JPS63143731A

JPS63143731A - スピン偏極電子ビーム源

Info

Publication number: JPS63143731A
Application number: JP62299625A
Authority: JP
Inventors: ロベール　バプティスト; アリエル　ブルナック; ジェラール　ショーベ; ロベール　メイエ; フランシス　ミュレ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1986-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1988-06-16
Also published as: FR2607623A1; EP0272178A1; DE3772945D1; EP0272178B1; US4835438A; FR2607623B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電子ビーム放射マイクロポイント陰極を使用
したスピン偏極電子ビーム源に関するものである。さら
に具体的には、本発明によるスピン偏極電子ビーム源は
電子と物質の相互作用の物理学、表面の物理学、電子と
粒子（原子、イオン、原子内粒子）との相互作用の物理
学、プラズマ物理学、および電子顕微鏡に応用すること
ができる。

［従来の技術］スピン一種電子ビーム源は既に知られており、それらの
装置ではセシウム層で被覆されたヒ化ガリウムが使用さ
れている。このセシウム層の表面を一定のエネルギをも
ち、かつ、円偏光であるレーザ光で照射することにより
、スピン偏極電子ビームが得られる。このような電子ビ
ーム源は、Ｓ、　ＡＬＶＡＲＡＤＯ他の著書ｒ　Ｐｈｏ
ｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　５ｕｒｆａｃｅ
ｓ　］　　（Ｂ。

ＦｒＵＥＲＢ八Ｃ１１ｌへ：Ｉｔ　（ｌ！！監修、Ｊｏ
ｈｎ　１４ｉ１ｅｖ　ａｎｄ　５ｏｎｓ社、１９７８年
出版）と、＋１．　Ｊ、　ＤＲＯＵＩＮ他のＣｏｕｒｒ
ｉｅｒｄｕ　ＣＨＲＳ、Ｐｈｙｓｉｃｓ　５ｕｐｐｌｅ
ａ＋ｅｎｔ、第５９号、１９８５年、８６頁の論文と、
Ｄ、　Ｔ、　ＰＩＥＲＣＥ他のＲａｖ、ｏｆＳＣｉ、ｒ
ｎＳｔｒ　、、第５１巻　第４号、１９８０年、４７８
頁の論文と、Ｇ、　ＬＡ）ＩＰＥＬのＰｈｙｓ、　ｌ１
ｅｖ、　Ｌｅｔｔ、　、第２０巻、１９６８年、４９１
頁の論文と、Ｈ，Ｃ。

ＳＩｒ、ＧＨＡＮＮ他のＰｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　Ｌａｔ
ｔ、　、第４６巻第６号、１９８１年、４５２頁の論文
とに開示されている。

これらの従来の電子ビーム源は次の欠点をもっている。

これらの装置は複雑で大型の装置（電源、レープ、など
）を必要としている。セシウムの沈着を実行するために
は超高真空（少なくとも１０’Ｐａ）が必要であるので
、セシウムの沈着は困難な工程である。このセシウムの
沈着は、電子ビームの物理的特性（約５０％の偏極率、
約０．３ｅＶのエネルギ分散のための数１０マイクロア
ンペアの電子電流）を保持するために、頻繁に繰り返さ
れなければならない。得られる電子ビームの強度は小さ
い。最後に、電子ビームがセシウム層から出射される時
、電子のスピンはその軌道に対し平行または反平行であ
る。

この伯のスピン偏ｈ　Ｅ子ビーム源ら知られている。こ
の電子ビーム源では、絶縁体材料の簿い膜（厚さが約５
０ナノメートル）で被覆されたマクロスコピツク・タン
グステン点状体が使用される。

この絶縁体材料は、ＥｕＳのように、非常な低温で強磁
性体である。この点状体に陽穫に対して数キロボルトの
電圧を加えることにより、そしてこの点状体にそれに平
行に磁界を加えることにより、この点状体から電界効果
によって電子が放射される。そして放射された電子がＥ
ｕＳ層を通過する際、スピンの偏極が得られる。このよ
うな電子ビーム源は、Ｅ、にＩＳＫ［Ｒ他のＰｈｙｓ、
　Ｒｅｖ、　Ｌｅｔｔ、　、第３６巻第１６号、１９７
６年、９８２頁の論文と、Ｃ６ＢＡＵＨ他（７）Ａｐｐ
ｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、第１４巻、１９７７年、１
４９頁の論文に開示されている。

