特許 7606798 荷電粒子銃

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】荷電粒子銃

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/06 20060101AFI20241219BHJP

   H01J 37/12 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01J37/06 A

H01J37/12

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2024557525

(86)(22)【出願日】2024-08-02

(86)【国際出願番号】 JP2024027702

【審査請求日】2024-09-27

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2024/011554

(32)【優先日】2024-03-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】722007161

【氏名又は名称】中和科学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001922

【氏名又は名称】弁理士法人日峯国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】本田 和広

(72)【発明者】

【氏名】張 ハン

(72)【発明者】

【氏名】山内 泰

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２７６４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０４２３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５１７８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】Shaozheng Ji et al.，Influence of cathode geometry on electron dynamics in an ultrafast electron microscope，STRUCTURAL DYNAMICS，2017年07月17日，volume 4, 054303

【文献】竹松英夫 ほか，タングステンポイントフィラメントの電界放出模様の観察 (III) バイアス電圧の影響について，愛知工業大学研究報告，1968年12月01日，number 04, pages 31-37

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子を放出するエミッタと、
該エミッタ直下に配置された電界抑制電極と該電界抑制電極の直下に配置された引出し電極とからなる複合引出し電極と、を具備し、
該エミッタ半径ｒが１μｍ以下であり、
該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上の正電圧であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下の負電圧であり、
該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと該引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、該電界抑制電極の穴の半径Ｒと該電界抑制電極と該引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．００７９以上３．６４５以下である、
ことを特徴とする荷電粒子銃。

【請求項2】

前記エミッタと前記電界抑制電極との距離Ｌ_０が前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとで０以上４×Ｌ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。

【請求項3】

前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕ、前記引出し電極に印加される電圧Ｖｅｘとの組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、前記複合引出し電極を一つの電子レンズとして動作させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。

【請求項4】

前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によってエミッタ先端にかかる電界強度を変化させて放出電流量とエミッタから放出される荷電粒子の軌道を調整する、
ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子銃。

【請求項5】

前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、エミッタ先端にかかる電界強度を一定にし、放出電流を一定に維持したまま放出された荷電粒子の軌道を調整する、
ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子銃。

【請求項6】

前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって放出される荷電粒子ビームの換算輝度と角電流密度を調整する、
ことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子銃。

【請求項7】

前記電界抑制電極のエミッタ側の面の穴の側面がお椀状または傾斜している、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。

【請求項8】

前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと、前記電界抑制電極と前記エミッタ先端との距離Ｌ０との比Ｌ０／Ｒが１以下となる、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。

【請求項9】

前記エミッタは、熱電子放出源、熱電界放出型電子源、冷陰極型電子源、ナノチップ、カーボンナノチューブ、超電導電子源、積層型電子源、エミッタアレイ、液体金属イオン源、ヘリウムイオン源のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子銃。

【請求項10】

請求項１乃至９の何れかに記載の荷電粒子銃を具備した、
ことを特徴とする荷電粒子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子源を搭載した荷電粒子銃において、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの輝度および角電流密度を制御する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子を放出する装置の一例として、冷陰極型電界放出電子銃を例に図面を元に説明する。図８に従来の冷陰極型電界放出電子銃を示す。前記冷陰極型電界放出電子銃は図示していない高真空を維持した容器に入れられている。エミッタ１０１と引出し電極１０２の間には前記引出し電極１０２に印加された引出し電圧によって電界が形成され、特に前記エミッタ１０１の先端には強電界が形成され、前記エミッタ１０１の先端から電子（荷電粒子１０４）が放出される。前記電界の強さは前記エミッタ１０１と前記引出し電極１０２との間の電位分布として等電位線１０７の密度で図示してある。図示するように、前記エミッタ１０１の先端の前記等電位線１０７の密度が極めて高くなり、強電界であることを示している。前記エミッタ１０１には加速電源１０８から加速電圧が印加されている。前記引出し電極１０２には引出し電源１０９から引出し電圧が印加されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】A. V. Crewe, D. N. Eggenberger, J. Wall, L. M. Welter, “Electron Gun Using a Field Emission Source”, The review of scientific instruments, Vol.39, Num.4, 1967

