(57)【要約】【課題】低仕事関数で高輝度の電子銃陰極を提供する。【解決手段】ランタンまたはセリウム原子と、炭素原子と硼素原子が所定の隣接距離で結合した陰極材料からなる電子銃。本電子銃陰極の仕事関数はＬａＢ６またはＣｅＢ６の仕事関数が、２．７ｅＶであるのに対して、炭素原子を拡散または混入または結合させることにより、１．７ｅＶ以下に低減させることができ、１２００℃以下の低温動作にて５０ｋＶで１０７Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎの輝度の達成が可能となる。仕事関数の低減により、高輝度低温動作が可能となる。真空度は１０−７ｐａｓｃａｌ以上の高真空で酸素濃度が硼素原子と炭素原子を燃焼させないようにして長寿命化を図る。また、炭素原子の供給物を陰極材料ないしヒータに付着せしめて供給源とすることで、さらなる長寿命化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランタン原子またはセリウム原子と、炭素原子と、硼素原子が所定の隣接距離で結合した陰極材料を有したことを特徴とする電子銃。
【請求項２】
請求項１に記載する電子銃であって、陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶表面に炭素原子を含む溶液を塗布し、結晶中に炭素原子を拡散したことを特徴とする電子銃。
【請求項３】
請求項２に記載する電子銃であって、
陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶表面に有機高分子を塗布し、所定温度で炭素原子をＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶内部に注入拡散することによって形成されたものであることを特徴とする電子銃。
【請求項４】
請求項３に記載する電子銃であって、
該有機高分子が鎖状の炭化水素列を有することを特徴とする電子銃。
【請求項５】
請求項４に記載する電子銃であって、
該有機高分子が鎖状の炭化水素列を有し、アルコールまたはグリコールまたはグリセリンと結合して成ることを特徴とする電子銃。
【請求項６】
請求項５に記載する電子銃であって、
該有機高分子が鎖状の炭化水素列とグリコールまたはグリセリンとエステル化した脂肪酸グリセリドであることを特徴とする電子銃。
【請求項７】
請求項３に記載する電子銃であって該有機高分子がベンゼン環を有することを特徴とする電子銃。
【請求項８】
請求項１に記載する電子銃であって、陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子をイオン打ち込みしたことを特徴とする電子銃。
【請求項９】
請求項１に記載する電子銃であって、陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子をスパッタにより打ち込みし、拡散したことを特徴とする電子銃。
【請求項１０】
請求項１に記載する電子銃であって、陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子を蒸着により付着せしめ、拡散したことを特徴とする電子銃。
【請求項１１】
請求項１に記載する電子銃であって、陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子をメタンあるいはエタンあるいはプロパンのガスを用いて炭素原子を注入拡散したことを特徴とする電子銃。
【請求項１２】
請求項１に記載する電子銃であって、陰極材料は、レニウム基板上に付着せしめたＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子を注入拡散したことを特徴とする電子銃。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の電子銃であって、
陰極材料の仕事関数は、１．７ｅＶ以下であることを特徴とする電子銃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体（ＬＳＩ）製造工程の回路パターンを描画するリソグラフィ分野で活用される電子ビーム描画技術において、処理能力を飛躍的に高めるために熱電子銃の熱電子放出電流強度の強い、高輝度電子銃の実現を可能とする。現状において、電子ビーム描画装置では、処理速度を高速化するために、電子銃を多数個搭載したマルチコラム型電子ビーム描画装置を必要としているが、マルチコラム化する前に１個の電子銃の輝度を最大限高めることが望ましい。
【０００２】
電子銃が高輝度であるためには、いわゆる仕事関数が小さい必要がある。仕事関数は物質内部から真空中に電子を放出するためのエネルギーをｅＶ単位で表している。この値が小さいほど電子を放出しやすい。
【０００３】
従来使用されていたＬａＢ６またはＣｅＢ６の仕事関数が２．７ｅＶであったのに対して、本発明においては１．７ｅＶ以下の仕事関数を有する電子銃陰極材料を用いた電子銃を発明として実現する。これにより、１０倍以上の高輝度化と、４００℃以上の低温動作化が可能となる。一般的には仕事関数が小さい電子銃陰極材料は、蒸気圧が低くなり、消耗が激しくなりやすいが、本発明の電子銃陰極材料は、蒸気圧が低くならない高輝度長寿命電子銃である。
【背景技術】
【０００４】
半導体リソグラフィ技術は従来、元図となるマスクを電子ビーム描画装置で作成し、そのマスク画像を光によって半導体基板（ウェハ）に転写する写真製版技術（光リソグラフィ）が主に使われてきた。光リソグラフィ技術では、光の波長が短くなることで解像性が向上する原理から、光の波長は微細化の進展とともに短波長化が進み、ｇ線（波長４３６ｎｍ）からｉ線（波長３６５ｎｍ）と変遷し、微細化、高集積化、コスト低減を果たしてきた。現在は波長が１９３ｎｍのエキシマレーザー光が使われている。今後さらに短波長の１３．４ｎｍの極短紫外線を用いたリソグラフィ技術が開発されている。しかし、高スループットの微細パターン形成装置の開発は遅れている。
【０００５】
一方、マスクは、半導体の微細化の進展に伴って開発コストが増大の一途をたどり、１品種のＬＳＩ当り数億円までになって来ている。電子ビーム描画装置はパターン発生機能を有する特徴からマスク開発に使われてきた。しかし、光の波長以下の転写性を実現する超解像技術の導入や、高集積化に伴うマスクデータの肥大など、光リソグラフィ技術の進展に伴って処理時間が増大し、マスク１層当り数十時間を要するようになってきている。
【０００６】
電子ビーム描画方式は、細く絞った電子ビームによる一筆書きと呼ばれる方式にはじまり、可変矩形方式と呼ばれる、数平方ミクロンを一括描画する方式など、描画方式を発展させてきた。しかし、現行の可変矩形ビームでは、近年マスクパターンがますます微細化するのに同期して、使用できる可変矩形ビームの縦幅と横幅は小さくなっていく。
【０００７】
