微小冷陰極による極微細電子ビーム形成に関する基礎的研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650389
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 嶋脇 秀隆 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (80241587)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 志甫 諒 日本原子力研究所, 那珂研究所, 主任研究員 ; 横尾 邦義 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60005428)
• Keywords: 冷陰極 / 電界放射 / 電子ビーム / 電子光学 / 真空マイクロエレクトロニクス

Research Abstract

電界放射陰極及びそのアレイ状の集積構造(FEA)は、高電流密度及び極微細電子ビーム形成の可能性を持つことから、チャネリングX線レーザ等新しい真空電子デバイスの展開への期待がかかっている。このためには、FEAの高輝度化、安定化と共に放射電子ビームの収束が最も重要である。本研究は、本研究者らの提案した平面構造収束方式のFEAを試作し、そのビーム特性を評価することを目的とした。このため極微細構造作成に最も信頼性のあるSiプロセスを用いて、エミッタ数1ヶ、及び1×10、10×10、100×100、アレイのSiFEAを製作した。100×100アレイのFEAを除いて、いずれもビーム収束のための収束電極をエミッタに隣接して設けており、電子放射の種々の特性試験に用いた。単一エミッタからの放射電流80μA以上と半導体エミッタでの最高値を達成した。エミッタ数の増加に伴い電流変動は減少するが、動作温度か高くなるにつれて電流変動が大きくなるなど、電流変動の原因がエミッタ表面への残留気体分子の吸着、脱離、泳動によることを示唆した。ビーム収束の実験より、蛍光板上で収束効果を確認すると共に、ビーム収束により放射電流が減少するが、これはゲート電極電位を増加することでビームの発散を大きくすること無しに回復できることをシミュレーションと実験とにより実証するなど、平面構造収束方式の有用性を明らかにした。高性能極微細電子ビームの形成に向けて、極高真空中での電子放射特性、エミッタ表面の不活性化、微細ビームの低エミッタンス測定などが、今後の研究対象となるが、本研究によりその基礎が提示された。

Research Products

• [Publications] K.Yokoo: "Active Control of the Emission Current of Field Emitter Arrays" J. Vacuum Sci. and Tech. B. 13. 491-493 (1995)
• [Publications] H.Ishizuka: "Beam Extraction Experiment with Field Emission Arrays" Tech. Digest of 17th Free Electron Laser Conf.1- (1995)
• [Publications] 石塚 浩: "ビーム物理研究における微小電子源の利用" 信学技報. ED95-129. 1-8 (1995)
• [Publications] 新井 学: "Si電界放射冷陰極の電子放射特性" 信学技報. ED95-136. 1-8 (1995)
• [Publications] S.Kawasaki: "Dynmics of Microbeam from a Point Emitter and its Array" 8th ICFA Advanced Beam Dynanics Workshop. (to be presented). (1996)