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図８に示すように、荷電粒子１０４を前記エミッタ１０１から放出させるためには十分に強い電界が前記エミッタ１０１の先端に形成されている必要がある。図９に冷陰極型電界放出電子銃を例に前記エミッタ１０１の先端に強電界が形成されている場合を示す。前記エミッタ１０１の先端付近には表面形状に従って円弧状の前記等電位線１０７が密に形成されており、前記放出された荷電粒子１０４（電子）は前記等電位線１０７の法線方向に力を受けて飛んで行くため、各方向に放出された前記荷電粒子１０４（電子）の荷電粒子軌道漸近線１１３が最小に交わる仮想光源１１４が形成される。前記エミッタ１０１を下流から見ると、放出された前記荷電粒子１０４は前記仮想光源１１４から放出されているように見える。従って、前記エミッタ１０１の放出面から放出される荷電粒子１０４（電子）で形成される荷電粒子ビームの放出角が大きく、前記エミッタ１０１と図示していない試料との間にある絞り１１５によって角度制限をした荷電粒子ビームを使用するのが一般的である。しかしながら、前記放出角１１６を小さく角度制限してしまうと、前記絞り１１５を通過する前記荷電粒子１０４の数が減り、前記絞り１１５を通過した電子ビームを例えば荷電粒子顕微鏡で使用した場合、観測値の信号対雑音比が極端に悪くなってしまうという問題点があった。また、前記信号対雑音比をよくするために、前記絞り１１５の穴径を大きくして前記放出角１１６を大きくすると、前記エミッタ１０１の下流にある図示していない電子レンズの収差が大きくなり、例えば荷電粒子顕微鏡で使用した場合、図示していない試料位置での荷電粒子ビーム径が大きくなり、分解能が悪くなってしまうという問題点があった。また、前記荷電粒子ビームの放出角が大きいと、前記荷電粒子ビームを形成する前記荷電粒子１０４（電子）の大半は図示していない前記引出し電極１０２または前記絞り１１５に衝突し、前記引出し電極１０２または前記絞り１１５の表面から二次電子１１７とガス分子１１８とを発生させる。放出された前記二次電子１１７は加速されて前記エミッタ１０１に衝突し該エミッタ１０１を破損させたり、放出された前記ガス分子１１８は真空度を劣化させ、前記エミッション量を減少させたり、放電による前記エミッタ１０１の破損を誘発する問題があった。

【0005】

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し、エミッタから大電流を放出させても真空度を劣化させず、エミッタから放出された電子ビームを角度制限しても信号対雑音比を落とすことなく、高分解能が維持できる荷電粒子銃を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明は、荷電粒子源を搭載した荷電粒子銃であって、荷電粒子を放出するエミッタと、前記エミッタ直下に配置された電界抑制電極と前記電界抑制電極の直下に配置された引出し電極とからなる複合引出し電極と、を具備したことを特徴とする。

【0007】

また、前記荷電粒子銃は、前記エミッタの半径ｒが１μｍ以下の場合において、該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であり、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．００７９以上３．６４５以下であることを特徴とする。

【0008】

また、前記荷電粒子銃は、前記エミッタの半径ｒが１００ｎｍ以下の場合において、該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であり、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．００７９以上、１．８２５以下であることを特徴とする。

【0009】

また、前記荷電粒子銃は、前記エミッタの半径ｒが１００ｎｍ以上１μｍ以下の場合において、該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であり、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．３６５以上、３．６４５以下であることを特徴とする。

【0010】

また、前記荷電粒子銃は、前記エミッタと前記電界抑制電極との距離Ｌ_０が前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとで０以上４×Ｌ以下であることを特徴とする。

【0011】

また、前記荷電粒子銃は、前記電界抑制電極と前記引出し電極には、それぞれ独立して電位が印加されていることを特徴とする。

【0012】

また、前記荷電粒子銃は、前記電界抑制電極に印加されている電位が前記引出し電極に印加されている電位よりも低いことを特徴とする。

【0013】

また、前記荷電粒子銃は、前記電界抑制電極の穴から前記エミッタ側に電位分布が凸状に染み出していることを特徴とする。

【0014】

また、前記荷電粒子銃は、前記エミッタ先端が凸状に染み出した電位分布に刺さるように配置され、前記エミッタ先端部には凹状に電位分布が形成されていることを特徴とする。

【0015】

また、前記荷電粒子銃は、前記電界抑制電極の前記エミッタ側の面の穴の側面がお椀状または傾斜していることを特徴とする。

【0016】

また、前記荷電粒子銃は、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと、前記電界抑制電極と前記エミッタ先端との距離Ｌ０との比Ｌ０／Ｒが１以下となることを特徴とする。

【0017】

また、前記荷電粒子銃は、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧Ｖｅｘとの組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって前記複合引出し電極を一つの電子レンズとして動作させることを特徴とする。

【0018】

また、前記荷電粒子銃は、前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、前記エミッタ先端にかかる電界強度を変化させて放出電流量を調整することを特徴とする。

【0019】

また、前記荷電粒子銃は、前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、前記エミッタと前記複合引出し電極の間の電位分布を変化させて前記エミッタから放出される荷電粒子の軌道を調整することを特徴とする。

【0020】

また、前記荷電粒子銃は、前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、放出電流量と荷電粒子軌道を調整することを特徴とする。

【0021】

また、前記荷電粒子銃は、前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、前記エミッタ先端にかかる電界強度を一定にし、放出電流を一定に維持したまま放出された荷電粒子の軌道を調整することを特徴とする。

【0022】

また、前記荷電粒子銃は、前記組み合わせ電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって、放出される荷電粒子ビームの換算輝度と角電流密度を調整することを特徴とする。

【0023】

また、前記荷電粒子銃において、前記エミッタは、熱電子放出源、熱電界放出型電子源、冷陰極型電子源、ナノチップ、カーボンナノチューブ、超電導電子源、積層型電子源、エミッタアレイ、液体金属イオン源、ヘリウムイオン源のいずれかである、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

高輝度荷電粒子源は、輝度は高いが角電流密度が小さく、大電流時には輝度が著しく低下してしまったが、本発明によって大電流時にも輝度の低下を小さく抑えることができ、角電流密度を上げることができる。

【0025】

２つの電極に印加される電圧を調整することにより、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの特性（輝度、角電流密度）を高輝度モードと大角電流密度モードにすることができる。