そのために、ショット数は加速度的に厖大化し、マスク一層あたり２００時間（８日）以上かかるものも出現している。
【０００８】
そこで、マスク描画処理時間の短縮を通じて、マスク価格の高騰を抑える目的や、高価なマスクを介さないで、電子ビーム描画装置によるウェハへの直接描画を実現する、マスクレスリソグラフィ技術が注目されるようになり、複数の電子ビームを用いて並列に描画処理するマルチビーム型の装置が提案され、処理能力を数百倍以上にすることが期待されている。
【０００９】
マスクレスリソグラフィ技術では、産業上有益な処理能力は、３００ｍｍ直径のウェハを１時間当たり１０枚以上描画処理することが必要とされている。そのためには、電子ビーム１本当たりの処理能力から、略１００本ほどの電子ビームによるマルチ電子ビーム描画装置の実現が求められる。したがって、３００ｍｍウェハ上に１００（１０×１０）本の電子ビームを発生させるには、３０ｍｍピッチ以下で電子ビームを同時に複数発生させる技術が求められる。
【００１０】
３０ｍｍピッチ以下で電子ビームを同時に発生させると、隣接する電子銃の電界が電子銃間で互いに影響しあうので、電子銃のサイズは１５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１１】
電子ビーム描画装置の処理能力は、電子ビーム強度に比例し、感光物質であるレジストの感度に反比例する。電子ビーム描画装置では、電子間相互作用のために、大きな電流でビームがぼけてしまうので、電子ビーム１本あたり略１μＡの電流値に制限しなければならない事情がある。
【００１２】
一方、極微細（１５ｎｍから１０ｎｍの線幅）なＬＳＩパターンは、感度が低いレジスト（１００μＣ／ｃｍ２前後）によらないと、意図した描画精度が得られないと考えられる。これらの制約から、略６００ｃｍ２  ある３００ｍｍウェハは、６０，０００秒以上の描画時間がかかる計算になる。略１００本のマルチコラムではこれを６００秒以下とすることができる。
【００１３】
このような電子ビーム描画装置の電子銃として、従来使用されてきたものはＬａＢ６またはＣｅＢ６の円錐台形形状の熱電子放出型電子銃であった。先端の円錐台形部の直径は３０μｍφであって、円錐台形の傾斜角度は、６０度程度であった。この電子銃は、１×１０−６ｐａｓｃａｌ以上の真空下において１６００℃程度で加熱をして用いていた。この時の輝度は５０ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎであり、かなり大きな輝度であったが、１６００℃では、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の酸素との燃焼による昇華によって、１０μｍ／７００時間（１ヶ月）の減耗が発生した。そこで、先端の円錐台形部の直径が最初３０μｍであったものが直径１０μｍ程度に先鋭化されるので、輝度はさらに大きくなるが、照射均一性が劣化する。すなわち、狭い範囲しか均一に照射されなくなるので、パターン精度が劣化する。このために、ＬａＢ６またはＣｅＢ６を使用した電子銃の寿命は１ヶ月程度しかなく、通常半年から１年の寿命が必要である電子ビーム描画装置では、基本的に不十分であった。このために、１０個のＬａＢ６またはＣｅＢ６電子銃を回転交換可能な、ターレット電子銃ユニットなどを使用しているシステムもあった。
【００１４】
電子銃陰極材料の仕事関数は小さくなれば、低温動作化と高輝度化が同時に達成できるものである。これまで使われたＬａＢ６またはＣｅＢ６は仕事関数が２．７ｅＶと高く５０ｋＶで輝度１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎ、動作温度は１６００℃以上の高温が必要となっていた。そのために酸素による酸化消耗を低減するためにさらに高真空度化し、１×１０−７ｐａｓｃａｌとすると酸化消耗は十分低減できるが、ＬａＢ６またはＣｅＢ６自身の蒸発は低減できず２．５μｍ／７００時間（１ヵ月）の消耗が発生した。そのため寿命は４倍程度にしかならず一年の寿命が必要である電子ビーム描画装置では３個の電子銃を交換する必要があった。そこで仕事関数を１．７ｅＶ以下と小さくし、輝度５０ｋＶで１×１０７Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎ以上を実現し、１２００℃の低温動作を実現できるような低仕事関数の電子銃陰極材料を用いた電子銃が必要であった。
【００１５】
このような状況下において、ＬａＢ６またはＣｅＢ６以上の高い輝度と、低温動作性を有して、なおかつ１年以上の長寿命化を同時に達成できる陰極材料を有する電子銃が、産業界で必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許公開平８−２１２９５２号公報
【特許文献２】特許公開平６−１８１０２９号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】電子・イオンビームハンドブック第３版  日本学術振興会第１３２委員会編編集委員長  裏克己  日刊工業新聞社平成１０年１０月２８日  Ｐ１１９  図４．３化合物陰極の保持方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
３００ｍｍウェハ上に、多数個（略１００本）の電子ビームを同時に発生させ、マルチ電子ビーム描画装置を実現し、１時間に６枚以上のスループットを有し、１００本の電子銃が全て１年（１２ヶ月）以上の寿命を持つ電子銃を形成するためには以下の課題がある。
【００１９】
ＬａＢ６またはＣｅＢ６の仕事関数が２．７ｅＶであるのに対して、仕事関数を１．７ｅＶ以下に低減し、低温動作にて高輝度が得られる電子銃を製作する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る電子銃は、  ランタン原子またはセリウム原子と、炭素原子と、硼素原子が所定の隣接距離で結合した陰極材料を有したことを特徴とする。
【００２１】
陰極材料は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶の表面に炭素原子含む溶液を塗布し、結晶中に炭素原子が注入拡散されることが好ましい。また、炭素原子を含む溶液は鎖状の炭化水素列を有しグリセリン基とエステル化した脂肪酸グリセリドであることが好ましい。
【００２２】
