JP5281004B2 - エミッタの設計方法、電子ビーム発生装置およびそれを用いたデバイス - Google Patents
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Description
より大きなビーム電流が必要な場合、上記(1)式からわかるように、輝度および電子源面積を一定とすると、実効的な立体角dΩが増していくことになる。
すなわち、ショットキー型エミッタは熱電子放出型のエミッタよりも高い軸上輝度を有しているが、単位立体角あたりの電流である電流角密度は、ショットキー型エミッタの方が熱電子放出型のエミッタよりも小さくなる。
式(3)より、電子銃における焦点距離の逆数が、出現光線の角度の正弦と、陰極表面に対して垂直に出射された電子に関するスタート位置における軸外距離との、限界比となっていることがわかる。クロスオーバー径、光軸に沿って形成される電子ビームの最小ビーム径(電子源径)、および、電流角密度は、式(3)によって定義づけられた焦点距離fから得られる。
JΩ=f2×js … (5)
焦点距離fをより長くすると、式(4)からわかるように、電子源径dcoが大きくなり、式(5)からわかるように、電流角密度JΩも高くなる。したがって、ショットキー型エミッタにおける電流角密度JΩを、適度な自由度のもとで設定するためには、焦点距離fを調整することだけが必要となる。
B=JΩ/π(dco/2)2=(1/π)(ejs/kT)Vext … (6)
図13は、異なる曲率半径Rを有する2つのショットキー型エミッタを用いた場合における、ξとvとの関連を示すグラフである。横軸にξをとるとともに、縦軸についてはvをプロットするために使用している。具体的にいえば、ここでは、0.6μmという従来サイズの曲率半径Rを有するように形成したショットキー型エミッタと、従来のサイズの陰極よりも大きい2.0μmという曲率半径を有するように形成したショットキー型エミッタとを用いている。図13に示すように、従来の標準的なショットキー型エミッタ(R=0.6μm)に関する曲線は、「標準SE」と記されている。一方、従来のサイズよりも大きい曲率半径Rを有するショットキー型エミッタ(R=2.0μm)に関する曲線は、「巨大SE」と記されている。
陰極電流密度をj s とし、電子銃焦点距離をfとし、電流角密度をJ Ω としたときに、
J Ω =f 2 ×j s … (5)
なる式(5)に基づいて、前記電子銃焦点距離fおよび前記陰極電流密度j s を調整することにより、前記電流角密度J Ω を調整するために、
円錐形端部における曲率半径を調整することによって前記電子銃焦点距離fを調整する、曲率半径調整ステップと、
電界をつくる2つの電極のうち、出射方向とは逆側に配置され負の電圧が印加されるサプレッサ電極からの円錐形端部の長さである突き出し長を調整することによって前記陰極電流密度j s を調整する、突き出し長調整ステップと、
この突き出し長と上記の曲率半径との組み合わせの範囲を、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて設定する組み合わせ範囲設定ステップと、を含み、
突き出し長調整ステップでは、曲率半径調整ステップにおいて調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、突き出し長を選択するようになっている。
請求項1記載の設計方法で設計されたエミッタと、前記エミッタの円錐形端部に電界を印加する2つの前記電極とを備え、上記の円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置である。
この電子ビーム発生装置が、上記した円錐形端部の曲率半径が1μm以上であるという改良点を有しており、
さらに、電子ビーム発生装置によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有している、デバイスである。
上記の円錐形端部における曲率半径が1μm以上である、という改良点を有している、エミッタである。
Claims (6)
- エミッタにおける電子ビームの出射側のコーン状に尖った円錐形端部に電界を印加した状態でショットキー効果を利用することによって、この円錐形端部から電子を出射して電子ビームを発生するエミッタの設計方法において、
陰極電流密度をj s とし、電子銃焦点距離をfとし、電流角密度をJ Ω としたときに、
J Ω =f 2 ×j s … (5)
なる式(5)に基づいて、前記電子銃焦点距離fおよび前記陰極電流密度j s を調整することにより、前記電流角密度J Ω を調整するために、
円錐形端部における曲率半径を調整することによって前記電子銃焦点距離fを調整する、曲率半径調整ステップと、
電界をつくる2つの電極のうち出射側とは逆側にあり負の電圧が印加されるサプレッサ電極から外に向かう出射側に前記円錐形端部が突き出されている場合に、このサプレッサ電極からの円錐形端部の長さである突き出し長を調整することによって前記陰極電流密度j s を調整する、突き出し長調整ステップと、
この突き出し長と前記曲率半径との組み合わせの範囲を、ショットキーモードでの電界出射に必要な電界の値に基づいて設定する組み合わせ範囲設定ステップと、を含み、
前記突き出し長調整ステップにおいて、前記組み合わせ範囲に基づく曲率半径調整ステップにおいて調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、突き出し長を選択し、
前記曲率半径調整ステップでは、曲率半径を1μm以上から4μm以下までの範囲から選択し、
前記組み合わせ範囲および曲率半径に基づく前記曲率半径調整ステップにおいて調整された曲率半径に応じた組み合わせ範囲から、200μm以上から1500μm以下までの範囲で突き出し長を選択する、エミッタの設計方法。 - エミッタにおける電子ビームの出射側のコーン状に尖った円錐形端部に電界を印加した状態でショットキー効果を利用することによって、この円錐形端部から電子を出射して電子ビームを発生するエミッタの設計方法において、
円錐形端部における曲率半径を調整する曲率半径調整ステップを含んでおり、
電界をつくる2つの電極のうち出射側とは逆側にあり負の電圧が印加されるサプレッサ電極から外に向かう出射側に前記円錐形端部が突き出されている場合に、このサプレッサ電極からの円錐形端部の長さである突き出し長を調整し、さらに、
電界を印加する2つの電極のうちの負の電圧が印加される出射側とは逆側に配置されたサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に、(100)結晶面が現れないような加工をエミッタに施すエミッタ加工ステップをさらに含む、エミッタの設計方法。 - 請求項1記載の設計方法で設計されたエミッタと、
前記エミッタの円錐形端部に電界を印加する2つの前記電極とを備え、
前記円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置。 - 電子ビームの出射側にコーン状に尖った円錐形端部を有するエミッタと、
このエミッタの円錐形端部に電界を印加する2つの電極とを備え、
前記円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生装置において、
電界をつくる2つの電極のうち出射側とは逆側に配置され負の電圧を印加するサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に(100)結晶面が現れない形状を、前記エミッタが有している、電子ビーム発生装置。 - 請求項3記載の電子ビーム発生装置を電子ビームを発生する電子ビーム発生手段として用いた装置において、
電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有している、
電子ビーム発生手段を用いた装置。 - 電子ビームの出射側にコーン状に尖った円錐形端部を有するエミッタと、このエミッタの円錐形端部に電界を印加する2つの電極とを備えており、この円錐形端部に電界を印加することによって、ショットキー効果を利用して電子を出射し、これにより電子ビームを発生する電子ビーム発生手段を用いた装置において、
電子ビーム発生手段によって発生した電子ビームに基づいて所定の処理を実施する処理手段を有し、
電界をつくる2つの電極のうち出射側とは逆側に配置され負の電圧を印加するサプレッサ電極よりも、出射側とは逆側から円錐形端部が形成されることでエミッタの当該出射側に(100)結晶面が現れない形状を、前記エミッタが有している、電子ビーム発生手段を用いた装置。
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