【0026】

高輝度モードと大角電流密度モードは分離したものではなく、２つのモードの程度を連続的に変えることができる。

【0027】

本発明を荷電粒子顕微鏡に適用した場合、高輝度モードでは高い空間分解能で試料表面の解析ができ、大角電流密度モードでは電子ビームを角度制限しても信号対雑音比を落とすことなく高い空間分解能を維持しつつ大電流で試料表面の解析ができる。

【0028】

本発明を荷電粒子顕微鏡に適用した場合、観察する試料の特性に応じて高輝度モードと大角電流密度モードの程度を連続的に変えることで、試料に最適な条件で観察できる。

【0029】

大角電流密度モードにすると、放出される荷電粒子ビームの放出角度が小さくなり、荷電粒子を引き出すために電圧を印加されている電極に荷電粒子が衝突せず、電極からガスが発生しないため、エミッタ周辺の真空度の劣化を引き起こさない。また、電極に荷電粒子が衝突しないため、電極表面に汚染物を付着させず、付着物が帯電することによる放電でエミッタを損傷することがない。

【0030】

本発明を荷電粒子顕微鏡に適用した場合、角電流密度を変化させることができるので、エミッタから見て試料側に電流量調整用の電子レンズを必要とせず、該荷電粒子顕微鏡をコンパクトにすることができる。

【0031】

本発明を荷電粒子顕微鏡に適用した場合、エミッタから放射される荷電粒子をすぐに光軸に平行にできるので、高コヒーレントな荷電粒子ビームで試料を観察できる。

【0032】

本発明を荷電粒子顕微鏡に適用した場合、放出角度が小さく、荷電粒子ビーム径が光軸から大きく離れないため、エミッタから見て試料側にある電子レンズが発生する収差を小さく抑えることができ、試料表面に荷電粒子ビームを収束しても収差による荷電粒子ビーム径の拡がりが小さい。

【0033】

本発明を半導体試料検査用に特化した荷電粒子顕微鏡に適用した場合、試料に照射する電流量が大きくても高い空間分解能で試料表面を観察、測定できるため、試料観察にかかる時間が小さく、測定速度を高めることができる。

【0034】

本発明を透過型電子顕微鏡に適用した場合、高コヒーレントな荷電粒子ビームで試料を観察できる。

【0035】

本発明をエミッタ先端半径が１μｍ以下のエミッタを具備した荷電粒子顕微鏡に適用した場合、電流密度の高い高コヒーレントな荷電粒子ビームで試料を観察できる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の一実施例を示す概略構成図である。

【図2】本発明による複合引出し電極の動作例を説明する概略図である。

【図3】本発明による複合引出し電極の動作例を説明する概略図である。

【図4】本発明による複合引出し電極の実施例を説明する概略図である。

【図5】本発明による複合引出し電極の動作例を説明する概略図である。

【図6】本発明による複合引出し電極の動作例を説明する荷電粒子軌道図である。

【図7】本発明による荷電粒子銃の他の実施例を示す概略構成図である。

【図8】従来の荷電粒子銃の構成を示す概略構成図である。

【図9】従来の荷電粒子銃の動作を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0038】

荷電粒子装置は、荷電粒子源を搭載した荷電粒子銃を具備する。

【0039】

荷電粒子銃は、荷電粒子を放出するエミッタと、前記エミッタを中心とした光軸上で前記エミッタ直下に配置される電界抑制電極と前記電界抑制電極直下に配置される引出し電極とで構成される複合引出し電極と、を具備する。

【0040】

前記エミッタの半径ｒが１μｍ以下である場合、該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であり、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．００７９以上３．６４５以下である。

【0041】

また、前記エミッタの半径ｒが１００ｎｍ以下である場合、該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であり、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．００７９以上、１．８２５以下である。

【0042】

また、前記エミッタの半径ｒが１００ｎｍ以上１μｍ以下である場合、該エミッタの電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子が負電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタから放出される荷電粒子が正電荷の場合には該電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であり、前記電界抑制電極に印加される電圧Ｖｓｕと前記引出し電極に印加される電圧値Ｖｅｘとの差の絶対値｜Ｖｅｘ－Ｖｓｕ｜が２０ｋＶ以下であり、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとの比Ｒ／Ｌが０．３６５以上、３．６４５以下である。

【0043】

前記エミッタと前記電界抑制電極との距離Ｌ_０が前記電界抑制電極と前記引出し電極との距離Ｌとで０以上４×Ｌ以下である。

【0044】

前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと、前記電界抑制電極と前記エミッタ先端との距離Ｌ_０との比Ｌ_０／Ｒが、１以下となる。

【0045】

前記電界抑制電極に印加される電圧と前記引出し電極に印加される電圧とで、前記エミッタ側に前記電界抑制電極の穴から凸形に染み出した電位分布を形成し、前記エミッタの先端に強電界を形成する。

【0046】

前記電界抑制電極と前記引出し電極には、それぞれ独立して電位が印加されており、前記電界抑制電極に印加されている電位が、前記引出し電極に印加されている電位よりも低い。

【0047】

前記電界抑制電極の穴から前記エミッタ側に電位分布が凸状に染み出しているが、前記エミッタ先端が凸状に染み出した電位分布に刺さるように配置され、前記エミッタ先端部には凹状に電位分布が形成されている。