本発明者らはＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶に炭素原子を注入拡散することによって、低仕事関数化することを実験によって確認した。このようになる理由は、おそらく硼素よりも電気陰性度の大きな炭素原子がＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶に注入拡散されることにより、硼素原子で形成された結晶細胞の内部にランタン原子と炭素原子が共存し、電気陰性度が２．５と大きな炭素原子に電気陰性度が１．１と小さなランタン原子の電子が引き寄せられてランタン原子が相対的に正電荷を有するようになる。炭素原子および硼素原子から射出された電子がランタン原子を通過して真空中に射出されやすくなるものと考えられる。本発明者らは硼素原子の介在なくして炭素原子とランタン原子の直接結合を行う実験をしていない。硼素原子の介在なくして炭素原子とランタン原子のみで低仕事関数化する可能性はあり得るが、必ずしも仕事関数が本発明より小さくなるというわけではないかもしれない。本発明者らはＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子を注入拡散することによって１．７ｅＶ以下の低仕事関数の電子銃陰極材料になることを実験によって確認し、再現性が得られることがわかったので、これを本発明者らの発明とする。この仕事関数は、炭素原子含有液体の濃度と、注入拡散の温度と時間で変化させることが可能であった。これらの諸条件を適切に選択することにより、所望の仕事関数が実現できた。ちなみに最小の仕事関数は０．９ｅＶ程度であった。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の電子銃によれば、電子銃陰極材料として、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶に炭素原子を注入拡散したものを電子銃陰極材料として用い、熱電子を放出することを特徴とする電子銃であるため、従来のＬａＢ６またはＣｅＢ６の仕事関数の２．７ｅＶを低減し、１．７ｅＶ以下にすることにより、電子銃としての動作温度を１６００℃から１２００℃まで下げる事ができた。また、同時に従来のＬａＢ６またはＣｅＢ６の５０ｋＶでの輝度１×１０６Ａ／cm２ｓｔｅｒａｄｉａｎを１０倍以上にすることができた。低温動作化のために、電子銃陰極材料の酸化消耗および材料自身の蒸発が十分低減でき、寿命が一年以上の長寿命の電子銃を構成できる。ＬａＢ６の自己蒸発速度は、１００℃で７分の１になるために４００℃の温度低下による自己蒸発速度は２４００分の１になる。なお、硼素の酸化消耗速度は真空度１０−７ｐａｓｃａｌでは、ほぼ０となる。
【００２４】
この電子銃は、安定に電子放出を行うために、マルチ電子ビーム描画装置に適した電子銃が実現できる。
【００２５】
そのために高輝度長寿命電子銃は電子ビーム描画装置の実現に向けた強力な手段となる。微細パターンを持つ人工知能およびニューロン模倣に基づいた脳型コンピューター産業と自動運転車、各種ロボット、危険箇所作業用ロボット、介護用ロボット、対話型共存ロボット、大規模建築物と大規模工事を迅速に作業するロボット、人間の意識をアップロードしてその時点における人間の記憶意識、思考過程を写し取り、それ以降はその人間の思考方法と記憶を引き継いで生きる意識的に無限の生命を有する不老不死の人工脳など、将来の人工知能などの半導体産業を巨大産業とするために、電子銃を元にした電子ビーム描画装置が多大な貢献をなす。
【００２６】
本電子銃はＸ線発生器用の電子銃として使用できる。その場合には通常ＬａＢ６よりも４００℃低く、電流密度１０倍が可能であるのでＸ線発生光源輝点の大きさが３分の１に縮小され、寿命は２４００倍になる。このためにＸ線装置では格段に画像鮮明化と長寿命化が達成できる。したがって医療用のＸ線装置は格段に進歩し、医療用Ｘ線分野の発展に多大な貢献をする。
【００２７】
また、電子顕微鏡用の電子銃としては１２００℃で使用する場合には同様に長寿命、１０倍以上の大電流密度化で一般的な電子顕微鏡としては市場を発展させる。特殊な用途であるが、仕事関数が１ｅＶまで低減できる場合には、１６００℃で使用し電流密度を３７０００倍にできる。電子顕微鏡の解像度は同一電流値の場合には電流密度の平方根で解像度が決まるので、１９２分の１にビームサイズを縮小することが出来る。現在の走査型電子顕微鏡の分解能は２nm程度であるので、１０ｐｍの解像度が達成できる。これは、たとえば酸素原子の大きさは１２０ｐｍであるので十分酸素原子一個を認識できることを意味している。すなわち本電子銃を用いた走査型電子顕微鏡は表面の原子像とそれらの配列を一瞬にして画像として認識できることを意味している。もちろん、十分低加速で表面だけを観察する事と、厚さ方向に多層の原子層がある場合、所望の断面原子層の画像を得るための画像処理の計算は必要となる。各原子のオージェ電子や蛍光Ｘ線を計測することで各原子の種類も同定できる。したがって、全ての観察物の原子配列構造が画像処理で分離分析出来る事は革命的な事である。原子のレベルで実際に何が起こっているかを直接観察することが現代科学において医療、生物、生命現象、物理、化学などの分野でこのような電子銃を用いた電子顕微鏡が強力な威力を発揮することが明白である。そのため、技術開発分野と発明の分野での、人類の科学進歩発展に寄与・貢献することが多大である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の電子銃の実施例の１を説明する図である。
【図２】ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶構造における硼素原子とランタン原子の配置についての説明をする図である。
【図３ａ】本発明のＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶構造におけるランタン原子と炭素原子の配置についての説明をする図である。
【図３ｂ】本発明のＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶構造におけるランタン原子と炭素原子の配置についての説明をする図である。
【図４】本発明に用いる各種の有機高分子の構造を示す化学式である。
【図５】本発明の電子銃陰極材料であるＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶表面に、鎖状の炭化水素列からなる有機高分子が付着した表面状態について説明する図である。
【図６】本発明の非結晶状態におけるランタン原子と炭素原子と硼素原子の原子配列と電子射出状況について説明する図である。
【図７】本発明のＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶と炭素原子の結晶状態における原子配列と電子射出状況について説明する図である。
【図８】通常のＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶で形成された電子銃の消耗の様子を説明する図である。
