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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023169465
(43)【公開日】2023-11-30
(54)【発明の名称】電子源、プラズマ源及びスイッチ装置
(51)【国際特許分類】
H01J 1/304 20060101AFI20231122BHJP
H01J 27/20 20060101ALI20231122BHJP
【ＦＩ】
H01J1/304
H01J27/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022080572
(22)【出願日】2022-05-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 久生
(72)【発明者】
【氏名】吉田 学史
(72)【発明者】
【氏名】木村 重哉
【テーマコード（参考）】
5C227
【Ｆターム（参考）】
5C227AA08
5C227AB09
5C227AB12
5C227AC06
5C227AD01
5C227AD11
5C227GG10
5C227GG13
(57)【要約】
【課題】高効率の電子源、プラズマ源及びスイッチ装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電子源は、基体及び第１陰極層を含む。前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、第１元素を含む第１部材と、を含む。前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にある。前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態によれば、電子源は、基体及び第１陰極層を含む。前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、第１元素を含む第１部材と、を含む。前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にある。前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体と、
第１陰極層と、
を備え、
前記第１陰極層は、
複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、
第１元素を含む第１部材と、
を含み、
前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にあり、
前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、電子源。
第１陰極層と、
を備え、
前記第１陰極層は、
複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、
第１元素を含む第１部材と、
を含み、
前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にあり、
前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、電子源。
【請求項2】
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面、第２ダイヤモンド面及び第１中間領域を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１中間領域は、前記第１ダイヤモンド面と前記第２ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第１中間領域に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第１中間領域における前記第１部材の濃度よりも高い、請求項１に記載の電子源。
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１中間領域は、前記第１ダイヤモンド面と前記第２ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第１中間領域に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第１中間領域における前記第１部材の濃度よりも高い、請求項１に記載の電子源。
【請求項3】
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面及び第２ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第２ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第２ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度よりも高い、請求項１に記載の電子源。
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第２ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第２ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度よりも高い、請求項１に記載の電子源。
【請求項4】
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面及び第２ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１ダイヤモンド面は、凹部と凸部とを含み、
前記第１部材の少なくとも一部は、前記凹部にある、請求項１に記載の電子源。
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１ダイヤモンド面は、凹部と凸部とを含み、
前記第１部材の少なくとも一部は、前記凹部にある、請求項１に記載の電子源。
【請求項5】
前記凹部における前記第１部材の濃度は、前記凸部における前記第１部材の濃度よりも高い、請求項４に記載の電子源。
【請求項6】
前記第１部材は、前記第１元素を含む複数の粒を含む、請求項１に記載の電子源。
【請求項7】
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの１つから前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの別の１つへの方向は、前記基体と前記第１ダイヤモンド層との境界に沿う、請求項１に記載の電子源。
【請求項8】
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの平均の径は、前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向における前記第１ダイヤモンド層の厚さの１／２以上である、請求項１に記載の電子源。
【請求項9】
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの平均の径は、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である、請求項１に記載の電子源。
【請求項10】
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの１つに含まれる炭素と、前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの別の１つに含まれる炭素と、が結合した、請求項１に記載の電子源。
【請求項11】
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿って並び、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含む、請求項１に記載の電子源。
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿って並び、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含む、請求項１に記載の電子源。
【請求項12】
前記複数の第１陰極層の１つは、前記複数の第１陰極層の別の１つの隣であり、
