(57)【要約】【課題】入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めること。【解決手段】面状電子源１は、外部からの入射光Ｉに応じて光電子ｐｅを放出する電子源であって、一方側の面３ｂ及び他方側の面３ａを有し、少なくとも一方側の面３ｂが第１の導電性材料を含んで導電性を有するように構成された支持部２と、支持部２の一方側に形成されたセシウム化合物を含む複数の粒状部１３を有する光電子放出層７と、複数の粒状部１３の一方側の表面１３ａの少なくとも一部を覆う第２の導電性材料９と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの入射光に応じて光電子を放出する電子源であって、
一方側の面及び他方側の面を有し、少なくとも前記一方側の面が第１の導電性材料を含んで導電性を有するように構成された支持部と、
前記支持部の前記一方側に形成されたセシウム化合物を含む複数の粒状部を有する光電子放出層と、
前記複数の粒状部の前記一方側の表面の少なくとも一部を覆う第２の導電性材料と、
を備える電子源。
【請求項２】
前記支持部は、
一方側の面及び他方側の面を有する基体部と、
前記基体部の前記一方側の面上に形成された前記第１の導電性材料を含む導電層と、を有する、
請求項１に記載の電子源。
【請求項３】
前記支持部の前記一方側の面上の所定範囲の前記第１の導電性材料の専有面積は、前記所定範囲の前記第２の導電性材料の専有面積より大きい、
請求項１又は２に記載の電子源。
【請求項４】
前記第１の導電性材料及び前記第２の導電性材料の少なくとも一方は、遷移金属である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子源。
【請求項５】
前記第１の導電性材料及び前記第２の導電性材料は、遷移金属である、
請求項４に記載の電子源。
【請求項６】
前記遷移金属は、第三遷移金属である、
請求項４又は５に記載の電子源。
【請求項７】
前記第三遷移金属は、白金である、
請求項６に記載の電子源。
【請求項８】
前記セシウム化合物は、臭化セシウムである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一側面は、光電子を放出する電子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部からのレーザ光等の入射光に応じて光電子を放出する電子源が用いられている。例えば、下記特許文献１に開示された電子源は、サファイア、ダイアモンド等からなる基板上に、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）、金属等からなる導電層と臭化セシウム（ＣｓＢｒ）層とをこの順で積層した構成を有している。このような構成によれば、基板側から入射させたレーザ光に応じてＣｓＢｒ層側から光電子が放出される。
【０００３】
また、下記非特許文献１に開示された電子源は、金でコーティングされたサファイア基板上に臭化セシウム層が形成された構成を有する。また、下記特許文献２に開示された電子源は、陽極先端に、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）等の金属からなる接合層と、セシウム等を含む化合物からなる光電子放出層と、ＷＯ３等の酸化金属からなる保護処理層とがこの順で積層された構成を有する。このような構成によれば、レーザ光の入射方向に対して反対方向に光電子が放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９，４０６，４８８号
【特許文献２】特許第６１９２０９７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J.  R.  Maldonado，他４名，“A  cesium  bromide  photocathode  excited  by  405nm  radiation”，APPLIED  PHYSICS  LETTERS  105,  021108  (2014)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来の電子源においては、入射光に対する光電子の取り出し効率が十分でない傾向にあった。
【０００７】
そこで、本発明の一側面は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めることが可能な電子源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、外部からの入射光に応じて光電子を放出する電子源であって、一方側の面及び他方側の面を有し、少なくとも一方側の面が第１の導電性材料を含んで導電性を有するように構成された支持部と、支持部の一方側に形成されたセシウム化合物を含む複数の粒状部を有する光電子放出層と、複数の粒状部の一方側の表面の少なくとも一部を覆う第２の導電性材料と、を備える。