【図９】本発明の電子銃の実施例の２を説明する図である。本発明の電子銃陰極先端部はＬａＢ６またはＣｅＢ６と反応しない高融点金属、例えばレニウムで形成されており、先端にＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶と炭素原子の結合物を付着せしめることによって電子放出する陰極先端部を形成する事と、蒸発によって減少した電子銃陰極先端部のＬａＢ６またはＣｅＢ６と炭素原子の結合物を補給するための構造を説明する図である。
【図１０】本発明の電子銃の実施例の３を説明する図である。本発明の電子銃陰極先端部はＬａＢ６またはＣｅＢ６と反応しない高融点金属、例えばレニウムで形成されており、先端にＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶と炭素原子の結合物を付着せしめることによって電子放出する陰極先端部を形成する事と、蒸発によって減少した電子銃陰極先端部のＬａＢ６またはＣｅＢ６と炭素原子の結合物を補給するための構造を説明する図である。
【図１１】本発明の電子銃の実施例の４を説明する図である。本発明の電子銃陰極に、レザバーとなる溝を、電子銃陰極先端平面部に対して垂直方向に掘り、その中に有機高分子を詰め、有機高分子を電子銃陰極先端部に供給し、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶に炭素結合物を補給するための構造を説明する図である。
【図１２】本発明の電子銃の実施例の５を説明する図である。本発明の電子銃陰極に有機高分子を保持するためのレザバーとなる溝を、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の下方部分で、グラファイトヒータに挟まれる電子銃陰極部に、穴を電子銃の電子射出方向と水平方向に掘り、穴の中に有機高分子を含有することにより、有機高分子を電子銃陰極先端へ補給し、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶への炭素の結合物を供給する構造を説明する図である。
【図１３】本発明に関連した二炭化ランタンの結晶構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を実施する形態について、図を参照しながら説明する。
図１は、本発明の電子銃の実施例の１を説明する図である。セラミック円板１０１上に高耐熱バネ状金属１０２ａ、１０２ｂが接続設置されている。高耐熱バネ状金属１０２ａ、１０２ｂはＰＧ（パイロリティック・グラファイト）ヒータ１０４ａ、１０４ｂとＬａＢ６単結晶１０３をバネ力で押さえている。加熱電流が１０２ａ、１０４ａ、１０３、１０４ｂ、１０２ｂを通って流れ、ＰＧ（パイロリティック・グラファイト）ヒータ１０４ａ、１０４ｂの発熱によって、ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３が１２００℃に加熱される。ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３には−５０ｋＶが印加されている。なお、ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３の先端には円形平坦部の直径が２０μｍから５０μｍで形成されている。
【００３０】
本発明のＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３は、従来のＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶とは全く異なる製作方法が施されている。図１の構造体に組み立てる前、または後でＬａＢ６またはＣｅＢ６の側面表面および先端表面全体、あるいは先端表面のみに、炭素原子を含有する液体または個体である有機高分子１０６を付着せしめて、温度を１２００℃から１６００℃の間の所定温度を選択して、この温度に保つことでＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３の内部に炭素原子を注入拡散するものである。ここで図２に移って説明すれば、４８個の硼素原子による立方体形状の結晶格子細胞の一つ一つの中心に炭素原子を注入拡散する。これより図３に説明を移動する。図３ａのごとく４８個の硼素による立方体形状の結晶格子細胞の一つ一つの中心にランタン原子２０２と注入拡散された炭素原子３０１が一対の原子団となって設置される構造を取る。この電子銃陰極材料の仕事関数は１．７ｅＶ以下であり、１２００℃で動作するとき、輝度は−５０ｋＶで１０７Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎである。
【００３１】
なお、炭素原子を含有する液体または個体を付着せしめて、温度を１２００℃から１６００℃の間の所定温度を選択して、この温度に６時間から２４時間保つことでＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３の内部に炭素原子３０１を注入拡散させるが、高温保持の後にＬａＢ６またはＣｅＢ６表面に残存する拡散源の液体成分または固体成分は、余剰成分が残るようであるならば、除去したほうがよい。真空中で高温保持の間にＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の表面から、余剰成分が蒸発するようであるならば、そのまま電子銃として使用可能である。炭素原子を含有する液体または個体である有機高分子１０６についての詳細は後述するものとする。
【００３２】
図１に戻って説明を続ける。ウェーネルト電極１０５は軸対称な物体で、金属でできており、−５０ｋＶから−５３ｋＶの負電位に接続されている。そのため、ウェーネルトによる電位を示す等高線１０７により、ＬａＢ６単結晶１０３の先端以外から放出される電子は抑制される。アノード１０９はアース電位に設地されている。アノード付近の等電位線１０８は比較的真っ直ぐになっている。熱電子放射による放出電子１１０は、アノード１０９の開口を通過する。熱電子放射による放出電子の照射分布１１１は、概略ガウス型関数に類似している。
【００３３】
ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３はＰＧ（パイロリティック・グラファイト）ヒータ１０４ａ、１０４ｂで加熱されるが、加熱消費電力は高温部の面積の総和をＳとし、絶対温度をＴとするとき、Ｓ×Ｔ４に比例する。そのため、加熱消費電力を抑制するために、電子銃陰極と保持治具は出来る限り表面積を小さくする必要がある。本発明の電子銃陰極材料は仕事関数が１．７ｅＶと低いため、温度を低くすることができるが、マルチコラムで１００個の電子銃を並列して使用することを想定すると、加熱消費電力は単純計算で１００倍となるので、ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３の総面積を略半分以下にすることが必要となる。この理由でＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶１０３の幅は０．３５ｍｍ以下で、長さは２．５ｍｍ以下である必要がある。これにより、従来の表面積の５０％以下となる。一方温度のＴの４乗項は１６００℃（絶対温度１８７３Ｋ）と１２００℃（絶対温度１２７３Ｋ）の比の４乗で減少するので０．２１３程度となる。表面積を減らした分と総合すれば従来の電子銃の０．１倍の消費電力となる。したがって１００個並べても単一電子銃の装置の１０倍程度の増加に抑制できる。
