特許 7422035 光電面電子源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-17

(45)【発行日】2024-01-25

(54)【発明の名称】光電面電子源

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/073 20060101AFI20240118BHJP

   H01J 40/06 20060101ALI20240118BHJP

   H01J 40/16 20060101ALI20240118BHJP

   H01J 1/34 20060101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

H01J37/073

H01J40/06

H01J40/16

H01J1/34

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020140141

(22)【出願日】2020-08-21

(65)【公開番号】P2022035659

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-03-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(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】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】平野 友彦

(72)【発明者】

【氏名】武富 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】須山 本比呂

(72)【発明者】

【氏名】松平 渉

(72)【発明者】

【氏名】影山 明広

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 光太

(72)【発明者】

【氏名】山田 拓

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－３２２０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２１３２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３９８４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０７３

Ｈ０１Ｊ ４０／０６

Ｈ０１Ｊ ４０／１６

Ｈ０１Ｊ １／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板受光面から入射する光を受けて、前記基板受光面とは逆側の基板主面から前記光を出射する基板と、
前記基板主面に設けられると共に、前記光を受けて光電子を放出する光電面と、
前記基板主面に固定されると共に、前記光電面から前記光電子を引き出す引出電極と、を備え、
前記引出電極は、
前記基板主面側において前記光電面から離間して配置されると共に、前記光電子を通過させる孔が設けられた電極部と、
前記基板主面において前記光電面を囲む領域に固定された枠部と、を有し、
前記電極部と前記枠部とは、互いに電気的に接続されている、光電面電子源。

【請求項2】

前記光を前記光電面に向けて収束させるためのレンズ部が、前記基板受光面側に配置された、請求項１記載の光電面電子源。

【請求項3】

前記電極部と前記枠部とは、一体に形成された部材である、請求項１又は２に記載の光電面電子源。

【請求項4】

基板受光面から入射する光を受けて、前記基板受光面とは逆側の基板主面から前記光を出射する基板と、
前記基板主面に設けられると共に、前記光を受けて光電子を放出する光電面と、
前記基板主面側において前記光電面から離間して配置されると共に、前記光電子を通過させる孔が設けられた電極部と、前記基板主面において前記光電面を囲む領域に固定された枠部と、を有し、前記基板主面に固定されると共に、前記光電面から前記光電子を引き出す引出電極と、
前記引出電極の前記電極部を露出させるように前記引出電極の周囲を囲む包囲電極と、を備える、光電面電子源。

【請求項5】

前記包囲電極の主面は、前記電極部が前記光電子を出射する側の面である電極主面と面一である、請求項４に記載の光電面電子源。

【請求項6】

前記包囲電極は、前記引出電極と同電位である、請求項４又は５に記載の光電面電子源。

【請求項7】

前記包囲電極は、金属材料により形成されている、請求項４～６の何れか一項に記載の光電面電子源。

【請求項8】

基板受光面から入射する光を受けて、前記基板受光面とは逆側の基板主面から前記光を出射する基板と、
前記基板主面に設けられると共に、前記光を受けて光電子を放出する光電面と、
前記基板主面に固定されると共に、前記光電面から前記光電子を引き出す引出電極と、を備え、
前記引出電極は、
前記基板主面側において前記光電面から離間して配置されると共に、前記光電子を通過させる孔が設けられた電極部と、
前記基板主面において前記光電面を囲む領域に固定された枠部と、を有し、
前記引出電極は、半導体材料により形成された電極本体と、前記電極本体の表面を覆う導電膜と、を含む、光電面電子源。

【請求項9】

基板受光面から入射する光を受けて、前記基板受光面とは逆側の基板主面から前記光を出射する基板と、
前記基板主面に設けられると共に、前記光を受けて光電子を放出する光電面と、
前記基板主面に固定されると共に、前記光電面から前記光電子を引き出す引出電極と、を備え、
前記引出電極は、
前記基板主面側において前記光電面から離間して配置されると共に、前記光電子を通過させる孔が設けられた電極部と、
前記基板主面において前記光電面を囲む領域に固定された枠部と、を有し、
前記基板は、
前記基板主面に設けられ、前記引出電極の前記枠部を機械的及び電気的に接続する電極接合部と、
前記電極接合部を介して前記引出電極に電圧を印加する電圧印加部と、を有する、光電面電子源。