前記第１陰極層の前記１つの前記第１表面と、前記複数の第１陰極層の前記別の１つの前記第１表面と、の間の角度は、９０度を超える、請求項１１に記載の電子源。
前記第１陰極層の前記１つの前記第１表面と、前記複数の第１陰極層の前記別の１つの前記第１表面と、の間の角度は、９０度を超える、請求項１１に記載の電子源。
【請求項13】
第２陰極層をさらに備え、
前記第２陰極層は、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電子源。
前記第２陰極層は、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電子源。
【請求項14】
前記第２ダイヤモンド層は、第３ダイヤモンド面及び第４ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第２ダイヤモンド層への方向において、前記第４ダイヤモンド面は、前記基体と前記第３ダイヤモンド面との間にあり、
前記第２部材は前記第４ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第３ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度は、前記第４ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度よりも高い、請求項１３に記載の電子源。
前記基体から前記第２ダイヤモンド層への方向において、前記第４ダイヤモンド面は、前記基体と前記第３ダイヤモンド面との間にあり、
前記第２部材は前記第４ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第３ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度は、前記第４ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度よりも高い、請求項１３に記載の電子源。
【請求項15】
複数の第２陰極層をさらに備え、
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記基体の少なくとも一部は、前記複数の第１陰極層の１つと、前記複数の第２陰極層の１つと、の間にあり、
前記複数の第１陰極層は、面状であり、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿い、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含み、
前記複数の第２陰極層のそれぞれは、前記多角形の外側を向く平面状の第２表面を含み、
前記複数の第２陰極層の前記１つは、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電子源。
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記基体の少なくとも一部は、前記複数の第１陰極層の１つと、前記複数の第２陰極層の１つと、の間にあり、
前記複数の第１陰極層は、面状であり、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿い、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含み、
前記複数の第２陰極層のそれぞれは、前記多角形の外側を向く平面状の第２表面を含み、
前記複数の第２陰極層の前記１つは、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電子源。
【請求項16】
複数の第１ダイヤモンド層のラマンスペクトルにおいて、４４０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度は、１３５０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度よりも高く、１５７０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度よりも高い、請求項１に記載の電子源。
【請求項17】
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた請求項１に記載の電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備えたプラズマ源。
前記容器のなかに設けられた請求項１に記載の電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備えたプラズマ源。
【請求項18】
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
前記容器のなかに設けられた第１部材であって、前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、前記第１部材と、
を備えたプラズマ源。
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
前記容器のなかに設けられた第１部材であって、前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、前記第１部材と、
を備えたプラズマ源。
【請求項19】
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備え、
前記容器の内面の少なくとも一部は、第１部材を含み、
前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、プラズマ源。
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備え、
前記容器の内面の少なくとも一部は、第１部材を含み、
前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、プラズマ源。
【請求項20】
請求項１７～１９のいずれか１つに記載のプラズマ源と、
前記容器のなかに設けられた制御導電部と、
を備えたスイッチ装置。
前記容器のなかに設けられた制御導電部と、
を備えたスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電子源、プラズマ源及びスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、電子源によりプラズマが形成される。プラズマを用いたスイッチなどがある。高効率の電子源が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－２６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一実施形態は、高効率の電子源、プラズマ源及びスイッチ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、電子源は、基体及び第１陰極層を含む。前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、第１元素を含む第１部材と、を含む。前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にある。前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電子源を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る電子源３１０は、基体３０及び第１陰極層１０を含む。第１陰極層１０は、基体３０に支持される。
図１は、第１実施形態に係る電子源を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る電子源３１０は、基体３０及び第１陰極層１０を含む。第１陰極層１０は、基体３０に支持される。
【0009】
第１陰極層１０は、第１ダイヤモンド層１０Ｄ及び第１部材１０Ｃを含む。第１ダイヤモンド層１０Ｄは、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄを含む。第１部材１０Ｃは、第１元素を含む。
【0010】
第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１部材１０Ｃは、第１元素を含む複数の粒を含んでも良い。第１部材１０Ｃは、例えば、Ｐｔを含む粒、または、Ｍｏを含む粒などで良い。第１部材１０Ｃの少なくとも一部が網目状または膜状でも良い。