このような電子ビーム源はまた次のような欠点を有して
いる。これらの装置は約１キロボルトの電圧を必要とし
、したがって、装置が大型である。

これらの電子ビーム源で得られる電子電流は（エネルギ
分解能が約１ＱＱｍｅＶの場合、そして温度９°Ｋに対
し偏極率が８５％のとき）約１０’Ａで、強度が非常に
小さい。

［発明の目的と要約］本発明の［１的は、これらの欠点のないスピン偏極電子
ビーム源を得ることである。本発明によるスピン偏極電
子ビーム源は、構造が比較的単純であり、かつ耐久性を
有し、かつ比較的小型で軒樋である。（したがって、衛
星に搭載するのも可能である。）また、このスピン偏極
電子ビーム源によって強い電子ビームを得ることが可能
であり（これはプラズマ物理学の特定の分野では注目す
べき特性である）、一方、適正なエネルギ分解能と偏極
率が得られる。さらに、ある構造体では、電子のスピン
をその軌道に垂直に偏極させることが可能である。また
他のＷＩ構造体は、電子のスピンをその軌道に平行に偏
極させることが可能である。この目的のために、本発明
は特定の形式のマイクロポイント電子ビーム放射陰極を
使用する。

マイクロポイント電子ビーム放射陰極は既に知られてお
り、ＵＳ、−Ａ−３７５５７０４号、ＵＳ−Δ−３９２
１０２２号、ＦＲ−Ａ−２４４３０８５号、および仏国
出願中特許、１９８４年７月２７日受付、出願番号第８
４１１９８６号（または１９８５年７月２５日受付、Ｕ
Ｓ出願第７５８７３７号）に開示されている。

したがって、本発明はスピン偏極電子ビーム源に関する
ものであって、少なくとも１つの第１電極と、少なくと
も１つの第２電極とを有し、前記第１電極の１つの表面
が電子放射材料で作製された複数個のマイクロポイント
体を備なえ、かつ、前記マイクロポイント体の基面が前
記表面上に配置され、前記第１電極とは電気的に絶縁さ
れた前記第２電極が前記表面に対立して配置されかつ前
記基面にそれぞれ対応して穴を有し、前記マイクロポイ
ント体の各々の先端がそのマイクロポイント体に対応す
る穴と同じ高さの位置に配置され、したがって、真空中
において前記第１電極に対し前記第２電極に正の電圧が
加えられる時前記マイクロポイント体から電子が放射さ
れ、前記マイクロポイント体の各々の先端部分を含む少
なくとも一部分が強磁性体であり、したがって、前記部
分の各々に１つの与えられた方向と平行な磁界が加えら
れた時放射される電子のスピンが前記与えられた方向に
偏極していることを特徴とする。

マイクロポイント体の密度が１０．０００個／履２の場
合、第１電極と第２電極との間に約８０■の電圧を加え
た時、約１００マイクロアンペアの電子電流を得ること
ができる。

本発明の１つの実施例では、前記部分の各々が常温（す
なわち、約２０℃）で強磁性体である材料で作製される
、またはこの材料で被覆される。

この強磁性体材料は、例えば、鉄、ニッケル、または鉄
とニッケルを含有する合金である。

したがって、ＥｕＳで被覆されたタングステン点状体電
子ビーム源の場合に必要である面倒な冷却装置は必要な
い。

本発明による電子ビーム源の別の実施例では、前記実施
例に対応して、マイク１コポイント体は同じ軸に沿って
配向しており、そして前記電子ビーム源ｔ１１１０記部
分に前記軸に平行な磁界を加える装置を有している。

本発明による電子ビーム源は、複数個の平行で細長い第
１電極と、複数個の平行で細長い第２電極とを有するこ
とができる。この第１電極は第２電極と一定の角度をな
しており、それにより、第１電極と第２電極との交差領
域が得られる。この交差領域の中に、マイクロポイント
体と穴が配置される。

第１電極と第２電極との間に適切な電圧を加えることに
より、１個または複数個の与えられた交差領域を選定し
て、それらから電子ビームを放射させることができる。

この場合、マイクロポイント体が同じ軸に従って配向し
ている時、この電子ビーム源はまた、交差領域の各々に
前記軸に平行な磁界を個別に加えるための装置を有する
ことができる。

本発明による電子ビーム源の別の実施例では、前記実施
例に対応して、マイクロポイント体が同じ軸に従って配
向し、したがって、第２電極が同じ軸に垂直な平面層を
有し、かつ、この平面層が常温で強磁性体である材料で
作製される。