【００３４】
図２は、本発明で用いるＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の構造を示す図である。
６個の硼素原子２０１は正八面体を形成している。この正八面体８個が立方体を形成している。正八面体８個で形成される立方体の中心には、ランタン原子２０２が存在している。このランタン原子２０２一個に付随する硼素原子２０１の数を計算すると、６／８×８となり、６個の硼素原子２０１がランタン原子２０２  １個と組になることがわかる。それゆえ、ＬａＢ６またはＣｅＢ６となっている。図２のＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の仕事関数は、２．７ｅＶである。
【００３５】
図３ａ、図３ｂは、本発明のランタン原子２０２と炭素原子３０１と、硼素原子２０１の結晶構造を示す図である。図３ａは硼素原子２０１の正八面体が８個、立方体に並んだ結晶の一辺が４１５．５２ｐｍであるが、立方体の側面に平行な断面で中心断面上にランタン原子２０２と炭素原子３０１が斜めに並んだ構造を表している。このときにランタン原子２０２と炭素原子の合計距離は５６４ｐｍである。ＬａＢ６結晶の立方体の側面に平行な断面の対角線距離は５８７ｐｍであるのでＬａＢ６結晶の中央の断面に対角線方向にランタン原子２０２と炭素原子３０１が並んで入ることができる。この場合に炭素原子３０１入りＬａＢ６結晶の仕事関数が１．７ｅＶ以下になることができる。
【００３６】
図３ｂは、図３ａとは異なる配置でランタン原子２０２と炭素原子３０１が挿入された構造を示している。ランタン原子２０２と炭素原子３０１の合計の長さは、５６４ｐｍである。一方ＬａＢ６結晶細胞の立方体の三次元的対角線距離は７１９．７ｐｍである。このようなかたちで炭素原子がＬａＢ６結晶格子細胞に入る事も出来ると考えられる。さらに、このような原子配列である場合には、さらに別の炭素原子３０１が１個ないし、２個加えることが出来る。このためランタン原子２０２  １個と炭素原子３０１が１個から最大３個まで一つのＬａＢ６結晶格子細胞の中に入ることが出来ると考えられる。このような時に炭素原子３０１を注入拡散したＬａＢ６結晶の仕事関数が１．０ｅＶ以下になることができると考えられる。なお、炭素原子ではなく、炭化水素分子がＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶中に注入拡散したものであっても、同様の効果が得られる場合がある。
【００３７】
図４は本発明に用いる炭素原子を含有する液体または個体である有機高分子について示す図である。炭素原子を含有する液体または個体である有機高分子について詳細を述べる。ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の表面に炭素原子を含有する液体または個体である有機高分子を塗布して温度を１２００℃から１６００℃の間の所定温度を選択して、この温度に６時間から２４時間保つことで結晶格子細胞内部に炭素原子３０１を拡散していくが、このような高温において結晶表面から蒸発しないためには炭素を含む溶液とは、かなり大きな炭化水素の長い鎖状分子を有する有機高分子である必要がある。すなわち、有機高分子は、鎖状の炭化水素列を有し、アルコールまたはグリコールまたはグリセリンと結合して成るものが好ましい。例えばＣＨ２が６個以上、１００個程度、長い鎖状に並んだアルカン分子、すなわちパラフィン分子がよい。また、このようなＣＨ２が６個以上１００個程度、長い鎖状に並んだアルカン分子、すなわちパラフィン分子をＲと記述したとき、複数のアルカン分子またはパラフィン分子を２個ないし３個共有するために、グリコールあるいはグリセリンとのエステル化を行って脂肪酸グリセリドの形にすることで高分子化してもよい。有機高分子の例としては、脂肪酸グリセリド、１モノグリセリド、１，２−ジグリセリド、トリグリセリド、グリセリンがあり、どれも炭素原子が有機高分子中に含まれている。ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の表面に炭素原子を注入拡散するためには、有機高分子が必要とされるが、炭素源としては長い鎖状のアルカン分子またはパラフィン分子のみならず、図示はしていないが、炭素原子が６角形に並んだ、ベンゼン環を含んでもよい。これらは炭素原子の注入拡散源としては同様に寄与する。
【００３８】
図５は、本発明の電子銃陰極材料であるＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶表面に、鎖状の炭化水素列からなる有機高分子が付着した表面状態について説明する図である。
【００３９】
有機高分子は、主に水素原子５０１と炭素原子３０１からなり、ＬａＢ６表面に付着している状態から温度を１２００℃から１６００℃の間の所定温度を選択して、この温度に保つことで炭素原子３０１を水素原子５０１と切り離しかつ炭素原子同士を切り離し、ＬａＢ６単結晶１０３の内部に炭素原子３０１を注入拡散する。
【００４０】
この注入拡散している間、残りの有機高分子がＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶表面から簡単には蒸発しないよう十分な強度でＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶表面に付着している必要がある。
【００４１】
本発明者らは、アルカン分子すなわちパラフィン分子を用いてＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶格子細胞内部に炭素原子３０１を拡散し、仕事関数を１．７ｅＶ以下とした。またさらにアルカン分子すなわちパラフィン分子とグリコール分子またはグリセリン分子とエステル化することによって脂肪酸グリセリドを形成し、これをＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶表面に塗布した。そして、温度を１２００℃から１６００℃の間の所定温度を選択して、この温度に保つことでＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶格子細胞内部に炭素原子３０１を注入拡散し、仕事関数を１．７ｅＶ以下とした。
【００４２】
