じて電子放出面以外の部分に流入せざるを
得ない。
Therefore, the excess ion current that does not flow into the electron emitting surface through the double layer A has no choice but to flow into a portion other than the electron emitting surface through other paths.

そのため、結局は最短距離の陰極部分、すなわ
ち第4図に改めて示すように、ここで問題にして
いる露出型陰極構造の場合には、主電子放出部に
隣接した、しかも、より低電位側の部分に対し、
二重層A,Bの電位差を合せたエネルギを有する
大量のイオンが流入し易くなる。既述のように、
二重層Cが存在する場合には、二重層A,Bを通
らずに、さらに高いエネルギを持つたイオン流が
これに加わることになる。露出型陰極構造では、
陰極先端部のみが主電子放出面となるので、二重
層Aの表面積は二重層Bのそれよりも遥かに小さ
くなり、この傾向はさらに助長される。
Therefore, in the end, the shortest cathode part, that is, as shown in Figure 4, in the case of the exposed cathode structure in question here, is the shortest cathode part, which is adjacent to the main electron emitting part and on the lower potential side. For the part
A large amount of ions having energy equal to the potential difference between the double layers A and B will easily flow in. As already mentioned,
If double layer C exists, an ion flow with even higher energy will be added to it without passing through double layers A and B. In the exposed cathode structure,
Since only the cathode tip becomes the main electron emitting surface, the surface area of double layer A is much smaller than that of double layer B, and this tendency is further promoted.

こうした機構により、主電子放出部の近傍部分
に対し、大量のイオンによる選択的なスパツタリ
ングが生じ、これは低電位側に生じ易く、しかも
その程度は主電子放出部に対するよりも遥かに大
きなものとなる。
Due to this mechanism, selective sputtering by a large amount of ions occurs in the vicinity of the main electron emitting region, and this tends to occur on the low potential side, and the degree of sputtering is much larger than that for the main electron emitting region. Become.

プラズマトロン型イオン源等においては、陰極
からの放出電子を最大限に活用して高密度のイオ
ンを生成することを目的とするものであるから、
これに応じて逆拡散イオンもまた非常に多くなる
のは当然の帰結である。
In plasmatron type ion sources, etc., the purpose is to make maximum use of the electrons emitted from the cathode to generate high-density ions.
It is a natural consequence that the number of back-diffused ions also increases accordingly.

こうした逆拡散イオンによる現象を十分に把握
した結果として、本発明者は次のような構成によ
る露出型イオン源陰極の保護方法を提案するに至
つた。
As a result of fully understanding such phenomena caused by back-diffused ions, the present inventor has proposed a method for protecting an exposed ion source cathode having the following configuration.

主電子放出部がこれを加熱するヒータ部の一部
として一体化しているか、または主電子放出部の
近傍においてこれを加熱するヒータ部に露出部分
のあるイオン源陰極の保護方法であつて; 少なくとも上記主電子放出部を露呈させながら
該主電子放出部以外のイオン衝撃を受けるヒータ
部を保護電極で覆い; 該保護電極には上記主電子放出部の電位よりも
相対的に低い電位を与えること; を特徴とするイオン源陰極の保護方法。
A method for protecting an ion source cathode in which the main electron emitting part is integrated as a part of a heater part that heats the main electron emitting part, or has an exposed part in the heater part which heats it in the vicinity of the main electron emitting part, the method comprising: Covering the heater part that receives ion bombardment other than the main electron emitting part with a protective electrode while exposing the main electron emitting part; applying a relatively lower potential to the protective electrode than the potential of the main electron emitting part; A method for protecting an ion source cathode, characterized by;

<作用および効果> まず、本発明においては、保護電極が追加され
ているので、主電子放出部を除き、保護電極によ
り覆われている部分を機械的ないし物理的に保護
することができる。
<Functions and Effects> First, in the present invention, since a protective electrode is added, it is possible to mechanically or physically protect the portion covered by the protective electrode except for the main electron emitting portion.