本発明の特別の構造体では、前記平面層の厚さは、前記
軸に平行に測って、前記マイクロポイント体の前記部分
の高さに少なくとも等しい。マイクロポイン１一体の各
々の前記部分は前記平面層の中の対応する穴の中に配置
される。

この電子ビーム源は、また、マイクロポイント体の各々
の前記部分に前記平面層に垂直な磁界を加えるための装
置を有することができる。または、マイクロポイント体
の各々の部分に前記平面層に平行な磁界を加えるための
装置を有することができ、また、磁力線の通路となる装
置を有することができる。この磁界は、平面層に平行で
あり、その方向および／またはその向き、および／また
は強度に関して、一定であることもできるし、または可
変であることもできる。例えば、平面層に平行であるが
回転げる磁界を得ることが可能である。

この場合には、電子ビームの軌道のまわりに、電子のス
ピンが回転するスピン偏極電子ビームが得られる。

磁界が平面層に平行である場合、スピンが平面層に平行
である、したがって、スピンが電子の軌道に垂直である
（電子の軌道は前記平面層に垂直である）スピン偏ｔ４
ｆｆｉ子ビームが得られる。したがって、このようにス
ピンが１ｉｉｉｉ極した電子ビームを得るために電子の
軌道を湾曲させるための静電形分析器のような装置を使
用することなく、スピンが偏極した電子ビームを直接に
得ることができる。ヒ化ガリウムを用いたスピン偏極電
子ビーム源では、このような装置を必要とした。

［実施例］本発明は、添付図面を参照しての下記実施例の説明によ
って、さらによく理解されるであろう。

これらの実施例は例示であって、本発明がこれらの実施
例に限定されることを倉味するものではない。

第１図は本発明によるスピン偏極電子ビーム源の１つの
実施例の概要図である。この実施例はガラス基板２を有
している。そしてこのガラス基板２の上に絶縁体の平面
層６が沈着され、そしてさらにこの絶縁体平面層６がグ
リッドと呼ばれる導電体平面層８によって被覆される。

層４と層８には規則正しく配置された穴７．９があけら
れており、これらの穴を通して層４を見ることができる
。

これらの穴の各々の中に、導電体を作製された事実上円
錐形のマイクロポイント体１０が配置される。このマイ
クロポイント体は層４からＦｆＵ８の方向に１〜って立
ち上っていて、その頂点、すなわち先端は層８の上表面
１１ａの高さと前記表面８の下表面１１ｂの高さとの中
間の高さに位置している。

マイクロポイント体１０は常温で強磁性体である材料で
作製することができる。１つの変更実施例では、各マイ
クロポイント体の先端部分を含むその一部分１２が常温
で強磁性体である材料で作製され、一方、マイクロポイ
ント体の残りの部分は導電体材料で作製される。

前記部分１２の高さは、マイクロポイント体のＩｌｌ造
時に調整される。この調整は、部分１２の体積が十分に
小さくなるように行なわれ、それにより、磁界の下で、
この部分が単一の磁区（ワイス磁区）となる。

全く例示のためでありそれに限定されるものではないが
、例えば層４はＩｎ２０４で構成されるか、またはＮ形
またはＰ形に強くドープされた３ｉで構成され、その厚
さは約１５０ナノメートルである。層６は５１０２で構
成され、その厚さは約１ナノメートルである。層８はモ
リブデンまたはニオブで作製され、その厚さは約０．４
マイクロメートルである。層８の穴９の直径は約１．５
マイクロメートルである。マイクロポイント体１０の高
さは約１．４マイクロメートルであり、そしてその基底
部分の直径は約１マイクロメートルである。マイクロポ
イント体１０はモリブデンで作製されるが、ただしその
先端部分１２は強磁性体で作製される。この強磁性体部
分は鉄で作製され、その高さは約２０ナノメートルない
し３０ナノメートルである。

このようにして作製されたマイクロポイント休電子ビー
ム放射陰極１６が磁界の中に置かれる。

この磁界は層８の面に垂直である。この磁界は、例えば
、磁気コイル１８（第２図）によって発生される。この
場合、層８がコイルの軸に垂直になるにうに（したがっ
て、コイルの軸がマイクロポイント体の軸に平行になる
ように）、電子ビーム族（ト）陰極が配置される。