【請求項10】

基板受光面から入射する光を受けて、前記基板受光面とは逆側の基板主面から前記光を出射する基板と、
前記基板主面に設けられると共に、前記光を受けて光電子を放出する光電面と、
前記基板主面に固定されると共に、前記光電面から前記光電子を引き出す引出電極と、を備え、
前記引出電極は、
前記基板主面側において前記光電面から離間して配置されると共に、前記光電子を通過させる孔が設けられた電極部と、
前記基板主面において前記光電面を囲む領域に固定された枠部と、を有し、
前記枠部は、前記基板主面に固定される枠接合部を有し、
前記枠部の内壁面は、前記電極部側から前記枠接合部に向かって広がるように傾斜する、光電面電子源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電面電子源に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、外部からの入射光に応じて光電子を放出する電子源が用いられている。例えば、特許文献１は、レーザ光の入射に応じて光電子を放出する光電面電子源を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００５－５３３３６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に示すように、光電面の前面に引出電極を配置した構造では、光電面に対する引出電極の配置が重要である。つまり、光電面に対して引出電極が安定した状態で配置されないと、安定的な光電子の引き出しが出来ず、所望の電子ビーム特性が得られない。

【0005】

そこで、本発明は、所望の電子ビーム特性を得ることが可能な光電面電子源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】

【0006】

本発明の一形態である光電面電子源は、基板受光面から入射する光を受けて、基板受光面とは逆側の基板主面から光を出射する基板と、基板主面に設けられると共に、光を受けて光電子を放出する光電面と、基板主面に固定されると共に、光電面から光電子を引き出す引出電極と、を備え、引出電極は、基板主面側において光電面から離間して配置されると共に、光電子を通過させる孔が設けられた電極部と、基板主面において光電面を囲む領域に固定された枠部と、を有する。

【0007】

引出電極では、電子を通過させる孔が設けられた電極部を枠部によって基板に対して固定する。その結果、基板に対して電極部を安定に固定することが可能になる。従って、所望の特性を有する電子ビームを得ることが可能になる。

【0008】

一形態の光電面電子源は、光を光電面に向けて収束させるためのレンズ部が、基板受光面側に配置されていてもよい。この構成によれば、収束された光に基づいた電子ビームを得ることが可能となる。

【0009】

一形態の光電面電子源において、電極部と枠部とは、一体の部材であってもよい。この構成によれば、より安定した状態で基板に対して電極部を固定することが可能になる。

【0010】

一形態において、引出電極の電極部を露出させるように引出電極の周囲を囲む包囲電極をさらに備えてもよい。この構成によれば、引出電極の周囲の電界を制御することができる。従って、放出される光電子の電子軌道を制御することが可能になる。

【0011】

一形態において、包囲電極の主面は、電極部が電子を出射する側の面である電極主面と面一であってもよい。この構成によれば、引出電極の周囲の電界を安定化することができる。従って、放出される光電子の電子軌道を安定化することが可能になる。

【0012】

一形態において、包囲電極は、引出電極と同電位であってもよい。この構成によれば、引出電極の周囲の電界を安定化することができる。従って、放出される光電子の電子軌道を安定化することが可能になる。

【0013】

一形態において、包囲電極は、金属材料により形成されていてもよい。この構成によれば、より高精度な包囲電極を容易に製造することができる。

【0014】

一形態において、引出電極は、半導体材料により形成された電極本体と、電極本体の表面を覆う導電膜と、を含んでもよい。この構成によれば、貫通する孔を有し、所定の電位に設定可能な引出電極を容易に製造することができる。

【0015】

一形態において、基板は、基板主面に設けられ、引出電極の枠部を機械的及び電気的に接続する電極接合部と、電極接合部を介して引出電極に電圧を印加する電圧印加部と、をさらに有してもよい。この構成によれば、基板に対する引出電極の固定と、引出電極に対する給電を確実に行うことができる。

【0016】

一形態において、枠部は、基板主面に固定される枠接合部を有し、枠部の内壁面は、電極部側から枠接合部に向かって広がるように傾斜してもよい。この構成によれば、枠接合部と光電面との間を遠ざけることができる。従って、両者の間の耐電圧能を向上することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の光電面電子源によれば、所望の電子ビーム特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、実施形態の光電面電子源の分解斜視図である。

