JP2000100339A - マグネトロン - Google Patents
マグネトロンInfo
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- JP2000100339A JP2000100339A JP10270400A JP27040098A JP2000100339A JP 2000100339 A JP2000100339 A JP 2000100339A JP 10270400 A JP10270400 A JP 10270400A JP 27040098 A JP27040098 A JP 27040098A JP 2000100339 A JP2000100339 A JP 2000100339A
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- electron emission
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子源に熱陰極を用いたマグネトロンは、高
い電流密度が得られず、耐熱性の高い周辺部品が必要。
二極管冷陰極は、作用空間自体に高電圧を印加するた
め、放電を生じる。三極管構成フィールドエミッタアレ
イは、マグネトロン動作時に、高エネルギーの電子がゲ
ート電極に引き込まれ、ゲート電流の増大,ゲートから
のガス放出による仕事関数変化,エミッタの放電破壊が
生じる。 【解決手段】 微細加工技術により集積化した三極管構
成フィールドエミッタアレイのように陽極電圧より小さ
い電圧で使用する電子放出源と二次電子放出源の二種類
の電子放出源を用いる。前者がマグネトロン動作開始ま
での電子を供給し、作用空間内の陰極表面に形成された
二次電子放出比が1より大きい二次電子放出部が、陰極
損原因となる電子により二次電子放出を行い、増倍作用
により電子数を増加させ、マグネトロン動作時の電子を
供給する。
い電流密度が得られず、耐熱性の高い周辺部品が必要。
二極管冷陰極は、作用空間自体に高電圧を印加するた
め、放電を生じる。三極管構成フィールドエミッタアレ
イは、マグネトロン動作時に、高エネルギーの電子がゲ
ート電極に引き込まれ、ゲート電流の増大,ゲートから
のガス放出による仕事関数変化,エミッタの放電破壊が
生じる。 【解決手段】 微細加工技術により集積化した三極管構
成フィールドエミッタアレイのように陽極電圧より小さ
い電圧で使用する電子放出源と二次電子放出源の二種類
の電子放出源を用いる。前者がマグネトロン動作開始ま
での電子を供給し、作用空間内の陰極表面に形成された
二次電子放出比が1より大きい二次電子放出部が、陰極
損原因となる電子により二次電子放出を行い、増倍作用
により電子数を増加させ、マグネトロン動作時の電子を
供給する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、陽極電圧より小さ
い電圧で使用する電子放出源と二次電子放出源とを電子
放出源に用いたマグネトロンに関する。
い電圧で使用する電子放出源と二次電子放出源とを電子
放出源に用いたマグネトロンに関する。
【0002】
【従来の技術】現在使われている電子管では、電子源と
して熱陰極(カソード)が用いられている。熱陰極は、
熱電子放出により電子を供給する陰極である。熱電子放
出は、物質を1500〜2700Kまで加熱して、伝導
帯の自由電子に仕事関数以上のエネルギーを与えること
で、電子が表面のポテンシャル障壁を超えて放出される
機構であり、純金属,酸化物等があるが、現在はBa化
合物(5BaO・2Al2O3・CaO等)とW粉末とを
混合してプレス焼結した焼結型,多孔性WにBa化合物
を溶融状態で含浸させた含浸型が主流である。
して熱陰極(カソード)が用いられている。熱陰極は、
熱電子放出により電子を供給する陰極である。熱電子放
出は、物質を1500〜2700Kまで加熱して、伝導
帯の自由電子に仕事関数以上のエネルギーを与えること
で、電子が表面のポテンシャル障壁を超えて放出される
機構であり、純金属,酸化物等があるが、現在はBa化
合物(5BaO・2Al2O3・CaO等)とW粉末とを
混合してプレス焼結した焼結型,多孔性WにBa化合物
を溶融状態で含浸させた含浸型が主流である。
【0003】この両者は、電子放出密度が高い他にバリ
ウムアルミネートを用いているため真空排気中のガス放
出が少ない,大気暴露しても再活性化が可能という長所
がある。また、熱陰極には直熱型と傍熱型とがある。直
熱型は、純金属等で用いられるが、熱陰極自身の通電加