例えば、電子ビーム族！）Ｊ陰極１６から放射された一
定の偏極状態の電子と試料２ｏとの相互作用を（ｄｌ究
したいとする。その場合には、コイル、陰極および試料
から成る全体が真空の中に入れられ、そして層４、した
がって、マイクロポイント体１０が、層８に対して狛電
位にされる。層８および層４は、直接にまたは適当な電
源を通して、アースされる。一方、試料２０はアースさ
れるか、または図面には示されていない電源によって、
層８に対し正の電位にされる。

例えば、層４と層８との間に約８０Ｖの電圧を加えるこ
とによって、電子ビームはマイク１］ポイント体１０か
ら放射され、層８に垂直な方向２４に沿って進む。強磁
性体部分１２があるので、この電子ビームのスピンが偏
極する。したがって、多くの場合、スピンは方向２４に
平行である、すなわら、発生している磁界と同じ方向で
ある（第１図および第２図の具体的な場合には、スピン
は層８から試料２ｏへ向かう方向に配向している）。

マイクロポイント体１０が強磁性体部分１２を備えるよ
うに作製される代りに、これらのマイクロポイント体を
非強磁性体材料で作製し、そして常温で強磁性体である
金属の層２６で、マイクロポイント体の少なくとも先端
部分を被覆することによって作製することも可能である
。

例えば、層２６は、図面には示されていないが層８に対
立して配置されるマスクを通して、真空蒸着によって沈
着することができる。このマスクは複数個の開口部を有
しており、これらの開口部の中心軸の各々がそれぞれの
マイクロポイント体の軸と一致しており、そして開口部
の直径が層８の穴の直径に少なくとも等しい。

磁界を発生するために、層８を永久磁石になりうる強磁
性体材料で作製し、その後、層８に垂直な磁界の中で磁
化を行なうこともできる。この強磁性体材料は、例えば
、サマリウムとコバルトの合金であることができる。

第３図は本発明による１つの電子ビーム源の概要図であ
る。この電子ビーム源が第１図および第２図の電子ビー
ム源と異っている点は、電子ビーム放射陰極１６の中に
一体化された装置２８が組み込まれていて、それにより
導電体層８に垂直な磁界を生ずることができることであ
る。導電体層８は絶縁体層３０、例えばシリカの層、に
よって被覆される。この絶縁体層３０の厚さは約１マイ
クロメートルであり、そしてマイクロポイント体１０と
共通の中心軸をもつ穴を有している。これらの穴の直径
は、層８の穴９の直径と事実上同じである。層３０の中
に電極３２が作られ、そしてこの電極３２は層３０の中
に作られた全部の穴を取り囲んでいる。

導電体（電極）３２は、例えば、アルミニウムのような
金属の薄くて細い膜で作製される。この膜は層３０の表
面上に沈着され、そしてその形はギリシャ文字の大文字
のオメガの形をしている。

層３ｏの中に作製されたすべての穴は電極３２のループ
で取り囲まれており、そしてこの電極の自由端３６を通
して電流が流される。文字オメガの形の電極に電流が流
れると磁界が発生し、この磁界は層８および層３０の面
に垂直である。

ガラス層２の下側の開放面３７の上に別の導電体３８、
例えばアルミニウム、を沈着することも可能である。こ
の導電体３８は導電体３２と同じ形、同じ寸法を有して
おり、そして導電体３２を垂直方向に平行移動した位置
に配置される。したがって、導電体３２と導電体３８の
両方に電流を適切な方向に流せば、導電体３２だけを用
いた場合よりも、ずっと強い磁界を作ることができる。

第４図は本発明による電子ビーム源の別の実施例のｍ要
因である。この実施例は次の点で第１図および第２図の
実施例と基本的に異っている。第１図および第２図の実
施例の非強性体の導電体層８の代りに、第４図の実施例
では非強性体の導電体層４０、例えばモリブデンの層、
が用いられる。

この導電体層４０の厚さは１００ナノメートルであり、
この層は絶縁体！ｉ１６の上に沈着される。また、この
導電体層４０の上に別の′６電体層４２が１００ナノメ
ートルの厚さに沈着される。この別の導電体４２は常磁
性体であり、例えば、鉄またはコバルト・り［１ム合金
であることができる。図面からすぐにわかるように、１
４０と層４２はそれらを貞通する穴を有しており、これ
らの穴の直径は穴１４の直径と同じであり、かつ、これ
らの穴の中心軸はマイクロポイント体１０の中心軸と一
致している。マイクロポイント体１０の先端の高さは層
４２の表面と同じ高さである。