【0048】

前記電界抑制電極の前記エミッタ側の面の穴の側面がお椀状または傾斜している。

【0049】

エミッタは、例えば、熱電子放出源、熱電界放出型電子源、冷陰極型電子源、ナノチップ、カーボンナノチューブ、超電導電子源、積層型電子源、エミッタアレイ、液体金属イオン源、ヘリウムイオン源などである。

【実施例1】

【0050】

図１に本発明の一実施例を示す。以下、図面を元に詳述する。荷電粒子１０４を放出するエミッタ１０１の直下に配置された複合引出し電極１０６は電界抑制電極１０３と前記電界抑制電極１０３の直下に配置された引出し電極１０２とからなり、前記電界抑制電極１０３には電界抑制電源１１０から電界抑制電圧が印加され、前記引出し電極１０２には引出し電源１０９から引出し電圧が印加される。それぞれに印加された電圧によって、前記エミッタ１０１と前記電界抑制電極１０３との間には前記電界抑制電極１０３の穴から前記エミッタ１０１側に凸形の電位分布を染み出させる。図中、前記電位分布を等電位線１０７で示しており、前記等電位線１０７の密度が高いと電界強度が強いことを示している。前記エミッタ１０１は前記凸形の電位分布に突き刺さるように配置され、前記エミッタ１０１の先端には強電界が形成される。前記強電界によって前記エミッタ１０１の先端から前記荷電粒子１０４が放出されるが、放出された前記荷電粒子１０４は前記等電位線１０７の法線方向に力を受けて飛んでいくため、前記凸形の電位分布によって前記放出荷電粒子１０４は光軸１０５から大きく外れずに飛んで行く。

【0051】

本発明において、前記エミッタ１０１の電位を基準として該エミッタから放出される荷電粒子１０４が負電荷の場合には該電界抑制電極１０３に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以上であり、該エミッタ１０１から放出される荷電粒子１０４が正電荷の場合には該電界抑制電極１０３に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖ以下であるが、前記凸形電位分布をわかりやすく説明するために、該エミッタ１０１から放出される荷電粒子１０４は負電荷とし、前記電界抑制電極１０３の電位は前記エミッタ１０１と今同電位とする。

【0052】

該電界抑制電極１０３に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖより大きい場合でも、放出された前記荷電粒子１０４は前記等電位線１０７の法線方向により力を受けて飛んでいくため、前記凸形の電位分布によって前記放出荷電粒子１０４はより光軸１０５に沿う軌道をとるので、本発明を説明するのに一般性を失わない。逆に該電界抑制電極１０３に印加される電圧Ｖｓｕが０Ｖより小さい場合では、前記エミッタ１０１から放出される荷電粒子量か減ってしまい、かつ、前記複合引出し電極１０６によるレンズ作用が強すぎて、クロスオーバーを形成してしまい、より角電流密度を小さくしてしまう。

【0053】

前記引出し電極１０２には前記エミッタ１０１の先端から前記荷電粒子１０４が放出される高電圧が印加されているが、前記電界抑制電極１０３によって、前記エミッタ１０１側には前記電界抑制電極１０３の穴から染み出す電位分布が凸形となる。つまり、前記電界抑制電極１０３は前記引出し電極１０２に印加された電圧によって作られる電位分布の形状を凸形にするのに寄与しているのみである。ただし、必ずしも前記電界抑制電極１０３の電位が前記エミッタ１０１と同電位である必要はなく、前記電界抑制電極１０３に電圧が印加されている場合もある。つまり、前記複合引出し電極１０６は前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２に印加する電圧によって前記電位分布の形状と前記エミッタ１０１の先端にかかる電界強度を変化させることができる。例えば、前記エミッタ１０１の先端にかかる電界強度を一定に保ったまま、前記電位分布の形状を変化することができる。このことによって、放出電流量を一定のまま、前記荷電粒子１０４の軌道を変えることができる。

【0054】

図２に前記複合引出し電極１０６を構成する前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２にそれぞれ電圧Ｖｓｕと電圧Ｖｅｘとが印加されている場合を示す。電圧｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝の組み合わせによって、前記複合引出し電極１０６を一つの電子レンズとして動作させる。前記電圧組み合わせによって、前記等電位線１０７の形状で示される電位分布の形状が変わり、前記エミッタ１０１の先端にかかる電界強度も変わり、前記エミッタ１０１から放出される荷電粒子１０４の量（電流量）と前記荷電粒子１０４の軌道が変化する。今、前記電圧の組み合わせを２通りとして、それぞれ｛Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１｝，｛Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２｝の電圧組み合わせが印加された場合、前記電圧組み合わせによって放出される前記荷電粒子をそれぞれ荷電粒子（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）１０４ａ、荷電粒子（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）１０４ｂと明示的に示してある。前記引出し電極１０２より下流では等電位とすると前記荷電粒子１０４は力を受けずに直進するため、前記電圧組み合わせによって前記荷電粒子１０４の軌道の漸近線がそれぞれ荷電粒子軌道漸近線（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）１１３ａと荷電粒子軌道漸近線（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）１１３ｂが引け、それぞれが前記光軸１０５と交わる位置にそれぞれ仮想光源（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）１１４ａ、仮想光源（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）１１４ｂが形成される。