熱により、電子放出を行っている。傍熱型は、含浸型等
で用いられるが、熱陰極を近接させたヒーターにより加
熱することで、電子放出を行っている。直熱型は、電子
放出の立ち上がりが早いが、高い電流密度がとれない。
傍熱型は、比較的高い電流密度がとれるが、間接加熱の
ため立ち上がりが遅く、価格も高い。
ウムアルミネートを用いているため真空排気中のガス放
出が少ない,大気暴露しても再活性化が可能という長所
がある。また、熱陰極には直熱型と傍熱型とがある。直
熱型は、純金属等で用いられるが、熱陰極自身の通電加
熱により、電子放出を行っている。傍熱型は、含浸型等
で用いられるが、熱陰極を近接させたヒーターにより加
熱することで、電子放出を行っている。直熱型は、電子
放出の立ち上がりが早いが、高い電流密度がとれない。
傍熱型は、比較的高い電流密度がとれるが、間接加熱の
ため立ち上がりが遅く、価格も高い。
【0004】電子放出には、熱電子放出以外に電界放
出、二次電子放出、光電子放出等がある。冷陰極は、電
界放出により電子放出を行なう陰極である。電界放出
は、物質の表面近傍に強電界(109V/m)を加え、
表面のポテンシャル障壁を下げることでトンネル効果に
より電子放出を行なうものである。熱陰極のように加熱
を必要としないので冷陰極と呼ばれる。また、その電流
−電圧特性はファウラ−ノードハイムの式で近似でき
る。電子放出部は、絶縁を保ちながら強電界を印加する
ために、電界集中定数を大きくする構造(針状等)を持
たせている。
出、二次電子放出、光電子放出等がある。冷陰極は、電
界放出により電子放出を行なう陰極である。電界放出
は、物質の表面近傍に強電界(109V/m)を加え、
表面のポテンシャル障壁を下げることでトンネル効果に
より電子放出を行なうものである。熱陰極のように加熱
を必要としないので冷陰極と呼ばれる。また、その電流
−電圧特性はファウラ−ノードハイムの式で近似でき
る。電子放出部は、絶縁を保ちながら強電界を印加する
ために、電界集中定数を大きくする構造(針状等)を持
たせている。
【0005】初期の冷陰極はウィスカーのような針状単
結晶を電界研磨して用いた二極管構造だったが、近年、
集積回路又は薄膜の分野において用いられている微細加
工技術により、高電界において電子を放出する電界放出
型電子源(フィールドエミッタアレイ)製造技術の進歩
は目覚ましく、特に極めて小型な構造を有する電界放出
型冷陰極が製造されている。この種の電界放出型冷陰極
は、3極管の超小型電子管又は超小型電子銃を構成する
主要部品の内、最も基本的な電子放出デバイスである。
構造の微細化が進んだことにより、電子源としては熱陰
極に比較して高い電流密度を得られ、動作電圧も低電圧
化するという利点がある。
結晶を電界研磨して用いた二極管構造だったが、近年、
集積回路又は薄膜の分野において用いられている微細加
工技術により、高電界において電子を放出する電界放出
型電子源(フィールドエミッタアレイ)製造技術の進歩
は目覚ましく、特に極めて小型な構造を有する電界放出
型冷陰極が製造されている。この種の電界放出型冷陰極
は、3極管の超小型電子管又は超小型電子銃を構成する
主要部品の内、最も基本的な電子放出デバイスである。
構造の微細化が進んだことにより、電子源としては熱陰
極に比較して高い電流密度を得られ、動作電圧も低電圧
化するという利点がある。
【0006】二次電子放出は、高速度の電子が固体表面
に衝突することで、電子がたたき出される現象をいう。
入射する電子を一次電子といい、放出される電子を二次
電子という。一次電子に対する二次電子の比率を二次電
子放出比といい、ある加速電圧値で最大値をとる。二次
電子放出比が1よりも大きいと電子の増幅作用がおき
る。一次電子が入射して、二次電子が放出するまでの時
間は、10-10秒以下と考えられ実際上時間の遅れがほ
とんどない。二次電子放出材料としては、Ni上に10
-5cm程度のMgO薄膜をつけたもの、Cu+Be(数
%),Al+Mg(数%)等の合金がある。
に衝突することで、電子がたたき出される現象をいう。
入射する電子を一次電子といい、放出される電子を二次
電子という。一次電子に対する二次電子の比率を二次電
子放出比といい、ある加速電圧値で最大値をとる。二次
電子放出比が1よりも大きいと電子の増幅作用がおき
る。一次電子が入射して、二次電子が放出するまでの時
間は、10-10秒以下と考えられ実際上時間の遅れがほ
とんどない。二次電子放出材料としては、Ni上に10
-5cm程度のMgO薄膜をつけたもの、Cu+Be(数
%),Al+Mg(数%)等の合金がある。
【0007】光電子放出は、物質に光を照射することで
