高安定真空マイクロ電子源の実現を目指した窒化物・炭化物陰極の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12135204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石川 順三 京都大学, 工学研究科, 教授 (80026278)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 博司 京都大学, 工学研究科, 助手 (20127103) ; 後藤 康仁 京都大学, 工学研究科, 助手 (00225666)
• Keywords: イオンビーム援用蒸着 / 窒化タンタル薄膜 / 組成 / 仕事関数 / 炭素イオンビーム / マグネトロンスパッタ法

Research Abstract

遷移金属窒化物陰極の開発については、タンタル窒化物の形成・評価を開始している。ラザフォード後方散乱法により、十分な窒素の導入については確認したが、従来のニオブ・ジルコニウムの窒化物で結晶化が始まった基板温度500度でも依然として結晶化がみられないことが明らかとなった。また、抵抗率を測定した結果、若干高めであるので、次の手法として、薄膜形成時に照射するイオンのエネルギーを高めて結晶化温度の低下を図るべく準備している。組成と仕事関数の関係は同じ族であるニオブと同様、窒素組成が高くなるに従って仕事関数が下がる傾向にあり、陰極材料として期待できる結果が得られた。炭化物については、新規導入した小型マイクロ波イオン源装置において、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスを用いた放電、イオンビーム引き出しとともに質量分析及びエネルギー分散の測定を行って、成膜に使用するに十分な性能があることを確認した。以上の結果より、メタンガスを使用して成膜を試みることを決定した。同時に数多くの窒化物・炭化物を短い期間で調査することができるよう、既存設備のマグネトロンスパッタ装置も使用して、それぞれの薄膜の概要の把握をするべく進めている。この設備を用いた場合にも十分な窒素を含んだ薄膜の形成が可能であることはすでに調査を終えており、現在発注しているターゲットが納入され次第、ハフニウム、タンタル、タングステン、モリブデンの窒化物・炭化物、およびジルコニウム、ニオブ炭化物の薄膜形成・評価に取りかかる予定である。遷移金属窒化物・炭化物薄膜からの電子放出特性の評価については、現在、試料の窒化タンタルの成膜を行っている段階であり、電子放出特性の評価に当たって、短時間で評価できるよう測定装置の性能向上を図った。従来測定に使用していた超高真空電子放出特性評価装置の構成を若干変更することで排気特性が向上し、従来と比較して短時間で測定できるようになった。

Research Products

• [Publications] Y.Gotoh: "Relationship between work function and noise power of field emitters : Use of S-K chart for evaluation of work function"Journal of Vacuum Science and Technology B. 19・3(予定). (2001)
• [Publications] Y.Gotoh: "Emission characteristics of zirconium- and niobium-nitride field emitters fabricated by ion beam assisted deposition"Proceedings of IDW'00. 991-994 (2000)