図６は、炭素原子３０１を、非晶質なＬａＢ６またはＣｅＢ６に、イオン打ち込みによって、ランタン原子２０２と硼素原子２０１と炭素原子３０１を所定の隣接距離で結合した陰極材料を形成したものである。炭素原子３０１は電気陰性度が２．５と大きく、ランタン原子の電気陰性度は１．１であるためにランタン原子の電子を引き付けてランタン原子を相対的にプラス電荷にする。そのため炭素原子３０１および硼素原子２０１から出た電子がランタン原子２０２のプラス電荷に引きつけられるかたちで低い仕事関数１．７ｅＶで真空中に射出される。
【００４３】
同じく図６は炭素原子３０１を、非晶質なＬａＢ６またはＣｅＢ６に、スパッタにより打ち込んで、ランタン原子２０２と硼素原子２０１と炭素原子３０１を所定の隣接距離で結合した陰極材料を形成したものも示している。炭素原子３０１は電気陰性度が２．５と大きく、ランタン原子の電気陰性度は１．１であるためにランタン原子の電子を引き付けてランタン原子を相対的にプラス電荷にする。そのため炭素原子３０１および硼素原子２０１から出た電子がランタン原子２０２のプラス電荷に引きつけられるかたちで低い仕事関数１．７ｅＶで真空中に射出される。
【００４４】
同じく図６は炭素原子３０１を、非晶質なＬａＢ６またはＣｅＢ６に、蒸着により付着せしめて温度を上げて注入拡散し、ランタン原子２０２と硼素原子２０１と炭素原子３０１を所定の隣接距離で結合した陰極材料を形成したものも示している。炭素原子３０１は電気陰性度が２．５と大きく、ランタン原子の電気陰性度は１．１であるためにランタン原子の電子を引き付けてランタン原子を相対的にプラス電荷にする。そのため炭素原子３０１および硼素原子２０１から出た電子がランタン原子２０２のプラス電荷に引きつけられるかたちで低い仕事関数１．７ｅＶで真空中に射出される。
【００４５】
同じく図６は炭素原子３０１を、非晶質なＬａＢ６またはＣｅＢ６に、メタンあるいはエタンあるいはプロパンのガスを用いて炭素原子を注入拡散し、ランタン原子２０２と硼素原子２０１と炭素原子３０１を所定の隣接距離で結合した陰極材料を形成したものも示している。炭素原子３０１は電気陰性度が２．５と大きく、ランタン原子の電気陰性度は１．１であるためにランタン原子の電子を引き付けてランタン原子を相対的にプラス電荷にする。そのため炭素原子３０１および硼素原子２０１から出た電子がランタン原子２０２のプラス電荷に引きつけられるかたちで低い仕事関数１．７ｅＶで真空中に射出される。
【００４６】
図７は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶構造中に入り込んだ炭素原子による仕事関数の低減を示す図である。硼素原子２０１が６個集まり正八面体を構成している。この正八面体が８個集まって立方体を構成している。この立方体の中心部にランタン原子２０２と炭素原子３０１が対をなして挿入されている。炭素原子３０１の電気陰性度が２．５で高く、ランタン原子２０２の電気陰性度が１．１で大変低いのでランタン原子２０２がプラス電荷に帯電するので電子７０１は真空に向かって容易に射出される。さらに詳述すれば、炭素原子３０１を出発点とする電子はランタン原子２０２に引き付けられ真空内に放出される電子７０１となりやすい。このときの仕事関数は、１．７ｅＶと低い。また、図７で電子７０２、７０３は真空方向に射出されることはなく、仕事関数に影響を与えない。
【００４７】
図８は、従来のＬａＢ６またはＣｅＢ６電子銃の酸化消耗によって電子銃材料の形状が変化する様子を示す図である。ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶使用前形状８０１は長時間の加熱により、表面が酸化し昇華することで使用後形状８０２のように消耗する。ＬａＢ６またはＣｅＢ６の使用温度は１６００℃付近である。真空度が低く酸素濃度が大きいと酸化速度が速く昇華が大きい。１６００℃、１０−６ｐａｓｃａｌ、７００時間の条件で略１０μｍの昇華量である。半年（６ヶ月：４２００時間）で６０μｍもの昇華量となる。
【００４８】
したがって、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の寿命は１ヶ月と言われている。この場合、単結晶の先端部が３０μｍφの円錐台形の円形の平面の初期状態とするとき、電子密度分布関数８０６の中心頭頂部の均一照射面積は十分広くとれている。しかしながら、７００時間経過後、先端円形平面部は最小で１０μｍφとなり、その時の電子密度分布関数８０７は中心頭頂部の均一照射面積は、著しく小さくなってしまう。この状態では可変矩形ビームを形成するための２つの矩形アパーチャ８０３、８０５の重なり部分８０４を均一に照射することができず描画装置としての機能を損なうようになる。したがって上記ＬａＢ６またはＣｅＢ６電子銃での照射均一性の寿命は７００時間以内で、これは寿命が１ヶ月ということである。
【００４９】
本発明の電子銃は、仕事関数が小さいため、低温動作が可能であり、真空度１×１０−７ｐａｓｃａｌ以上の真空度で、運転動作を１２００℃で行った場合、酸素原子は十分少なくランタン、硼素、炭素の酸化消耗は十分少なくなる。しかしながらランタン、硼素、炭素の自分自身の蒸発があるので、蒸発量をゼロにすることはできない。しかしながら１００℃の温度低減で蒸発量が７分の１になるので、１６００℃から１２００℃の４００℃の温度変化で７４＝略２４００倍の長寿命化が達成できる。理論的には略２００年耐えられると考えられる。
【００５０】
図９は、本発明の第２の実施例について示す。レニウム基体９０２の先端円錐台形状の平坦部は、直径３０μｍである。ここにＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶を結晶粒１μｍに粉砕した粉体を、炭素原子を含有する有機高分子溶剤に溶解し、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子を注入拡散した低仕事関数陰極材料９０１を付着せしめてある。基体９０２は、ＬａＢ６およびＣｅＢ６と高温で反応しないために、レニウムである必要がある。
【００５１】
ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶は蒸着膜であってもよい。ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の蒸着膜上に炭素原子を含有する有機高分子溶剤を付着せしめてＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に炭素原子を注入拡散した低仕事関数陰極材料９０１であってもよい。
【００５２】
前節で理論的には略２００年耐えられると書いたが、使用条件によっては消耗が激しい場合が無いとは言えないので、最低でも１０年持たせるために下記の工夫を施す。
【００５３】