第４図に示された電子ビーム放射陰極１６の層４２に垂
直な方向に磁界を発生するための装置、例えば磁気コイ
ル１８、がこの電子ビーム放射陰極１６の周辺に配置さ
れる。磁気コイル１８の配置は第２図の場合と同じであ
る。この磁気コイル１８によって、層４２がその面に垂
直な方向に磁化し、そしてそれによりマイクロポイント
体１０（その中の強磁性体部分）を層４０および層４２
の面に垂直な方向に磁化する。真空中でこの電子ビーム
放射陰極を動作させた場合、電子ビームが層４０の面に
垂直な方向に放射されるが、放射された電子のスピンの
大部分は、層４０の面に垂直な方向に偏極し、かつ、発
生した磁界の向きに配向する。

第５図は本発明による電子ビーム源の利点を有する１つ
の実施例の概要図である。この実施例が第１図および第
２図の実施例と基本的に異なる点は、層８が導電体であ
り、かつ、常温で強磁性体であることである。層８は、
例えば、厚さが０．４マイクロメートルの鉄の層である
ことができる。この電子ビーム放射陰極１６の横方向の
両側に、２つの導電体でありかつ強磁性体であるタブ４
４１例えば鉄のタブ、が配置される。これらのタブは強
磁性体層８と接触している、例えば溶接されている。タ
ブ４４の上表面は層８の上表面と揃っており、また電子
ビーム放射陰極１６の寸法を越えない寸法を有している
。

電子ビーム放％１陰極１６のガラス層の下側に、小形の
Ｕ字形永久磁石１６が配置される。この永久磁石の２つ
の磁極は２つのタブ４４にそれぞれ接触する。すると、
永久磁石４６と、タブ４４と、強磁性体層８とによって
、１つの磁気回路が構成される。すべての磁力線が強磁
性体層８の中を通り、この強磁性体層８の内部を通らな
いで外側を通る磁力線がないように、タブ４４の寸法と
永久磁石４６の寸法とが選定される。

磁力線が強磁性体層８の中だけを通る場合、強磁性体層
８はその面に平行な方向に磁化する。マイクロポイント
体１０の各々は強磁性体部分１２を有している。この電
子ビーム放射陰＋４！１６が真空中で動作する時、電子
ビームは層８の面に垂直の方向に放射されるが、この放
射された電子のスピンの大部分は、層８の磁化の方向で
ある層８の面に平行な方向に偏極し、そして層８の中の
磁界の向きに従ってその向きが配向する。

第５図に示された構成は第４図に示された電子ビーム放
射陰極１６に適合させることができる。

そのためには、１８のところで説明したように、層４２
と、タブ４４と、永久磁石４６とで磁気回路を作ればよ
い。

単に例示のためであってそれに限定されるという意味で
はないが、層８（第５図）の表面積は１センチメートル
平方であり、この表面の中央部に一辺の艮ざが１１１１
Ｉ１１の正方形の領域にマイクロポイント体が集積し、
タブ４４の各々は一辺の寸法が１順ないし１０顛である
立方体の形であることができる。さらに、永久磁石４６
はこの永久磁石４６と同じ形の鉄心を有する電磁石で置
き換えて、それを永久磁石４６と同じ位置に配置するこ
とができる。ただし、この鉄心のまわりにコイルを巻い
ておかなければならない。

この電磁石の他に、また別の同じ電磁石と、タブ４４と
同じそれに付随するタブと、を付加して備えることがで
きる。ただし、このもう１つの電磁石は、電子ビーム放
射陰極に既に取り付けられている電磁石と直角の位置に
配置され（上から見ると、２つの電磁石とそれらに付随
するタブは正方形を構成する）、そして各々が強磁性体
層８と接触する。一方、これらの電磁石とタブは強磁性
体層８と表面が揃っており、かつ、その電子ビーム族（
ト）陰極の側辺を越えてとび出している部分もない。こ
れらの電磁石に供給される電流を変えることにより、層
８の中の磁界の方向、および／または向き、および／ま
たは大きさを変えることもできる。例えば、強磁性体層
８に磁界が平行であるまま、磁界の方向を回転させるこ
とができる。