光子の持つエネルギーが電子に与えられ、この電子のエ
ネルギーが、物質表面の仕事関数より大きくなること
で、電子が放出される現象をいい、このような電子を光
電子という。
光子の持つエネルギーが電子に与えられ、この電子のエ
ネルギーが、物質表面の仕事関数より大きくなること
で、電子が放出される現象をいい、このような電子を光
電子という。
【0008】マイクロ波管は、マイクロ波帯(UHF帯
以上)で発振,増幅機能を持つ電子管であるが、主とし
て電子速度変調管が用いられる。マイクロ波発振管とし
て代表的なものとしては、マグネトロン(磁電管)があ
る。マグネトロンは、電子管の中で作用空間に互いに直
角な直流磁界と直流電界が存在するクロスト・フィール
ド・デバイスの一つである。
以上)で発振,増幅機能を持つ電子管であるが、主とし
て電子速度変調管が用いられる。マイクロ波発振管とし
て代表的なものとしては、マグネトロン(磁電管)があ
る。マグネトロンは、電子管の中で作用空間に互いに直
角な直流磁界と直流電界が存在するクロスト・フィール
ド・デバイスの一つである。
【0009】図6にマグネトロン電極の断面図を示す。
円筒状の陰極11と陽極12を同心に配し、直流電界を
与えると共に、軸方向に直流磁界13を与える。陽極
は、複数のベイン14により空胴共振器を形成した分割
陽極である。陰極と陽極との間の空間を作用空間とい
う。作用空間両側には、エンドハットと呼ばれる電極が
設けられる。エンドハットを陰極電位あるいは負電位に
することで、電子が作用空間内に閉じ込められる。
円筒状の陰極11と陽極12を同心に配し、直流電界を
与えると共に、軸方向に直流磁界13を与える。陽極
は、複数のベイン14により空胴共振器を形成した分割
陽極である。陰極と陽極との間の空間を作用空間とい
う。作用空間両側には、エンドハットと呼ばれる電極が
設けられる。エンドハットを陰極電位あるいは負電位に
することで、電子が作用空間内に閉じ込められる。
【0010】図7は、八分割陽極マグネトロンの動作状
態を等価回路的にあらわしたものである。陰極より出た
電子は直交磁界13のため曲げられ、陽極面に沿ったサ
イクロイド状の軌跡を描く。陽極は空胴共振器により振
動回路21を形成しており、陽極の分割間隙に生ずる高
周波電界22により電子は速度変調を受ける。ついに
は、電子流は粗な部分と密な部分になりベイン間の極性
と同期して回転電子極23を形成し、誘導電流24が流
れる。発生した高周波電力は出力回路25から取り出さ
れる。回転電子極を形成することで、電子は陽極に集め
られるまでの間、常に高周波電界と同期しているため、
マグネトロンの効率は他の電子管,固体素子に比べて極
めて高い。
態を等価回路的にあらわしたものである。陰極より出た
電子は直交磁界13のため曲げられ、陽極面に沿ったサ
イクロイド状の軌跡を描く。陽極は空胴共振器により振
動回路21を形成しており、陽極の分割間隙に生ずる高
周波電界22により電子は速度変調を受ける。ついに
は、電子流は粗な部分と密な部分になりベイン間の極性
と同期して回転電子極23を形成し、誘導電流24が流
れる。発生した高周波電力は出力回路25から取り出さ
れる。回転電子極を形成することで、電子は陽極に集め
られるまでの間、常に高周波電界と同期しているため、
マグネトロンの効率は他の電子管,固体素子に比べて極
めて高い。
【0011】マグネトロンの損失としては、陽極損と陰
極損がある。電子が陽極に衝突する際の損失が陽極損で
あり、加速位相にある電子が高周波電界からエネルギー
を得て陰極に戻る(逆衝撃)際の損失が陰極損である。
損失としては、陽極損の方が大きいが、マグネトロン発
振動作時には両者の損失は必ず発生する。
極損がある。電子が陽極に衝突する際の損失が陽極損で
あり、加速位相にある電子が高周波電界からエネルギー
を得て陰極に戻る(逆衝撃)際の損失が陰極損である。
損失としては、陽極損の方が大きいが、マグネトロン発
振動作時には両者の損失は必ず発生する。
【0012】マグネトロンの電子源としては、現在熱陰
極が用いられているが、熱陰極は単位面積当たりの電子
放出能力が低いので、それだけでは十分な電子を得るこ
とができない。そこで、George B. Coll
ins:MICROWAVEMAGNETRON(MA
SSACHUSETTS INSTITUTE OF
TECHNOLOGY RADIATION LABO
RATORY SERIES 1948)503 等に
記載されるように、熱陰極材料に二次電子放出能力の高
いものを用い、前述の逆衝撃により、二次電子放出を行