【図2】図２は、光電面電子源の主要部を拡大して示す断面図である。

【図3】図３は、ガラス基板の主面を示す平面図である。

【図4】図４は、引出電極の裏面を示す平面図である。

【図5】図５は、図２の一部を拡大して示す断面図である。

【図6】図６は、包囲電極を備えない変形例の光電面電子源の一部を拡大して示す断面図である。

【図7】図７は、包囲電極を備える実施形態の光電面電子源の一部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は本発明の内容を分かりやすくするために概略化されており、各部の大きさや数などは、必ずしも実際の構成に沿うものではない。

【0020】

図１に示す光電面電子源１は、複数の電子ビームを発生可能なマルチビーム光電面電子源であり、特に、電子の利用効率が高く、電子ビーム同士の特性がそろった高精度マルチビーム電子源である。光電面電子源１は、例えば、波長が紫外光領域であるレーザ光１０１を受けて複数の電子ビームを生成する。光電面電子源１は、主要な構成要素として、光電面電子源ユニット１０と、ベース２０と、包囲電極３０と、を有する。

【0021】

光電面電子源ユニット１０は、ガラス基板４０と、光電面５０と、引出電極６０と、を有する。ガラス基板４０は、複数のマイクロレンズ４１（図２参照、レンズ部）が設けられたレンズアレイを備える。ガラス基板４０は、後述する基板主面４３と対向する方向から平面視して矩形の板部材である。ガラス基板４０は、光電面５０に照射されるレーザ光１０１を透過する材料により形成される。例えば、ガラス基板４０は、石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、又はサファイアにより形成される。

【0022】

ガラス基板４０は、ベース２０に配置される。ガラス基板４０は、固定用部材４２によってベース２０に対して固定されている。ガラス基板４０は、基板主面４３と、基板裏面４４（図２参照）と、を有する。ガラス基板４０は、複数のマイクロレンズ４１と、電極接合部４５と、引出給電部４６（電圧印加部）と、光電面給電部４７と、を有する。複数のマイクロレンズ４１が設けられたレンズアレイ領域Ｌは、基板裏面４４に設けられている。

【0023】

電極接合部４５、引出給電部４６及び光電面給電部４７は、基板主面４３に設けられている。さらに、基板主面４３又は基板裏面４４には、位置合わせ用のマーク４８が設けられている。このマーク４８は、引出電極６０をガラス基板４０に接合する際の位置決め作業に用いられる。マーク４８は、電極接合部４５の外側近傍に設けられている。

【0024】

電極接合部４５は、引出電極６０をガラス基板４０に固定する。電極接合部４５は、ガラス基板４０の基板主面４３に設けられた金属膜のパターンである金属膜層４５ｘと、金属膜層４５ｘと引出電極６０との間に設けられた接合部材４５ｙと、からなる。金属膜層４５ｘは、ガラス基板４０の基板主面４３からクロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の順で積層された金属膜からなる。ガラス基板４０の基板裏面４４には、金属膜層４５ｘと対向するように金属膜のパターンである金属膜層Ｍｇが設けられている。金属膜層Ｍｇは、金属膜層４５ｘの形成によって生じるおそれがあるガラス基板４０の反りを抑制し、光電面５０から電極部６２までの距離Ｈ（後述、図５参照）を所定の距離にすることができ、電子軌道を精密に制御することが可能になる。また、電極接合部４５は、引出給電部４６から与えられた電圧を引出電極６０に印加する。従って、電極接合部４５は、絶縁体であるガラス基板４０の基板主面４３に設けられた給電パターンであるとも言える。図３に示すように、電極接合部４５は、ガラス基板４０の基板主面４３と対向する方向から平面視して複数のマイクロレンズ４１が設けられたレンズアレイ領域Ｌを囲む。電極接合部４５は、部分４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを含む。これらの部分４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄは、ガラス基板４０の基板主面４３と対向する方向から平面視して枠状を呈する電極接合部４５の各辺部を構成する。そして、部分４５ｂは、開口部４５Ｇを含む。開口部４５Ｇからは、基板主面４３が露出する。この開口部４５Ｇには、光電面給電部４７の一部が配置される。