【0055】

図３に前記電界抑制電極１０３が無い場合と有る場合の前記エミッタ１０１の先端部分の電位分布形状と前記荷電粒子１０４の軌道の違いを示す。図３（ａ）は前記電界抑制電極１０３が無い場合を示し、前記引出し電極１０２に印加される電圧でのみ前記荷電粒子１０４を前記エミッタ１０１から放出される従来の構成と方法である。前記エミッタ１０１の先端にはくさび状の電位分布が形成される。図３（ｂ）は前記電界抑制電極１０３が前記エミッタ１０１と前記引出し電極１０２との間に配置された場合を示し、前記エミッタ１０１と前記電界抑制電極１０３の間には前記電界抑制電極１０３の穴から前記凸形の電位分布が染み出している。前記エミッタ１０１は該凸形電位分布に突き刺さるように配置され、前記エミッタ１０１から放出された前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）は前記光軸１０５の方向に力を受けるため、前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）の前記放出角１１６は図３（ａ）に示した場合に比べて小さくすることができる。図３（ｃ）は図３（ｂ）に示す前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２とで構成される前記複合引出し電極１０６を明示的に示したものである。該複合引出し電極１０６はあたかも一つの電極のように扱え、かつ、電位分布の形状と電界強度の２つを同時に変えることができる。このことから該複合引出し電極１０６により換算輝度Ｂｒと角電流密度Ｉ’とを同時に変えることができるようになる。以下、上述した動作を原理的に詳述する。

【0056】

前記エミッタ１０１の性能を評価する指標に前記換算輝度Ｂｒと前記角電流密度Ｉ’とがあり、それぞれ数１，数２であらわされる。

【0057】

【数1】

【0058】

【数2】

【0059】

ここで、
Ｉ：エミッション電流量［Ａ］
ｒ：光源半径［ｍ］
θ：荷電粒子放出角［ｒａｄ］
Ｖ：引出し電圧［Ｖ］
π：円周率
である。

【0060】

前記換算輝度Ｂｒは保存量であり、軸上のどの収束点でも変化せず、前記エミッタ１０１固有のものである。前記エミッション電流量Ｉは前記エミッタ１０１の物性に起因する因子（例えば、仕事関数、結晶性、方位等）と前記エミッタ１０１の外部環境（例えば、真空度、温度、エミッタ表面にかかる電界強度Ｆ等）に起因する因子とがあるが、今、前記電界強度Ｆ以外の因子は一定と仮定し、前記エミッション電流量Ｉは前記電界強度Ｆのみの関数とする。従って、前記エミッタ１０１の先端での前記電界強度Ｆが一定であれば、前記エミッション電流量Ｉも一定とする。

【0061】

図３（ａ）に示す場合、前記エミッション電流量Ｉは前記引出し電極１０２に印加される電圧によって一意に決まってしまう。また、前記電位分布および電界強度も一意に決まってしまうため、前記エミッタ１０１から放出される前記荷電粒子１０４（Ｖｅｘ）の軌道も決まり、前記放出角１１６も決まってしまう。一方、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す前記複合引出し電極１０６を用いた場合、前記電圧組み合わせ｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝によって前記エミッション電流量Ｉ，前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）の軌道および前記放出角１１６が決まる。この場合の換算輝度Ｂｒも数１および数２で算出されるが、数１中の引出し電圧Ｖは前記引出し電極１０２に印加される電圧Ｖｅｘとなる。該電圧Ｖｅｘと前記電界抑制電極１０３に印加される電圧によって前記エミッション電流量Ｉと前記光源半径ｒと前記荷電粒子放出角θが変化する。ここで前記光源半径rとは前記仮想光源１１４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）のことである。前記複合引出し電極１０６を一つの電極とみた場合、前記複合引出し電極によるレンズ作用によって生じる収差（球面収差および色収差）の大きさが前記仮想光源１１４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）の大きさに反映された換算輝度Ｂｒ^～となる。

【0062】

今、前記エミッション電流量Ｉが一定となるように前記電圧組み合わせ｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝を２つ、｛Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１｝，｛Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２｝とする場合を考える。前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）は前記等電位線の法線方向に力を受けるため、前記複合引出し電極１０６において、前記電界抑制電極１０３に印加する電圧を高めると前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）は光軸から発散する方向に進み、前記引出し電極１０２に印加する電圧を高めると前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）は光軸に収束する方向に進む。今、２つの前記電圧組み合わせが等しい状態｛Ｖｓｕ０，Ｖｅｘ０｝から、Ｖｅｘ１＜Ｖｅｘ０＜Ｖｅｘ２の状態にする。Ｖｅｘ１が小さくなるため、前記エミッション量Ｉを維持するためにＶｓｕ１＞Ｖｓｕ０としなければならない。この場合、前記荷電粒子１０４ａ（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）はより発散する。また、Ｖｅｘ２は大きくなるため、前記エミッション量Ｉを維持するためにＶｓｕ２＜Ｖｓｕ０としなければならない。この場合、前記荷電粒子１０４ｂ（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）はより収束する。また、それぞれの前記電界組み合わせの換算輝度は数１および数２から、それぞれ数３と数４であらわされる。

【0063】

｛Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１｝の場合の指標を１とし、｛Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２｝の場合の指標を２で表現する。

【0064】

【数3】

【0065】

【数4】

【0066】

今、前記エミッション量Ｉは一定であるから、前記エミッタ１０１の先端にかかる電界強度Ｆも一定であるから、数３，数４であらわされる換算輝度は等しい（Ｂｒ１＝Ｂｒ２）。よって、ｒ２は数５となる。