い、その増倍作用により必要電子量を得ている。
極が用いられているが、熱陰極は単位面積当たりの電子
放出能力が低いので、それだけでは十分な電子を得るこ
とができない。そこで、George B. Coll
ins:MICROWAVEMAGNETRON(MA
SSACHUSETTS INSTITUTE OF
TECHNOLOGY RADIATION LABO
RATORY SERIES 1948)503 等に
記載されるように、熱陰極材料に二次電子放出能力の高
いものを用い、前述の逆衝撃により、二次電子放出を行
い、その増倍作用により必要電子量を得ている。
【0013】また、makhov V. I.:9th
International Vacuum Mic
roelectronics Conference,
St. Petersburg (1996)449
に記載されるように二極管構成冷陰極と二次電子放出
源とを陰極部に形成したものがある。陽極電圧により、
冷陰極から電子放出を行い、マグネトロン動作開始まで
の電子供給を行う。マグネトロン動作による逆衝撃で二
次電子放出源から電子が増倍供給され、発振が持続され
る。
International Vacuum Mic
roelectronics Conference,
St. Petersburg (1996)449
に記載されるように二極管構成冷陰極と二次電子放出
源とを陰極部に形成したものがある。陽極電圧により、
冷陰極から電子放出を行い、マグネトロン動作開始まで
の電子供給を行う。マグネトロン動作による逆衝撃で二
次電子放出源から電子が増倍供給され、発振が持続され
る。
【0014】また、分割陽極を用いたマグネトロンの場
合、その分割数によって様々なモードでの発振が起こ
る。この中で、主に用いられるモードは図7のように隣
接共振器間の位相推移がπラジアンに等しいπモードと
呼ばれるもので、最も相互作用が強い。しかし、マグネ
トロンの発振においてはπモードと他のモードとの発振
周波数が近接していると、動作条件が僅かに変化しても
πモードから他のモードへの飛躍(mode−jump
ing)が起こり、その結果発振周波数や出力が急変し
てしまう。そこで、共振器間の結合を密にして各モード
の共振周波数を可能な限り離すことが必要になる。
合、その分割数によって様々なモードでの発振が起こ
る。この中で、主に用いられるモードは図7のように隣
接共振器間の位相推移がπラジアンに等しいπモードと
呼ばれるもので、最も相互作用が強い。しかし、マグネ
トロンの発振においてはπモードと他のモードとの発振
周波数が近接していると、動作条件が僅かに変化しても
πモードから他のモードへの飛躍(mode−jump
ing)が起こり、その結果発振周波数や出力が急変し
てしまう。そこで、共振器間の結合を密にして各モード
の共振周波数を可能な限り離すことが必要になる。
【0015】従来のマグネトロンは、均圧環によりモー
ドの分離を行っている。均圧環は、陽極ベインを一つお
きに導体で接続したものである。これにより、一つおき
の陽極の電位は同じ位相で振動するように強制される。
従って、振動可能なモードをπモードと0モード(全て
の陽極ベインが同一位相で振動する)とに限定すること
ができる。
ドの分離を行っている。均圧環は、陽極ベインを一つお
きに導体で接続したものである。これにより、一つおき
の陽極の電位は同じ位相で振動するように強制される。
従って、振動可能なモードをπモードと0モード(全て
の陽極ベインが同一位相で振動する)とに限定すること
ができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】従来のマグネトロンで
は、直熱型の熱陰極を用いているため、高い電流密度を
得ることができなかった。さらに、マグネトロン自身の
損失による発熱以外に、熱陰極自身も高温で動作させる
ため、陰極以外の周辺部品も耐熱性の高いものを用いな
ければならず、真空封止時も高温でのベーキング等を必
要とした。また、二極管冷陰極は、作用空間自体に電界
放出のための高電圧を印加するため、放電等を生じやす
い。
は、直熱型の熱陰極を用いているため、高い電流密度を
得ることができなかった。さらに、マグネトロン自身の
損失による発熱以外に、熱陰極自身も高温で動作させる
ため、陰極以外の周辺部品も耐熱性の高いものを用いな
ければならず、真空封止時も高温でのベーキング等を必
要とした。また、二極管冷陰極は、作用空間自体に電界
放出のための高電圧を印加するため、放電等を生じやす
い。
【0017】三極管構成フィールドエミッタアレイは、
