(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードの製造において使用される物理的薄膜蒸着のための標的材料であって、
当該標的材料は、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を含み、或いは酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物で構成され、
ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である、
標的材料。
【請求項２】
当該標的材料は、
酸化バリウムに加えて、酸化ストロンチウムＳｒＯ、酸化ランタンＬａ２Ｏ３、酸化イットリウムＹ２Ｏ３、及び酸化ユウロピウムＥｕ２Ｏ３で構成される群から選択される、１つ又はそれよりも多くの酸化物、及び／又は
酸化スカンジウムに加えて、１つ又はそれよりも多くの希土類元素の１つ又はそれよりも多くの酸化物、又はスカンジウムを主希土類元素として備える希土類元素の酸化物の混合物を更に含む、
請求項１に記載の標的材料。
【請求項３】
０．１＜ｙ＜０．５である、請求項１に記載の標的材料。
【請求項４】
ｂ：ｃは、４：１、３：１、又は５：３の１つである、請求項１に記載の標的材料。
【請求項５】
バリウム、カルシウム、アルミニウム、及びスカンジウムで構成される群から選択される２つ又はそれよりも多くの元素の１つ又はそれよりも多くの酸化物を更に含む、請求項１に記載の標的材料。
【請求項６】
物理的薄膜蒸着のための標的であって、
当該標的が請求項１に記載の標的材料で作製される、
標的。
【請求項７】
Ｂａ２ＳｃＡｌＯ５を更に含む、請求項６に記載の標的。
【請求項８】
バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード又は他のバリウム−スカンジウム酸化物材料の製造における標的材料の使用であって、
該標的材料は、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を含み、或いは酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物で構成され、
ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である、
使用。
【請求項９】
前記標的材料は、前記ディスペンサカソード内にＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３で構成される、或いはＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３を含む中間層を生成させる物理的薄膜蒸着ステップにおいて使用される、請求項８に記載の標的材料の使用。
【請求項１０】
バリウムスカンジウム酸化物ディスペンサカソードを製造する方法であって、
少なくともバリウム及びスカンジウムを表面にディスペンスするために、前記表面を有し且つ１つ又はそれよりも多くの化合物で含浸させられる多孔性金属本体を提供するステップと、
前記多孔性金属本体上の物理的薄膜蒸着を用いて、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３から構成される、或いはＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３を含む中間層を提供するステップと、
外側金属層を提供するステップとを含み、
前記中間層の前記物理的薄膜蒸着のために、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を含み、或いは酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物で構成される標的材料が使用され、
ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である、
方法。
【請求項１１】
前記物理的薄膜蒸着は、レーザアブレーション蒸着及び／又はスパッタリングを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード又は他のバリウム−スカンジウム酸化物材料における使用のための物理的薄膜蒸着のための標的を製造する方法であって、
酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を提供するステップと、
前記標的を形成するために前記混合物を焼結し或いは溶解するステップとを含み、
ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード（計量分配陰極）又は他のバリウム−スカンジウム酸化物材料の製造の分野に関する。具体的には、本発明は、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードの製造において使用される物理的薄膜蒸着のための標的材料、そのような標的材料から成る標的（ターゲット）、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードの製造におけるそのような標的材料の使用、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードを製造する方法、及びバリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードの製造における使用のための物理的薄膜蒸着のためにそのような標的を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い電子放出が可能な高度に放射性の頂層バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードは、レーザアブレーション蒸着（ＬＡＤ）又は適切な標的を使用するスパッタリングのような他の物理的蒸着法を用いて製造され、それは再現性のある確実な準備を可能にする安定的な標的に概ね向けられている。
【０００３】
そのようなディスペンサカソードは、様々の真空管、特に電子ビームリソグラフィ用の真空管において使用され或いは使用され得るが、テレビ用の陰極線管において、高周波数管において、マイクロ波管において、Ｘ線管において、熱電子エネルギ変換器等においても使用される。頂層バリウム−スカンジウム酸化物カソードは、典型的には、マトリクスベース（例えば、タングステンＷ）上及び／又は（含浸剤として）内の表面錯体の形態の及び調合化合物の形態の酸素Ｏと共に、バリウムＢａ及びスカンジウムＳｃを含み、頂部塗膜は、適切な材料、例えば、レニウムＲｅを更に含む。そのようなディスペンサカソードを用いるならば、含浸剤がマトリクスベースと界面反応する間に原子のＢａが生成され、生成されるＢａは、比較的遅い表面拡散及び固体ベースを通じた拡散によって、外側層中のＳｃ２Ｏ３粒子に達する。
【０００４】
約１０３０℃の純温度で３００〜４００Ａ／ｃｍ２の飽和電子放出電流密度を供給し得る、そのようなカソードを製造する方法、並びにそのようなカソードの組成及び構成が、以前、例えば、ＥＰ０７５７３７０Ａ１、ＤＥ１９８２８７２９Ａ１、及びＤＥ１９９６１６７２Ａ１中に記載された。
【０００５】
（超微粒子又はコンパクト層をもたらす）ＬＡＤ又は他の比較可能な薄膜蒸着法のための一部の従来的な標的材料に関わる課題は、それぞれの標的が多数の上記標的の再現性のある製造のために不十分な機械的安定性を示すことである。
【０００６】
従来的なディスペンサカソードの１つの実施例は、４ＢａＯ．ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３．ｙＳｃ２Ｏ３（０．２＜ｙ＜１）で構成されるＷベース上の第１の中間ＬＡＤ層を含む（例えば、ＤＥ１９８２８７２９Ａ１を参照）。既知の標的は、他の層のために使用されるＲｅ及びＳｃ２Ｏ３と比べて問題があることが判明した。しかしながら、そのような中間層を設けることは、高温での初期カソード活性化中に十分な量の高度に放射性の｛Ｂａ，Ｓｃ，Ｏ｝表面錯体を得るために極めて望ましい。
【０００７】
従来的なディスペンサカソードのために活性化プロセスが提供され、活性化プロセスの間に、超高真空の下で、カソードの通常動作温度よりも上の温度で、高度に放射性の｛Ｂａ，Ｓｃ，Ｏ｝表面錯体（より具体的には、１０〜５００ｎｍのオーダの厚さの｛Ｂａ，Ｓｃ，Ｏ｝含有錯体を含む表面層）がＳｃｓ２Ｏ３及び原子のＢａから及び／又は中間層中に提供されるＳｃ２Ｏ３及びＢａＯの反応から生成される。例えば、熱電子レニウム−バリウム−スカンジウム酸化物カソードでは、２ｈの初期活性化期間の後、最終的に約３００〜４００Ａ／ｃｍ２の飽和放出ｉ１０％に達するまで、約１００ｈの比較的長い追加的な活性化期間が維持される。