【0025】

引出給電部４６は、引出電極６０に所定の電圧を与える。引出給電部４６は、電極接合部４５の外側に設けられている。引出給電部４６は、電極接合部４５に接続された端部４６ａと、電極パッドである端部４６ｂと、を有する。端部４６ａは、電極接合部４５において、開口部４５Ｇが設けられた部分４５ｂとは対向する部分４５ａに接続されている。端部４６ｂには、通電留め具４９Ａが電気的に接続される。

【0026】

光電面給電部４７は、光電面５０に所定の電位を与える。光電面給電部４７は、光電面５０が配置される領域に設けられた端部４７ａと、電極接合部４５の外側に設けられた端部４７ｂと、端部４７ａと端部４７ｂとを互いに接続する配線部４７ｃと、を有する。光電面給電部４７は、光電面５０が配置される領域から電極接合部４５の外側まで延びている。一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂの間は、電極接合部４５と離間しつつ、電極接合部４５の開口部４５Ｇを通っている。端部４７ａには、光電面５０が電気的に接続される。端部４７ｂは電極パッドであり、通電留め具４９Ｂが電気的に接続される。

【0027】

図２に示すように光電面５０は、白金（Ｐｔ）により形成されている。光電面５０は、ガラス基板４０の基板主面４３と対向する方向から平面視して矩形である。光電面５０は、基板受光面５０ａと、電子放出面５０ｂと、を有する。光電面５０は、基板主面４３の略中央に設けられている。図３に示すように、光電面５０は、ガラス基板４０の基板主面４３と対向する方向から平面視して複数のマイクロレンズ４１が設けられたレンズアレイ領域Ｌと重複する。光電面５０は、電極接合部４５に囲まれた領域に設けられている。光電面５０は、電極接合部４５から離間し、電気的に絶縁されている。光電面５０と電極接合部４５の間の領域は、基板主面４３が露出する。

【0028】

引出電極６０は、ガラス基板４０の基板主面４３と対向する方向から平面視して矩形の略板状である。引出電極６０は、基板主面４３に固定されている。具体的には、引出電極６０は、基板主面４３の電極接合部４５に接合され、固定されている。引出電極６０の外形形状は、電極接合部４５の外形形状と略同じである。引出電極６０は、枠部６１と、電極部６２と、を有する。枠部６１及び電極部６２は、一体の部材である。

【0029】

図４に示すように、枠部６１は、ガラス基板４０の基板主面４３と対向する方向から平面視して枠形状である。枠部６１は、少なくとも光電面５０を囲む。枠部６１は、電極接合部４５に接合された枠接合部６１ａを有する。図５に示すように、枠接合部６１ａ上には、金属膜のパターンである金属膜層６１ｍが形成されている。金属膜層６１ｍは、枠接合部６１ａ上にチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の順で積層された金属膜からなる。金属膜層Ｍｅは、金属膜層６１ｍの形成によって生じるおそれがある引出電極６０の反りを抑制し、光電面５０から電極部６２までの距離Ｈ（後述）を所定の距離にすることができ、電子軌道を精密に制御することが可能になる。枠接合部６１ａの平面形状は、電極接合部４５の平面形状と略同じである。枠部６１は、開口部６１Ｇを有する（図４参照）。枠部６１において枠接合部６１ａと対向する側には、電極部６２が設けられている。枠部６１は、基板主面４３の法線方向Ｎに沿って延びており、所定の高さ６１Ｈを有する（図５参照）。枠部６１は、光電面５０から電極部６２までの法線方向Ｎにおける距離Ｈを規定する最大の要因である。つまり、枠部６１の高さ６１Ｈは、光電面５０から電極部６２までの距離Ｈを規定する最大の要因である。

【0030】

電極部６２は、枠部６１が囲む領域を覆う。電極部６２には所定の電圧が印加される。この印加された電圧によって電極部－光電面間に電界が生じることで、光電面５０において生じた光電子１０２が引き出される。図２に示すように、電極部６２は、電極裏面６２ｂと、電極主面６２ａと、電極孔６２Ｈと、を有する。電極裏面６２ｂは、基板主面４３と対面する。換言すると、電極裏面６２ｂは、光電面５０と対面する。電極主面６２ａは、電極裏面６２ｂと対向する面であって、光電子１０２を出射する側の面である。