電極間距離が小さいため低電圧で電子放出を行うことが
可能であり、高い電流密度を得ることもできるが、マグ
ネトロンの動作時には、陰極に高エネルギーで戻る電子
が存在する(陰極損)。三極管構成フィールドエミッタ
アレイのように、表面に正電位のゲート電極が露出して
いる電子放出源を、マグネトロンの電子源として作用空
間内の陰極部に配置する場合、前述の電子がゲート電極
に引き込まれ、ゲート電流の増大,それに伴うゲートか
らのガス放出による仕事関数変化(放出電流減少),エ
ミッタの放電破壊が生じ、最悪の場合電子放出源が破壊
される。本発明は、上記問題点を解決することを目的と
してなしたもので、これら問題点を解決したマグネトロ
ンを提供するものである。
電極間距離が小さいため低電圧で電子放出を行うことが
可能であり、高い電流密度を得ることもできるが、マグ
ネトロンの動作時には、陰極に高エネルギーで戻る電子
が存在する(陰極損)。三極管構成フィールドエミッタ
アレイのように、表面に正電位のゲート電極が露出して
いる電子放出源を、マグネトロンの電子源として作用空
間内の陰極部に配置する場合、前述の電子がゲート電極
に引き込まれ、ゲート電流の増大,それに伴うゲートか
らのガス放出による仕事関数変化(放出電流減少),エ
ミッタの放電破壊が生じ、最悪の場合電子放出源が破壊
される。本発明は、上記問題点を解決することを目的と
してなしたもので、これら問題点を解決したマグネトロ
ンを提供するものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、例えば微細加工技術により集積化した三極
管構成フィールドエミッタアレイのように陽極電圧より
小さい電圧で使用する電子放出源と二次電子放出源の二
種類の電子放出源を用いる。前者がマグネトロン動作開
始までの電子を供給し、作用空間内の陰極表面に形成さ
れた二次電子放出比が1より大きい二次電子放出部が、
陰極損原因となる電子により二次電子放出を行い、増倍
作用により電子数を増加させ、マグネトロン動作時の電
子を供給する。
決するため、例えば微細加工技術により集積化した三極
管構成フィールドエミッタアレイのように陽極電圧より
小さい電圧で使用する電子放出源と二次電子放出源の二
種類の電子放出源を用いる。前者がマグネトロン動作開
始までの電子を供給し、作用空間内の陰極表面に形成さ
れた二次電子放出比が1より大きい二次電子放出部が、
陰極損原因となる電子により二次電子放出を行い、増倍
作用により電子数を増加させ、マグネトロン動作時の電
子を供給する。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
乃至図5を用いて説明する。 <実施例1>図1は、フィールドエミッタアレイを電子
放出源の一つに用いたマグネトロン電極の斜視図であ
る。図1において、14はベイン、31は突起部、32
はフィールドエミッタアレイ、33はゲート電極、34
は絶縁層、35は二次電子放出膜、36は八角柱陰極を
示す。
乃至図5を用いて説明する。 <実施例1>図1は、フィールドエミッタアレイを電子
放出源の一つに用いたマグネトロン電極の斜視図であ
る。図1において、14はベイン、31は突起部、32
はフィールドエミッタアレイ、33はゲート電極、34
は絶縁層、35は二次電子放出膜、36は八角柱陰極を
示す。
【0020】この図1に示したフィールドエミッタアレ
イ32は、シリコンのリアクティブイオンエッチング
(RIE)と熱酸化を用いた方法(K.Betsui:
Technical Digest of IVMC9
1,(1991)26)により突起部31を作製した
が、金属回転蒸着法を用いたSpint法(C.A.S
pint:COMMUNICATIONS(Recei
ved 19 February 1968) 350
4)や、シリコンの異方性エッチングにより製作した鋳
型を用いたモールド法(Gray et al.:U.
S.P4,307,507(1981))を用いること
もできる。また、フィールドエミッタ以外の光電子放出
や表面伝導電子放出を用いることもできる。
イ32は、シリコンのリアクティブイオンエッチング
(RIE)と熱酸化を用いた方法(K.Betsui:
Technical Digest of IVMC9
1,(1991)26)により突起部31を作製した
が、金属回転蒸着法を用いたSpint法(C.A.S
pint:COMMUNICATIONS(Recei
ved 19 February 1968) 350
4)や、シリコンの異方性エッチングにより製作した鋳
型を用いたモールド法(Gray et al.:U.