【０００８】
この場合において、上述の通常動作温度は、約９６５℃Ｍｏ−Ｂｒ（Ｍｏ−Ｂｒ＝モリブデン輝度＝放射温度）であり、それはカソードユニットのＭｏ−キャップ上で高温測定され、９６５℃Ｍｏ−Ｂｒは、約１０３３℃の純温度に対応する。
【０００９】
可能な限り直ぐに最適な放出を得ると同時に、カソードの耐用年数（＞５０００ｈ）を通じて最適な放出を維持するために、初期活性化期間後の追加的な活性化期間を減少させ、或いは完全に回避することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードの脈絡において、追加的な活性化期間のそのような減少又は省略を可能にする中間層を提供すると同時に、物理的薄膜蒸着を用いてそのような中間層を生成させるための標的が、特に機械的な関係において十分に安定的であり、確実で再現性のある製造を可能にすることが本発明の目的である。より一般的な脈絡において、物理的薄膜蒸着を用いてバリウム−スカンジウム酸化物層を生成させる標的を提供することが目的であり、標的は特に機械的な関係において十分に安定的であり、確実で再現性のある製造を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードの製造において使用される物理的薄膜蒸着のための標的材料であって、標的材料は、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を含み、或いは酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物で構成され、ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、ここで、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である標的材料によって達成される。
【００１２】
本発明は、更に、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード又は他のバリウム−スカンジウム酸化物材料の製造における標的材料の使用であって、標的材料は、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を含み、或いは酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物で構成され、ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、ここで、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である使用を更に提供する。
【００１３】
その目的は、バリウムスカンジウム酸化物ディスペンサカソードを製造する方法であって、少なくともバリウム及びスカンジウムを表面にディスペンス（計量分配）するために、前記表面を有し且つ１つ又はそれよりも多くの化合物で含浸させられる多孔性金属本体を提供するステップと、多孔性金属本体上の物理的薄膜蒸着を用いて、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３から構成される、或いはＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３を含む中間層を提供するステップと、外側金属層を提供するステップとを含み、中間層の物理的薄膜蒸着のために、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を含み、或いは酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物で構成される標的材料が使用され、ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、ここで、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である方法によって達成される。
【００１４】