【0067】

【数5】

【0068】

θ１＞θ２、Ｖｅｘ１＜Ｖｅｘ２であるから、必ずしもｒ１＜ｒ２となるわけではない。しかしながら、上述したように前記複合引出し電極１０６を一つの電極とみなして、該電極で形成されるレンズ作用による収差が加わり、仮想光源はｒ２よりも大きくなり（ｒ３とする）、前記換算輝度Ｂｒ２は低下する（これをＢｒ２^～とする）。該換算輝度Ｂｒ２^～が新たな保存量となる。一方、前記角電流密度Ｉ’は前記放出角１１６（θ２）が小さくなり、数２から大きくなる。従って、前記電圧組み合わせ｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝を調節することによって前記換算輝度Ｂｒ２^～と角電流密度Ｉ’を変化させることができる。この際、前記換算輝度Ｂｒ２^～が前記複合引出し電極１０６の収差によって低下するが、該複合引出し電極１０６を前記エミッタ１０１の先端から１ｍｍ以内に配置すれば、前記荷電粒子１０４（Ｖｓｕ，Ｖｅｘ）が前記光軸１０５に近いため前記収差が小さくなり、前記換算輝度Ｂｒ２^～の低下も小さくなる。よって、該複合引出し電極１０６を構成する前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２にそれぞれ印加する電圧を調節することで、前記換算輝度Ｂｒ２^～と前記角電流密度Ｉ’との背反関係を成立させる。

【0069】

特に高輝度電子源と呼ばれる電界放出型電子源の場合、前記電界放出型電子源は高輝度である反面、角電流密度が小さく大電流を要する装置には不向きであるが、該複合引出し電極１０６を用いた場合には、前記換算輝度Ｂｒ２^～と前記角電流密度Ｉ’との背反関係によって最適な前記換算輝度Ｂｒ２^～と前記角電流密度Ｉ’に調節することができる。

【0070】

前記複合引出し電極１０６において、前記電界抑制電極１０３の穴から前記エミッタ１０１側に凸型に染み出した電位分布はＤａｖｉｓｓｏｎ－ｃａｌｂｉｃの式(表記していない)で表されるが、図１に示した前記電界抑制電極１０３の軸上中心での電位Φ_０は数６となる。

【0071】

【数6】

【0072】

ここで、
Ｒ：電界抑制電極穴半径［ｍ］
Ｌ：電界抑制電極と引出し電極との距離［ｍ］
Ｖｓｕ：引出し電圧［Ｖ］
α：係数［－］
である。

【0073】

もし、前記電界抑制電極１０３の厚さが極めて小さい場合には、前記係数αは数７で表され、約０．３１８である。また、前記電界抑制電極１０３の厚さを１ｍｍとして数値計算による電場解析をしたところ前記係数αは０．２７４であったことから、一般性を失わずに前記係数αは数８で表される。

【0074】

【数7】

【0075】

【数8】

【0076】

図１において、前記エミッタ１０１の先端から電子を(熱)電界放出させるには、一般的に５×１０^７［Ｖ／ｍ］以上の電界強度Ｆｅを前記エミッタ１０１の先端にかける必要があるが、一般的に前記電界強度Ｆｅは数９で表される。

【0077】

【数9】

【0078】

ここでβは前記エミッタ１０１と前記電界抑制電極１０３の形状とディメンジョンに起因する形状因子係数である。今、電子を(熱)電界放射させるとし、前記βを不定として前記電界抑制電極１０３に印加する電圧範囲をナノチップ（ｎａｎｏ ｔｉｐ）の場合とシッョトキーエミッタ（ＴＦＥ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）または冷陰極（ＣＦＥ：Ｃｏｌｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の場合で考えると、それぞれ前記Φ_０の値は数１０及び数１１となる。

【0079】

【数10】

【0080】

【数11】

【0081】

前記電圧Φ_０の範囲と前記係数αの範囲から、数６を変形して得られる数１２と数１３の数値を図４に示す。

【0082】

【数12】

【0083】

【数13】

【0084】

特に、数１３で表す前記Ｒ／ＬはＶｅｘ＝５００Ｖ，１ｋＶ，２ｋＶ，５ｋＶ，１０ｋＶ，２０ｋＶの場合を示したが、この数値に限定されず一般性を失わず５００Ｖ以上２０ｋＶ以下で連続と考えてよい。また、前記Ｒ／Ｌは電極位置に関する比を表しているため、本発明による荷電粒子銃における前記複合引出し電極１０６に要求される条件となる。また、前記電圧Φ_０は数１０または数１１に限定されるものではなく、前記エミッタ１０１の先端半径が１μｍの場合として、前記複合引出し電極１０６の前記Ｒ／Ｌが数１４を満たす。