この場合には、電子のスピンはその軌道のまわりに回転
する。

第６図は本発明による電子ビーム源の別の実施例の概要
図である。この実施例の電子ビーム放射陰極１６はマト
リックス構造に配置されている。

さらに具体的にいえば、ガラス板４８の上に複数個の平
行な導電体ストリップ５０が沈着される。

絶縁体層５２）例えばシリカの層、がこのストリップを
被覆する。絶縁体層５２の上に、ストリップ５０とは直
角をなす方向に、別の複数個の平行な導電体ストリップ
５４が沈着される。ストリップ５０とストリップ５４と
の交差領域５６において、ストリップ５４と層５２は穴
を有する。ストリップ５０はマイク１コポイント体１０
と１７ｊ１様なマイクロポイント体を有する。これらの
マイクロポイント体は第１図に示されているような強磁
性体部分１２を有する。これらのマイクロポイント体は
ストリップ５０の上に配置され、そしてそれらの先端部
の高さはストリップ５４と同じ高さの位置にある。単に
例示のためであってそれに限定されることを意味するも
のではないが、ストリップ５０の幅は約０．１ｍ＋ない
し１ｊｌ１１であり、そしてその厚さは約１マイクロメ
ートルであり、そして相互の間隔は約１０マイクロメー
トルないし０．１＃である。同様に、ストリップ５４は
その幅が約０．１履ないし１１ＩＩ＋であり、そしてそ
の厚さは約１マイクロメートルであり、そして相互の間
隔は約１０マイクロメートルないし０．１ａｍである。

この電子ビーム放射陰極１６が真空の中に置かれた時、
ストリップ５０とストリップ５６に適切な電圧を加える
ことにより、与えられた領域５６で電子ビームを発生す
ることができる。例えば、１つの与えられたストリップ
５４に相対的に、１つの与えられたストリップ５０に負
電圧を加えると、この陰極が真空中にある時、前記で与
えられたストリップ５０と前記で与えられたストリップ
５４とが交差する領１ａ５６のマイクロポイント体が電
子ビームを放射する。

層５４の面に垂直な方向を向いている磁界の中にこの陰
極を配置することにより、選定された１個または複数個
の領１ａ５６から放（ト）された電子のスピンは、第１
図および第２図のところで説明したように、（強磁性体
部分を右するマイクロポイント体を使用することにより
）偏極する。

各々の領域５６が、導電体５８により、第３図のところ
で説明されたように、大文字のオメガの形で取り囲まれ
る。このような導電体５８に適切な接続線路６０（第７
図）が取り付けられてネットワークができ、そしてこれ
らの接続線路６０により、マトリックスに配列された導
電体５８の呼び出しを実行することができる。導電体５
８と接続線路６０は絶縁体層６２）例えばシリカ、の中
に配置され、る。この絶縁体層６２は、すべてのストリ
ップ５２の上に沈着される。

このことにより、与えられた領１ｉｉ！５６に磁界を発
生させることができる。この磁界は着目している領域５
６に垂直の方向を向いている。したがって、この領域か
ら放射される電子ビームのスピンが偏極する。マイクロ
ポイント休電子ビーム放射陰極をマトリックス状に配置
して製造する工程は先行技術において知られている。

マトリックス構造の陰極を製造する１つの方法は、次の
段階を有している。すなわち、絶縁体基板（Ｓ　ｉ　Ｏ
２の陰極スパッタリングによって被覆されたガラス基板
）の上に第１酸化インジウム導゛市体層を陰極スパッタ
リングによって沈着する段階と、平行な第１導電体スト
リップを作製するために前記第１層をエツチングする（
正レジン・マスクを通し、１１０℃でオルト燐酸で化学
エツチングし、その後、化学的溶解によってマスクを除
去する）段階と、ここで得られた構造体の上に第２絶縁
体５ｉ０２層を沈着する（シランとホスフィンと酸素と
から化学的気相沈着による）段階と、この第２層の上に
ニオブの第３導電層を沈＠する（真空蒸着による）段階
と、前記第２層と前記第３層とに穴をあける（これらの
穴は第２層と第３層の表面仝休にわたって分布しており
、これらの穴のポジティブ像を表す（フォトリソグラフ
ィ法によって得られた）適当なレジン・マスクを通して
、第３層をＳＦ６で反応性イオン・エツチングを行ない
、そして第２層をＨＦとＮＨ４Ｆの溶液で化学エツチン
グを行ない、それからこのマスクを除去する）段階と、
エツチングされたこの第３層の穴のおいていない部分の
上に第４層を沈着する（この構造体の表面に対し１５０
°の傾きの角度でもってニッケルを真空蒸着する）段階
と、ここで得られた構造体全体の上に、この構造体の表
面に対し垂直に、モリブデンのような電子放射材料で構
成される第５層を沈着する段階と、電気化学法を利用し
た選択的溶解により穴の中の前記電子放射材料は残して
おきながら第４層の上にある電子放射材料を除去する前
記層の除去段階と、第１導電体ストリップの少なくとも
１つの端部を露出させてそこに電極の接続を行なうため
に第２層と第３層を（フォトリソグラフィ法によって得
られた適当なレジン・マスクを通して）エツチングづる
段階と、および平行な第２導電体ストリップを作製して
第１ストリツプと第２ストリツプの交差領域をつくるた
めに第３層をエツチングする（このエツチングはフォト
リソグラフィ法によって得られたレジン・マスクを通し
てＳＦ６を用いた反応性イオン・エツチングと、この反
応性イオン・エツチングが終った後化学的エツチングに
よって除去されるエツチングとから成る）段階である。