【０００９】
上記一側面によれば、光電子放出層が粒状部を備えることで、単位面積あたりで十分な量のセシウムを得ることができるとともに、第２の導電性材料によって光電子放出層の一方側の表面近傍でも光電効果を生じさせることができるため、光電子の放出効率を向上させることができる。その結果、入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めることができる。
【００１０】
上記一側面においては、支持部は、一方側の面及び他方側の面を有する基体部と、基体部の一方側の面上に形成された第１の導電性材料を含む導電層と、を有する、ことが好適である。この場合、第１の導電性材料として、導電層に対して求められる特性においてより適切な材料を選択することができるので、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。
【００１１】
また、支持部の一方側の面上の所定範囲の第１の導電性材料の専有面積は、所定範囲の第２の導電性材料の専有面積より大きい、ことも好適である。この場合、支持部の一方の面における導電性が高められて効率的に光電効果を生じさせることができると共に、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。
【００１２】
さらに、第１の導電性材料及び第２の導電性材料の少なくとも一方は遷移金属であってもよく、第１の導電性材料及び第２の導電性材料は遷移金属であってもよく、遷移金属は第三遷移金属であってもよく、第三遷移金属は白金であってもよい。これにより、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。
【００１３】
またさらに、セシウム化合物は、臭化セシウムであってもよい。かかる構成によれば、入射光に対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一側面によれば、入射光に対する光電子の取り出し効率を十分に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の電子源である面状電子源１の構造を示す断面図である。
【図２】導電層５の面５ｂ上に形成された光電子放出層７を観察した画像を示す図である。
【図３】導電層５の面５ｂ上に形成された光電子放出層７を観察した画像を示す図である。
【図４】光電子放出層７の膜厚と中央領域１１上におけるその被覆率との関係を示すグラフである。
【図５】面状電子源１の一部を拡大した断面図である。
【図６】図１の面状電子源１を評価する評価システム２０Ａの概略構成図である。
【図７】図１の面状電子源１を評価する評価システム２０Ｂの概略構成図である。
【図８】実施例１、実施例２、及び比較例１において、入射光Ｉの入射開始からの光電子の放出効率（透過型）の時間的変化を示すグラフである。
【図９】実施例１、３〜４において、入射光Ｉの入射開始からの光電子の放出効率（反射型）の時間的変化を示すグラフである。
【図１０】実施例５〜７において、入射光Ｉの入射開始からの光電子の放出効率（透過型）の時間的変化を示すグラフである。
【図１１】実施例５〜７の評価結果における導電層５の膜厚と光電子の放出効率（透過型）との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例５及び実施例１の表面をＳＥＭを用いて観察した画像を示す図である。
【図１３】実施例８において、入射光Ｉの入射開始からの光電子の放出効率（透過型）の時間的変化を示すグラフである。
【図１４】実施例１，８の表面をＳＥＭを用いて観察した画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、実施形態の電子源である面状電子源１の構造を示す断面図である。図１に示す面状電子源１は平板状の形状を有し、外部からの入射光Ｉに応じてその入射方向に光電子ｐｅを放出する透過型光電面を用いた電子源、あるいはその入射方向の反対方向に光電子ｐｅを放出する反射型光電面を用いた電子源であり、以降、本実施形態においては、特別な記載のない限り、透過型光電面を用いた電子源について説明する。また、外部からの入射光Ｉとしては、本実施形態においては紫外線領域の光とする。面状電子源１は、平板状の支持部２上に光電子放出層７が積層されて構成されている。なお、以下に記述する各層の膜厚は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ：X-ray  Fluorescence）によって測定された膜厚（平均膜厚）を示している。