低仕事関数の陰極材料９０１が消耗した場合、電子銃陰極の消耗を補充し、性能を維持する必要があるため、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶と炭素原子を含有する有機高分子を混合した低仕事関数の陰極材料の供給源９０３をレニウム基体９０２に設置する。低仕事関数の陰極材料９０１が消耗した場合、温度を上げ、低仕事関数陰極材料の供給源９０３を蒸発せしめて９０１の上に付着させ、電子銃陰極の消耗を補充し、性能を維持する。
【００５４】
図１０は、本発明の第３の実施例について示す。レニウム基体１００２の先端円柱形状の平坦部は、直径３０μｍである。ここにＬａＢ６またはＣｅＢ６を結晶粒１μｍに粉砕した粉体と炭素原子を含有する有機高分子溶剤に溶解し、塗布し、ＬａＢ６またはＣｅＢ６の結晶に注入拡散し、低仕事関数の陰極材料１００１を付着せしめてある。基体１００２はＬａＢ６およびＣｅＢ６と高温で反応しないためにレニウムである必要がある。低仕事関数の陰極材料１００１が消耗した場合、電子銃陰極の消耗を補充し、性能を維持する必要があるため、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶と炭素原子を含有する有機高分子を混合した低仕事関数の陰極材料の供給源１００３をレニウム基体１００２に設置する。低仕事関数の陰極材料１００１が消耗した場合、温度を上げ、低仕事関数陰極材料の供給源１００３を蒸発せしめて１００１の上に付着させ、電子銃陰極の消耗を補充し、性能を維持する。
【００５５】
図１１は、本発明の第４の実施例について示す。電子銃陰極基体１１０１は、外形１１０μｍであるＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の円柱であり、内部に直径３０μｍの電子放出部と、放電加工で切った溝幅２０μｍのレザバー部、幅２０μｍの外壁を有している。レザバーとなる溝を掘った電子銃陰極基体１１０１は、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶であるため、高真空度下では酸化消耗による蒸発が小さいので寿命は長い。しかし、炭素を供給する有機高分子はＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶からなる電子銃陰極基体１１０１と比較すると蒸発しやすいので、寿命を確保するために、レザバー部に有機高分子１１０２を充填していく必要がある。また、有機高分子は硼素または炭素の微細粉体と混合して充填した方が長期にわたって不用意な蒸発を防ぐことができる。
【００５６】
図１２は、本発明の第５の実施例について示す。電子銃陰極基体１２０１は、先端が直径３０μｍのＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の円錐台形であり、底部に熱電子放射による放出電子１１０の軸と垂直な方向にレザバーとなる穴と、そこから先端へと続く溝を有し、この内部に有機高分子１１０２を充填してある。有機高分子１２０２は温度を高くすることにより蒸気となり、微細開口を通じて電子銃先端へ供給される。供給された有機高分子１２０２により、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の電子銃陰極基体１２０１先端に炭素原子の注入拡散が行われる。また、レザバーは必ずしも電子銃陰極基体にある必要はなく、高耐熱バネ状金属中に設置し、ＰＧグラファイトヒータに通過穴を貫通し、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶の側面から電子銃先端部への貫通孔による配管を形成し有機高分子を供給する経路を設けても良い。また、レザバーはＰＧグラファイトヒータ中に設置し、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶側面から電子銃先端部への貫通孔による配管を形成し有機高分子を供給する経路を設けても良い。
【００５７】
図１３は、二炭化ランタンの結晶構造を示す図である。本結晶の構造では、仕事関数は必ずしもＬａＢ６の仕事関数である２．７ｅＶ以下となるわけではない。しかし、必要に応じて硼素原子を注入拡散し、仕事関数を低減することは可能であると考えられる。
ただし、本発明のようにＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶に炭素原子含有物を付着させ、注入拡散する方法より難易度が簡単であるとはいえない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように、本発明の電子銃によれば、電子銃陰極材料として、ＬａＢ６またはＣｅＢ６結晶に炭素原子を注入拡散したものを電子銃陰極材料として用い、熱電子を放出することを特徴とする電子銃であるため、従来のＬａＢ６またはＣｅＢ６の仕事関数の２．７ｅＶを低減し、１．７ｅＶ以下にすることにより、電子銃としての動作温度を１６００℃から１２００℃まで下げる事ができた。また、同時に従来のＬａＢ６またはＣｅＢ６の５０ｋＶでの輝度１×１０６Ａ／cm２ｓｔｅｒａｄｉａｎを１０倍以上にすることができた。低温動作化のために、電子銃陰極材料の酸化消耗および材料自身の蒸発が十分低減でき、寿命が一年以上の長寿命の電子銃を構成できる。ＬａＢ６の自己蒸発速度は、１００℃で７分の１になるために４００℃の温度低下による自己蒸発速度は２４００分の１になる。なお、硼素の酸化消耗速度は真空度１０−７ｐａｓｃａｌでは、ほぼ０となる。
【００５９】
この電子銃は、安定に電子放出を行うために、マルチ電子ビーム描画装置に適した電子銃が実現できる。
【００６０】
そのために高輝度長寿命電子銃は電子ビーム描画装置の実現に向けた強力な手段となる。微細パターンを持つ人工知能およびニューロン模倣に基づいた脳型コンピューター産業と自動運転車、各種ロボット、危険箇所作業用ロボット、介護用ロボット、対話型共存ロボット、大規模建築物と大規模工事を迅速に作業するロボット、人間の意識をアップロードしてその時点における人間の記憶意識、思考過程を写し取り、それ以降はその人間の思考方法と記憶を引き継いで生きる意識的に無限の生命を有する不老不死の人工脳など、将来の人工知能などの半導体産業を巨大産業とするために、電子銃を元にした電子ビーム描画装置が多大な貢献をなす。
【００６１】
本電子銃はＸ線発生器用の電子銃として使用できる。その場合には通常ＬａＢ６よりも４００℃低く、電流密度１０倍が可能であるのでＸ線発生光源輝点の大きさが３分の１に縮小され、寿命は２４００倍になる。このためにＸ線装置では格段に画像鮮明化と長寿命化が達成できる。したがって医療用のＸ線装置は格段に進歩し、医療用Ｘ線分野の発展に多大な貢献をする。
【００６２】