本発明で使用される前記強磁性体部分１２を作製するた
めに、前記の工程は次のように変更される。前記第５ｗ
！Ｉの沈着が適当な材料の真空蒸着によって行なわれ、
そしてその蒸着時間が制御される。そこで、マイクロポ
イント体の高さが適当になった時（円錐の先端部が切り
取られた形になる）、前記蒸着を中断し、そして常温で
強磁性体である導電体材料を使って蒸着を継続すること
が可能である。このようにして、強磁性体部分をそなえ
た円錐形マイクロポイント体が得られる。

例えば、前記第５層の沈着の際モリブデンまたはニオブ
のような拐料を適当な時間だけ真空蒸着することにより
、高さが要求された大きさで、先端が切り取られた円錐
体形状が得られ、その後鉄のような材料（または鉄・ニ
ッケル合金、例えば、Ｆｅ　　　−Ｎｉ。２ｏ、８、　ならばざらにより適切である）を与えら
れた時間だけ真空蒸着する。このようにして、円錐形の
マイクロポイント体が得られる。

層８がサマリウム・コバルト合金である本発明の実施例
は、前記工程段階において、前記第３層をサマリウム・
コバルト合金で作Ｖすることによって得られる。、電子
ビーム放射陰極の形ができたところで、このマイクロポ
イント体を、前記層８に対して負の電圧を加えながら、
真空中で加熱する。この熱処理工程によって、その強磁
性体としての特性が改良される。

それから、この電子ビーム放射陰極１６を磁界の中に入
れ、磁界の方向がサマリウム・コバルト層と平行になる
ようにして、この合金を永久的に磁化する。

第３図で説明された構造体の場合、シリカ層３０を作製
する補足的な段階が必要である。この目的のために、シ
リコンの層が、穴の位置にシリコンが沈着されるのを防
止するための適切なマスクを通して、層８の上に沈着さ
れ、そしてこの沈着されたシリコンが酸化される。

第４図の構成では、第３局の沈着の代りに、２重沈着で
置き換えることが必要である。すなわち、例えばモリブ
デンの層の第１沈着と、その後での例えば鉄の沈着とを
行なうことが必要である。

本発明は次のような分野において利用することができる
。

電子線回折の研究、逆光電子放出の研究、オージェ分光
の研究、電子顕微鏡の研究。これらの研究において電子
ビーム源の後に静電レンズが用いられるが、この静電レ
ンズは、電子ビーム源のところに必要である磁界によっ
て、影響を受けないようにしな【′Ｊればならない。

電子と、原子内粒子、原子、分子、またはイオンとの相
互作用の研究。特に、プラズマ物理学においては、本発
明により原子またｔよ分子をイオン化することができ、
かつ、原子または分子を特定の電子励起状態にすること
ができる。このことにより、与えられた化学反応を促進
することができる。このことは、従来のスピン偏極電子
ビーム源でもって実行することは不可能ではなかったけ
れども、非常に困難であった。本発明により、この目的
のために十分の強度をもつ電子ビームを青ることができ
る。

強磁性体材料の中に記録されている情報の読み出し。強
磁性体材料はスピン偏極電子ビームを選択的に吸収する
性質を有する。この吸収される割合は、電子ビームが衝
突する位置の材料の磁化の強さによって変わる。

