JP4692348B2 - Discharge plasma generation auxiliary device - Google Patents
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Description
本発明は、放電プラズマを利用する放電プラズマ装置に用いる放電プラズマ生成補助装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge plasma generation auxiliary device used in a discharge plasma device using discharge plasma.
従来の蛍光ランプは、透光性気密容器内に封入した水銀を含む放電媒体を放電により励起させて紫外線を発生させ、透光性気密容器の内面に被着した蛍光体層を励起させて発光させるものである。 Conventional fluorescent lamps emit light by exciting a discharge medium containing mercury enclosed in a light-transmitting hermetic container by discharging to generate ultraviolet rays and exciting a phosphor layer deposited on the inner surface of the light-transmitting hermetic container. It is something to be made.
これに対して、近年、地球の環境問題に対する関心が高まるにつれて、水銀を利用せずに例えばキセノンガスなどの希ガスを放電ガス(放電媒体)として用いた希ガス蛍光ランプのような無水銀蛍光ランプが各所で研究開発されている。 On the other hand, in recent years, as interest in environmental problems on the earth has increased, mercury-free mercury-free fluorescent lamps such as rare gas fluorescent lamps using a rare gas such as xenon gas as a discharge gas (discharge medium) without using mercury. Lamps are being researched and developed in various places.
しかしながら、希ガス蛍光ランプは、水銀を利用した従来の蛍光ランプに比べて、効率が低く、従来の蛍光ランプと同等の輝度を得るためには、透光性気密容器内に配置された一対の放電用電極間により高い電圧を印加しなければならないという問題があった。 However, the rare gas fluorescent lamp is less efficient than the conventional fluorescent lamp using mercury, and in order to obtain the same luminance as the conventional fluorescent lamp, a pair of rare gas fluorescent lamps arranged in a light-transmitting hermetic container is used. There was a problem that a higher voltage had to be applied between the discharge electrodes.
これに対して、放電ガスとしてキセノンガスが封入された透光性気密容器と、透光性気密容器内に配置された一対の放電用電極とを備えた放電プラズマ装置に用いる放電プラズマ生成補助装置として、電界放射型の電子源を透光性気密容器内における一対の放電用電極間の放電プラズマ生成空間の外に配置し、一対の放電用電極間に電圧を印加する前に電子源を駆動して電子を放出させることにより、放電開始電圧を低減する技術が提案されており(例えば、特許文献1参照)、放電開始電圧を半分程度まで低減できることが知られている。 On the other hand, a discharge plasma generation auxiliary device used in a discharge plasma apparatus comprising a light-transmitting airtight container filled with xenon gas as a discharge gas and a pair of discharge electrodes arranged in the light-transmitting airtight container The field emission type electron source is disposed outside the discharge plasma generation space between the pair of discharge electrodes in the translucent airtight container, and the electron source is driven before applying the voltage between the pair of discharge electrodes. Thus, a technique for reducing the discharge start voltage by emitting electrons has been proposed (see, for example, Patent Document 1), and it is known that the discharge start voltage can be reduced to about half.
ここにおいて、上述の放電プラズマ装置では、一対の放電用電極間の放電プラズマ生成空間の外に電子源を配置することで、放電プラズマに起因したダメージが電子源に発生するのを抑制していた。
しかしながら、上述の放電プラズマ装置では、放電開始電圧を更に低減するためにより大きな電流を流すと、放電プラズマが電子源の電子放出面に達したり、放電用電極と電子源との間で放電が起こって、電子源の電子放出面にイオンが衝突することにより電子源に損傷が発生し、電子源の寿命が短くなって、結果的に放電プラズマ生成補助装置の寿命が短くなってしまうという懸念があった。 However, in the above-described discharge plasma apparatus, if a larger current is applied to further reduce the discharge start voltage, the discharge plasma reaches the electron emission surface of the electron source or a discharge occurs between the discharge electrode and the electron source. There is a concern that the collision of ions with the electron emission surface of the electron source causes damage to the electron source, shortening the life of the electron source, and consequently shortening the life of the discharge plasma generation auxiliary device. there were.