本発明は、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソード又は他のバリウム−スカンジウム酸化物材料における使用のための物理的薄膜蒸着のための標的を製造する方法であって、酸化バリウムＢａＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、及び酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３の混合物を提供するステップと、標的を形成するために混合物を焼結し或いは溶解するステップとを含み、ＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓｃ２Ｏ３のモル比は、ｂ：ｃ：ｘ：ｙであり、ここで、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１である方法も提供する。
【００１５】
特定の実施態様によれば、標的材料は、酸化バリウムに加えて、酸化ストロンチウムＳｒＯ、酸化ランタンＬａ２Ｏ３、酸化イットリウムＹ２Ｏ３、及び酸化ユウロピウムＥｕ２Ｏ３で構成される群から選択される、１つ又はそれよりも多くの酸化物（即ち、ＳｒＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、及び／又はＥｕ２Ｏ３）、及び／又は酸化スカンジウムに加えて、１つ又はそれよりも多くの希土類元素の１つ又はそれよりも多くの酸化物、又はスカンジウムを主希土類元素として備える希土類元素の酸化物の混合物を更に含む。
【００１６】
例えば、結果として得られるカソードの放射寿命に関して、特に、ユウロピア（酸化ユウロピウム）及び／又はイットリア（酸化イットリウム）が有用であることが分かった。もし追加されるならば、追加されるユウロピアの量の好適範囲は、全体的に１重量％の標的材料に対して１０ｐｐｍである。もし追加されるならば、追加されるイットアの量の好適範囲は、１０〜２５０ｐｐｍである。
【００１７】
例えば、ＢａＯに加えてＬａ２Ｏ３を使用する場合、例えば、Ｂａ２ＳｃＡｌＯ５の代わりにＢａ１．８０Ｌａ０．１３ＳｃＡｌＯ５である場合、本発明に従った薄膜蒸着から得られる層は、ＢａＯのみの使用と比べて欠陥構造を有する。追加される酸化ランタンの量Ｌの好適範囲は、０≦Ｌ≦ｙ又は０≦Ｌ≦０．１５である。更に、追加される酸化ストロンチウムの量Ｓの好適範囲は、０≦Ｓ≦１である。
【００１８】
本発明は、上述のような欠陥構造の提供はバリウム放出特性に関する改良をもたらすと推定する。
【００１９】
酸化スカンジウムに加えて、１つ又はそれよりも多くの希土類元素の１つ又はそれよりも多くの酸化物又はスカンジウムを主希土類元素として備える希土類元素の酸化物の混合物のための好適範囲は、≦３３％である。
【００２０】
スカンジウムを主希土類元素として備える希土類元素の酸化物の混合物において、スカンジウムのモル量は、他の希土類元素の組合わせモル量よりも少なくとも３倍大きい。
【００２１】
酸化バリウムに加えてＳｒ、Ｌａ、Ｙ、及び／又はＥｕの酸化物を提供すること、並びに酸化スカンジウムに加えて他の希土類元素の酸化物を提供することのそれぞれに関して、希土類元素及び土類アルカリ元素の原子サイズに依存して、当業者によって理解される特定の限界内で、全ての種類の追加又は欠陥が可能である。
【００２２】
ｂ＝４，ｃ＝１，ｘ＝１、ｂ＝３，ｃ＝１，ｘ＝１、又はｂ＝５，ｃ＝３，ｘ＝１のような、ｂ、ｃ、及びｘの整数値を有する実施例が従来的に使用されることが多いが、ここで議論するプレースホルダｂ、ｃ、ｘ、及びｙの値は整数に限定されないことが留意されなければならない。これらの値のために分数も可能であり、カソードのために孔の壁の材料（例えば、タングステン）との接触が保証されるならば、ディスペンサカソードのための所望の効果がもたらされることが理解されるべきである。
【００２３】
従来的に製造される頂層バリウムースカンジウム酸化物カソードのために、中間層が所望の特性を有さないか、或いは上述の追加的な活性化期間を必要とする。何故ならば、標的又は標的材料は十分な（機械的）安定性を示さないので、利用可能なＬＡＤ標的又は標的材料は中簡層の所望の組成をもたらさないか、或いは製造は十分に確実でなく再現可能でないからである。しかしながら、本発明はこれらの欠点を克服することに向けられている。
【００２４】