【0011】
第１ダイヤモンド層１０Ｄの少なくとも一部は、基体３０と第１部材１０Ｃとの間にある。
【0012】
基体３０は、例えば、モリブデン、タングステン、ダイヤモンド、シリコン、炭化ケイ素及び窒化ガリウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。基体３０は、例えば、基板で良い。基体３０は、導電性で良い。基体３０は、結晶を含んで良い。例えば、基体３０の上に、第１陰極層１０が結晶成長により形成されて良い。例えば、エピタキシャル成長により、第１陰極層１０が形成される。より高い品質の第１陰極層１０が得られる。基体３０は、単結晶基板でも良い。基体３０が単結晶基板である場合、第１陰極層１０において高い結晶性が得られる。これにより、高い効率での電子の放出が得られる。基体３０が単結晶基板である場合、基板の面方位により第１陰極層１０の結晶の面方位を制御できる。例えば、高い効率での電子の放出が得られる。
【0013】
実施形態においては、第１元素を含む第１部材１０Ｃが、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面に設けられる。これにより、高い放出効率が安定して得られることが分かった。
【0014】
実施形態において、第１陰極層１０から電子が放出される。第１陰極層１０がダイヤモンドを含むことで、より高い効率で、安定して電子が放出される。ダイヤモンドの表面は、水素終端されて良い。水素終端により、より高い効率で電子が放出される。
【0015】
このような構成において、電子の放出を続けると、空間に存在するイオンがダイヤモンドの表面に衝突し、ダイヤモンドの水素終端が部分的に破壊される場合がある。これにより、ダイヤモンドの表面において、未結合手が発生する。これにより、高い放出効率が得にくくなる場合がある。
【0016】
実施形態においては、第１元素を含む第１部材１０Ｃが、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面に設けられる。第１部材１０Ｃは、触媒として作用する。例えば、第１部材１０Ｃの第１元素により、水素ラジカルが発生する。水素ラジカルは、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面を移動し、未結合手を水素化する。これにより、水素終端が安定して維持できる。実施形態によれば、安定した高効率の電子源が提供できる。
【0017】
実施形態において、第１部材１０Ｃは、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面に設けられることが好ましい。例えば、第１ダイヤモンド層１０Ｄのバルク中などには第１部材１０Ｃが設けられないことが好ましい。第１ダイヤモンド層１０Ｄのバルク中に第１部材１０Ｃが設けられると、例えば、熱伝導率などが低下する。放熱性が低下し易い。
【0018】
例えば、図１に示すように、第１ダイヤモンド層１０Ｄは、第１ダイヤモンド面Ｆ１、第２ダイヤモンド面Ｆ２及び第１中間領域ＭＲ１を含む。基体３０から第１ダイヤモンド層１０Ｄへの方向を方向Ｄｓ１とする。方向Ｄｓ１は積層方向（または成長方向）である。方向Ｄｓ１において、第２ダイヤモンド面Ｆ２は、基体３０と第１ダイヤモンド面Ｆ１との間にある。第２ダイヤモンド面Ｆ２は、基体３０と対向する面である。第１ダイヤモンド面Ｆ１は、表面である。
【0019】
第１中間領域ＭＲ１は、第１ダイヤモンド面Ｆ１と第２ダイヤモンド面Ｆ２との間にある。第１中間領域ＭＲ１は、例えば、バルク領域である。実施形態において、第１部材１０Ｃは第１中間領域ＭＲ１に設けられていないことが好ましい。または、第１ダイヤモンド面Ｆ１における第１部材１０Ｃの濃度は、第１中間領域ＭＲ１における第１部材１０Ｃの濃度よりも高いことが好ましい。
【0020】
実施形態において、第１部材１０Ｃは第２ダイヤモンド面Ｆ２に設けられていないことが好ましい。または、第１ダイヤモンド面Ｆ１における第１部材１０Ｃの濃度は、第２ダイヤモンド面Ｆ２における第１部材１０Ｃの濃度よりも高いことが好ましい。
【0021】
図１に示すように、第１部材１０Ｃは、第１ダイヤモンド面Ｆ１の凹部に設けられても良い。例えば、第１ダイヤモンド面Ｆ１は、凹部１０ｄと凸部１０ｐとを含む。第１部材１０Ｃの少なくとも一部は、凹部１０ｄにある。例えば、凹部１０ｄにおける第１部材１０Ｃの濃度は、凸部１０ｐにおける第１部材１０Ｃの濃度よりも高い。
【0022】
図１に示すように、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄのそれぞれは、基体３０の表面から成長して良い。例えば、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄのそれぞれは、基体３０の表面に固定される。例えば、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの方向Ｄｓ１における重なりが少ないことが好ましい。これにより、より高い熱伝導率が得られる。例えば、ダイヤモンド粒の焼結体が用いられる場合は、複数の粒が重なりあう。これにより、熱伝導率が低くなりやすい。
【0023】
例えば、図１に示すように、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの１つから複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの別の１つへの方向は、基体３０と第１ダイヤモンド層１０Ｄとの境界１０Ｉに沿う。
【0024】
図１に示すように、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの平均の径を径ｄｍ１とする。基体３０から第１ダイヤモンド層１０Ｄへの方向Ｄｓ１における第１ダイヤモンド層１０Ｄの厚さを厚さｔ１とする。径ｄｍ１は、例えば、厚さｔ１の１／２以上であることが好ましい。複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの重なりが抑制される。径ｄｍ１は、例えば、厚さｔ１の２倍以下で良い。
【0025】
１つの例において、「径」は、定方向径の平均である。「径」は、任意の代表径でも良い。代表径は、例えば、三軸径、または、相当径などで良い。「径」に関する情報は、例えば、Ｘ線小角散乱法（ＳＡＸＳ）を用いた測定により得られて良い。「径」に関する情報は、例えば、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡による表面像から得られても良い。「径」は、例えば、表面像の投影像内の所定範囲内における粒子の所定方向の径の平均でも良い。
【0026】
複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの平均の径ｄｍ１は、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。径ｄｍ１が２００ｎｍ以上であることで、例えば、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの単層が得やすく、高い熱伝導率が得易い。径ｄｍ１が５０００ｎｍ以下であることで、例えば、電子の放出のための電圧を低くし易い。例えば、第１ダイヤモンド層１０Ｄが高い生産性で得られる。径ｄｍ１は、５００ｎｍ以下でも良い。
【0027】
例えば、複数の第１多結晶ダイヤモンドの間には、第１部材１０Ｃは実質的に設けられない。例えば、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの１つに含まれる炭素と、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの別の１つに含まれる炭素と、が結合して良い。結合は、炭素同士の結合である。
【0028】
図２は、第１実施形態に係る電子源を例示する電子顕微鏡写真像である。
図２は、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面（例えば、第１ダイヤモンド面Ｆ１）の電子顕微鏡写真像である。図２に示すように、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの間に第１部材１０Ｃが観察される。この例では、第１部材１０Ｃは、Ｍｏ粒である。