そこで、放電プラズマ生成補助装置に、電子源に対向配置され電子源を保護する保護部材として導電性材料により形成された網状体を設けることによって、電子源の電子放出面へのイオンの衝突を抑制することが考えられるが、電子源へのイオンの衝突を抑制するには網状体の網目のサイズを小さくする必要があり、電子源から放出された電子の一部が網状体に衝突したり捕らえられたりし、放電ガスであるキセノンガス中への電子の供給量が減少し、放電開始電圧が高くなってしまう。 Therefore, by providing the discharge plasma generation auxiliary device with a mesh body made of a conductive material as a protective member that is placed facing the electron source and protects the electron source, collision of ions with the electron emission surface of the electron source is suppressed. However, in order to suppress the collision of ions with the electron source, it is necessary to reduce the mesh size of the network, and some of the electrons emitted from the electron source collide with or be captured by the network. In other words, the amount of electrons supplied to the xenon gas, which is the discharge gas, decreases, and the discharge start voltage increases.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れる放電プラズマ生成補助装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a discharge plasma generation auxiliary device that can reduce the discharge start voltage and extend the life.
請求項1の発明は、放電ガスが封入された気密容器と、気密容器内に配置されたアノード電極およびカソード電極とを備えた放電プラズマ装置に用いられ放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置であって、気密容器内において放電プラズマ生成空間の外側でカソード電極の近くに配置され放電ガス中へ電子を供給する電子源と、電子源から放出された電子の通る開口部を有し且つ気密容器内で生成された放電プラズマのイオンから電子源を保護する2つの保護部材とを備え、両保護部材がそれぞれ導電性材料により形成されるとともに電子源の電子放出方向において離間して配置され、電子源に近い側の保護部材である第1の保護部材の電位が電子源よりも高電位となり且つ第1の保護部材と電子源から遠い側の保護部材である第2の保護部材との電位が互いに異なるように第1の保護部材と第2の保護部材との電位関係が設定され、第2の保護部材の電位が、アノード電極の電位よりも低く且つカソード電極の電位よりも高い電位に設定されてなることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a discharge plasma generation auxiliary for use in a discharge plasma apparatus including an airtight container in which a discharge gas is sealed, and an anode electrode and a cathode electrode disposed in the airtight container. An apparatus, comprising an electron source disposed near a cathode electrode outside a discharge plasma generation space in an airtight container and supplying electrons into a discharge gas, and an opening through which electrons emitted from the electron source pass. Two protective members for protecting the electron source from the ions of the discharge plasma generated in the hermetic container, both of the protective members being formed of a conductive material and spaced apart in the electron emission direction of the electron source. The potential of the first protective member, which is the protective member on the side close to the electron source, is higher than that of the electron source, and the first protective member and the protective member on the side far from the electron source. The potential relationship between the first protection member and the second protection member is set so that the potentials of the second protection member are different from each other, and the potential of the second protection member is lower than the potential of the anode electrode and It is characterized by being set to a potential higher than the potential of the cathode electrode.