発明者は、スカンジア（スカンジウム酸化物）含有率が高ければ高いほど、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３の混合物を含む標的はより安定的である傾向を有することを発見した。しかしながら、明らかに十分に高いＢａ／Ｓｃ比が必要とされるので、スカンジアの増大は、放出能力の減少を招く。おそらくは複雑な組成の故に、活性化中の揮発性Ｂａ／ＢａＯの強い損失の故にも、Ｂａ／Ｓｃ比は、好ましくは、１よりも大きくあるべきことが分かった。
【００２５】
本発明者は、不安定性の原因がＣＯ２並びに粒膨張及び粉末化を伴う空気中の水と反応するＢａＯ及びＣａＯによって引き起こされることを更に発見した。
【００２６】
本発明によれば、発明者は、スカンジア含有量の増大のみならず、アルミナ（酸化アルミニウム）含有量の増大も安定性を向上させることを発見したので、ＢａＯ及びＣａＯ反応の不安定化効果は、より不活性なＡｌ２Ｏ３及びＳｃ２Ｏ３成分によって相殺される。
【００２７】
よって、本発明によれば、押圧又は焼結によって或いは溶融から円筒形の形態に準備されるのが典型的であり得る標的材料は、（所望のＢａ／Ｓｃ比を維持する）依然として幾分低いスカンジウム含有量をもたらすと同時に、既知の標的に材料に比べてアルミナ含有量が増大させられ、よって、空気に対する露出に対して安定的であり且つ高いＢａ／Ｓｃ比を同時に示す標的が得られる。ｂ：ｃ：ｘ：ｙ標的材料（以下「ｂｃｘｙ」と短縮する）に関して２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、及び０．１≦ｙ≦１の条件を満足することは、所望の特性を示す。例えば、ｂ＝４、ｃ＝１（以下「４１ｘｙ」と短縮する）を伴う材料は、高い放出に適したＢａ／Ｓｃ＞４を保証し、極めて安定的な標的をもたらす（Ｂａ＋Ｃａ）：（Ａｌ＋Ｓｃ）＞５：４も保証する。
【００２８】
（初期的な活性化中のＢａの損失を補償し且つ補充する）Ｂａの十分な供給があることは、追加的な活性化期間を回避し或いは減少させるために決定的であるように思われる。
【００２９】
本発明によれば、そのような供給をもたらすための適切な組成を有するマトリクスベース上の中間層が設けられる。
【００３０】
本発明者が行った試験は以下のことを示した。
【００３１】
初期的に、含浸剤とマトリクスベース（タングステン）との間の反応によって生成されるＢａに完全に依存せずに、増大された量の放射性バリウム−スカンジウム酸化物（｛Ｂａ−Ｓｃ−Ｏ｝−複合体）をもたらすために、ｙＳｃ２Ｏ３（ｙは０．２〜０．６の範囲内にあり、特にｙ＝０．２５であるのが好ましい）と化合させられた溶融４１１含浸剤から標的を製造した。
【００３２】
更に、中間層のためのＢａＳｃ２Ｏ４、Ｂａ２Ｓｃ２Ｏ５、Ｂａ３Ｓｃ４Ｏ９のような既知の安定的なバリウム−スカンジウム酸化物を使用して、頂層スカンジウム酸化物を研究した。これらの化合物は、全て、１以下の原子比率Ｂａ：Ｓｃを有する。これらの材料は放出又は耐用年数に関する改良をもたらさないことが分かった。実際には、逆に、放出特性に関する実質的な悪化が発見された。
【００３３】
高度に放射性のスカンジウム酸化物カソード上の高解像度表面検査を用いるならば、表面で１よりも大きいＢａ：Ｓｃ比を有する複合材がもたらされることが更に分かった。Ｂａ／ＢａＯはＳｃ２Ｏ３に比べてより迅速に蒸発する傾向を有するので、発明者は１よりも大きい（好ましくは１よりもずっと大きい）Ｂａ：Ｓｃ比を有する標的材料が必要とされることを認識した。
【００３４】
溶融４１１材料（即ち、Ｂａ：Ｓｃ＝８）から得られる４１１−０．２５標的を用いるならば、放出に関して良好な結果を得ることができる。しかしながら、そのような標的は−乾燥貯蔵にも拘わらず−機械的に不安定であり、短い内に粉々に砕けることが分かった。４１１−０．３５標的（即ち、
〔外１〕
0006014669.tif 000002
）は、依然として十分な放出特性をもたらし、僅かにより良好な機械的安定性を示す。ｙ＞０．５を伴う４１１ｙ標的は、機械的に安定することが分かった。しかしながら、得られるカソードの放出特性は実質的に減少した。
【００３５】
上記発見は、（可能であればｙ＝０．５までの）溶融を介して得られ且つ押圧及び焼結によって得られる、（ＬＡＤに特に適した）円筒形の標的の特性と比較することによって確認され、それは、ｙ＝０．５を伴う標的がｙ＝１（Ｂａ：Ｓｃ＝２）を伴う標的よりも不安定であることも示した。
【００３６】