図２は、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面（例えば、第１ダイヤモンド面Ｆ１）の電子顕微鏡写真像である。図２に示すように、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの間に第１部材１０Ｃが観察される。この例では、第１部材１０Ｃは、Ｍｏ粒である。
【0029】
実施形態において、例えば、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面に第１部材１０Ｃが付着される。付着の方法は任意である。例えば、チャンバ内に置かれた第１ダイヤモンド層１０Ｄに、第１元素を含む部材をスパッタすることなどにより、実施形態に係る第１陰極層１０が得られて良い。１つの例において、第１部材１０Ｃ（Ｍｏ粒など）の径は、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【0030】
図３は、第１実施形態に係る電子源を例示する模式的断面図である。
図３に示すように、実施形態に係る電子源３１１は、基体３０及び第１陰極層１０に加えて、第２陰極層２０をさらに含む。これを除く電子源３１１の構成は、電子源３１０の構成と同様で良い。
図３に示すように、実施形態に係る電子源３１１は、基体３０及び第１陰極層１０に加えて、第２陰極層２０をさらに含む。これを除く電子源３１１の構成は、電子源３１０の構成と同様で良い。
【0031】
第２陰極層２０は、第２ダイヤモンド層２０Ｄ及び第２部材２０Ｃを含む。第２ダイヤモンド層２０Ｄは、複数の第２多結晶ダイヤモンド２８Ｄを含む。第２部材２０Ｃは、第２元素を含む。第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２元素は、第１元素と同じで良い。
【0032】
第２部材２０Ｃと第１部材１０Ｃとの間に基体３０がある。第２ダイヤモンド層２０Ｄの少なくとも一部は、基体３０と第２部材２０Ｃとの間にある。
【0033】
電子源３１１においては、第１陰極層１０及び第２陰極層２０の両方から電子が放出される。単位面積あたりに放出される電子を多くすることができる。より高い効率が得られる。
【0034】
第２陰極層２０の構成は第１陰極層１０の構成と同様で良い。例えば、第２ダイヤモンド層２０Ｄは、第３ダイヤモンド面Ｆ３、第４ダイヤモンド面Ｆ４及び第２中間領域ＭＲ２を含む。基体３０から第２ダイヤモンド層２０Ｄへの方向において、第４ダイヤモンド面Ｆ４は、基体３０と第３ダイヤモンド面Ｆ３との間にある。第４ダイヤモンド面Ｆ４は、基体３０と対向する面である。第３ダイヤモンド面Ｆ３は、表面である。
【0035】
第２中間領域ＭＲ２は、第３ダイヤモンド面Ｆ３と第４ダイヤモンド面Ｆ４との間にある。第２中間領域ＭＲ２は、例えば、バルク領域である。例えば、第２部材２０Ｃは第２中間領域ＭＲ２に設けられていないことが好ましい。または、第３ダイヤモンド面Ｆ３における第２部材２０Ｃの濃度は、第２中間領域ＭＲ２における第２部材２０Ｃの濃度よりも高いことが好ましい。
【0036】
例えば、第２部材２０Ｃは第４ダイヤモンド面Ｆ４に設けられていないことが好ましい。または、第３ダイヤモンド面Ｆ３における第２部材２０Ｃの濃度は、第４ダイヤモンド面Ｆ４における第２部材２０Ｃの濃度よりも高い。
【0037】
例えば、第３ダイヤモンド面Ｆ３は、凹部２０ｄと凸部２０ｐとを含む。第２部材２０Ｃの少なくとも一部は、凹部２０ｄにある。例えば、凹部２０ｄにおける第２部材２０Ｃの濃度は、凸部２０ｐにおける第２部材２０Ｃの濃度よりも高い。
【0038】
以下、第１ダイヤモンド層１０Ｄの特性の例について説明する。以下では、品質の異なる３種類の試料の特性の例について説明する。第１試料ＳＰＬ１において、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄは、比較的低品質のｐ形ダイヤモンドである。第２試料ＳＰＬ２において、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄは、比較的高品質のｐ形ダイヤモンドである。第３試料ＳＰＬ３において、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄは、高品質のｐ形ダイヤモンドである。
【0039】
第１試料ＳＰＬ１においては、グロー放電からアーク放電に移行する電流が小さい。一方、第２試料ＳＰＬ２及び第３試料ＳＰＬ３においては、グロー放電からアーク放電に移行する電流が大きい。第２試料ＳＰＬ２及び第３試料ＳＰＬ３において、安定した動作が得易い。
【0040】
これらの試料の分析結果の例について説明する。
図４は、第１実施形態に係る電子源の特性を例示するグラフである。
図４は、第１試料ＳＰＬ１、第２試料ＳＰＬ２及び第３試料ＳＰＬ３についてのラマンスペクトルの測定結果を例示している。図４の横軸は、ラマンシフトＲＳである。縦軸は、信号の強度Ｉｎｔ（相対値）である。
図４は、第１実施形態に係る電子源の特性を例示するグラフである。
図４は、第１試料ＳＰＬ１、第２試料ＳＰＬ２及び第３試料ＳＰＬ３についてのラマンスペクトルの測定結果を例示している。図４の横軸は、ラマンシフトＲＳである。縦軸は、信号の強度Ｉｎｔ（相対値）である。
【0041】
図４において、約４４０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳ、及び、約１２０５ｃｍ－１のラマンシフトＲＳは、Ｂドープトダイヤモンドに対応する。約１３０５ｃｍ－１のラマンシフトＲＳは、イントリンシックダイヤモンドに対応する。約１３５０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳは、乱れたｓｐ３結合カーボンに対応する。約１５７０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳは、ｓｐ２結合カーボンに対応する。
【0042】
図４に示すように、第１試料ＳＰＬ１のラマンスペクトルにおいては、ラマンシフトＲＳが約１３５０ｃｍ－１における強度Ｉｎｔ、及び、ラマンシフトＲＳが約１５７０ｃｍ－１における強度Ｉｎｔが高い。このことは、第１試料ＳＰＬ１において、ｓｐ２結合カーボンの割合が高いことを示す。
【0043】
第２試料ＳＰＬ２及び第３試料ＳＰＬ３においては、これらの強度Ｉｎｔが低い。このことは、第２試料ＳＰＬ２及び第３試料ＳＰＬ３において、ｓｐ３結合カーボンの割合が高いことを示す。
【0044】
実施形態において、第１陰極層１０のラマンスペクトルにおいて、４４０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳにおける強度Ｉｎｔは、１３５０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳにおける強度Ｉｎｔよりも高く、１５７０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳにおける強度Ｉｎｔよりも高いことが好ましい。
【0045】
第１陰極層１０において、１２０５ｃｍ－１のラマンシフトＲＳにおける強度Ｉｎｔは、１３５０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳにおける強度Ｉｎｔよりも高く、１５７０ｃｍ－１のラマンシフトＲＳにおける強度Ｉｎｔよりも高いことが好ましい。
【0046】
上記のような特性により、例えば、放電時の消費電力を低減できる。例えば、高い電流密度までグロー放電を維持できる。例えば、アーク放電への移行が効果的に抑制できる。
【0047】
図５は、第１実施形態に係る電子源を例示する模式的断面図である。
図５に示すように、実施形態に係る電子源３１２において、複数の第１陰極層１０が設けられてる。この例では、複数の基体３０が設けられている。複数の基体３０の１つに、複数の第１陰極層１０の１つが設けられる。１つの基体３０に複数の第１陰極層１０が設けられても良い。
図５に示すように、実施形態に係る電子源３１２において、複数の第１陰極層１０が設けられてる。この例では、複数の基体３０が設けられている。複数の基体３０の１つに、複数の第１陰極層１０の１つが設けられる。１つの基体３０に複数の第１陰極層１０が設けられても良い。
【0048】
図５に示すように、複数の第１陰極層１０は、多角形Ｑ１の複数の辺にそれぞれ沿って並ぶ。複数の第１陰極層１０のそれぞれは、第１表面１０ｆを含む。第１表面１０ｆは、多角形Ｑ１の内側を向く平面状の面である。
【0049】