換言すればこの保護電極の存在により、とりあ
えず逆拡散イオン流を物理的に受け止めることが
できる。
In other words, the existence of this protective electrode makes it possible to physically absorb the back-diffusing ion flow for the time being.

しかし、単に機械的に覆つただけでは、主電子
放出部を露呈させる隙間から流入するイオン流は
良く防ぎ得ない。
However, simply mechanically covering the main electron emitting part cannot effectively prevent the ion flow flowing in through the gap exposing the main electron emitting part.

そこで本発明においてはさらに、当該保護電極
に主電子放出部よりも低い電位を与えるべくして
いる。こうすれば逆拡散イオン流に対し電位障壁
を形成することができ、当該逆拡散イオン流は上
記のような隙間に流れ込むより保護電極に流れ易
くなつて、遮蔽能力が向上する。
Therefore, in the present invention, a potential lower than that of the main electron emitting portion is further applied to the protective electrode. In this way, a potential barrier can be formed against the back-diffusion ion flow, and the back-diffusion ion flow flows more easily into the protective electrode than into the gap as described above, improving the shielding ability.

ただしこの電位差が大き過ぎると、主電子放出
面をこれよりも低い電位で一部または全部に亘つ
て覆うことになり、電子放出が阻害されたり停止
するので、実際上、上記の低電位をどの程度に設
定するかを設計的に案配する必要はある。
However, if this potential difference is too large, the main electron-emitting surface will be partially or completely covered with a lower potential, and electron emission will be inhibited or stopped. It is necessary to consider in the design how to set the level.

なお、本発明の保護方法とは異なり、上記した
解析の結果からすれば、例えば主電子放出部以外
の部分にスパツタリングに対する耐性の高い金属
等を蒸着等でコーテイングする手法も考えられる
が、このようにすると、陰極材料と被覆材料との
熱膨張係数の差により、長時間運転や運転、休止
の繰返しにより、被覆材が用意に剥離するものと
考えられ、そうなると、狭いイオン源の内部空間
中では当該剥離した剥離片が各電極孔に目詰まり
を起こさせたり、あるいはまた電極間を短絡した
りすることが予想される。したがつてこうした手
法は到底採用でき兼ねるのである。
Note that, unlike the protection method of the present invention, based on the results of the above analysis, it is also possible to consider a method of coating parts other than the main electron emitting part with a metal, etc., which has high resistance to sputtering, by vapor deposition, etc. Therefore, it is thought that due to the difference in thermal expansion coefficient between the cathode material and the coating material, the coating material will easily peel off due to long-term operation or repeated operation and suspension. It is expected that the peeled pieces may clog each electrode hole or cause a short circuit between the electrodes. Therefore, such a method cannot be adopted at all.

対して本発明方法による保護はそうした問題を
生じ得ず、陰極の長寿命化という本来望ましい結
果をのみ、得ることができる。
On the other hand, the protection provided by the method of the present invention does not cause such problems, and only the originally desirable result of prolonging the life of the cathode can be obtained.

実際上、例えば0.8mmφのタングステン線を第
2図示のように折り曲げ加工して陰極として用い
た場合、主電子放出部11として規定できる領域
の断面積は、通常、破断部の四倍ないし五倍程度
は残つているので、本発明方法を適用すれば寿命
を少なくとも数倍以上、延ばし得ることが分か
る。
In practice, for example, when a 0.8 mmφ tungsten wire is bent as shown in the second figure and used as a cathode, the cross-sectional area of the region that can be defined as the main electron emitting region 11 is usually four to five times that of the broken part. Therefore, it can be seen that by applying the method of the present invention, the life span can be extended by at least several times.