よって、標的中のスカンジア含有量を増大させることは、標的の機械的安定性を増大させるが、放出特性を悪化させ、その逆も同様である。
【００３７】
発明者は、機械的安定性の不足の原因を特定し且つ究極的には製造環境において長期の使用を可能にする十分な安定性を有する標的材料を見い出すことをした。
【００３８】
機械的安定性の不足の実質的な原因が、ＢａＣＯ３、ＣａＣＯ３、並びに水酸化バリウム及び水酸化カルシウムの生成を招く、ＢａＯ及びＣａＯと周囲環境のＣＯ２及び水との間の反応にあることが発見された。これらの化合物は、異なる密度及び熱膨張係数を有する。結果として生じる応力は、標的を粉々に砕く、即ち、標的を破壊して粉末／粒にする。この結果は（多孔性を有する）押圧標的及び焼結標的の場合に最も厳しいが、この崩壊は、おそらく大き過ぎる結晶性の故に、溶融によって得られる標的においても起こる。
【００３９】
Ａｌ２Ｏ３及びＳｃ２Ｏ３は、上述のようにＣＯ２又は水と反応せず、従って、全体的に標的に対する安定化効果を有し、それは特に（Ｂａ，Ｃａ）：Ｓｃ＝５：２を超える増大量の範囲において有意になる。
【００４０】
本発明を用いるならば、Ａｌ２Ｏ３及びＳｃ２Ｏ３の安定化効果は、（高い放出をもたらす）Ｂａ／Ｓｃの所望の比率（例えば、＞４）を可能にするよう利用され、（Ｂａ＋Ｃａ）：（Ａｌ＋Ｓｃ）の比率（例えば、＞５：４）が極めて安定的な標的を可能にする。
【００４１】
本発明に従った（特に１年よりも長い露出時間の見地からの）標的の安定性は、一定の蒸着条件を達成すること、よって、より大きな数のディスペンサカソードの再現性のある製造を達成することに対する貢献をもたらす。
【００４２】
具体的な実施態様によれば、標的材料は０．１＜ｙ＜０．５を満足する。より高いＢａ：Ｓｃ比が高い放出のために好ましいことが分かった。高い放出のために好適な更なる有利な実施態様によれば、標的材料は０．１＜ｙ＜０．４を満足する。特に好適な実施態様によれば、標的材料はｙ＝０．３５又はｙ＝０．２５を満足する。
【００４３】
更なる具体的な実施態様によれば、標的材料はｂ：ｃが４：１、３：１、又は５：３のいずれか１つを満足する。含浸カソードの含浸剤のために使用されるそのような比率はカソード孔から表面へのバリウム補充を保証することが発見された。この場合、これは例えばタングステンベースを備える標的材料を含むＢａＯからのバリウム供給にも役立つ。
【００４４】
具体的な実施態様によれば、標的材料は、バリウム、カルシウム、アルミニウム、及びスカンジウムで構成される群から選択される２つ又はそれよりも多くの元素の１つ又はそれよりも多くの酸化物を更に含む。結果として得られる標的の安定性を向上させるために、そのような酸化物を添加し得る。
【００４５】
そのような標的の製造に先立って標的材料中に更なる酸化物を含めることに加えて、標的製造（例えば、焼結又は溶融）は、内部反応に起因する更なる化合物ももたらし得る。その場合、本発明の更なる実施態様に従った実施例は、標的中に含められるＢａ２ＳｃＡｌＯ５であり、それは安定性の向上を示す。
【００４６】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載する実施態様から明らかであり、以下に記載する実施態様を参照して解明されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に従った標的を製造するための方法の代替的な実施態様を示すフロー図である。
【図２】本発明に従った標的を使用するＬＡＤ構成を示す概略図である。
【図３】本発明に従ったバリウムスカンジウム酸化物ディスペンサカソードを製造するための方法の実施態様を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、本発明に従った標的を製造するための方法の代替的な実施態様を示している。４１１材料（４：１：１のモル比のＢａＯ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３）を得るよう溶解される適切な量の構成物質を備える溶剤を用いて開始して、沈殿物を形成し（ステップ１２）、Ｏ２又はＨ２の雰囲気の下で１４００℃で適切な炉内で酸化物を生成する（ステップ１４又は１４’）。Ｓｃ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３を添加し且つ混合し、結果として粉末を得る（ステップ１６）。代替的に、Ｓｃ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３を懸濁液に添加してもよい。