例えば、複数の第１陰極層１０は、陰極層１１ａ～１１ｆなどを含む。陰極層１１ａ～１１ｆのそれぞれが、平面状の第１表面１０ｆを有する。このような構成により、複数の第１陰極層１０で囲まれた空間ＳＰに、効率的に電子が放出される。
【0050】
図６は、第１実施形態に係る電子源の一部を例示する模式的断面図である。
図６は、図５の一部を例示している。複数の第１陰極層１０の１つ（例えば陰極層１１ａ）は、複数の第１陰極層１０の別の１つ（例えば陰極層１１ｂ）の隣である。第１陰極層１０の上記の１つ（陰極層１１ａ）の第１表面１０ｆと、複数の第１陰極層１０の上記の別の１つ（陰極層１１ｂ）の第１表面１０ｆと、の間の角度を角度θとする。実施形態において、角度θは、９０度を超えることが好ましい。角度θは、例えば１２０度以上でも良い。角度θは、陰極層１１ａの第１表面１０ｆを含む平面ＰＬ１と、陰極層１１ｂの第１表面１０ｆを含む平面ＰＬ２と、の間の角度に対応する。角度θが大きいことで、複数の第１陰極層１０で囲まれた空間の断面が円形に近くなる。
図６は、図５の一部を例示している。複数の第１陰極層１０の１つ（例えば陰極層１１ａ）は、複数の第１陰極層１０の別の１つ（例えば陰極層１１ｂ）の隣である。第１陰極層１０の上記の１つ（陰極層１１ａ）の第１表面１０ｆと、複数の第１陰極層１０の上記の別の１つ（陰極層１１ｂ）の第１表面１０ｆと、の間の角度を角度θとする。実施形態において、角度θは、９０度を超えることが好ましい。角度θは、例えば１２０度以上でも良い。角度θは、陰極層１１ａの第１表面１０ｆを含む平面ＰＬ１と、陰極層１１ｂの第１表面１０ｆを含む平面ＰＬ２と、の間の角度に対応する。角度θが大きいことで、複数の第１陰極層１０で囲まれた空間の断面が円形に近くなる。
【0051】
図７は、第１実施形態に係る電子源を例示する模式的断面図である。
図７に示すように、実施形態に係る電子源３１３は、複数の積層体３５を含む。複数の積層体３５のそれぞれが、第１陰極層１０、基体３０及び第２陰極層２０を含む。第１陰極層１０と第２陰極層２０との間に、基体３０がある。積層体３５の構成は、例えば、図３に例示した電子源３１１の構成と同様で良い。
図７に示すように、実施形態に係る電子源３１３は、複数の積層体３５を含む。複数の積層体３５のそれぞれが、第１陰極層１０、基体３０及び第２陰極層２０を含む。第１陰極層１０と第２陰極層２０との間に、基体３０がある。積層体３５の構成は、例えば、図３に例示した電子源３１１の構成と同様で良い。
【0052】
このように、電子源３１３は、複数の第２陰極層２０を含む。電子源３１３において、複数の第１陰極層１０が設けられる。基体３０の少なくとも一部は、複数の第１陰極層１０の１つと、複数の第２陰極層２０の１つと、の間にある。複数の第１陰極層１０は、面状である。複数の第１陰極層１０は、多角形Ｑ１の複数の辺にそれぞれ沿う。複数の第１陰極層１０のそれぞれは、多角形Ｑ１の内側を向く平面状の第１表面１０ｆを含む。複数の第２陰極層２０のそれぞれは、多角形Ｑ１の外側を向く平面状の第２表面２０ｆを含む。
【0053】
図３に関して説明したように、複数の第２陰極層２０の１つは、第２ダイヤモンド層２０Ｄと、第２部材２０Ｃと、を含む。第２ダイヤモンド層２０Ｄは、複数の第２多結晶ダイヤモンド２８Ｄを含む。第２部材２０Ｃは、第２元素を含む。第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２部材２０Ｃと第１部材１０Ｃとの間に基体３０がある。第２ダイヤモンド層２０Ｄの少なくとも一部は、基体３０と第２部材２０Ｃとの間にある。
【0054】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る電子源を例示する模式的断面図である。
これらの図は、実施形態に係る電子源３１４を例示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ１－Ｘ２線断面図である。図８（ａ）に示すように、電子源３１４において、複数の多角形Ｑ１がＸ－Ｙ平面に沿って設けられている。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に対して垂直である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
これらの図は、実施形態に係る電子源３１４を例示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ１－Ｘ２線断面図である。図８（ａ）に示すように、電子源３１４において、複数の多角形Ｑ１がＸ－Ｙ平面に沿って設けられている。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に対して垂直である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
【0055】
図８（ａ）に示すように、複数の積層体３５が、多角形Ｑ１の複数の辺にそれぞれ沿う。このような複数の積層体３５を含む複数のグループが、Ｘ－Ｙ平面に沿って並ぶ。図８（ａ）において、多角形Ｑ１が正六角形である例が示されている。
【0056】
図８（ｂ）に示すように、電子源３１４は、支持部３８を含んでも良い。支持部３８は、複数の積層体３５を支持する。例えば、支持部３８は、第１支持部材３８ａと、第２支持部材３８ｂと、を含む。例えば、複数の積層体３５の１つは、第１支持部材３８ａと第２支持部材３８ｂと、の間にある。
【0057】
支持部３８は、第３支持部材３８ｃを含んでも良い。第３支持部材３８ｃは、第１支持部材３８ａ及び第２支持部材３８ｂを支持する。第３支持部材３８ｃは、ベースである。第１支持部材３８ａ及び第２支持部材３８ｂは、例えば、弾性部材である。
【0058】
（第２実施形態）
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２実施形態に係るプラズマ源を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）は、図９（ｂ）のＹ１－Ｙ２線断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＹ３－Ｙ４線断面図である。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２実施形態に係るプラズマ源を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）は、図９（ｂ）のＹ１－Ｙ２線断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＹ３－Ｙ４線断面図である。
【0059】
【0060】
容器５０は、ガス５０ｇを収容可能である。ガス５０ｇは、容器５０の内部の空間に収容される。ガス５０ｇは、例えば、アルゴン、ヘリウム、水素、及び、重水素の少なくとも１つを含む。プラズマ源１１０は、ガス５０ｇを含んでも良い。プラズマ源１１０の使用時に、容器５０のなかにガス５０ｇが導入されても良い。例えば、ガス５０ｇは、容器５０に設けられる導入口などから容器５０の内部に導入されて良い。容器５０は、容器５０の内部の空間を気密に保持可能である。
【0061】
電子源３１２は、容器５０のなかに設けられる。陽極部材４０Ｍは、容器５０のなかに設けられる。陽極部材４０Ｍは、電子源３１２から離れる。
【0062】
図９（ｂ）に示すように、制御部７０が設けられても良い。制御部７０は、例えば、電子源３１２と陽極部材４０Ｍとの間に電圧を印加することが可能である。
【0063】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、磁場印加部６０が設けられても良い。プラズマ源１１０は、磁場印加部６０を含んでも良い。磁場印加部６０は、複数の第１陰極層１０で囲まれた空間ＳＰに磁場ＭＦを印加可能である。磁場ＭＦは、多角形Ｑ１を含む平面（Ｘ－Ｙ平面）と交差する方向（例えばＺ軸方向）の成分を含む。例えば、磁場ＭＦは、Ｚ軸方向に沿う。磁場印加部６０は、例えば磁石（例えば永久磁石）で良い。磁場印加部６０は、例えば電磁石でも良い。例えば、陽極部材４０Ｍは、Ｚ軸方向において電子源３１２から離れる。
【0064】
このような磁場ＭＦにより、電子源３１２は、クロスフィールドホローカソードとして機能して良い。
【0065】
図１０は、第２実施形態に係るプラズマ源の動作を例示する模式図である。
図１０に示すように、筒状（または環状）の電子源３１２で囲まれた空間ＳＰに、磁場ＭＦが印加される。磁場ＭＦは、筒の軸方向（Ｚ軸方向）に沿う。空間ＳＰの中心部に、負グロー８１が形成される。負グロー８１と電子源３１２との間に電場Ｅ１が生じる。電子ＥＬ１は、磁場ＭＦと、電場Ｅ１と、により、筒内を旋回しながらドリフトする。電子ＥＬ１は、ガス５０ｇの粒子（分子など）と衝突を繰り返す。これにより電離が促進される。これにより、高い密度のプラズマが得られる。