【0085】

【数14】

【0086】

また、前記エミッタ１０１の先端半径が１００ｎｍ以下の場合として、前記複合引出し電極１０６の前記Ｒ／Ｌが数１５を満たす。

【0087】

【数15】

【0088】

また、前記エミッタ１０１の先端半径が１００ｎｍ以上１μｍ以下の場合として、前記複合引出し電極１０６の前記Ｒ／Ｌが数１６を満たす。

【0089】

【数16】

【0090】

前記数１４乃至数１６は前記複合引出し電極１０６を用いて前記エミッタ１０１の先端から電子を(熱)電界放射させるための前記電界抑制電極１０３の穴径Ｒと前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２との距離Ｌとの比を示したものであるが、図１に示す前記荷電粒子１０４の軌道は前記複合引出し電極１０６に印加される前記電圧組み合わせ｛Ｖｓｕ，Ｖｅｘ｝または、前記エミッタ１０１の先端と前記電界抑制電極１０３との距離Ｌ_０の値によっては、前記複合引出し電極１０６で作られる電子レンズとしての作用によって前記エミッタ１０１の先端から放出された後前記光軸１０５上でクロスオーバーをもつ場合もある。図５を用いて前記荷電粒子１０４の軌道を説明する。前記複合引出し電極１０６による電子レンズとしての電子レンズ主面１２２は前記電界抑制電極１０３の中心近傍にできるが説明を簡略化するために前記電界抑制電極の中心とする。また、仮想光源位置は前記エミッタ１０１の先端近傍に作られるため説明を簡略化するために前記仮想光源位置は前記エミッタ１０１の先端とする。前記電界抑制電極１０３の中心を前記電子レンズ主面１２２とした電子レンズは単孔レンズとなり同図において明示的に単孔レンズ１２１と示してある。前記単孔レンズ１２１の焦点距離ｆはＤａｖｉｓｓｏｎ－ｃａｌｂｉｃの式(表記していない)から前記エミッタ１０１と前記電界抑制電極１０３との電位が等しい場合には数１７で表される。

【0091】

【数17】

【0092】

従って、前記光軸１０５と平行に入射した前記荷電粒子１０４ｃは前記光軸１０５と前記クロスオーバーを持ち、該クロスオーバーは前記電子レンズ主面１２２から前記エミッタ１０１と反対側にある。また、前記電子レンズ主面１２２から前記エミッタ１０１側に距離Ｌ_０で仮想光源１１４があり、前記荷電粒子１０４ｄが前記クロスオーバーを前記エミッタ１０１と反対側に前記電子レンズ主面１２２からＬ_１の距離にある場合、数１８に示す関係がある。

【0093】

【数18】

【0094】

よって、数１８からＬ１は数１９で表される。

【0095】

【数19】

【0096】

数１７から、Ｌ_０＝ｆ＝４×Ｌの場合、前記仮想光源１１４から出た前記荷電粒子１０４ｅは前記電子レンズ主面１２２を通過後、前記光軸１０５と平行になる。

【0097】

数１９から、Ｌ_０＜ｆ＝４×Ｌの場合、Ｌ_１＜０となり、前記クロスオーバーは虚像として前記電子レンズ主面１２２の前記エミッタ１０１側にできる。仮想光源位置を前記電子レンズ主面１２２から前記エミッタ１０１側に距離Ｌ_０ａとし前記クロスオーバーが前記電子レンズ主面１２２から前記エミッタ１０１側に距離Ｌ_１ａにできるとして、該クロスオーバーを前記仮想光源１１４として前記荷電粒子１０４ｆが放出される。

【0098】

従って、本発明による荷電粒子銃において、前記エミッタ１０１から前記荷電粒子１０４が放出後クロスオーバーを作らない条件が数２０で表される。

【0099】

【数20】

【0100】

本発明による荷電粒子銃において、前記エミッタ１０１の半径ｒが５０ｎｍのナノチップである場合、例えば、前記電界抑制電極１０３の穴の半径Ｒ、前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２との距離Ｌ、前記エミッタ１０１の先端と前記電界抑制電極１０３との距離Ｌ_０、前記エミッタ１０１に印加される電圧Ｖｅｍ、前記電界抑制電極１０３に印加される電圧Ｖｓｕ、前記引出し電極１０２に印加される電圧Ｖｅｘが次のようにすると、数１５及び数２０を満たす。

【0101】

Ｒ／Ｌ＝０．４
Ｒ＝０．２ｍｍ
Ｌ＝０．５ｍｍ
Ｌ_０＝０．２ｍｍ
Ｖｍ＝０Ｖ
Ｖｓｕ＝０Ｖ
Ｖｅｘ＝２．２ｋＶ

【0102】

また、前記エミッタ１０１の半径ｒが０．５μｍのショットキーエミッタである場合、例えば、前記電界抑制電極１０３の穴の半径Ｒ、前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２との距離Ｌ、前記エミッタ１０１の先端と前記電界抑制電極１０３との距離Ｌ０、前記エミッタ１０１に印加される電圧Ｖｅｍ、前記電界抑制電極１０３に印加される電圧Ｖｓｕ、前記引出し電極１０２に印加される電圧Ｖｅｘが次のようにすると、数１６及び数２０を満たす。