この発明によれば、電子源の電子放出方向において離間して配置された第1の保護部材および第2の保護部材それぞれが電子源から放出された電子の通る開口部を有しているので、第1の保護部材および第2の保護部材それぞれの開口率を適宜設定することで電子源へのイオンの衝突を抑制しつつ電子源から放出された電子が各保護部材に衝突したり捕らえられたりするのを抑制できて放電開始電圧を低減でき、しかも、第2の保護部材の電位がアノード電極の電位よりも低く且つカソード電極の電位よりも高い電位に設定されているので、第2の保護部材とアノード電極およびカソード電極との間それぞれでの不要な放電プラズマが起こるのを防止することができるから、電子源に損傷が発生するのを抑制できて長寿命化を図れる。 According to the present invention, each of the first protective member and the second protective member that are spaced apart in the electron emission direction of the electron source has an opening through which electrons emitted from the electron source pass. By appropriately setting the aperture ratio of each of the first protective member and the second protective member, the electrons emitted from the electron source collide with or be captured by each protective member while suppressing the collision of ions with the electron source. Since the potential of the second protective member is set lower than the potential of the anode electrode and higher than the potential of the cathode electrode, the second protection member can be reduced. Since it is possible to prevent unnecessary discharge plasma from occurring between the member and the anode electrode and the cathode electrode, it is possible to suppress the occurrence of damage to the electron source and to extend the life.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第2の保護部材の電位が前記第1の保護部材よりも低電位となるように前記電位関係が設定されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the potential relationship is set so that the potential of the second protective member is lower than that of the first protective member. .
この発明によれば、前記第1の保護部材の開口部を通った電子が前記第2の保護部材に捕らえられるのを抑制しつつ、前記気密容器内において前記アノード電極と前記カソード電極との間で発生する放電プラズマのイオンに起因した前記電子源のダメージを低減することができる。 According to the present invention, the electrons passing through the opening of the first protective member are restrained from being caught by the second protective member, and the gap between the anode electrode and the cathode electrode is within the hermetic container. It is possible to reduce the damage of the electron source caused by the ions of the discharge plasma generated in step (b).
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記第2の保護部材は、前記第1の保護部材よりも開口率が低いことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the second protective member has a lower aperture ratio than the first protective member.
この発明によれば、前記気密容器内において前記アノード電極と前記カソード電極との間で発生する放電プラズマのイオンに起因した前記電子源のダメージをより低減できる。 According to the present invention, damage to the electron source due to discharge plasma ions generated between the anode electrode and the cathode electrode in the hermetic container can be further reduced.
請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記第1の保護部材は、前記開口部が前記電子源の電子放出面に対応する形状に開口されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the first protection member is characterized in that the opening is opened in a shape corresponding to an electron emission surface of the electron source.
この発明によれば、前記電子源から放出された電子を前記第1の保護部材と前記電子源との間の電界によって加速しつつ、前記電子源から放出された電子が前記第1の保護部材に捕獲される確率を低減することができる。 According to this invention, the electrons emitted from the electron source are accelerated by the electric field between the first protection member and the electron source while the electrons emitted from the electron source are accelerated by the electric field between the first protection member and the electron source. The probability of being trapped in can be reduced.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記第2の保護部材は、前記カソード電極との距離をd、前記カソード電極との間の空間での電子増倍率をα、前記気密容器内で発生する放電プラズマのイオンによる二次電子放出係数をγとするとき、γが、
γ≦1/(eαd−1)
の関係を満たす材料により形成されてなることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the second protective member has a distance d from the cathode electrode, and an electron multiplication factor α in the space between the cathode electrodes. , Where γ is a secondary electron emission coefficient due to ions of discharge plasma generated in the hermetic vessel ,
γ ≦ 1 / (e αd −1)
It is characterized by being formed of a material satisfying the above relationship.
この発明によれば、前記第2の保護部材と前記カソード電極との間で不要な放電プラズマが発生するのを防止することができ、前記電子源の長寿命化を図れる。 According to the present invention, unnecessary discharge plasma can be prevented from being generated between the second protective member and the cathode electrode, and the life of the electron source can be extended.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記第2の保護部材は、前記カソード電極との距離をd、前記カソード電極との間の空間での電子増倍率をα、前記気密容器内で発生する放電プラズマのイオンによる二次電子放出係数をγとするとき、αが、
α≦ln{(1/γ)+1}/d
の関係を満たすように電位が設定されてなることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the second protective member has a distance d from the cathode electrode, and an electron multiplication factor α in the space between the cathode electrodes. When the secondary electron emission coefficient due to the ions of the discharge plasma generated in the hermetic vessel is γ , α is
α ≦ ln {(1 / γ) +1} / d
The potential is set so as to satisfy the relationship.