図１０に示すように、筒状（または環状）の電子源３１２で囲まれた空間ＳＰに、磁場ＭＦが印加される。磁場ＭＦは、筒の軸方向（Ｚ軸方向）に沿う。空間ＳＰの中心部に、負グロー８１が形成される。負グロー８１と電子源３１２との間に電場Ｅ１が生じる。電子ＥＬ１は、磁場ＭＦと、電場Ｅ１と、により、筒内を旋回しながらドリフトする。電子ＥＬ１は、ガス５０ｇの粒子（分子など）と衝突を繰り返す。これにより電離が促進される。これにより、高い密度のプラズマが得られる。
【0066】
実施形態において、複数の第１陰極層１０の多角形Ｑ１の頂角の角度は、９０度を超えることが好ましい。これにより、電子ＥＬ１の上記のドリフトが阻害されることを抑制できる。多角形Ｑ１は、例えば正多角形で良い。
【0067】
図１１は、第２実施形態に係るプラズマ源を例示する模式的断面図である。
図１１に示すように、実施形態に係るプラズマ源１１１においては、磁場印加部６０は、Ｘ－Ｙ平面で、電子源３１２と重ならない。例えば、Ｚ軸方向において、電子源３１２は、容器５０と陽極部材４０Ｍとの間にあっても良い。磁場印加部６０の少なくとも一部は、Ｘ－Ｙ平面において、容器５０と重ならなくても良い。
図１１に示すように、実施形態に係るプラズマ源１１１においては、磁場印加部６０は、Ｘ－Ｙ平面で、電子源３１２と重ならない。例えば、Ｚ軸方向において、電子源３１２は、容器５０と陽極部材４０Ｍとの間にあっても良い。磁場印加部６０の少なくとも一部は、Ｘ－Ｙ平面において、容器５０と重ならなくても良い。
【0068】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態に係るプラズマ源を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、実施形態に係るプラズマ源１２０は、容器５０、電子源３２０、、陽極部材４０Ｍ及び第１部材１０Ｃを含む。容器５０は、ガス５０ｇを収容可能である。電子源３２０、陽極部材４０Ｍ及び第１部材１０Ｃは、容器５０のなかに設けられる。
図１２は、第３実施形態に係るプラズマ源を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、実施形態に係るプラズマ源１２０は、容器５０、電子源３２０、、陽極部材４０Ｍ及び第１部材１０Ｃを含む。容器５０は、ガス５０ｇを収容可能である。電子源３２０、陽極部材４０Ｍ及び第１部材１０Ｃは、容器５０のなかに設けられる。
【0069】
電子源３２０は、基体３０と、基体３０に支持された第１陰極層１０と、を含む。第１陰極層１０は、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄを含む（図１参照）。第３実施形態においては、第１陰極層１０は、第１部材１０Ｃを含まなくて良い。
【0070】
第１部材１０Ｃは、第１元素を含む。第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。この例では、第1部材１０Ｃは、電子源３２０と陽極部材４０Ｍとの間にある。第１部材１０Ｃは、例えばグリッドである。
【0071】
プラズマ源１２０においては、動作をさせることにより、第１部材１０Ｃに含まれる第１元素が、第１陰極層１０に付着する。第１元素が、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄの表面に付着する。例えば、第１部材１０Ｃの第１元素により、水素ラジカルが発生する。水素ラジカルは、第１ダイヤモンド層１０Ｄの表面を移動し、未結合手を水素化する。これにより、水素終端が安定して維持できる。第３実施形態においては、安定した高効率のプラズマ源が提供できる。プラズマ源１２０において、第１陰極層１０は、第１部材１０Ｃを含んでも良い。
【0072】
図１３は、第３実施形態に係るプラズマ源を例示する模式的断面図である。
図１３に示すように、実施形態に係るプラズマ源１２１は、容器５０、電子源３２０、及び陽極部材４０Ｍを含む。容器５０は、ガス５０ｇを収容可能である。電子源３２０及び陽極部材４０Ｍは、容器５０のなかに設けられる。
図１３に示すように、実施形態に係るプラズマ源１２１は、容器５０、電子源３２０、及び陽極部材４０Ｍを含む。容器５０は、ガス５０ｇを収容可能である。電子源３２０及び陽極部材４０Ｍは、容器５０のなかに設けられる。
【0073】
電子源３２０は、基体３０と、基体３０に支持された第１陰極層１０と、を含む。第１陰極層１０は、複数の第１多結晶ダイヤモンド１８Ｄを含む。第３実施形態においては、第１陰極層１０は、第１部材１０Ｃを含まなくて良い。
【0074】
図１３に示すように、容器５０の内面の少なくとも一部は、第１部材１０Ｃを含む。第１部材１０Ｃは、第１元素を含む。第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【0075】
プラズマ源１２１においても、動作をさせることにより、第１部材１０Ｃに含まれる第１元素が、第１陰極層１０に付着する。これにより、水素終端が安定して維持できる。安定した高効率のプラズマ源が提供できる。プラズマ源１２１において、第１陰極層１０は、第１部材１０Ｃを含んでも良い。
【0076】
（第４実施形態）
図１４は、第４実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的断面図である。
図１４に示すように、実施形態に係るスイッチ装置２１０は、プラズマ源１３０及び制御導電部４５を含む。プラズマ源１３０は、第２実施形態または第３実施形態に係る任意のプラズマ源が適用されて良い。制御導電部４５は、容器５０のなかに設けられる。制御導電部４５は、例えば、制御部７０と接続される。制御部７０により、制御導電部４５の電位が制御される。これにより、電子源（この例では、電子源３３０）と陽極部材４０Ｍとの間に流れる電流が制御できる。第４実施形態によれば、安定した高効率のスイッチ装置が提供できる。制御導電部４５は、第１部材１０Ｃを含んでも良い。水素終端が安定して維持できる。
図１４は、第４実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的断面図である。
図１４に示すように、実施形態に係るスイッチ装置２１０は、プラズマ源１３０及び制御導電部４５を含む。プラズマ源１３０は、第２実施形態または第３実施形態に係る任意のプラズマ源が適用されて良い。制御導電部４５は、容器５０のなかに設けられる。制御導電部４５は、例えば、制御部７０と接続される。制御部７０により、制御導電部４５の電位が制御される。これにより、電子源（この例では、電子源３３０）と陽極部材４０Ｍとの間に流れる電流が制御できる。第４実施形態によれば、安定した高効率のスイッチ装置が提供できる。制御導電部４５は、第１部材１０Ｃを含んでも良い。水素終端が安定して維持できる。
【0077】
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
基体と、
第１陰極層と、
を備え、
前記第１陰極層は、
複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、
第１元素を含む第１部材と、
を含み、
前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にあり、
前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、電子源。
（構成１）
基体と、
第１陰極層と、
を備え、
前記第１陰極層は、
複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む第１ダイヤモンド層と、
第１元素を含む第１部材と、
を含み、
前記第１ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第１部材と、の間にあり、
前記第１元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、電子源。
【0078】
（構成２）