宇宙空間における利用。本発明による電子ビーム源は、
重量が小さくかつ全体の寸法が小さく、一方、宇宙空間
の真空中において使用することができるので、現実的な
利点をもつ電子ビーム源である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子ビーム源の１つの実施例の概
要図、第２図は第１図に示された電子ビーム源の詳細図、第３図は第１図の電子ビーム源の変更実施例図、第４図
は本発明による電子ビーム源の別の実施例の概要図、第５図は本発明による電子ビーム源の別の実施例の概要
図、第６図は本発明による電子ビーム源の別の実施例の概要
図、第７図は第６図に示された電子ビーム源の変更実施例図
である。［符号の説明］４・・・第１電極８・・・第２電極９・・・穴１０・・・マイクロポイント体１２・・・マイクロポイント体の一部分１８・・・磁気
コイル５０．５４・・・導電体ストリップ５６・・・交差領域５８・・・導電体４２・・・平面層４４・・・タブ、磁気回路４６・・・永久磁石、磁気回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１つの第１電極（４）と、少なくとも
１つの第２電極（８）とを有し、前記第１電極の１つの表面が電子放射材料で作製された
複数個のマイクロポイント体（１０）を備なえかつ前記
マイクロポイント体の基面が前記表面上に配置され、前
記第１電極とは電気的に絶縁された前記第２電極が前記
表面に対立して配置されかつ前記基面にそれぞれ対応し
て穴（９）を有し、前記マイクロポイント体各々の先端
がそのマイクロポイント体に対応する穴と同じ高さの位
置に配置され、したがつて真空中において前記第１電極
（４）に対し前記第２電極（８）に正の電圧が加えられ
る時前記マイクロポイント体（１０）から電子が放射さ
れ、前記マイクロポイント体の各々の先端部分を含む少
なくとも一部分（１２）が強磁性体でありしたがつて前
記部分（１２）の各々に１つの与えられた方向と平行な
磁界が加えられた時放射される電子のスピンが前記与え
られた方向に偏極していることを特徴とする、スピン偏
極電子ビーム源。
（２）特許請求の範囲第１項において、前記部分（１２
）の各々が常温で強磁性体である材料で作製されている
ことまたは前記材料で被覆されていることを特徴とする
スピン偏極電子ビーム源。
（３）特許請求の範囲第２項において、前記材料が鉄、
ニッケル、および鉄とニッケルを含有する合金とを包含
する群の中から選定されることを特徴とするスピン偏極
電子ビーム源。
（４）特許請求の範囲第２項において、前記マイクロポ
イント体（１０）が同じ軸に従つて配向している場合、
前記軸に平行な磁界を前記部分（１２）に加えるための
装置を有することを特徴とするスピン偏極電子ビーム源
。
（５）特許請求の範囲第１項において、複数個の平行で
細長い第１電極（５０）と複数個の平行で細長い第２電
極（５４）とを有し、前記第１電極（５０）が前記第２
電極（５４）と一定の角度をなして交差していて前記第
１電極と前記第２電極との交差領域（５６）を定め、か
つ、前記マイクロポイント体（１０）と前記穴（９）と
が前記交差領域（５６）の中に配置されていることを特
徴とするスピン偏極電子ビーム源。
（６）特許請求の範囲第５項において、前記マイクロポ
イント体（１０）が同じ軸に従つて配向している場合、
前記軸に平行な磁界を前記交差領域（５６）の各々に個
別に加えるための装置（５８）をまた有することを特徴
とするスピン偏極電子ビーム源。
（７）特許請求の範囲第２項において、前記マイクロポ
イント体（１０）が同じ軸に従つて配向している場合、
前記第２電極（８）が前記同じ軸に垂直な平面層（４２
）を有しかつ前記平面層（４２）が常温で強磁性体であ
る材料で作製されていることを特徴とするスピン偏極電
子ビーム源。
（８）特許請求の範囲第７項において、前記平面層（４
２）の厚さが前記マイクロポイント体（１０）の前記部
分（１２）の前記同じ軸に平行な方向に測つた高さに少
なくとも等しく、かつ、前記マイクロポイント体の前記
部分の各々が前記平面層（４２）の中の対応する穴の中
に配置されていることを特徴とするスピン偏極電子ビー
ム源。
（９）特許請求の範囲第７項において、前記平面層に垂
直な磁界を前記マイクロポイント体の前記部分の各々に
加えるための装置を有することを特徴とするスピン偏極
電子ビーム源。
（１０）特許請求の範囲第７項において、前記平面層（
４２）に平行な磁界を前記マイクロポイント体（１０）
の前記部分（１２）の各々に加えかつ磁力線の通路とな
る装置（４４、４６）を有することを特徴とするスピン
偏極電子ビーム源。
（１１）特許請求の範囲第１項によるスピン偏極電子ビ
ーム源の電子と物質の相互作用の物理学、電子と粒子の
相互作用の物理学、プラズマ物理学、および電子顕微鏡
への応用。