【００１８】
支持部２は、透光性部材（基体部）３と導電層５とからなる２層構造を有している。このような構造によって、支持部２は、少なくとも導電層５側の面が導電性を有するように構成されている。
【００１９】
この支持部２を構成する透光性部材３は、一方側の面３ｂ及び他方側の面３ａを有しており、入射光Ｉを透過する性質を有する平板状部材である。このような透光性部材３を構成する材料としては、例えばガラスであり、より具体的にはサファイアあるいは石英等が挙げられる。
【００２０】
導電層５は、透光性部材３の面３ｂ上を覆うように第１の導電性材料を含んで形成された透光性を有する層であり、光電変換を行う層である。この導電層５は例えば蒸着によって透光性部材３上に形成される。導電層５の構成材料である第１の導電性材料としては、十分な光電効果を示し得る金属、例えば第３族〜第１１族元素である遷移金属が好適に用いられ、第三遷移系列の遷移金属である第三遷移金属がさらに好適に用いられる。本実施形態では、第１の導電性材料は、白金（Ｐｔ）であるが、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ニッケル（Ｎｉ）等であってもよい。
【００２１】
また、導電層５は、少なくとも光電子放出層７との接触領域において十分かつ均一な導電性を有するような連続性を持つとともに、少なくとも一部の入射光Ｉが一方側の面５ｂ側に達しつつ、さらに導電層５を透過するような膜厚で形成されている例えば、導電層５は、白金によって構成されている場合には、６〜１０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ルテニウムによって構成されている場合には、０．５〜５．０ｎｍの膜厚を有する。
【００２２】
光電子放出層７は、透光性部材３を覆う導電層５の一方側の面５ｂにおける所定形状（矩形状、円形状等）の中央領域１１上に層状に形成されている。この光電子放出層７は、例えば蒸着によって導電層５上に形成される。詳細には、光電子放出層７は、複数の粒状部１３と、粒状部１３間に存在し、粒状部１３よりも厚さの薄い薄膜状の膜状部１４とを含んでおり、いずれもセシウム化合物によって構成されている。光電子放出層７の構成材料であるセシウム化合物は、特定の化合物には限定されないが、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）であってもよいし、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）であってもよい。本実施形態では、セシウム化合物は臭化セシウムである。
【００２３】
また、光電子放出層７は、導電層５を透過してきた入射光Ｉの少なくとも一部を透過するような膜厚で形成されている。それにより、入射光Ｉの少なくとも一部が、後述する第２の導電性材料９に照射されることとなる。例えば、光電子放出層７は、臭化セシウムによって構成されている場合には、３〜５０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ヨウ化セシウムによって構成されている場合には、３〜５０ｎｍの膜厚を有する。なお、その際の粒状部１３は、数１０ｎｍ程度の高さを有していると考えられる。臭化セシウムによって構成される膜厚３〜３０ｎｍの光電子放出層７は、臭化セシウムを単位面積あたり１．３３〜１３．３μｇ／ｃｍ２の量で蒸着させることによって形成される。このような構成の光電子放出層７において、粒状部１３による中央領域１１上の被覆率は、例えば、２０〜５５％と設定される。
【００２４】
図２及び図３には、導電層５の面５ｂ上に形成された光電子放出層７を面５ｂに対して垂直な方向から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning  Electron  Microscope）を用いて同一倍率で観察した画像を示している。図２（ａ）〜（ｃ）は、光電子放出層７が、それぞれ、膜厚３ｎｍ、６ｎｍ、１０ｎｍとなるように形成された光電子放出層７の画像、図３（ａ）〜（ｂ）は、光電子放出層７が、ぞれぞれ、膜厚２０ｎｍ、３０ｎｍとなるように形成された光電子放出層７の画像である。このように膜厚が厚く形成されるにしたがって、粒状部１３の１個あたりの面積が大きくなっている。また、図４には、光電子放出層７の膜厚とその中央領域１１上の被覆率との関係を示す。この関係から、光電子放出層７が厚く形成されるにしたがって、光電子放出層７の粒状部１３による中央領域１１上の被覆率が高くなっていることもわかる。
【００２５】
