特開 2024-121498 エミッタ

(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】P2024121498

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】エミッタ

(51)【国際特許分類】

   H01J 1/18 20060101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

H01J1/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028638

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100185591

【弁理士】

【氏名又は名称】中塚 岳

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】茶谷 洋光

(57)【要約】

【課題】チップ部を効率的に加熱することができると共に省電力化を図ることができるエミッタを提供する。
【解決手段】エミッタ１は、碍子２と、互いに離隔して碍子２に固定された一対の端子３と、一対の端子３に固定されたフィラメント４と、電子放出材料により形成され、フィラメント４に固定されたチップ部５と、を備える。一対の端子３の各々は、第１金属材料により形成された第１部分１１と、第１金属材料よりも電気抵抗率が低く且つ熱伝導率が高い第２金属材料により形成された第２部分１２と、を有し、第１部分１１においてフィラメント４に電気的に接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

碍子と、
互いに離隔して前記碍子に固定された一対の端子と、
前記一対の端子に固定されたフィラメントと、
電子放出材料により形成され、前記フィラメントに固定されたチップ部と、を備え、
前記一対の端子の各々は、第１金属材料により形成された第１部分と、前記第１金属材料よりも電気抵抗率が低く且つ熱伝導率が高い第２金属材料により形成された第２部分と、を有し、前記第１部分において前記フィラメントに電気的に接続されている、エミッタ。

【請求項2】

前記フィラメントは、前記第１金属材料により形成されている、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項3】

前記第１部分は前記碍子から離隔しており、前記一対の端子の各々は前記第２部分において前記碍子に固定されている、請求項１又は２に記載のエミッタ。

【請求項4】

前記第１金属材料は、タングステン、コバール、チタン又はモリブデンを含む、請求項１又は２に記載のエミッタ。

【請求項5】

前記第２金属材料は、銅を含む、請求項１又は２に記載のエミッタ。

【請求項6】

前記第１部分と前記第２部分とは、液相拡散接合により互いに接合されている、請求項１又は２に記載のエミッタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エミッタに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、碍子と、碍子に固定された一対の端子と、一対の端子に固定されたアーチ状のフィラメントと、フィラメントに固定されたチップ部と、を備えるエミッタが記載されている。このエミッタでは、端子を介したフィラメントへの通電によりチップ部が加熱され、チップ部から電子ビームが放出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４７８９１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、チップ部を効率的に加熱することができると共に省電力化を図ることができるエミッタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明のエミッタは、［１］「碍子と、互いに離隔して前記碍子に固定された一対の端子と、前記一対の端子に固定されたフィラメントと、電子放出材料により形成され、前記フィラメントに固定されたチップ部と、を備え、前記一対の端子の各々は、第１金属材料により形成された第１部分と、前記第１金属材料よりも電気抵抗率が低く且つ熱伝導率が高い第２金属材料により形成された第２部分と、を有し、前記第１部分において前記フィラメントに電気的に接続されている、エミッタ」である。

【0006】

このエミッタでは、一対の端子の各々が、第１金属材料により形成された第１部分と、第１金属材料よりも電気抵抗率が低く且つ熱伝導率が高い第２金属材料により形成された第２部分と、を有し、第１部分においてフィラメントに電気的に接続されている。熱伝導率が高い第２部分が設けられていることで、端子における電力消費量を低減することができる。また、電気抵抗率が高い第１部分が設けられ、当該第１部分において端子がフィラメントに電気的に接続されていることで、フィラメントへの通電により発生した熱が端子へ逃げることを抑制することができ、チップ部を効率的に加熱することができる。よって、このエミッタによれば、チップ部を効率的に加熱することができると共に省電力化を図ることができる。すなわち、単に端子の全体を熱伝導率が高い第２金属材料により形成するとフィラメントへの通電により発生した熱が端子へ逃げてしまい、チップ部を効率的に加熱することができない可能性があるのに対し、このエミッタによれば、第２部分に加えて第１部分が形成されていることで、省電力化とチップ部の効率的な加熱の両立を図ることができる。

【0007】

本発明のエミッタは、［２］「前記フィラメントは、前記第１金属材料により形成されている、［１］に記載のエミッタ」であってもよい。この場合、フィラメントと第１部分とが同一の材料により形成されるため、フィラメントと第１部分とを良好に接続することができる。

【0008】

本発明のエミッタは、［３］「前記第１部分は前記碍子から離隔しており、前記一対の端子の各々は前記第２部分において前記碍子に固定されている、［１］又は［２］に記載のエミッタ」であってもよい。この場合、第２部分の長さを長くすることができ、電力消費量を一層低減することができる。