S.P4,307,507(1981))を用いること
もできる。また、フィールドエミッタ以外の光電子放出
や表面伝導電子放出を用いることもできる。
【0021】上記手法で作製した三極管構成Siフィー
ルドエミッタアレイ32のゲート電極33上に更に絶縁
層34を形成し、その上に二次電子放出材料膜35を形
成した。二次電子放出材料には、Cu−Be合金を用い
たが、二次電子放出比が1より大きく、電子がチャージ
アップを起こさなければこれに限定しない。
ルドエミッタアレイ32のゲート電極33上に更に絶縁
層34を形成し、その上に二次電子放出材料膜35を形
成した。二次電子放出材料には、Cu−Be合金を用い
たが、二次電子放出比が1より大きく、電子がチャージ
アップを起こさなければこれに限定しない。
【0022】エミッタ先端径は、7nm±2nm、ゲー
ト径は、1μm、アレイピッチは、10μmである。こ
れを八枚の10mm×1.5mm(エミッタ数150,
000個/枚)の短冊状に切断し、直径4mmの八角柱
陰極36を作製した。本実施例では、八角柱を作製した
が、作用空間の電界に影響を与えない範囲であれば、何
角形でもよい。また、フィールドエミッタアレイ32
が、ロールシート上に形成できれば、それを円柱状にし
たものを用いてもよい。
ト径は、1μm、アレイピッチは、10μmである。こ
れを八枚の10mm×1.5mm(エミッタ数150,
000個/枚)の短冊状に切断し、直径4mmの八角柱
陰極36を作製した。本実施例では、八角柱を作製した
が、作用空間の電界に影響を与えない範囲であれば、何
角形でもよい。また、フィールドエミッタアレイ32
が、ロールシート上に形成できれば、それを円柱状にし
たものを用いてもよい。
【0023】分割陽極は、既存のマグネトロン(八分
割,内径9mm)のものを使用し、陽極電圧4kV,磁
界1500Gaussのクロストフィールドにおいて、
ゲート電極に正電圧を印加し、フィールドエミッタアレ
イ32からの電子放出を行った。2.45GHzの発振
が開始した後、ゲート電極及びエミッタの電位をエンド
ハット電位と同電位に切り替えた。フィールドエミッタ
アレイからの電子放出は停止するが、発振出力は増加
し、700Wの出力を得た。
割,内径9mm)のものを使用し、陽極電圧4kV,磁
界1500Gaussのクロストフィールドにおいて、
ゲート電極に正電圧を印加し、フィールドエミッタアレ
イ32からの電子放出を行った。2.45GHzの発振
が開始した後、ゲート電極及びエミッタの電位をエンド
ハット電位と同電位に切り替えた。フィールドエミッタ
アレイからの電子放出は停止するが、発振出力は増加
し、700Wの出力を得た。
【0024】<実施例2>図2は、二次電子放出部41
を陰極部に、もう一方の電子放出源42をエンドハット
43上に形成したマグネトロン電極の構成斜視図であ
る。この図2において、14はベイン、41は二次電子
放出部、42は電子放出源、43はエンドハットを示
す。
を陰極部に、もう一方の電子放出源42をエンドハット
43上に形成したマグネトロン電極の構成斜視図であ
る。この図2において、14はベイン、41は二次電子
放出部、42は電子放出源、43はエンドハットを示
す。
【0025】また、図3及び図4は、この実施例2にお
ける電子ビーム偏向機能付フィールドエミッタ電極の構
成を示した電子ビーム偏向機能付フィールドエミッタ電
極構成断面図であり、33はゲート電極、51は収束電
極、52は電子ビーム、また13は直流磁界を示す。
ける電子ビーム偏向機能付フィールドエミッタ電極の構
成を示した電子ビーム偏向機能付フィールドエミッタ電
極構成断面図であり、33はゲート電極、51は収束電
極、52は電子ビーム、また13は直流磁界を示す。
【0026】図3及び図4示すようにフィールドエミッ
タアレイ32は、ゲート電極33以外に集束電極51を
設けるとよい。また、電子ビーム52の偏向機能を付加
させたものを用いるとさらによい。Vg1,Vg2は、
分割ゲート電極の電圧値、Vf1,Vf2は、分割集束
電極の電圧値である。
タアレイ32は、ゲート電極33以外に集束電極51を
設けるとよい。また、電子ビーム52の偏向機能を付加
させたものを用いるとさらによい。Vg1,Vg2は、
分割ゲート電極の電圧値、Vf1,Vf2は、分割集束
電極の電圧値である。
【0027】図3(a)〜(c)は、電極位置によりビ
ーム偏向を行う場合、図4(d)〜(g)は、分割電極
によりビーム偏向を行うものである。本実施例では、エ
ンドハット上の電子放出源としてトラング・ティー・ド
ーン(マイクロン・テクノロジー・インコーポレイテッ
ド)が特許番号第2694889号で開示している手法
により、図4(d)形状の集束電極付フィールドエミッ
タアレイを外径6mm,内径5mmのリング状に作製し
たが、この手法に限定するものではない。
ーム偏向を行う場合、図4(d)〜(g)は、分割電極
によりビーム偏向を行うものである。本実施例では、エ
ンドハット上の電子放出源としてトラング・ティー・ド
ーン(マイクロン・テクノロジー・インコーポレイテッ
ド)が特許番号第2694889号で開示している手法
により、図4(d)形状の集束電極付フィールドエミッ
タアレイを外径6mm,内径5mmのリング状に作製し
たが、この手法に限定するものではない。
【0028】図5に本実施例2における電子ビーム52
の軌道イメージを示す。この図5において、13は直流
磁界、14はベイン、31は突起部、33はゲート電
極、41は二次電子放出部、43はエンドハット、51
は収束電極、52は電子ビームを示す。
の軌道イメージを示す。この図5において、13は直流
磁界、14はベイン、31は突起部、33はゲート電
極、41は二次電子放出部、43はエンドハット、51
は収束電極、52は電子ビームを示す。
【0029】電子ビーム52のエンドハット43方向の
初速は、エンドハット43の負電位により減速され作用
空間に押し戻される。更に、作用空間のクロストフィー