図１に戻って、この光電子放出層７の複数の粒状部１３の一方側の表面１３ａの少なくとも一部は、第２の導電性材料９によって覆われている。実際には、図５に示すように、第２の導電性材料９は、光電子放出層７を構成する粒状部１３及び膜状部１４の表面上に粒子状に点在していることが想定される。この第２の導電性材料９は例えば蒸着によって粒状部１３上に形成される。第２の導電性材料としては、十分な光電効果を示し得る金属、例えば第３族〜第１１族元素である遷移金属が好適に用いられ、第三遷移系列の遷移金属である第三遷移金属がさらに好適に用いられる。本実施形態では、第２の導電性材料は、白金（Ｐｔ）であるが、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、ニッケル（Ｎｉ）等であってもよい。
【００２６】
また、第２の導電性材料９は、光電子放出層７を透過してきた入射光Ｉに対する光電効果を示し得る膜厚で形成されている。例えば、第２の導電性材料９は、白金によって構成されている場合には、０．５〜６．０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ルテニウムによって構成されている場合には、１．０〜２．０ｎｍの膜厚を有する。白金によって構成される膜厚０．５〜６．０ｎｍの第２の導電性材料９は、白金を単位面積あたり１．０７〜１２．９μｇ／ｃｍ２の量で蒸着させることによって形成される。なお、第２の導電性材料９は導電層５の面５ｂ上に部分的に形成された粒状部１３を覆うように形成されているので、中央領域１１の範囲（所定範囲）における第２の導電性材料９の専有面積（すなわち被覆率）は、中央領域１１の範囲における導電層５の専有面積（すなわち被覆率）よりも小さくなる。
【００２７】
上記構成の面状電子源１は、透光性部材３の他方の面３ａから一方の面３ｂに向けて入射光Ｉを透過させるように、他方の面３ａに向けて入射光Ｉを照射させて使用される（透過型電子源の使用形態）。このような使用形態においては、光電子放出層７の中央領域１１から入射光Ｉの照射方向に光電子ｐｅが放出される。一方で、面状電子源１は、中央領域１１に向けて直接入射光Ｉを照射させる形態でも使用される（反射型電子源の使用形態）。このような使用形態においては、光電子放出層７の中央領域１１から入射光Ｉの照射方向と反対方向に光電子ｐｅが放出される。
【００２８】
次に、上記構成の面状電子源１を、評価システムを用いて評価した結果について説明する。
【００２９】
図６は、面状電子源１の透過型電子源での使用形態を評価する評価システム２０Ａの概略構成図である。図６に示す評価システム２０Ａは、２６６ｎｍの深紫外領域のレーザ光を照射するＤＵＶレーザ装置２１、ＮＤフィルタ２３、ビームエクスパンダー２５、ミラー２７、レンズ２９、真空容器３１、及びホルダー３３によって構成されている。この評価システム２０Ａは次のように機能する。
【００３０】
すなわち、ＤＵＶレーザ装置２１によって出力されたレーザ光は、ＮＤフィルタ２３及びビームエクスパンダー２５を透過することにより、ビーム径が所定幅（例えば、６ｍｍ）に拡大された平行光として出射された後に、ミラー２７によって反射されてからレンズ２９を通過することによって、真空容器３１内の面状電子源１に向けて入射光Ｉとなって集光される。ホルダー３３は、真空容器３１の内部において、入射光Ｉの入射する窓部４１に面状電子源１の透光性部材３の面３ａを向かい合わせるように、面状電子源１を保持する保持部材である。このホルダー３３には、窓部４１側に面状電子源１の面３ａの中央を露出させるための所定の径（例えば、６ｍｍ）の開口４３が設けられる。このようなホルダー３３により、入射光Ｉが面状電子源１の透光性部材３の面３ａから面３ｂに向けて透過するように照射され、かつ、面状電子源１の導電層５の面５ｂ近傍に入射光Ｉが集光されるように、面状電子源１が配置される。
【００３１】
さらに、ホルダー３３には、面状電子源１の導電層５の面５ｂの縁部に電気的に面接触するグラウンド電極３５と、面５ｂの中央部から所定距離（例えば１．５ｍｍ）離れた位置に配置される検出用電極３７と、検出用電極３７に電気的に接続されて真空容器３１の外部に伸びる長尺状の導体部３９とが設けられている。この導体部３９を介して検出用電極３７に外部電源から正電圧が印加されると、入射光Ｉの入射に応じて面状電子源１の一方側の光電子放出層７近傍から放出された光電子が検出用電極３７に吸収されて電流に変換される。その結果、透過型電子源の使用形態において面状電子源１から放出される光電子の放出量が、導体部３９に接続される外部の計測器によって電流値として計測可能とされる。
【００３２】
また、図７は、面状電子源１の反射型電子源での使用形態を評価する評価システム２０Ｂの概略構成図である。図７に示す評価システム２０Ｂは、評価システム２０Ａと同様な構成を有し、ホルダー３３Ｂの構成のみ異なっている。
【００３３】