【0103】

Ｒ／Ｌ＝０．５
Ｒ＝１ｍｍ
Ｌ＝２ｍｍ
Ｌ_０＝０．５ｍｍ
Ｖｅｍ＝０Ｖ
Ｖｓｕ＝０Ｖ
Ｖｅｘ＝２０ｋＶ

【0104】

図６（ａ）に前記エミッタ１０１を電界放出型電子源として前記複合引出し電極１０６を用い、該複合引出し電極１０６を構成する前記引出し電極１０２と前記引出し電極１０２にそれぞれ印加する電圧組み合わせ｛Ｖｓｕ＝１５０Ｖ，Ｖｅｘ＝１５０Ｖ｝で前記荷電粒子１０４（電子）を前記エミッタ１０１から前記エミッション電流量１０ｎＡ放出させた場合の電位分布計算結果と該荷電粒子１０４（電子）の軌道計算結果を示す。換算輝度２．４×１０^９［Ａ／ｍ^２／ｓｒ／Ｖ］、角電流密度７．２２×１０^－７［Ａ／ｓｒ］である。図６（ｂ）に前記エミッタ１０１を図６（ａ）に示すものと同じとし、前記複合引出し電極１０６を用い、該複合引出し電極１０６を構成する前記引出し電極１０２と前記引出し電極１０２にそれぞれ印加する電圧組み合わせ｛Ｖｓｕ＝０Ｖ，Ｖｅｘ＝６０００Ｖ｝で前記荷電粒子１０４（電子）を前記エミッタ１０１から放出させた場合の電位分布計算結果と該荷電粒子１０４（電子）の軌道計算結果を示す。図６（ａ）に示す前記エミッタ１０１の先端にかかる電界強度となり前記エミッション電流も同じである。換算輝度２．６５×１０^８［Ａ／ｍ^２／ｓｒ／Ｖ］、角電流密度７．９７×１０^－５［Ａ／ｓｒ］である。このように、該換算輝度と該角電流密度の背反関係を成立させる。

【0105】

図６（ｂ）に示すように、前記電界抑制電極１０３の穴のエミッタ側はお椀形状、または斜面であるため、前記エミッタ側染み出した等電位線１０７は前記電界抑制電極１０３の穴の斜面に沿ってより凸形状に染み出し、該等電位線１０７の法線方向に前記エミッタ１０１の先端から放出された前記荷電粒子１０４は力を受け、より前記光軸１０５の方向に曲げられる。

【0106】

また、前記等電位線１０７の法線は前記電界抑制電極１０３の半径Ｒが小さくなると前記電界抑制電極１０３の穴のエミッタ側に前記等電位線１０７が染み出さなくなるので、前記電界抑制電極の穴の半径Ｒと、前記電界抑制電極と前記エミッタ先端との距離Ｌ_０との比Ｌ_０／Ｒが１以下とする。

【実施例2】

【0107】

荷電粒子銃は、荷電粒子を放出するエミッタと、前記エミッタを中心とした光軸上で前記エミッタ直下に配置される電界抑制電極と前記電界抑制電極直下に配置される引出し電極とで構成される複合引出し電極と、前記エミッタの先端から該エミッタ針側に配置された抑制電極と、前記電界抑制電極に印加される電圧と前記引出し電極に印加される電圧と前記抑制電極に印加される電圧とで、前記エミッタ側に前記電界抑制電極の穴から凸形に染み出した電位分布を形成し、前記エミッタの先端に強電界を形成する。

【0108】

図７に本発明の一実施例を示す。以下、図面を元に詳述する。本実施例の動作は実施例１と同等であるが、前記エミッタ１０１の先端から該エミッタ針側に配置された抑制電極１１１は前記エミッタ１０１に温度が印加された場合に、該抑制電極１１１に抑制電源１１９から印加された抑制電圧によって、該エミッタ針から放出される熱電子１２０を図示していない試料側に飛んで行かないように跳ね返す。また、前記電界抑制電極１０３と前記引出し電極１０２と前記抑制電極１１１とにそれぞれ印加される電圧組み合わせによって、換算輝度と角電流密度とを最適に調整する。

【0109】

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームの輝度および角電流密度を制御する方法も含まれる。

【符号の説明】

【0110】

１０１：エミッタ
１０２：引出し電極
１０３：電界抑制電極
１０４：荷電粒子
１０４ａ：荷電粒子（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）
１０４ｂ：荷電粒子（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）
１０４ｃ：荷電粒子
１０４ｄ：荷電粒子
１０４ｅ：荷電粒子
１０４ｆ：荷電粒子
１０５：光軸
１０６：複合引出し電極
１０７：等電位線
１０８：加速電源
１０９：引出し電源
１１０：電界抑制電源
１１１：抑制電極
１１２：荷電粒子ビーム
１１３：荷電粒子軌道漸近線
１１３ａ：荷電粒子軌道漸近線（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）
１１３ｂ：荷電粒子軌道漸近線（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）
１１４：仮想光源
１１４ａ：仮想光源（Ｖｓｕ１，Ｖｅｘ１）
１１４ｂ：仮想光源（Ｖｓｕ２，Ｖｅｘ２）
１１５：絞り
１１６：放出角
１１７：二次電子
１１８：ガス分子
１１９：抑制電源
１２０：熱電子
１２１：単孔レンズ
１２２：電子レンズ主面

【要約】

高輝度荷電粒子源は高い輝度を持つ一方、その角電流密度が低く、大電流取得時には電子レンズ系の収差が大きくなり、空間分解能を劣化させる。
２枚の電極からなる複合引出し電極をエミッタ直下に配置された一つの電極として扱い、２つの電極に印加される電圧組み合わせによってエミッタ側に凸形の電位分布を形成し、エミッタ先端で凹形の電位分布を形成させることで、荷電粒子ビームの放出角度を狭め、角電流密度を調整する。該複合引出し電極によるレンズ作用はエミッタ先端直下で働くため収差が極めて小さく、大電流取得時においても、空間分解能の劣化がない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】