2020 Fiscal Year Research-status Report
Life time improvement of super-high brightness and shor pulse electron source
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18K11931
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
金 秀光 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (20594055)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
許斐 太郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (20634158)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチアルカリカソード / 超高輝度 / 長寿命 / 短パルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フォトカソードは励起光による光電効果によって電子ビームを生成する電子源である。この電子源は、大電流、短パルス、低エネルギー幅の電子ビームを生成できることから、加速器、電子顕微鏡などに注目されている。
我々は、電子ビームの輝度を向上させるために、裏面照射型フォトカソードの開発に成功している。この新型電子源では励起光を結晶の裏面に照射し電子ビームを結晶の表面から取り出す。この構造では、従来の電子ビームとレンズの妨げることを無くすことができるので、焦点距離の短いレンズを使って、結晶に数mmまで近づけ、レーザー光を1～2 uｍまで収束することができ、生成した電子ビームの2×10＾7 A/cm-2・sr-1の超高輝度化を実現した。また、活性層の厚さを制御し、4 psのパルス電子ビームの生成にも成功した。
しかし、今まで使用してきたカソードの材料は、NEA-GaAs半導体であり、その動作環境は～10＾-10 Paと言う極高真空が必要であることと、NEA表面に用いるCsが真空チェンバーの残留ガスであるCO,CO２などと反応しやすいため、カソードの使用寿命が短い問題がある。この問題を解決するために、本研究ではカソード材料に耐久性の高いマルチアルカリ(CsK2Sb)に注目した。
我々は、532nmの励起光の透過可能なZnSe結晶を基板にに用い、その上にCsK2Sbの成膜を行った。NEA-GaAsカソードが必要する～10^-10Paより低い～10^-8 Paの真空度においても、2~3％の量子効率が得られた。また、NEA-GaAsカソードより長い寿命を確認した。本研究で得られた成果は、電子顕微鏡、リソグラフィーなどへの広範な応用が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超高輝度電子源の長寿命を実現するために、新しいZnSe基板上に耐久性の高いマルチアルカリ材料(CsK2Sb)の導入を提案し、作製した。
これまでにZnSe基板の洗浄条件と、マルチアルカリ材料(CsK2Sb)の蒸着条件を検討して、電子ビームの生成に成功した。また、10^-8 Paと高い圧力でもCsK2Sbの蒸着により電子ビームの生成、および2～3％の量子効率を確認した。
しかし、量子効率の値に関しては、今まで報告されている10％に比べ低くなっている。用いる基板の洗浄条件を改善することで、その向上を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
新しくZnSe基板上CsK2Sbカソードを開発して、従来の10^-10 Paよりかなり高い圧力である10^-8 Paにおいても、電子ビームの生成と作製したカソードが長寿命であることを確認した。
しかし、問題点としては532nmにおける量子効率が2～3％であり、この値は今まで報告されている量子効率10％に比べだいぶ低くなっている。考えられる可能性の一つとしては、ZnSe基板の酸化膜の除去が不十分であり、基板をインストールする前に酸処理を追加すれば、酸化膜の除去に有効であると考えられる。
また、大気中においても酸化しない酸化物基板、例えばSrTiO3などを導入し、低い温度の加熱処理で高い量子効率の得られるCsK2Sbを作製を目指す。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響により、国際会議、国内会議への参加が取り消しになり、その旅費が残るようになった。
また、名古屋大学、広島大学でも本研究と近い研究を行っている研究室がおり、その研究室を見学し、本研究での問題を解決するための打ち合わせを行う予定でだったが、コロナの影響で延期しており、その分の旅費と問題解決に必要な装置改造代が残っている。
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