ホルダー３３Ｂは、真空容器３１の内部において、入射光Ｉの入射する窓部４１に面状電子源１の導電層５の面５ｂを向かい合わせるように、面状電子源１を保持する。このホルダー３３Ｂには、窓部４１側に面状電子源１の面５ｂの中央領域１１を露出させるための所定の径（例えば、６ｍｍ）の開口４３が設けられる。このようなホルダー３３Ｂにより、入射光Ｉが面状電子源１の導電層５の面５ｂに向けて照射され、かつ、面５ｂ近傍に入射光Ｉが集光されるように、面状電子源１が配置される。つまり、ホルダー３３Ｂは、グラウンド電極３５、検出用電極３７とともに、入射光Ｉの入射方向に対して、ホルダー３３の配置方向と反対方向に配置される。
【００３４】
このような評価システム２０Ｂにおいても、導体部３９を介して検出用電極３７に外部電源から正電圧が印加されると、入射光Ｉの入射に応じて面状電子源１の一方側の光電子放出層７近傍から放出された光電子が検出用電極３７に吸収されて電流に変換される。その結果、反射型電子源の使用形態において面状電子源１から放出される光電子の放出量が、導体部３９に接続される外部の計測器によって電流値として計測可能とされる。
【００３５】
上記構成の評価システム２０Ａ，２０Ｂを用いて、導電層５及び第２の導電性材料９の膜厚が次のように変更された面状電子源１の実施例１〜４、比較例１〜２について、光電子の放出効率の時間変化を評価した。このとき、面状電子源１として、外形サイズが厚さ１．２ｍｍ及び径１３ｍｍ、第１の導電性材料及び第２の導電性材料が白金であり、セシウム化合物として臭化セシウムを用いたものを対象に評価した。
実施例１：導電層５の膜厚７．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．５ｎｍ
実施例２：導電層５の膜厚１０．０ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．５ｎｍ
実施例３：導電層５の膜厚７．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚３．０ｎｍ
実施例４：導電層５の膜厚７．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚６．０ｎｍ
比較例１：導電層５の膜厚１２．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．５ｎｍ
比較例２：導電層５の膜厚７．５ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚０．０ｎｍ（なし）
【００３６】
図８には、導電層５の膜厚が７．５〜１２．５ｎｍの範囲で変更された実施例１、２、比較例１において、入射光Ｉの入射開始からの入力電力に対する電流値の比率である光電子の放出効率（透過型）の時間的変化を示している。このように、いずれの実施例においても、光の照射に伴って光電子の放出効率が向上し、所定の放出効率に達する傾向が見られることが分かる。これは、面状電子源１においては、透光性部材３の他方側の面３ａから入射する入射光Ｉに応じて、光電子放出層７のセシウム化合物が分解されてセシウムが生じ、光電子放出層７の仕事関数が低下することで、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなるためと考えられる。そして、実施例１では２０〜３０時間経過時において放出効率が十分に高められており、実施例２でも実施例１には劣るが放出効率がある程度高められているが、比較例１においては、実施例１及び実施例２のいずれに対しても放出効率が低い。これは、実施例１及び実施例２においては、比較例１と比べて導電層５を薄くすることで入射光Ｉの透過率が上がり、光電子放出層７近傍の導電層５（導電層５における一方側の面５ｂ側）及び第２の導電性材料９における入射光Ｉの吸収が増えて、光電変換効率及び光電子放出効率が向上しているためと思われる。一方で、導電層５においては、光電子放出のために外部からの電子の供給を行うことができるよう、ある程度の膜厚を有することで層全体に十分な導電性を備える必要がある。そのため、白金を用いた導電層５においては、少なくとも６ｎｍ以上の膜厚は必要であると判断される。このように、導電層５が、入射光Ｉの透過率と導電性のバランスのとれた膜厚であることで、実施例１，２では光電子の放出効率が高められているものと考えられる。これに対して、比較例１においては、導電層５の膜厚が大きすぎるために入射光Ｉの透過率が比較的低下しており、その結果、光電子の放出効率も比較的低下していると考えられる。
【００３７】