しかも、このようにして陰極自体の寿命が伸び
ると、その波及効果としてイオン源のリセツト回
数を大幅に減らし得ることになるから、ひいては
イオン装置の実効稼動能率向上に寄与し、各種製
品のコスト低廉化にも寄与し得るものとなる。
Furthermore, if the life of the cathode itself is extended in this way, the ripple effect is that the number of resets of the ion source can be significantly reduced, which in turn contributes to improving the effective operating efficiency of ion equipment and lowering the cost of various products. It can also contribute to the development of

<実施例> 第1図には本発明に従つて構成されたイオン源
が示されている。もちろん、本発明により保護の
対象となるのは、先に定義した露出型イオン源陰
極なので、ここに例示されている陰極10もその
ようになつており、特に最も簡単な形態として、
単一の線状部材を折り曲げ加工することにより、
その折り曲げ部分を主電子放出部11としたもの
が示されている。
<Example> FIG. 1 shows an ion source constructed in accordance with the present invention. Of course, what is protected by the present invention is the exposed ion source cathode defined above, so the cathode 10 illustrated here is also such, and in particular, in its simplest form:
By bending a single linear member,
The bent portion is shown as the main electron emitting portion 11.

しかし逆に言えば、他の形態であつても、既述
の表現により露出型陰極として定義可能なもので
あるならば、同様に本発明の適用対象となる。
However, conversely, the present invention is also applicable to other forms as long as they can be defined as exposed cathodes using the above expressions.

陰極10は公知既存の方法によつて良い支持具
15,15により機械的に支持され、当該支持具
により支持されている端末部分にヒーテイング電
源14からの電源電圧が与えられることにより、
少なくとも主電子放出部11の部分では十分な加
熱状態となるようにされている。
The cathode 10 is mechanically supported by good supports 15, 15 by a known existing method, and the power supply voltage from the heating power source 14 is applied to the end portion supported by the supports.
At least the main electron emitting section 11 is sufficiently heated.

主電子放出部11を除くその周囲の部分は、こ
の場合、そのほとんどが保護電極20により覆わ
れており、かつ、この保護電極20には、ヒーテ
イング電源14の負端子側を共通接地として、当
該接地に対しさらに負方向の電位がバイアス電源
22により与えられている。
In this case, most of the surrounding parts except for the main electron emission part 11 are covered with a protective electrode 20, and the negative terminal side of the heating power supply 14 is connected to the protective electrode 20 as a common ground. A bias power supply 22 provides a further negative potential with respect to ground.

実際上、この構造は、上端に小さな開口部21
を有する外、閉ざされた天井面を有する筒状の保
護電極20を陰極10の上に被せながら、主電子
放出部11だけは開口部21から多少、突出させ
るようにして組立てられている。
In practice, this structure has a small opening 21 at the top end.
In addition, a cylindrical protective electrode 20 having a closed ceiling surface is placed over the cathode 10, and the main electron emitting section 11 is assembled so as to protrude somewhat from the opening 21.

このようにすると、先に作用の項において説明
したように、イオン装置内に組み入れられた使用
状況下において、発生する逆拡散イオン電流に対
し、ます物理的に保護電極20で対抗しながら、
そのバイアス関係によつて電気的にも対抗するこ
とができる。
In this way, as explained in the operation section, the back-diffusion ion current generated in the ionization device is physically counteracted by the protective electrode 20 while being used.
Due to the bias relationship, it can also be electrically opposed.

その結果、既に述べたように、従来何も保護対
策を施さなかつた場合に比し、数倍以上、陰極1
0を延命化できるものとなる。
As a result, as already mentioned, the cathode
It becomes something that can extend the life of 0.