【0009】

本発明のエミッタは、［４］「前記第１金属材料は、タングステン、コバール、チタン又はモリブデンを含む、［１］～［３］のいずれかに記載のエミッタ」であってもよい。この場合、チップ部を効率的に加熱することができる。

【0010】

本発明のエミッタは、［５］「前記第２金属材料は、銅を含む、［１］～［４］のいずれかに記載のエミッタ」であってもよい。この場合、電力消費量を低減することができる。

【0011】

本発明のエミッタは、［６］「前記第１部分と前記第２部分とは、液相拡散接合により互いに接合されている、［１］～［５］のいずれかに記載のエミッタ」であってもよい。動作時には端子が高温になるが、液相拡散接合は例えば一般的なロウ付接合と比べて耐熱温度が高いため、このエミッタでは、十分な耐熱性を確保することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、チップ部を効率的に加熱することができると共に省電力化を図ることができるエミッタを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係るエミッタの側面図である。

【図2】（ａ）は一般的なロウ付接合を説明するための図であり、（ｂ）は液相拡散接合を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0015】

図１に示されるように、エミッタ１は、碍子２と、一対の端子３と、フィラメント４と、チップ部５（電子源）と、を備えている。エミッタ１は、熱電界放出（Thermal Field Emission）型のエミッタである。エミッタ１は、サプレッサ電極、引出電極等と共に電子銃を構成し、電子顕微鏡、半導体製造装置、検査装置又は加工装置等において用いられ得る。エミッタ１では、一対の端子３を介したフィラメント４への通電によってチップ部５が加熱され、チップ部５の先端部から電子ビームが放出される。以下、図１に示されるＸ方向、Ｙ方向（Ｘ方向に垂直な方向）及びＺ方向（Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向）を参照しつつ説明する。

【0016】

碍子２は、例えば、絶縁材料により円柱状に形成されている。端子３は、例えば、金属材料により棒状に形成されている。この例では、端子３は、円柱状に真っ直ぐに延在している。端子３は、Ｚ方向に沿って碍子２を貫通し、その中間部において碍子２に固定されている。一対の端子３は、Ｘ方向において互いに離隔している。端子３の更なる詳細については後述する。

【0017】

フィラメント４は、アーチ状に形成されており、両端部において一対の端子３に固定されている。すなわち、フィラメント４は、Ｚ方向における一方側（端子３とは反対側）に向かって凸となるように湾曲した部分を有するように、一対の端子３の間において延在している。フィラメント４は、各端子３の突出部３ａに例えばスポット溶接により固定されている。突出部３ａは、端子３における碍子２から突出した部分である。

【0018】

フィラメント４は、例えば融点が２２００℃以上の高融点金属により形成されている。この例では、フィラメント４はタングステンにより形成されている。フィラメント４の材料の他の例としては、タングステンと高融点金属（例えばレニウム）の合金が挙げられる。フィラメント４の材料は、組織安定化のためのアルカリ金属（例えばカリウム）がドープされたタングステンであってもよい。

【0019】

チップ部５は、フィラメント４の頂部に固定されている。チップ部５は、例えば、電子放出材料により棒状に形成されている。チップ部５の材料の例としては、タングステン、タンタル、ハフニウム等の高融点金属並びにその酸化物、炭化物及び窒化物、ホウ化ランタン（ＬａＢ６）、ホウ化セリウム（ＣｅＢ６）等の希土類ホウ化物、イリジウムセリウム等の貴金属－希土類系合金が挙げられる。この例では、チップ部５はＺ方向に沿って延在するように固定されている。

【0020】

端子３について更に説明する。各端子３は、第１部分１１及び第２部分１２を有している。第１部分１１は端子３の長手方向（Ｚ方向）における一方側の部分を構成しており、第２部分１２は長手方向における他方側の部分を構成している。この例では、第１部分１１は第２部分１２よりも短い。端子３は、第１部分１１においてフィラメント４に電気的に接続されており、第２部分１２において碍子２に固定されている。第１部分１１は、碍子２から離隔している。換言すれば、第１部分１１は碍子２から離隔する程度に短く形成されており、これにより第２部分１２の長さが確保されている。端子３の突出部３ａは、第１部分１１の全部と第２部分１２の一部とにより構成されている。第１部分１１は、突出部３ａを構成する第２部分１２の当該一部よりも短い。

【0021】

第１部分１１は第１金属材料により形成されており、第２部分１２は第２金属材料により形成されている。第２金属材料の電気抵抗率は第１金属材料の電気抵抗率よりも低く、第２金属材料の熱伝導率は第１金属材料の熱伝導率よりも高い。すなわち、第１金属材料の電気抵抗率は第２金属材料の電気抵抗率よりも高く、第１金属材料の熱伝導率は第２金属材料の熱伝導率よりも低い。