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面、第２ダイヤモンド面及び第１中間領域を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１中間領域は、前記第１ダイヤモンド面と前記第２ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第１中間領域に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第１中間領域における前記第１部材の濃度よりも高い、構成１に記載の電子源。
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面、第２ダイヤモンド面及び第１中間領域を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１中間領域は、前記第１ダイヤモンド面と前記第２ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第１中間領域に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第１中間領域における前記第１部材の濃度よりも高い、構成１に記載の電子源。
【0079】
（構成３）
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面及び第２ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第２ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第２ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度よりも高い、構成１に記載の電子源。
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面及び第２ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１部材は前記第２ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第１ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度は、前記第２ダイヤモンド面における前記第１部材の濃度よりも高い、構成１に記載の電子源。
【0080】
（構成４）
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面及び第２ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１ダイヤモンド面は、凹部と凸部とを含み、
前記第１部材の少なくとも一部は、前記凹部にある、構成１に記載の電子源。
前記第１ダイヤモンド層は、第１ダイヤモンド面及び第２ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向において、前記第２ダイヤモンド面は、前記基体と前記第１ダイヤモンド面との間にあり、
前記第１ダイヤモンド面は、凹部と凸部とを含み、
前記第１部材の少なくとも一部は、前記凹部にある、構成１に記載の電子源。
【0081】
（構成５）
前記凹部における前記第１部材の濃度は、前記凸部における前記第１部材の濃度よりも高い、構成４に記載の電子源。
前記凹部における前記第１部材の濃度は、前記凸部における前記第１部材の濃度よりも高い、構成４に記載の電子源。
【0082】
（構成６）
前記第１部材は、前記第１元素を含む複数の粒を含む、構成１～５のいずれか１つに記載の電子源。
前記第１部材は、前記第１元素を含む複数の粒を含む、構成１～５のいずれか１つに記載の電子源。
【0083】
（構成７）
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの１つから前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの別の１つへの方向は、前記基体と前記第１ダイヤモンド層との境界に沿う、構成１～６のいずれか１つに記載の電子源。
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの１つから前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの別の１つへの方向は、前記基体と前記第１ダイヤモンド層との境界に沿う、構成１～６のいずれか１つに記載の電子源。
【0084】
（構成８）
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの平均の径は、前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向における前記第１ダイヤモンド層の厚さの１／２以上である、構成１～７のいずれか１つに記載の電子源。
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの平均の径は、前記基体から前記第１ダイヤモンド層への方向における前記第１ダイヤモンド層の厚さの１／２以上である、構成１～７のいずれか１つに記載の電子源。
【0085】
（構成９）
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの平均の径は、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である、構成１～８のいずれか１つに記載の電子源。
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの平均の径は、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である、構成１～８のいずれか１つに記載の電子源。
【0086】
（構成１０）
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの１つに含まれる炭素と、前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの別の１つに含まれる炭素と、が結合した、構成１～９のいずれか１つに記載の電子源。
前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの１つに含まれる炭素と、前記複数の第１多結晶ダイヤモンドの別の１つに含まれる炭素と、が結合した、構成１～９のいずれか１つに記載の電子源。
【0087】
（構成１１）
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿って並び、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含む、構成１～１０のいずれか１つに記載の電子源。
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿って並び、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含む、構成１～１０のいずれか１つに記載の電子源。
【0088】
（構成１２）
前記複数の第１陰極層の１つは、前記複数の第１陰極層の別の１つの隣であり、
前記第１陰極層の前記１つの前記第１表面と、前記複数の第１陰極層の前記別の１つの前記第１表面と、の間の角度は、９０度を超える、構成１１に記載の電子源。
前記複数の第１陰極層の１つは、前記複数の第１陰極層の別の１つの隣であり、
前記第１陰極層の前記１つの前記第１表面と、前記複数の第１陰極層の前記別の１つの前記第１表面と、の間の角度は、９０度を超える、構成１１に記載の電子源。
【0089】
（構成１３）
第２陰極層をさらに備え、
前記第２陰極層は、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１０のいずれか１つに記載の電子源。
第２陰極層をさらに備え、
前記第２陰極層は、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１０のいずれか１つに記載の電子源。
【0090】
（構成１４）
前記第２ダイヤモンド層は、第３ダイヤモンド面及び第４ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第２ダイヤモンド層への方向において、前記第４ダイヤモンド面は、前記基体と前記第３ダイヤモンド面との間にあり、
前記第２部材は前記第４ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第３ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度は、前記第４ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度よりも高い、構成１３に記載の電子源。