ルドによりサイクロイド運動をしながら陽極面に沿って
回転を始める。実施例1と同様に分割陽極は、既存のマ
グネトロン(八分割)のものを使用し、陽極電圧4k
V,磁界1500Gaussのクロストフィールドにお
いて、ゲート電極に正電圧を印加し、フィールドエミッ
タアレイからの電子放出を行った。2.45GHzの発
振が開始した後、ゲート電極及びエミッタの電位をエン
ドハット電位と同電位に切り替えた。フィールドエミッ
タアレイからの電子放出は停止するが、発振出力は増加
し、700Wの出力を得た。
初速は、エンドハット43の負電位により減速され作用
空間に押し戻される。更に、作用空間のクロストフィー
ルドによりサイクロイド運動をしながら陽極面に沿って
回転を始める。実施例1と同様に分割陽極は、既存のマ
グネトロン(八分割)のものを使用し、陽極電圧4k
V,磁界1500Gaussのクロストフィールドにお
いて、ゲート電極に正電圧を印加し、フィールドエミッ
タアレイからの電子放出を行った。2.45GHzの発
振が開始した後、ゲート電極及びエミッタの電位をエン
ドハット電位と同電位に切り替えた。フィールドエミッ
タアレイからの電子放出は停止するが、発振出力は増加
し、700Wの出力を得た。
【0030】上記第1及び第2実施例によれば、次の作
用効果が得られる。実施例1では、フィールドエミッタ
アレイの役割は、マグネトロン動作開始までの電子供給
なので、陰極損の影響が少ない状態であり、また、ゲー
ト電極上は、絶縁層を介して二次電子放出膜で覆われて
いるので、ゲート電極への電子の引き込みは減少する。
さらに、出力増加時は、ゲート電極をエンドハットと同
電位にするため、逆衝撃の電子のほとんどは、二次電子
放出膜に衝突する。そのため、フィールドエミッタアレ
イの破壊を防ぐことができる。
用効果が得られる。実施例1では、フィールドエミッタ
アレイの役割は、マグネトロン動作開始までの電子供給
なので、陰極損の影響が少ない状態であり、また、ゲー
ト電極上は、絶縁層を介して二次電子放出膜で覆われて
いるので、ゲート電極への電子の引き込みは減少する。
さらに、出力増加時は、ゲート電極をエンドハットと同
電位にするため、逆衝撃の電子のほとんどは、二次電子
放出膜に衝突する。そのため、フィールドエミッタアレ
イの破壊を防ぐことができる。
【0031】実施例2では、フィールドエミッタアレイ
が陰極部に存在しないので、陰極損の影響をさらに小さ
くすることができる。フィールドエミッタアレイでは、
電子が広がり角を持って放出されるため、エンドハット
上からでは、陽極方向に放出された電子が作用空間で相
互作用を起こす前に陽極に捕らえられ、効率が低下して
しまうが、電子ビームの偏向機能を持たせることで、効
率を改善することができる。また、磁界方向に電子を放
出する形でエンドハット上にフィールドエミッタアレイ
を形成することにより、磁界の集束効果で更に電子ビー
ムの広がり角を抑えることができる。また、エンドハッ
ト上にフィールドエミッタアレイを作成するので、実施
例1よりもマウントが容易になる。
が陰極部に存在しないので、陰極損の影響をさらに小さ
くすることができる。フィールドエミッタアレイでは、
電子が広がり角を持って放出されるため、エンドハット
上からでは、陽極方向に放出された電子が作用空間で相
互作用を起こす前に陽極に捕らえられ、効率が低下して
しまうが、電子ビームの偏向機能を持たせることで、効
率を改善することができる。また、磁界方向に電子を放
出する形でエンドハット上にフィールドエミッタアレイ
を形成することにより、磁界の集束効果で更に電子ビー
ムの広がり角を抑えることができる。また、エンドハッ
ト上にフィールドエミッタアレイを作成するので、実施
例1よりもマウントが容易になる。
【0032】また、微細加工技術によりエミッタの極近
傍にゲート電極を配した三極管構成フィールドエミッタ
アレイを冷陰極として用いることで、電子放出のために
必要な印加電圧を下げることができるので、陽極電圧を
従来より低電圧化したマグネトロンに対しても同様の効
果を得ることができる。
傍にゲート電極を配した三極管構成フィールドエミッタ
アレイを冷陰極として用いることで、電子放出のために
必要な印加電圧を下げることができるので、陽極電圧を
従来より低電圧化したマグネトロンに対しても同様の効
果を得ることができる。
【0033】
【発明の効果】本発明に係るマグネトロンは、陽極電圧
より小さい電圧で使用する電子放出源とマグネトロン動
作条件における二次電子放出比が1より大きい二次電子
放出源とを電子放出源として用い、前者がマグネトロン
動作開始までの電子を供給し、作用空間内の陰極表面に
形成された二次電子放出比が1より大きい二次電子放出
部が、陰極損原因となる電子により二次電子放出を行
い、増倍作用により電子数を増加させ、マグネトロン動
作時の電子を供給するので、ゲート電流の増大,それに
伴うゲートからのガス放出による仕事関数変化(放出電
流減少),エミッタの放電破壊等が生じことがない。
より小さい電圧で使用する電子放出源とマグネトロン動
作条件における二次電子放出比が1より大きい二次電子
放出源とを電子放出源として用い、前者がマグネトロン
動作開始までの電子を供給し、作用空間内の陰極表面に
形成された二次電子放出比が1より大きい二次電子放出
部が、陰極損原因となる電子により二次電子放出を行
い、増倍作用により電子数を増加させ、マグネトロン動
作時の電子を供給するので、ゲート電流の増大,それに
伴うゲートからのガス放出による仕事関数変化(放出電
流減少),エミッタの放電破壊等が生じことがない。
【図1】本発明に係るマグネトロンの実施の形態(実施
例1)におけるマグネトロン電極の斜視図である。
例1)におけるマグネトロン電極の斜視図である。
【図2】同実施の形態(実施例2)におけるマグネトロ
ン電極の斜視図である。
ン電極の斜視図である。
【図3】同実施の形態(実施例2)における電子ビーム