【0031】

電極孔６２Ｈは、貫通孔であり、電極裏面６２ｂから電極主面６２ａまで貫通する。電極部６２には、複数の電極孔６２Ｈが設けられている。電極孔６２Ｈの配置は、例えば複数の行および列からなり、規則的である。電極孔６２Ｈが設けられる領域は、レンズアレイ領域Ｌおよび光電面５０の形成される領域と重なる。より詳細には、電極孔６２Ｈが設けられる領域は、レンズアレイ領域Ｌによって集光されたレーザ光１０１が照射される光電面５０の一部の領域と重なる。

【0032】

１個の電極孔６２Ｈは、ガラス基板４０のレンズアレイ領域Ｌにおける１か所のマイクロレンズ４１に対応する。さらに、所定の電極孔６２Ｈの中心軸が、対向する所定のマイクロレンズ４１の光軸（マイクロレンズ４１による集光スポットの光軸）と一致するのが、より好ましい。

【0033】

電極裏面６２ｂには、ガラス基板４０への接合において用いられるアライメントマーク６２Ｍ（図１参照）が設けられている。アライメントマーク６２Ｍは、電極孔６２Ｈが形成された領域の外側に設けられている。

【0034】

図５に示すように、引出電極６０の枠部６１及び電極部６２は、半導体材料であるシリコンにより形成された基部６０Ｂ（電極本体）と、基部６０Ｂを覆う金属膜６４（導電膜）と、を有する。つまり、枠部６１及び電極部６２の表面は、金属膜６４により被覆されている。金属膜６４は、例えば、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）及びルテニウム（Ｒｕ）が挙げられる。従って、枠部６１及び電極部６２の表面は、金属膜で被覆されることにより導電性を有する。枠部６１の表面とは、枠接合部６１ａに加えて、枠部６１の側面も含む。電極部６２の表面とは、電極裏面６２ｂ、電極主面６２ａに加えて、電極孔６２Ｈの内壁面６２ｓも含む、従って、引出電極６０は、枠接合部６１ａの金属膜６４を介して電極接合部４５から電圧を供給されることが可能である。

【0035】

引出電極６０の多数の電極孔６２Ｈは、シリコン基板をエッチングすることにより容易に形成できる。例えば、電極孔６２Ｈの内壁面６２ｓは、電極主面６２ａに対しておおむね垂直であり、このような電極孔６２Ｈは、いわゆる深掘りエッチング（DRIE：Deep reactive-ion etching）によって形成できる。また、シリコン基板として、シリコン内部に二酸化シリコンなどの絶縁体層をもつ、三層構造のＳＯＩ（silicon on insulator）基板を使用すると、エッチング時に絶縁体層でエッチングが止まるため、エッチングの深さの制御がしやすくなるという利点がある。なお、ＳＯＩ基板の場合、絶縁体層が基板全体を同一の電位とすることの妨げになる場合もありうるので、その表面を金属膜６４で確実に覆うことが重要となる。一方、枠部６１の内壁面６１ｓは、内壁面６２ｓのように電極主面６２ａや電極裏面６２ｂに対しておおむね垂直ではなく、傾斜している。例えば、内壁面６１ｓは、法線方向Ｎに対して傾斜しているとも言える。また、その傾斜の角度は、法線方向Ｎに対して３５±１０度であるのが好ましい。具体的には、電極部６２側から枠接合部６１ａに向かって広がるように（枠部６１の内壁面６１ｓで包囲される空間において、法線方向Ｎに垂直な方向での断面積が、電極部６２側から枠接合部６１ａに向かうにつれて大きくなるように）傾斜している。換言すれば、内壁面６１ｓは、電極部６２から枠部６１に向かう方向（法線方向Ｎとは逆方向）に沿って枠部６１の幅が内壁面６１ｓ側から狭まるように傾いている。つまり、枠接合部６１ａの幅６１Ｗａは、枠部６１と電極部６２との境界の幅６１Ｗｂよりも狭い。換言すると、引出電極６０の裏面側において枠接合部６１ａに囲まれる開口６１Ａの面積は、電極裏面６２ｂの面積より大きい。

【0036】

そうすると、基板主面４３において、光電面５０から引出電極６０までの間隔Ｇ１を広げることが可能になる。より詳細には、光電面５０の縁部５０Ｅから引出電極６０の枠接合部６１ａまでの間隔Ｇ１を広げることが可能になる。その結果、互いに異なる電圧が印加されている光電面５０と引出電極６０との間で、耐電圧能が向上する。