前記第２ダイヤモンド層は、第３ダイヤモンド面及び第４ダイヤモンド面を含み、
前記基体から前記第２ダイヤモンド層への方向において、前記第４ダイヤモンド面は、前記基体と前記第３ダイヤモンド面との間にあり、
前記第２部材は前記第４ダイヤモンド面に設けられていない、または、前記第３ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度は、前記第４ダイヤモンド面における前記第２部材の濃度よりも高い、構成１３に記載の電子源。
【0091】
（構成１５）
複数の第２陰極層をさらに備え、
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記基体の少なくとも一部は、前記複数の第１陰極層の１つと、前記複数の第２陰極層の１つと、の間にあり、
前記複数の第１陰極層は、面状であり、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿い、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含み、
前記複数の第２陰極層のそれぞれは、前記多角形の外側を向く平面状の第２表面を含み、
前記複数の第２陰極層の前記１つは、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１１のいずれか１つに記載の電子源。
複数の第２陰極層をさらに備え、
複数の前記第１陰極層が設けられ、
前記基体の少なくとも一部は、前記複数の第１陰極層の１つと、前記複数の第２陰極層の１つと、の間にあり、
前記複数の第１陰極層は、面状であり、
前記複数の第１陰極層は、多角形の複数の辺にそれぞれ沿い、
前記複数の第１陰極層のそれぞれは、前記多角形の内側を向く平面状の第１表面を含み、
前記複数の第２陰極層のそれぞれは、前記多角形の外側を向く平面状の第２表面を含み、
前記複数の第２陰極層の前記１つは、
複数の第２多結晶ダイヤモンドを含む第２ダイヤモンド層と、
第２元素を含む第２部材と、
を含み、
前記第２部材と前記第１部材との間に前記基体があり、
前記第２ダイヤモンド層の少なくとも一部は、前記基体と、前記第２部材と、の間にあり、
前記第２元素は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１１のいずれか１つに記載の電子源。
【0092】
（構成１６）
複数の第１ダイヤモンド層のラマンスペクトルにおいて、４４０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度は、１３５０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度よりも高く、１５７０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度よりも高い、構成１～１５のいずれか１つに記載の電子源。
複数の第１ダイヤモンド層のラマンスペクトルにおいて、４４０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度は、１３５０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度よりも高く、１５７０ｃｍ－１のラマンシフトにおける強度よりも高い、構成１～１５のいずれか１つに記載の電子源。
【0093】
（構成１７）
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた構成１～１６のいずれか１つに記載の電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備えたプラズマ源。
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた構成１～１６のいずれか１つに記載の電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備えたプラズマ源。
【0094】
（構成１８）
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
前記容器のなかに設けられた第１部材であって、前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、前記第１部材と、
を備えたプラズマ源。
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
前記容器のなかに設けられた第１部材であって、前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、前記第１部材と、
を備えたプラズマ源。
【0095】
（構成１９）
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備え、
前記容器の内面の少なくとも一部は、第１部材を含み、
前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、プラズマ源。
ガスを収容可能な容器と、
前記容器のなかに設けられた電子源であって、前記電子源は、基体と、前記基体に支持された第１陰極層と、を含み、前記第１陰極層は、複数の第１多結晶ダイヤモンドを含む、前記電子源と、
前記容器のなかに設けられた陽極部材と、
を備え、
前記容器の内面の少なくとも一部は、第１部材を含み、
前記第１部材は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１元素を含む、プラズマ源。
【0096】
（構成２０）
構成１７～１９のいずれか１つに記載のプラズマ源と、
前記容器のなかに設けられた制御導電部と、
を備えたスイッチ装置。
構成１７～１９のいずれか１つに記載のプラズマ源と、
前記容器のなかに設けられた制御導電部と、
を備えたスイッチ装置。
【0097】
実施形態によれば、高効率の電子源、プラズマ源及びスイッチ装置が提供できる。
【0098】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、電子源、プラズマ源及びスイッチ装置に含まれる陰極層、陽極部材、容器、磁場印加部、及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【0099】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【0100】
その他、本発明の実施の形態として上述した電子源、プラズマ源及びスイッチ装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電子源、プラズマ源及びスイッチ装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0101】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0102】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0103】
１０…第１陰極層、 １０Ｃ…第１部材、 １０Ｄ…第１ダイヤモンド層、 １０Ｉ…境界、 １０ｄ…凹部、 １０ｆ…第１表面、 １０ｐ…凸部、 １１ａ～１１ｆ…陰極層、 １８Ｄ…第１多結晶ダイヤモンド、 ２０…第２陰極層、 ２０Ｃ…第２部材、 ２０Ｄ…第２ダイヤモンド層、 ２０ｄ…凹部、 ２０ｆ…第２表面、 ２０ｐ…凸部、 ２８Ｄ…第２多結晶ダイヤモンド、 ３０…基体、 ３５…積層体、 ３８…支持部、 ３８ａ～３８ｃ…第１～第３支持部材、 ４０Ｍ…陽極部材、 ４５…制御導電部、 ５０…容器、 ５０ｇ…ガス、 ６０…磁場印加部、 ７０…制御部、 ８１…負グロー、 θ…角度、 １１０、１１１、１２０、１２１、１３０…プラズマ源、 ２１０…スイッチ装置、 ３１０～３１４、３２０、３３０…電子源、 Ｄｓ１…方向、 Ｅ１…電場、 ＥＬ１…電子、 Ｆ１～Ｆ４…第１～第４ダイヤモンド面、 Ｉｎｔ…強度、 ＭＦ…磁場、 ＭＲ１、ＭＲ２…第１、第２中間領域、 ＰＬ１、ＰＬ２…第１、第２平面、 Ｑ１…多角形、 ＲＳ…ラマンシフト、 ＳＰ…空間、 ＳＰＬ１～ＳＰＬ３…第１～第３試料、 ｄｍ１…径、 ｔ１…厚さ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】