また、電子顕微鏡用の電子銃としては１２００℃で使用する場合には同様に長寿命、１０倍以上の大電流密度化で一般的な電子顕微鏡としては市場を発展させる。特殊な用途であるが、仕事関数が１ｅＶまで低減できる場合には、１６００℃で使用し電流密度を３７０００倍にできる。電子顕微鏡の解像度は同一電流値の場合には電流密度の平方根で解像度が決まるので、１９２分の１にビームサイズを縮小することが出来る。現在の走査型電子顕微鏡の分解能は２nm程度であるので、１０ｐｍの解像度が達成できる。
【００６３】
これは、たとえば酸素原子の大きさは１２０ｐｍであるので十分酸素原子一個を認識できることを意味している。すなわち本電子銃を用いた走査型電子顕微鏡は表面の原子像とそれらの配列を一瞬にして画像として認識できることを意味している。もちろん、十分低加速で表面だけを観察する事と、厚さ方向に多層の原子層がある場合、所望の断面原子層の画像を得るための画像処理の計算は必要となる。各原子のオージェ電子や蛍光Ｘ線を計測することで各原子の種類も同定できる。したがって、全ての観察物の原子配列構造が画像処理で分離分析出来る事は革命的な事である。原子のレベルで実際に何が起こっているかを直接観察することが現代科学において医療、生物、生命現象、物理、化学などの分野でこのような電子銃を用いた電子顕微鏡が強力な威力を発揮することが明白である。そのため、技術開発分野と発明の分野での、人類の科学進歩発展に寄与・貢献することが多大である。
【００６４】
本発明の利点は、仕事関数をＬａＢ６またはＣｅＢ６と比較して６３％以下に低減できることで、１６００℃で動作していたものを１２００℃まで低温動作化できることと、電子銃の輝度が、５０ｋＶで１０６Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎであったものを、１０７Ａ／ｃｍ２ｓｔｅｒａｄｉａｎに高輝度化できるという２点のメリットがある。デメリットとして、真空内での残留酸素による酸化容易性による酸化消耗が大きくなる事が考えられる。しかし、この点に関しては、硼素と炭素は酸化容易性にほとんど違いが無く、ＬａＢ６またはＣｅＢ６に比べて酸化消耗が激しいということはない事を実験的に確認している。ただし、ＬａＢ６またはＣｅＢ６と同等の酸化消耗はあるので、真空度を１×１０−７ｐａｓｃａｌ以上にする必要がある。しかし、単体のＬａＢ６またはＣｅＢ６よりも劣化速度が早くなるわけではないので、本発明はメリットがあり、デメリットの無い発明であると言える。
【００６５】
本発明者らは実験の過程において、レニウム金属膜の上にＬａＢ６またはＣｅＢ６と炭素原子を注入拡散して膜を形成し、電子銃陰極材料としたが、基本的にはランタン原子と炭素原子が低仕事関数化に効いていると思われるので、ランタン原子と炭素原子が直接結合する電子銃陰極材料であれば良い事は当業者にとっては極容易に理解されるものと考えられる。
【００６６】
また低電気陰性度のランタンまたはセリウムを、他の低電気陰性度の原子である、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ハフニウムに置き換えることも容易に考えうることである。ＬａＢ６またはＣｅＢ６の硼素原子と炭素原子の組み合わせで説明したが、電気陰性度の高い原子の側の硼素原子の数を変えても同様の効果が得られることも容易に考えられる。また電気陰性度の高い原子の側として、硼素原子と炭素原子の他に、更に窒素原子あるいは酸素原子を混合または化合しても同様の効果が得られるであろうことも、容易に考え得る。
【００６７】
電子銃基体として、高融点金属基体を使用し、特にＬａＢ６と化学反応をしないレニウムを記載したが、低仕事関数化して動作温度が１２００℃以下になれば、レニウムに限らず、タングステン、ニオブ、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、ハフニウム、タンタル、モリブデン、イリジウム、白金などの金属が高融点金属基体として使用できると考えられる。
【００６８】
なお、電子銃の加熱に炭素からなるＰＧ（パイロリティック・グラファイト）ヒータを用いたが、同等の加熱が行えれば、他のヒータを用いてもよい。また、レニウムタングステンのような合金からなるヒータでも良い。
【００６９】
本発明の説明では、電子銃を熱電子放射の電子銃について行ったが、電子銃先端部に、強い電界を印可して加熱型電界放射型電子銃（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ電子銃）として使用することは容易に実現できることである。
【００７０】
本発明での電子銃の応用について、電子線描画装置、特にマルチコラムのものに言及したが、他にも電子線検査及び測長装置・電子線透過型顕微鏡・走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および、これらのマルチコラム化したものに適用できることは容易に考えられる。以上の事を付記しておく。
【符号の説明】
【００７１】
１０１    セラミック円板
１０２ａ、１０２ｂ    高耐熱バネ状金属
１０３    ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶
１０４ａ、１０４ｂ    ＰＧ（パイロリティック・グラファイト）ヒータ
１０５    ウェーネルト電極
１０６    有機高分子
１０７    ウェーネルトによる電位を示す等高線
１０８    アノード付近の等電位線
１０９    アノード
１１０    熱電子放射による放出電子
１１１    熱電子放射による放出電子の照射分布
２０１    硼素原子
２０２    ランタン原子
３０１    炭素原子
４０１    有機高分子の一例
５０１    水素原子
６０１    真空に向かって射出される電子
６０２、６０３、６０４    真空以外に向かって射出される電子
７０１    真空に向かって射出される電子
７０２、７０３    真空以外に向かって射出される電子
８０１    ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶使用前形状
８０２    ＬａＢ６またはＣｅＢ６単結晶使用後形状
８０３    矩形アパーチャ
８０４    矩形アパーチャ重なり部分
８０５    矩形アパーチャ
８０６    電子密度分布関数
８０７    ７００時間経過後の電子密度分布関数
９０１    低仕事関数陰極材料
９０２    レニウム基体
９０３    低仕事関数陰極材料の供給源
１００１    低仕事関数陰極材料
１００２    レニウム基体
１００３    低仕事関数陰極材料の供給源
１１０１    電子銃陰極基体
１１０２    有機高分子
１２０１    電子銃陰極基体
１２０２    有機高分子
１３０１    ランタン原子
１３０２    炭素原子
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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