もつとも、図示実施例に限らず、本発明の要旨
構成に即する種々の改変は十分に可能であり、例
えば組込むイオン装置が特定しており、、またそ
の解析結果、陰極10の主電子放出部11以外の
部分にあつてイオン衝撃を受ける部分が位置的に
特定ないしほぼ特定できるような場合には、第1
図示のように陰極全体を覆う必要はなく、そうし
た先端部分の上にのみ、保護電極20を形成して
も良い。
However, it is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications in accordance with the gist of the present invention are fully possible. For example, if the ion device to be incorporated is specified, or as a result of the analysis, the main electron emitting part of the cathode 10 If the part other than 11 that receives ion bombardment can be identified or almost identified, the 1st
It is not necessary to cover the entire cathode as shown in the figure, and the protective electrode 20 may be formed only on such a tip portion.

バイアス電源22についても、原則としては主
電子放出部11の電位より低い電位のバイアスを
保護電極20に印加可能であれば良く、したがつ
て厳密には陰極10のヒーテイング電源負端子電
位(例えば接地電位)よりは高い電位として良い
こともあり得る。
As for the bias power supply 22, in principle, it is sufficient if it can apply a bias of potential lower than the potential of the main electron emitting part 11 to the protective electrode 20. Therefore, strictly speaking, the heating power supply negative terminal potential of the cathode 10 (for example, the ground It may be better to set the potential higher than the current potential.

したがつて、図示の方法は言わば固定バイアス
型であるのに対し、例えば、保護電極と陰極負端
子との間に、第1図のバイアス電源22の代わり
に適当な値の低抵抗を挿入することにより、保護
電極の電位が主電子放出部より高くならない範囲
でイオン流の変換電圧分によるセルフ・バイアス
を図ることも可能である。
Therefore, while the illustrated method is of a fixed bias type, for example, a low resistance of an appropriate value is inserted between the protective electrode and the negative terminal of the cathode instead of the bias power supply 22 of FIG. By doing so, it is also possible to achieve self-biasing by the converted voltage of the ion flow within a range where the potential of the protective electrode does not become higher than that of the main electron emitting region.

もつとも、このバイアス印加に関しては、図示
されている手法が一番、簡単で安定な手法ではあ
る。
However, regarding this bias application, the method illustrated is the simplest and most stable method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のイオン源陰極保護方法を実施
するに適当な装置構成の一例の概略構成図、第2
図は露出型陰極において従来発生することあつた
破断の説明図、第3図および第4図は破断要因解
析のためのイオン源装置内部の状態的、電気的説
明図、である。 図中、10は露出型のイオン源陰極、11はそ
の主電子放出部、12は破断部、13は球状溶断
状態、14はヒーテイング電源、20は保護電
極、21は開口部、22はバイアス電源、であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an apparatus configuration suitable for carrying out the ion source cathode protection method of the present invention, and FIG.
The figure is an explanatory diagram of a fracture that conventionally occurs in an exposed cathode, and FIGS. 3 and 4 are state-of-the-art and electrical diagrams of the inside of the ion source device for analyzing the cause of the fracture. In the figure, 10 is an exposed ion source cathode, 11 is its main electron emission part, 12 is a broken part, 13 is a spherical fused state, 14 is a heating power supply, 20 is a protective electrode, 21 is an opening, and 22 is a bias power supply , is.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 主電子放出部がこれを加熱するヒータ部の一
部として一体化しているか、または主電子放出部
の近傍においてこれを加熱するヒータ部に露出部
分のあるイオン源陰極の保護方法であつて; 少なくとも上記主電子放出部を露呈させながら
該主電子放出部以外のイオン衝撃を受けるヒータ
部を保護電極で覆い; 該保護電極には上記主電子放出部の電位よりも
相対的に低い電位を与えること; を特徴とするイオン源陰極の保護方法。
[Scope of Claims] 1. An ion source cathode in which the main electron emitting part is integrated as a part of the heater part that heats the main electron emitting part, or has an exposed part in the heater part which heats it in the vicinity of the main electron emitting part. A protection method, comprising: covering a heater part exposed to at least the main electron emitting part and receiving ion bombardment other than the main electron emitting part with a protective electrode; A method for protecting an ion source cathode, characterized by: applying a low potential to the ion source cathode.
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