【0037】

さらに、この構成によれば、光電面５０の面積を拡大することが可能になる。その結果、光電面５０周辺の電界の乱れが光電子１０２の軌道に与える影響を軽減することができる。さらに、引出電極６０はインジウムなどの接合部材４５ｙによってガラス基板４０に接合される。光電面５０と引出電極６０との間に十分な間隔Ｇ１が確保されている場合、接合部材４５ｙｏのように、光電面５０と引出電極６０との間に存在する基板主面４３の露出領域４３ｓにはみ出しても、耐電圧能への影響を抑制することができる。つまり、この間隔Ｇ１を利用して、十分な量の接合部材４５ｙをもって引出電極６０をガラス基板４０に接合することが可能になる。換言すると、露出領域４３ｓを接合部材４５ｙの接着だまりとして利用する。従って、ガラス基板４０に対する引出電極６０の固定強度が高まる。

【0038】

＜ベース＞
再び図１を参照する。ベース２０は、ベース主面２０ａとベース裏面２０ｂとを有する。ベース２０は、ベース主面２０ａからベース裏面２０ｂにまで貫通するベース孔２０Ｈを有する。ベース孔２０Ｈは、ベース裏面２０ｂ側から照射されるレーザ光１０１をベース主面２０ａ側に導く。ベース主面２０ａ側には、光電面電子源ユニット１０が配置されている。ベース主面２０ａ側に導かれた光は、光電面電子源ユニット１０に入射する。

【0039】

より詳細には、ベース主面２０ａには、ユニット配置部２１と、固定用部材配置部２２と、留め具露出部２３と、が設けられている。ユニット配置部２１には、光電面電子源ユニット１０が配置される。ユニット配置部２１は、ガラス基板４０よりわずかに大きい形状を有する凹部である。ユニット配置部２１は、ベース孔２０Ｈを含む。固定用部材配置部２２は、ユニット配置部２１の角部から外周縁まで伸びる凹部状の溝である。留め具露出部２３は、ユニット配置部２１の辺部から外周縁まで伸びる凹部状の溝である。

【0040】

＜包囲電極＞
包囲電極３０は、ベース主面２０ａに配置される。包囲電極３０の包囲電極主面３０ａは、引出電極６０の電極主面６２ａと面一である。換言すると、引出電極６０及び包囲電極３０の法線方向Ｎに沿った方向の断面において、引出電極６０及び包囲電極３０の一方が他方より実質的に突出することがない。本実施形態の包囲電極３０は、引出電極６０を露出させる引出電極配置部３１と、固定用部材４２を露出させる固定用部材露出部３２と、通電留め具４９Ａ、４９Ｂを露出させる留め具露出部３３と、を含む。つまり、包囲電極３０は、引出電極６０、固定用部材４２、通電留め具４９Ａ、４９Ｂを除くベース主面２０ａの大部分の領域を覆っている。

【0041】

包囲電極３０は、導電性の材料、例えば金属によって形成されている。なお、包囲電極３０は、それ自身が導電性の材料に限らず、絶縁性材料や半導体材料の表面に導電性材料を被覆したもので構成してもよい。包囲電極３０の電位は、引出電極６０と同じ電位に保たれている。このような引出電極６０及び包囲電極３０によれば、引出電極６０及び包囲電極３０上に乱れの少ない良好な電界を形成できる。

【0042】

例えば、図６に示す光電面電子源１Ａのように包囲電極３０を備えない場合には、電極縁部６０Ｅの近傍に、電極主面６２ａに対して傾く等電位面ＥＡで示される電界１０４Ａが生じる。このような電界１０４Ａは、発散レンズ（電子レンズ）と呼ばれることもある。電子は等電位面ＥＡに対して垂直方向に加速度運動を行うので、引出電極６０によって光電面５０から引き出された光電子１０２の電子軌道は、等電位面ＥＡが電極主面６２ａに対して平行である場合には法線方向Ｎに一致する。例えば、電極縁部６０Ｅから離れた領域においては、電界の乱れの影響が小さく、等電位面ＥＡが電極主面６２ａに対して平行であるから、光電子１０２Ａの電子軌道は法線方向Ｎ（電子軌道１０３Ａ）に一致する。しかし、電極縁部６０Ｅに近く、電界の乱れの影響を受けて等電位面ＥＡが電極主面６２ａに対して傾いている領域においては、電子軌道は、光電子１０２Ｂのように電極縁部６０Ｅの近傍に生じる発散レンズによって法線方向Ｎからずれてしまう（電子軌道１０３Ｂ）。