偏向機能付加フィールドエミッタ電極の構成を示した断
面図である。
偏向機能付加フィールドエミッタ電極の構成を示した断
面図である。
【図4】同実施の形態(実施例2)における電子ビーム
偏向機能付加フィールドエミッタ電極の構成を示した断
面図である。
偏向機能付加フィールドエミッタ電極の構成を示した断
面図である。
【図5】同実施の形態(実施例2)における電子ビーム
軌跡のイメージ図である。
軌跡のイメージ図である。
【図6】従来のマグネトロン電極の断面図である。
【図7】同マグネトロンの動作状態図である。
11 陰極 12 陽極 13 直流磁界 14 ベイン 21 振動回路 22 高周波電界 23 回転電子極 24 誘導電流 25 出力回路 31 突起部 32 フィールドエミッタアレイ 33 ゲート電極 34 絶縁層 35 二次電子放出膜 36 八角柱陰極 41 二次電子放出部 42 電子放出源 43 エンドハット 51 集束電極 52 電子ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧口 治久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5C029 CC01
Claims (7)
- 【請求項1】 陽極電圧より小さい電圧で使用する電子
放出源とマグネトロン動作条件における二次電子放出比
が1より大きい二次電子放出源とを電子放出源に用いる
ことを特徴とするマグネトロン。 - 【請求項2】 電子放出源がマグネトロンの陰極部に、
多角柱で形成されることを特徴とする請求項1記載のマ
グネトロン。 - 【請求項3】 電子放出源がマグネトロンの陰極部に、
ロールシートで形成されることを特徴とする請求項1記
載のマグネトロン。 - 【請求項4】 陽極電圧より小さい電圧で使用する電子
放出源が、エンドハット部に形成され、二次電子放出源
が、陰極部に形成されることを特徴とする請求項1記載
のマグネトロン。 - 【請求項5】 陽極電圧より小さい電圧で使用する電子
放出源の電子ビームを偏向させることを特徴とする請求
項4記載のマグネトロン。 - 【請求項6】 電子ビームを偏向させるために電極を分
割することを特徴とする請求項5記載のマグネトロン。 - 【請求項7】 電子ビームを偏向させるために電極中心
位置を電子放出中心位置からずらした構成にすることを
特徴とする請求項5記載のマグネトロン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10270400A JP2000100339A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | マグネトロン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10270400A JP2000100339A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | マグネトロン |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000100339A true JP2000100339A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17485742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10270400A Pending JP2000100339A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | マグネトロン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000100339A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003272537A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マグネトロン |
EP1505627A2 (en) * | 2003-08-07 | 2005-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetron |
JP2006040573A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マグネトロン |
-
1998
- 1998-09-25 JP JP10270400A patent/JP2000100339A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003272537A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マグネトロン |
EP1505627A2 (en) * | 2003-08-07 | 2005-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetron |
EP1505627A3 (en) * | 2003-08-07 | 2008-03-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetron |
US7474042B2 (en) | 2003-08-07 | 2009-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetron with graphite nano-fibers on cathode |
JP2006040573A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マグネトロン |
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