この発明によれば、前記第2の保護部材と前記カソード電極との間で不要な放電プラズマが発生するのを防止することができ、前記電子源の長寿命化を図れる。 According to the present invention, unnecessary discharge plasma can be prevented from being generated between the second protective member and the cathode electrode, and the life of the electron source can be extended.
請求項1の発明では、放電開始電圧を低減でき且つ長寿命化を図れるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the discharge start voltage can be reduced and the life can be extended.
本実施形態における放電プラズマ装置は、図1(a)に示すように、放電ガス(ここでは、Xeガス)が封入された気密容器1と、気密容器1内に配置されたアノード電極2bおよびカソード電極2aとを有する放電ランプLaを備えている。なお、放電ガスはXeガスに限らず、例えば、Arガス、Heガス、Neガス、Krガス、N2ガス、COガス、Hg蒸気やそれらの二種以上からなる混合ガスなどを放電プラズマ装置の用途などに応じて適宜採用すればよい。
As shown in FIG. 1A, the discharge plasma apparatus according to the present embodiment includes an airtight container 1 in which a discharge gas (here, Xe gas) is sealed, an
また、本実施形態における放電プラズマ装置は、放電プラズマの生成を補助する放電プラズマ生成補助装置として、図1(a),(b)に示すように、気密容器1内においてアノード電極2bとカソード電極2aとの間の所望の放電プラズマ生成空間3の外側でカソード電極2aの近くに配置され放電ガス中へ電子を供給する電子源10と、気密容器1内の放電プラズマ生成空間3で生成された放電プラズマのイオンから電子源10を保護する2つの保護部材21,22とを備えている。ここにおいて、各保護部材21,22は、それぞれ導電性材料により形成されていて電子源10から放出された電子を加速するためのグリッド電極を兼ねており、電子源10の電子放出方向において離間して配置されている。また、各保護部材21,22は、電子源10から放出された電子の通る複数の開口部21a,22aが形成されている。
In addition, the discharge plasma apparatus according to the present embodiment is a discharge plasma generation auxiliary apparatus that assists the generation of discharge plasma, as shown in FIGS. 1A and 1B, in an airtight container 1, an
本実施形態における放電ランプLaは、直管形の放電ランプであり、気密容器1が透光性材料(例えば、ガラス、透光性セラミックなど)により円筒状に形成され、気密容器1の長手方向の一端部(図1における左端部)にアノード電極2bが配置され、上記長手方向の他端部(図1における右端部)にカソード電極2aが配置されている。また、放電ランプLaは、上述の放電プラズマ生成補助装置が、カソード電極2aの近くでカソード電極2aに対してアノード電極2b側とは反対側に配置されている(要するに、電子源10および各保護部材21,22は、気密容器1内において放電プラズマ生成空間3の外に配置されている)。
The discharge lamp La in the present embodiment is a straight tube discharge lamp, and the airtight container 1 is formed in a cylindrical shape from a light-transmitting material (for example, glass, light-transmitting ceramic, etc.), and the longitudinal direction of the airtight container 1 is The
電子源10は、図1(a),(b)に示すように、矩形板状の絶縁性基板(例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など)14の一表面上に金属膜(例えば、タングステン膜など)からなる下部電極15が形成され、下部電極15上に強電界ドリフト層16が形成され、強電界ドリフト層16上に導電性薄膜(例えば、金薄膜)よりなる表面電極17が形成されている。なお、表面電極17を構成する導電性薄膜の膜厚は10〜15nm程度に設定することが望ましいが、当該導電性薄膜は単層膜に限らず多層膜でもよい。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
本実施形態における電子源10では、強電界ドリフト層16が電子通過層を構成しており、下部電極15と電子通過層たる強電界ドリフト層16と表面電極17とで表面電極17を通して電子を放出する電子源素子10aを構成している。
In the
電子源素子10aの強電界ドリフト層16は、図2に示すように、少なくとも、下部電極15の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン(半導体結晶)51と、グレイン51の表面に形成された薄いシリコン酸化膜52と、グレイン51間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶(半導体微結晶)63と、各シリコン微結晶63の表面に形成され当該シリコン微結晶63の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリコン酸化膜64とから構成されている。ここに、各グレイン51は、下部電極15の厚み方向に延びている(つまり、絶縁性基板14の厚み方向に延びている)。