【0043】

一方、図７に示す光電面電子源１のように、包囲電極３０を備える場合には、電極縁部６０Ｅの近傍においても、電極主面６２ａに対して平行な等電位面Ｅからなる電界１０４が形成される。これは、包囲電極主面３０ａと電極主面６２ａとが面一であって、その間に電界形成に影響を与えるような隙間や段差がなく、且つ、包囲電極３０の電位と引出電極６０の電位とが等しいためである。

【0044】

このような包囲電極３０によれば、良好な電界１０４を形成することができる。一方、引出電極６０を大きくすることで、同様の構成とすることも考えられるが、引出電極６０の反りといった問題が生じる可能性がある。

【0045】

なお、上記の説明において、「包囲電極主面３０ａと電極主面６２ａとが面一である」、「包囲電極主面３０ａと電極主面６２ａとの間に電界形成に影響を与えるような隙間や段差がない」及び「包囲電極３０の電位と引出電極６０の電位とが等しい」とは、所望の光電子１０２の電子軌道１０３を実現できる構成であればその意味に含まれる。つまり、微視的に見て、包囲電極主面３０ａと電極主面６２ａとの間に隙間や段差が存在する場合でも、光電子１０２の電子軌道１０３がおおむね法線方向Ｎに沿っており、所望の電子軌道１０３が得られているといえる場合には、包囲電極主面３０ａと電極主面６２ａとの隙間や段差はないと言ってよい。これは、包囲電極３０の電位と引出電極６０の電位との関係においても同様である。

【0046】

＜作用効果＞
光電面電子源１は、基板受光面５０ａから入射するレーザ光１０１を受けて、基板受光面５０ａとは逆側の基板主面４３からレーザ光１０１を出射するガラス基板４０と、基板主面４３に設けられると共に、レーザ光１０１を受けて光電子１０２を放出する光電面５０と、基板主面４３に固定されると共に、光電面５０から放出された光電子１０２を引き出す引出電極６０と、を備える。引出電極６０は、基板主面４３側において光電面５０から離間して配置されると共に、光電子１０２を通過させる電極孔６２Ｈが設けられた電極部６２と、基板主面４３において光電面５０を囲む領域に固定された枠部６１と、を有する。

【0047】

引出電極６０では、光電子１０２を通過させる電極孔６２Ｈが設けられた電極部６２を枠部６１によってガラス基板４０に対して固定する。その結果、ガラス基板４０に対して電極部６２を安定に固定することが可能になる。つまり、光電面５０から電極部６２までが所定の距離となるように、ガラス基板４０に対して電極部６２を固定することが可能になる。さらに、電極部６２がガラス基板４０に対して固定されるので、マイクロレンズ４１に対する電極部６２の電極孔６２Ｈの相対的な位置を所定のものとすることも可能になる。その結果、マイクロレンズ４１及び光電面５０が設けられたガラス基板４０と引出電極６０との位置関係が電子ビームに及ぼす影響が小さくなる。従って、所望の特性を有する電子ビームを得ることが可能になる。

【0048】

光電面電子源１は、レーザ光１０１を光電面５０に向けて収束させるためのマイクロレンズ４１が、基板受光面５０ａ側に配置されている。この構成によれば、収束された光に基づいた電子ビームを得ることが可能となる。

【0049】

光電面電子源１において、枠部６１と電極部６２とは、一体の部材である。この構成によれば、より安定した状態でガラス基板４０に対して電極部６２を固定することが可能になる。また、電極部６２には多数の電極孔６２Ｈが形成されるが、枠部６１が一体となっていることで、電極部６２の反りを抑制することができる。

【0050】

光電面電子源１は、引出電極６０の電極部６２を露出させるように引出電極６０の周囲を囲む包囲電極３０をさらに備える。この構成によれば、引出電極６０の周囲の電界１０４を制御することができる。従って、電界１０４の影響を受ける光電子１０２の電子軌道１０３を制御することが可能になる。