【0022】

この例では、第１金属材料はタングステンであり、第２金属材料はアルミナを含有する銅合金である。この場合、第１金属材料の電気抵抗率は５．２９×１０^－８Ω・ｍであり、第２金属材料の電気抵抗率は１．６×１０^－８Ω・ｍである。また、第１金属材料の熱伝導率は１７３Ｗ／Ｋ・ｍであり、第２金属材料の熱伝導率は３７２Ｗ／Ｋ・ｍである。この例では、第１金属材料はフィラメント４の材料と同一である。すなわち、フィラメント４は第１部分１１と同じ第１金属材料により形成されている。

【0023】

第１金属材料は、タングステンと高融点金属（例えばレニウム）の合金、又は組織安定化のためのアルカリ金属（例えばカリウム）がドープされたタングステンであってもよい。第１金属材料は、コバール、チタン又はモリブデンであってもよいし、それらを含む合金であってもよい。すなわち、第１金属材料は、タングステン、コバール、チタン又はモリブデンを含む金属材料であってもよい。第２金属材料は、この例では銅合金であるが、銅であってもよい。すなわち、第２金属材料は、銅を含む金属材料であってもよい。第２金属材料は、金、銀、アルミ、タンタル、ニオブ、亜鉛又は鉄を含む金属材料であってもよい。

【0024】

第１部分１１と第２部分１２とは、液相拡散（Transient Liquid Phase Diffusion）接合により互いに接合されている。図２に示されるように、一般的なロウ付接合により第１部分１１と第２部分１２とを接合した場合、それらの間に純銅の緩衝材１５とロウ材層１６とが形成され得る。このロウ材層１６の融点は低く、そのため、端子３の耐熱温度は５００℃程度となる。これに対し、液相拡散接合により第１部分１１と第２部分１２とを接合した場合、接合後には第１部分１１と第２部分１２との間にロウ材層１６が無いかのような状態となる。そのため、端子３の耐熱温度を１０００℃程度まで高めることができる。これにより、エミッタ１の動作時にフィラメント４が１５５０℃程度にまで加熱されたとしても、そのような高温環境に端子３が耐えることができる。
［作用及び効果］

【0025】

エミッタ１では、各端子３が、第１金属材料により形成された第１部分１１と、第１金属材料よりも電気抵抗率が低く且つ熱伝導率が高い第２金属材料により形成された第２部分１２と、を有し、第１部分１１においてフィラメント４に電気的に接続されている。熱伝導率が高い第２部分１２が設けられていることで、端子３における電力消費量を低減することができる。また、電気抵抗率が高い第１部分１１が設けられ、第１部分１１において端子３がフィラメント４に電気的に接続されていることで、フィラメント４への通電により発生した熱が端子３へ逃げることを抑制することができ、チップ部５を効率的に加熱することができる。よって、エミッタ１によれば、チップ部５を効率的に加熱することができると共に省電力化を図ることができる。すなわち、単に端子３の全体を熱伝導率が高い第２金属材料により形成するとフィラメント４への通電により発生した熱が端子３へ逃げてしまい、チップ部５を効率的に加熱することができない可能性があるのに対し、エミッタ１によれば、第２部分１２に加えて第１部分１１が形成されていることで、省電力化とチップ部５の効率的な加熱の両立を図ることができる。

【0026】

フィラメント４が、第１金属材料により形成されている。これにより、フィラメント４と第１部分１１とが同一の材料により形成されるため、フィラメント４と第１部分１１とを良好に接続することができる。

【0027】

第１部分１１が碍子２から離隔しており、各端子３が第２部分１２において碍子２に固定されている。これにより、第２部分１２の長さを長くすることができ、電力消費量を一層低減することができる。

【0028】

第１部分１１を構成する第１金属材料が、タングステン、コバール、チタン又はモリブデンを含む。これにより、チップ部５を効率的に加熱することができる。

【0029】

第２部分１２を構成する第２金属材料が、銅を含む。これにより、電力消費量を低減することができる。

【0030】

第１部分１１と第２部分１２とが、液相拡散接合により互いに接合されている。これにより、動作時には端子３が高温になるが、液相拡散接合は例えば一般的なロウ付接合と比べて耐熱温度が高いため、エミッタ１では、十分な耐熱性を確保することができる。

【0031】

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。上記実施形態では第１部分１１が碍子２から離隔していたが、第１部分１１の一部が碍子２内に配置されていてもよい。

【符号の説明】

【0032】

１…エミッタ、２…碍子、３…端子、４…フィラメント、５…チップ部、１１…第１部分、１２…第２部分。

【図1】

【図2】