As shown in FIG. 2, the strong electric
上述の電子源素子10aから電子を放出させるには、表面電極17が下部電極15に対して高電位側となるように表面電極17と下部電極15との間に駆動電圧を駆動電源(図示せず)から印加すれば、下部電極15から強電界ドリフト層16へ注入された電子が強電界ドリフト層16をドリフトし表面電極17を通して放出される。
In order to emit electrons from the electron source element 10a described above, a driving voltage is applied between the
ここに、本実施形態における電子源素子10aでは、表面電極17と下部電極15との間に印加する駆動電圧を10〜20V程度の低電圧としても電子を放出させることができる。なお、本実施形態の電子源素子10aは、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができるという特徴を有している。
Here, in the electron source element 10a in the present embodiment, electrons can be emitted even when the driving voltage applied between the
本実施形態における電子源素子10aの基本構成は周知であり、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極17と下部電極15との間に表面電極17を高電位側として電圧を印加することにより、下部電極15から強電界ドリフト層16へ電子e−が注入される。一方、強電界ドリフト層16に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜64にかかるから、注入された電子e−はシリコン酸化膜64にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層16におけるグレイン51の間の領域を表面に向かって図2中の矢印の向き(図2における上向き)へドリフトし、表面電極17をトンネルし放出される。しかして、強電界ドリフト層16では下部電極15から注入された電子がシリコン微結晶63でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜64にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極17を通して放出され(弾道型電子放出現象)、強電界ドリフト層16で発生した熱がグレイン51を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。
The basic configuration of the electron source element 10a in this embodiment is well known, and it is considered that electron emission occurs in the following model. That is, by applying a voltage between the
なお、上述の電子源10では、表面電極17が電子放出部を構成している。また、上述の強電界ドリフト層16では、シリコン酸化膜64が絶縁膜を構成しており絶縁膜の形成に酸化プロセスを採用しているが、酸化プロセスの代わりに窒化プロセスないし酸窒化プロセスを採用してもよく、窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜52,64がいずれもシリコン窒化膜となり、酸窒化プロセスを採用した場合には各シリコン酸化膜52,64がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
In the
また、上述の各保護部材21,22は、上記導電性材料(例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレスなど)により網状の形状に形成されており、該網状の各網目それぞれの部分が電子源10から放出された電子の通る開口部21a,22aを構成している。なお、本実施形態では、各保護部材21,22を網状の形状に形成してあるが、各保護部材21,22は、網状の形状に限らず、例えば、平板状の導電性基材に開口部21a,22aを設けたものでもよい。
Each of the
本実施形態の放電プラズマ生成補助装置では、上記駆動電源から電子源10の表面電極17と下部電極15との間に例えば14V程度の直流電圧を印加するとともに、第1の加速用電源(図示せず)から第1の保護部材21と表面電極17との間に例えば100V程度の直流電圧を印加し、第2の加速用電源(図示せず)から第2の保護部材22と表面電極17との間に例えば90V程度の直流電圧を印加することにより、電子源10から放出された電子が第1の保護部材21および第2の保護部材22それぞれで加速されてアノード電極2bとカソード電極2aとの間の放電プラズマ生成空間3へ供給される。ここで、放電プラズマ生成補助装置を駆動する際の各構成要素の電位は、第1の保護部材21と第2の保護部材22との電位が互いに異なるように第1の保護部材21と第2の保護部材22との電位関係が設定され、第2の保護部材22の電位が、アノード電極2bの電位よりも低く且つカソード電極2aの電位よりも高い電位に設定されている。ここにおいて、第2の保護部材22の電位は、第2の保護部材22とアノード電極2bとの間の電位差(以下、第1の電位差と称す)が第2の保護部材22とアノード電極2bとの間の放電開始電圧よりも小さく、且つ、第2の保護部材22とカソード電極2aとの間の電位差(以下、第2の電位差と称す)が第2の保護部材22とカソード電極2aとの間の放電開始電圧よりも小さくなるように設定するのが望ましく、上記各電位差それぞれを放電開始電圧よりも低い放電維持電圧よりも小さくなるように設定するのがより望ましい。
In the discharge plasma generation auxiliary device of the present embodiment, a DC voltage of about 14 V, for example, is applied between the driving power supply between the