【0051】

包囲電極３０の包囲電極主面３０ａは、電極部６２が光電子１０２を出射する側の面である電極主面６２ａと面一である。この構成によれば、引出電極６０の周囲の電界１０４を安定化することができる。従って、放出される光電子１０２の電子軌道１０３を安定化することが可能になる。

【0052】

包囲電極３０は、引出電極６０と同電位である。この設定によれば、引出電極６０の周囲の電界１０４を安定化することができる。従って、電界１０４の影響を受ける光電子１０２の軌道１０３を安定化することが可能になる。

【0053】

包囲電極３０は、金属材料により形成される。この構成によれば、より高精度で、所定の電位に設定可能な包囲電極３０を容易に製造することができる。

【0054】

引出電極６０は、半導体材料であるシリコンにより形成された電極部６２と、電極部６２の表面を覆う金属膜６４と、を含む。この構成によれば、貫通する電極孔６２Ｈを有し、所定の電位に設定可能な引出電極６０を容易に製造することができる。

【0055】

ガラス基板４０は、基板主面４３に設けられ、引出電極６０の枠部６１を機械的及び電気的に接続する電極接合部４５と、電極接合部４５を介して引出電極６０に電圧を印加する引出給電部４６と、をさらに有する。この構成によれば、ガラス基板４０に対する引出電極６０の固定と、引出電極６０に対する給電を確実に行うことができる。

【0056】

枠部６１は、基板主面４３に固定される枠接合部６１ａを有する。枠部６１の内壁面６１ｓは、電極部６２側から枠接合部６１ａに向かって広がるように傾斜してもよい。この構成によれば、枠接合部６１ａと光電面５０との間を遠ざけることができる。従って、両者の間の耐電圧能を向上することができる。

【0057】

＜変形例＞
本発明の光電面電子源は、上記の態様に限定されない。

【0058】

マイクロレンズ４１は、基板裏面４４から受け入れたレーザ光１０１を基板主面４３側に集光できればよく、その具体的な構成に制限はない。例えば、マイクロレンズ４１は、屈折率の差異によって光を集光するいわゆる凸レンズであってもよいし、微細な凹凸構造によって形成されるメタレンズであってもよい。また、マイクロレンズ４１は、光電面５０が形成されたガラス基板４０に対して一体に構成されたものに限らず、別体としてもよい。その際、マイクロレンズ４１とガラス基板４０とは接触させた状態で配置してもよいし、離間させた状態で配置してもよい。

【0059】

金属膜層４５ｘおよび接合部材４５ｙは、枠状に一体に形成される場合に限らず、複数に分割されてもよい。さらに、金属膜層６１ｍについても同様に複数に分割されてもよい。これによって、金属膜層４５ｘ、接合部材４５ｙおよび金属膜層６１ｍの熱膨張の影響を受ける領域が小領域に分散される。それによって、金属膜層Ｍｇおよび金属膜層Ｍｅを設けなくとも、ガラス基板４０および引出電極６０の全体に対して加わる熱膨張に起因した応力が分散されるので、反りを抑制することができる。

【0060】

枠部６１及び電極部６２は、別個の部材として準備されて、組み立てられるものでもよい。この場合には、枠部６１は、枠接合部６１ａに加えて電極接合面を有する。

【符号の説明】

【0061】

１，１Ａ…光電面電子源、１０…光電面電子源ユニット、２０…ベース、２０Ｈ…ベース孔、２１…ユニット配置部、２２…固定用部材配置部、２３…留め具露出部、３０…包囲電極、３１…引出電極配置部、３２…固定用部材露出部、４０…ガラス基板、４１…マイクロレンズ、４２…固定用部材、４５…電極接合部、４５Ｇ…開口部、４６…引出給電部、４７…光電面給電部、４９Ａ、４９Ｂ…通電留め具、５０…光電面、６０…引出電極、６１…枠部、６１Ｇ…開口部、６１ａ…枠接合部、６２…電極部、６２Ｈ…電極孔、６４…金属膜（導電膜）、１０１…レーザ光、１０２…光電子、１０３…電子軌道、１０４…電界、Ｅ…等電位面、Ｎ…法線方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】