【００４９】
上述の代替として或いは補足として、真空において１４００℃で、或いは不活性雰囲気、例えば、アルゴン、ヘリウム、又はＮ２の下で、沈殿物（水酸化物／炭酸塩）の分解を行うことも可能である。
【００５０】
焼結の場合には、次に、混合粉末（即ち、標的材料）を高圧で円筒形の形態に押圧し（ステップ１８）、１６５０℃〜１７００℃の範囲内の温度で焼結させる（ステップ２０）。
【００５１】
代替的に、標的材料を溶解する（ステップ２２）。しかしながら、それは１７００℃を越えるより高い温度を必要とする。
【００５２】
Ｈ２Ｏ又はＯ２を含まない（或いは少なくとも実質的に含まない）雰囲気の下で約１６５０℃までの又は１７００℃を越える温度のＭｏ−るつぼ内の４１１ｙの焼結又は溶解が行われなければならない。ガス混入（形成される標的の内側の孔）を回避するために、（るつぼを無傷に維持するための機能性の低減の故にも）、Ｈ２が好ましい。Ｈ２及びＨｅのような原子／分子は漏れ出るのに十分な程に小さいので、ヘリウムは良い選択肢である。
【００５３】
アルゴン、Ｎ２、又はＮ２／Ｈ２若しくはＡｒ／Ｈ２を使用可能であるが、上述の選択肢が好ましい。何故ならば、これらの後者のガス及び混合物は、焼結させられる標的から除去するのが困難であり、或いは（オキシ）窒化化合物の形成をもたらし得るからである。ＢａＯの揮発性の観点から、Ｈ２及びＨｅも真空より好ましい。
【００５４】
標的材料の組成に依存して、構成元素（構成成分）の混合相、例えば、Ｂａ２ＳｃＡｌＯ５が得られ、それは水分を含む空気に対する抵抗及び水分を含む空気の下での安定性を更に向上させ得る。
【００５５】
上記ステップ中に標的が前もってボアを備えない限り、結果として得られる標的は、ＬＡＤを用いたディスペンサカソードの製造における使用のために、他の標的との共通軸の上に標的を取り付けるためのボアを備える（ステップ２４）。
【００５６】
状況に依存して、標的の更なる機械的取扱い（例えば、シリンダの短縮／切断）が必要であり得る（ステップ２６）。
【００５７】
機械的安定性を妥協しないために、機械的取扱いは、水又は水分の使用を含んではならない。好ましくは、機械的取扱いは乾式に或いは標的の構成元素（構成成分）と反応しない水以外の液体を使用してもたらされなければならない。適切な液体は、イソプロパノール又はデカンである。穿孔後、更に、不活性ガスのストリームによって冷却をもたらし得る。
【００５８】
取扱い後、この実施態様では、表面でのあらゆる化学変化を立ち戻すために、（Ｏ２又は乾燥空気の下で）約１４００℃で更なる焼付けのステップ２８を提供する。
【００５９】
他の蒸着方法、例えば、スパッタリングの使用において、ボアは不要であり、意図される蒸着方法は、標的の幾何学的形状に概ね影響を及ぼす。
【００６０】
１つの実施例では、４１１−炭酸塩粉末を０．６５Ａｌ２Ｏ３及び０．３５Ｓｃ２Ｏ３（モル比）と混ぜ、次に、１４００℃で酸化物に変換する。結果として得られる粉末を押圧して（中心ピンを含む）円筒形の形態にし、１６００℃で焼結させる。冷却後、標的シリンダを長さに切断し、再びＯ２又は乾燥空気の下で１０００℃〜１４００℃まで加熱する。このようにして得られる標的は安定的であり、空気の下で如何なる重量増加も示さない。
【００６１】
図２は、本発明に従った標的を使用するＬＡＤ構成５０を例示している。
【００６２】
原則的に、当業者はレーザアブレーション蒸着（ＬＡＤ）のプロセスに通じており、従って、プロセス及び構成の詳細な説明を省略する。
【００６３】
図２のＬＡＤ構成５０は、約６０Ｗ平均及び６ジュールの最大パルスエネルギのＫｒＦエキシマレーザ５２（λ□＝２４８ｎｍ）を含み、それは熱励起の代わりの電子装置の故にＷ又はＲｅのような耐火材料のＬＡＤに大変適している。エキシマレーザ５２のビームは、ＵＶ石英窓５６を通じて（ＵＨＶを備える）ステンレス鋼アブレーションチャンバ５４内に案内されるので、それは回転する円筒形のマルチ標的５８に衝突する。削摩された超微細粒子を伴うプラズマプルーム６０が標的の上に形成され、超微細粒子が（矢印６２で例示する）搬送ガスによって基板６４まで運ばれる。本発明（４１ｘｙ）に従った標的材料６６、Ｓｃ２Ｏ３材料、及びレニウム材料７０を含む円筒形のマルチ標的５８の更なる図面が、図２に挿入されている。