なお、本実施形態では、アノード電極2bとカソード電極2aとの間に電圧を印加する電源VAK、上記駆動電源、上記第1の加速用電源、上記第2の加速用電源それぞれの出力電圧を例えばマイクロコンピュータからなる制御部(図示せず)によって制御しており、各保護部材21,22、アノード電極2b、カソード電極2aそれぞれの電位を上記制御部によって制御することで、上記電位関係を満足させるようにしてある。
In the present embodiment, the output voltages of the power supply V AK for applying a voltage between the
以上説明した本実施形態の放電プラズマ生成補助装置によれば、電子源10の電子放出方向において離間して配置された第1の保護部材21および第2の保護部材22それぞれが電子源10から放出された電子の通る開口部21a,22aを有しているので、第1の保護部材21および第2の保護部材22それぞれの開口率を適宜設定することで電子源10へのイオンの衝突を抑制しつつ電子源10から放出された電子が各保護部材21,22に衝突したり捕らえられたりするのを抑制できて放電開始電圧を低減でき、しかも、第2の保護部材22の電位がアノード電極2bの電位よりも低く且つカソード電極2aの電位よりも高い電位に設定されているので、第2の保護部材22とアノード電極2bおよびカソード電極2aとの間それぞれでの不要な放電プラズマが起こるのを防止することができるから、電子源10に損傷が発生するのを抑制できて長寿命化を図れる。また、第2の保護部材22の電位が第1の保護部材21よりも低電位となるように上記電位関係が設定されているので、第1の保護部材21の開口部21aを通った電子が第2の保護部材22に捕らえられるのを抑制しつつ、気密容器1内においてアノード電極2bとカソード電極2aとの間で発生する放電プラズマのイオンに起因した電子源10のダメージを低減することができる。
According to the discharge plasma generation auxiliary device of the present embodiment described above, the first
また、本実施形態の放電プラズマ生成補助装置では、第2の保護部材22の開口率を第1の保護部材21の開口率よりも低くしてあるので、気密容器1内においてアノード電極2bとカソード電極2aとの間で発生する放電プラズマのイオンに起因した電子源10のダメージをより低減できる。ここにおいて、第1の保護部材21の開口部21aを電子源10の電子放出面に対応する形状に開口しておけば、電子源10から放出された電子を第1の保護部材21と電子源10との間の電界によって加速しつつ、電子源10から放出された電子が第1の保護部材21に捕獲される確率を低減することができる。
Further, in the discharge plasma generation assisting device of the present embodiment, since the opening ratio of the second
ところで、アノード電極2bとカソード電極2aとの間で放電プラズマが発生するのは、アノード電極2bとカソード電極2aとの間の距離をd、電子増倍率をα、カソード電極2aのイオンによる二次電子放出係数をγとすると、
γ>1/(eαd−1)
の関係を満たしたときであり、カソード電極2aにイオンが衝突して二次電子を発生させることでアノード電極2bとカソード電極2aとの間で放電が維持されるが、この原理はカソード電極2aと第2の保護部材22との間でも同様である。
By the way, the discharge plasma is generated between the
γ> 1 / (e αd −1)
In this case, the discharge is maintained between the
そこで、第2の保護部材22とカソード電極2aとの距離をd、第2の保護部材22とカソード電極2aとの間の空間での電子増倍率をα、気密容器1内で発生する放電プラズマのイオンによる二次電子放出係数をγとするとき、第2の保護部材22の材料を、
γ≦1/(eαd−1)
の関係を満たす材料により形成すれば、第2の保護部材22とカソード電極2aとの間で不要な放電プラズマが発生するのを防止することができ、電子源10の長寿命化を図れる。
Therefore, the distance between the second
γ ≦ 1 / (e αd −1)
If the material satisfying the above relationship is used, unnecessary discharge plasma can be prevented from being generated between the second
ここにおいて、γを低くするには、イオンに対する二次電子放出効率の低い材料を用いればよく、この種の材料としては、例えば、Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,C,Si,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Te,Re,Os,Ir,Pt,Au,Hg,Tl,Pb,Bi,Poなどや、これらの酸化物、窒化物、炭化物などを用いることが望ましい。 Here, in order to reduce γ, a material having low secondary electron emission efficiency for ions may be used. Examples of this type of material include Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, C, Si, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, and their oxides It is desirable to use nitride, carbide or the like.