図９には、第２の導電性材料９の膜厚が０．０〜６．０ｎｍの範囲で変更された比較例２、実施例１、３、４において、入射光Ｉの入射開始からの入力電力に対する電流値の比率である光電子の放出効率（反射型）の時間的変化を示している。このように、実施例１では１〜１０時間経過時において放出効率が十分に高められており、実施例３、４でも実施例１には劣るが経過時間が８時間程度経過すると放出効率がある程度上昇している。これに対して、第２の導電性材料９を設けない比較例２においては、光電子の放出効率が比較的低調となっている。これは、実施例１、３、４においては、第２の導電性材料９を設けることで入射光Ｉの吸収効率が上がり、特に光電子放出層７の光電子出射側の表面に近いところで光電効果が起こる結果、光電子の放出効率が高められているためと考えられる。一方、実施例１に対して実施例３、４の放出効率が上昇しないのは、第２の導電性材料９の膜厚が所定値以上に厚くなるにつれて、第２の導電性材料９が光電子放出層７を覆うことで光電子が放出され難くなることが、第２の導電性材料９による光電効果を相殺してしまうためと考えられる。
【００３８】
また、評価システム２０Ａを用いて、導電層５の膜厚が次のように変更された面状電子源１の実施例５〜７について、光電子の放出効率の時間変化を評価した。このとき、面状電子源１として、外形サイズが実施例１〜４と同じであり、第１の導電性材料及び第２の導電性材料がルテニウムであり、セシウム化合物として臭化セシウムを用いたものを対象に評価した。
実施例５：導電層５の膜厚０．８ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．４ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．２ｎｍ
実施例６：導電層５の膜厚１．９ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．４ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．２ｎｍ
実施例７：導電層５の膜厚５．６ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．４ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．２ｎｍ
【００３９】
図１０には、導電層５の膜厚が０．８〜５．６ｎｍの範囲で変更された実施例５〜７において、光電子の放出効率（透過型）の時間的変化を実施例１とともに示し、図１１には、実施例５〜７の評価結果における導電層５の膜厚と経過時間４０時間における放出効率との関係を示している。このように、いずれの実施例においても、光の照射に伴って光電子の放出効率が向上し、所定の放出効率に達する傾向が見られることが分かり、実施例５〜７では２０〜５０時間経過時において放出効率が十分に高められている。そして、実施例１、２と同様に、導電層５が薄くなるにつれて光電子の放出効率が高くなっており、導電層５の厚さと放出効率とはほぼ線形の関係を有していることがわかる。また、導電層５にルテニウムを用いた場合、白金を用いた場合と比較して、薄い膜厚でも十分な導電性を得られることもわかる。
【００４０】
また、図１２には、実施例５及び実施例１の表面をＳＥＭを用いて観察した画像を示している。図１２（ａ）は、実施例５の入射光Ｉの照射部分の画像、図１２（ｂ）は、実施例５の入射光Ｉの非照射部分の画像、図１２（ｃ）は、実施例１の入射光Ｉの照射部分の画像、図１２（ｄ）は、実施例１の入射光Ｉの非照射部分の画像をそれぞれ示す。これらの画像においては、入射光Ｉの照射に伴って光電子放出層７の複数の粒状部１３の分解が進んでいる様子が見られる。
【００４１】
さらに、評価システム２０Ａを用いて、光電子放出層７の材料がヨウ化セシウムに変更された面状電子源１の実施例８について、光電子の放出効率の時間変化を評価した。このとき、面状電子源１として、外形サイズが実施例１〜４と同じであり、第１の導電性材料及び第２の導電性材料として白金を用いたものを対象に評価した。
実施例８：導電層５の膜厚７．４ｎｍ、光電子放出層７の膜厚１０．１ｎｍ、第２の導電性材料９の膜厚１．４ｎｍ
【００４２】
図１３には、実施例８における光電子の放出効率（透過型）の時間的変化を実施例１，５とともに示している。このように、実施例８でも、光の照射に伴って光電子の放出効率が向上し、所定の放出効率に達する傾向が見られることが分かり、２０〜１４０時間経過時の長期間にわたって放出効率が十分に高められていることがわかる。
【００４３】
また、図１４には、実施例８及び実施例１の表面をＳＥＭを用いて観察した画像を示している。図１４（ａ）は、実施例８の入射光Ｉの照射部分の画像、図１４（ｂ）は、実施例８の入射光Ｉの非照射部分の画像、図１４（ｃ）は、実施例１の入射光Ｉの照射部分の画像、図１４（ｄ）は、実施例１の入射光Ｉの非照射部分の画像をそれぞれ示す。これらの画像においても、入射光Ｉの照射に伴って光電子放出層７の複数の粒状部１３の分解が進んでいる様子が見られる。
【００４４】
本実施形態にかかる面状電子源１の作用効果について述べる。