【００６４】
図３は、本発明に従ったバリウムスカンジウム酸化物ディスペンサカソードを製造する方法の実施態様を示している。
【００６５】
ステップ１０２において、少なくともバリウム及びスカンジウムを表面にディスペンス（計量分配）するための１つ又はそれよりも多くの化合物で含浸させられる多孔性材料本体を提供する。ステップ１０４において、物理的薄膜蒸着の一例としてＬＡＤを使用して、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３で構成される或いはＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｃ２Ｏ３を含む中間層を多孔性材料本体の上に提供する。更に、ステップ１０６において、外側金属層を提供する。最終的に、ステップ１０８において、ディスペンサカソードを完了させる。これらのステップの詳細は、本発明に従って使用される標的（材料）を除き、ディスペンサカソードを製造するための従来的なステップの詳細と対応する。
【００６６】
好ましくは、標的の表面は滑らかでなければならず、ＬＡＤの場合には、レーザ光学に対して一定の距離において一定の条件の下で削摩されなければならない。これは適切に方向付けられた走査（スキャン）を用いた標的表面の均一な削摩と化学変化を示す表面領域又は部分の除去とを含む。
【００６７】
ＬＡＤの目的のために、標的（長方形のカップ内の標的）の平坦な幾何学的形状は余り適していない。何故ならば、標的は、例えば、Ｒｅ及びＳｃ２Ｏ３のために、他の、典型的には円筒形の、標的と組み合わせられなければならず、更に、回転中の円筒形の標的は、同じ量の材料を備える削摩に対して有意により大きい表面をもたらすからである。表面の粗さの削減及び標的の有用性の増大に関しては、削摩深さの低減が好ましい。
【００６８】
上記において、説明は主として４１ｘｙ標的材料に焦点を集められているが、本発明はそれに限定されない。例えば、５３ｘｙ又は３１ｘｙによって示すように、他の組成も本発明に含まれる。一般的に、ｂｃｘｙ（ｂ：ＢａＯ、Ｃ：ＣａＯ、ｘ：Ａｌ２Ｏ３、ｙ：Ｓｃ２Ｏ３）によって適切な材料を示し得る。ここで、ｂ：ｃ：ｘ：ｙは、２≦ｂ≦５、１≦ｃ≦３、２≦ｘ＋ｙ≦ｂ＋ｃ、０．１≦ｙ≦１、好ましくは０．１＜ｙ＜０．５、特に好ましくは０．１＜ｙ０．４である。
【００６９】
既述の標的材料は、頂層バリウムスカンジウム酸化物ディスペンサカソードのためのＬＡＤ用途に限定されず、例えば、不活性酸化物、例えば、Ｓｃ基又は希土類又は酸化マグネシウムの１つ又はそれよりも多くの酸化物と混ぜられた、Ｂａ及び／又はＣａ及び／又はＳｒを含む、蛍光体、高温超伝導体、又はセラミック層の製造のための標的材料（又は類似の組成を有する）としても使用され得る。
【００７０】
本記載は物理的薄膜蒸着に焦点を合わせている。（タングステン又はモリブデンから成る）多孔性材料本体が酸化を受けるので、例えば、溶解金属塩（スピニング／浸漬／吹付け／化学バッチ蒸着）或いは化合物を酸化物に分解する酸素雰囲気及び／又はＨ２Ｏ含有雰囲気の下での加熱ステップを含む有機金属化合物（例えば、ＣＶＤ）を使用した他の蒸着の方法は、現在のところ、バリウム−スカンジウム酸化物ディスペンサカソードを製造するのに適していないように思われる。しかしながら、その使用において物理的薄膜蒸着の現在の方法と類似する更なる方法が利用可能になるならば、本発明はそれに対しても適用可能であるものとして理解されるべきである。
【００７１】
本発明を図面及び上記記述において詳細に例示し且つ記載したが、そのような例示及び記述は例示的又は例証的であると考えられるべきであり、限定的と考えられるべきではない。請求項の発明を実施する当業者は、図面、本開示、及び付属の請求項の研究から、開示の実施態様に対する他の変形を理解し且つ行い得る。請求項において、「含む」という用語は、他の元素（成分）又はステップを排除せず、単数形の記載は、複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組合わせを有利に使用し得ないことを示さない。請求項中の如何なる参照符号も本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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