また、第2の保護部材22の材料として、上述の材料以外の材料を用いても、αが、
α≦ln{(1/γ)+1}/d
の関係を満たすように第2の保護部材22の電位を設定することで、第2の保護部材22とカソード電極2aとの間で不要な放電プラズマが発生するのを防止することができ、電子源10の長寿命化を図れる。ここで、第2の保護部材22は、イオンに対する二次電子放出効率が低い方が望ましいが、放電プラズマ生成補助装置からの電子放出効率を向上させるためには、電子に対する二次電子放出効率が高い方が望ましい。
Further, even when a material other than the above-described materials is used as the material of the second
α ≦ ln {(1 / γ) +1} / d
By setting the potential of the
上述の実施形態における電子源10は、弾道型電子放出現象により電子を放出する電子源であって弾道電子面放出型電子源(Ballistic electron Surface-emitting Device:BSD)と呼ばれている。ここにおいて、電子源10はBSDに限らず、例えば、上述の電子通過層として強電界ドリフト層16に代えて絶縁体層を採用したMIM(Metal-Insulator-Metal)型の電子源、上述の電子通過層として強電界ドリフト層16に代えて下部電極15側の半導体層と表面電極17側の絶縁体層とを採用したMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型の電子源、スピント型の電子源、SCE(Surface Conduction Electron emitter)型の電子源、カーボンナノチューブエミッタを用いた電子源などを用いてもよいが、電子源10としてBSDを用いれば放電ガス中でも安定して電子を放出することができるので、電子源10としてBSDを用いることが望ましい。
The
1 気密容器
2a カソード電極
2b アノード電極
3 放電プラズマ生成空間
10 電子源
21 第1の保護部材
21a 開口部
22 第2の保護部材
22a 開口部
La 放電ランプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
γ≦1/(eαd−1)
の関係を満たす材料により形成されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の放電プラズマ生成補助装置。 The second protective member includes a distance d from the cathode electrode, an electron multiplication factor α in the space between the cathode electrode and a secondary electron emission coefficient due to discharge plasma ions generated in the hermetic vessel. Where γ is
γ ≦ 1 / (e αd −1)
The discharge plasma generation auxiliary device according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge plasma generation auxiliary device is formed of a material satisfying the above relationship.
α≦ln{(1/γ)+1}/d
の関係を満たすように電位が設定されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の放電プラズマ生成補助装置。 The second protective member includes a distance d from the cathode electrode, an electron multiplication factor α in the space between the cathode electrode and a secondary electron emission coefficient due to discharge plasma ions generated in the hermetic vessel. Is γ , α is
α ≦ ln {(1 / γ) +1} / d
5. The discharge plasma generation auxiliary device according to claim 1, wherein the potential is set so as to satisfy the relationship.
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