【００４５】
以上説明した面状電子源１によれば、透過型電子源の使用形態においては、透光性部材３の他方側の面３ａから入射する入射光Ｉに応じて、複数の粒状部１３を有する光電子放出層７においてセシウム化合物が分解されてセシウムが生じ、光電子放出層７の仕事関数が低下し、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなると考えられる。そして、光電子放出層７が粒状部１３を備えることで、平坦な場合と比較して、単位面積あたりで十分な量のセシウムを得ることができるため、光電子の放出効率を向上させることができる。その結果、透光性部材３の他方側の面３ａから入射する入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率（感度）を十分に高めることができる。
【００４６】
また、面状電子源１においては、複数の粒状部１３の一方側の表面１３ａの少なくとも一部が、第２の導電性材料９によって覆われている。このような構成により、入射光Ｉに応じて粒状部１３の表面１３ａで生じたセシウムが第２の導電性材料９の近傍にも存在するようになると考えられる。その結果、粒状部１３の一方側の表面１３ａ近傍でも入射光Ｉによる光電効果を生じさせることができる。これにより、入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。
【００４７】
さらに、面状電子源１によれば、反射型の使用形態においては、光電子放出層７側から入射する入射光Ｉに応じて、複数の粒状部１３を有する光電子放出層７においてセシウム化合物が分解されてセシウムが生じ、光電子放出層７の仕事関数が低下し、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなると考えられる。それに加えて、複数の粒状部１３の一方側の面１３ａ上の第２の導電性材料９の近傍にもセシウムが生じるので、第２の導電性材料９における入射光Ｉによる光電効果による光電子放出も効率よく行われると考えられる。このように光電子放出層７が粒状部１３を備えることで、平坦な場合と比較して、単位面積あたりで十分な量のセシウムを得ることができるため、光電子の放出効率を向上させることができる。その結果、光電子放出層７側から入射する入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率を十分に高めることができる。
【００４８】
また、透光性部材３の一方側の面３ｂ上の中央領域１１における導電層５の被覆率は、中央領域１１における第２の導電性材料９の被覆率より大きくされている。このような構成により、導電層５の層全体における導電性が高められて入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率をより一層高めることができると共に、第２の導電性材料９が光電子放出層７の一方側の表面におけるセシウムの露出を妨げることがないために、光電子放出層７の一方側の表面の仕事関数を十分に低下させることができ、光電子放出層７から光電子が放出されやすくなる。
【００４９】
また、第１の導電性材料及び第２の導電性材料として遷移金属が用いられている。この場合、入射光Ｉに対して光電子の取り出し効率をより一層高めることができる。
【００５０】
また、光電子放出層７の材料として臭化セシウムが用いられているので、光電子放出層７において入射光Ｉに応じてセシウムを効果的に生じさせることができ、入射光Ｉに対する光電子の取り出し効率を一層高めることができる。
【００５１】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５２】
面状電子源１が反射型の使用形態で用いられる場合には、支持部２が入射光Ｉを透過する性質を有する必要はない。すなわち、透光性部材３の代わりに透光性を有さない平板状部材が用いられてもよく、例えば、支持部２として導電性材料、特に金属材料からなる基板を用いることで、導電層５を省略することもできる。また、導電層５を設ける場合においても、導電層５が入射光Ｉを透過する必要はないため、入射光Ｉを透過しないような膜厚で形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…面状電子源、２…支持部、３…透光性部材（基体部）、３ａ…面（他方側の面）、３ｂ…面（一方側の面）、５…導電層、７…光電子放出層、９…第２の導電性材料、１１…中央領域（所定範囲）、１３…粒状部、１３ａ…表面（一方側の表面）、Ｉ…入射光、ｐｅ…光電子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１４】
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