(57)【要約】【課題】従来よりも安定していて高輝度を実現可能な電界放射電子源及びその製造方法を提供すること。【解決手段】陰極部材の先端に細線部材を備え、該細線部材の先端から電子が放射されるように形成した電界放射電子源において、細線部材を陰極部材の先端部分を切削加工して陰極部材と一体的に成形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極部材の先端に細線部材を備え、該細線部材の先端から電子が放射されるように形成した電界放射電子源において、前記細線部材は、前記陰極部材の先端部分を切削加工して前記陰極部材と一体的に形成されたものであり、かつ、前記細線部材の径が５０nm以下であることを特徴とする電界放射電子源。
【請求項２】
前記陰極部材の材料が、Ｉｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、またはＮｂのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電界放射電子源。
【請求項３】
前記陰極部材の材料が単結晶であることを特徴とする請求項２に記載の電界放射電子源。
【請求項４】
前記切削加工が集束イオンビーム装置によって行われるものである請求項１乃至３のいずれかに記載の電界放射電子源。
【請求項５】
陰極部材の先端に細線部材を備え、該細線部材の先端から電子が放射されるように形成された電界放射電子源の製造方法において、前記陰極部材の先端部分を集束イオンビーム装置によって切削加工して前記細線部材を前記陰極部材と一体的に成形することを特徴とする電界放射電子源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放射電子源及びその製造方法に関し、特に、従来の針状の電界放射電子源の先端にナノチップと呼ばれる微細な針を一体成形加工した電界放射電子源及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡等で用いられる電界放射電子源には、従来、先端を鋭く尖らせた金属針（例えば、電解研磨で作製されたタングステン針など。）が用いられている。このような金属針を用いた電界放射電子源は、比較的高輝度（１０８〜１０９Ａ／ｍ２ｓｔｒ）であるが、金属針を用いた従来の電界放射電子源は、金属針の先端の曲率半径が相対的に大きいために、その干渉性は十分とは言えず、さらなる高輝度化は期待できない。
一方、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、黒鉛の一層に相当する炭素原子が六角網目状に配列したシート（グラフェンシート）を筒状に丸めた立体構造を持つ。ＣＮＴは、１枚の円筒状グラフェンシートからなる単層ＣＮＴと、複数枚の円筒状グラフェンシートが同心円状に重なった多層ＣＮＴとがある。また、合成された未処理のＣＮＴの先端は、通常、「キャップ」と呼ばれる半球状のグラファイト層で閉じられた構造になっている。ＣＮＴは、ｎｍオーダーの直径と、μｍオーダーの長さを有しており、アスペクト比が極めて大きく（すなわち、先端の開き角が約０°）、先端の曲率半径が数ｎｍ〜数十ｎｍと極めて小さいという特徴がある。
【０００３】
電界放射電子源の輝度を向上させるための手段としてナノチップがある。ナノチップとは、従来の針状の電界放射電子源の先端に作ったさらに細い針をいう。従来の金属針を用いた電界放射電子源は、ナノオーダーでの金属針の微細加工が困難であったため、その代わりに、従来の金属針の先端に上述のＣＮＴを埋め込んでナノチップとして利用していた(特許文献１参照)。
しかしながら、かかるＣＮＴを埋め込んだ電界放射電子源は製作が複雑であるだけでなく、折れやすく寿命も短いという欠点があった。
一方、集束イオンビーム装置という、きわめて細く集束したイオンビームを試料表面で走査することにより、試料表面を切削加工したりすることのできる装置が知られているが、近年、数nmの分解能を持つ機種も出現しており、ナノオーダーでの微細加工が可能となった。
【特許文献１】特開２００４−７９２２３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述のような事情に鑑み為されたものであり、従来よりも安定していて高輝度を実現可能な電界放射電子源及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は従来よりも安定していて高輝度を実現可能な電界放射電子源に関し、本発明の上記目的は、陰極部材の先端に細線部材を備え、該細線部材の先端から電子が放射されるように形成した電界放射電子源において、前記細線部材は、前記陰極部材の先端部分を切削加工して前記陰極部材と一体的に形成されたものであり、かつ、前記細線部材の径を５０nm以下とすることによって達成される。
【０００６】
また、本発明は従来よりも安定していて高輝度を実現可能な電界放射電子源の製造方法に関し、本発明の上記目的は、陰極部材の先端に細線部材を備え、該細線部材の先端から電子が放射されるように形成された電界放射電子源の製造方法において、前記陰極部材の先端部分を集束イオンビーム装置によって切削加工して前記細線部材を前記陰極部材と一体的に成形することによって達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電界放射電子源によれば、ナノチップである細線部材がベース針である陰極部材と同じ材質によって一体成形されているため安定度が高い。また、先端の細線部材の径が５０nm以下であるため、量子効果が顕著に現われ、電子放射電流によるジュール熱発生が皆無に等しく、従来の電界放射電子源から取り出すことができる限界電流量（ジュール熱により制限される。）より多くの電子流を取り出すことが可能となり、輝度が向上する。
【０００８】
本発明に係る電界放射電子源の製造方法によれば、集束イオンビーム装置によって切削加工を行うので、５０nm以下の径の細線部材を前記陰極部材と一体的に成形することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照して、本発明に係る電界放射電子源について詳細に説明する。
図１は本発明に係る電界放射電子源の外観を示す略図である。電界放射電子源１はベース針である陰極部材２と、その先端部に一体的に設けられた細線部材３とから成る。細線部材３は径(又は幅)が５０nm以下のナノチップであり、陰極部材２を集束イオンビーム（以下、ＦＩＢという。）装置を用いて切削加工して一体成形したものである。陰極部材２の材料としては、イリジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、またはニオブ（Ｎｂ）が使用可能である。前記材料が単結晶であればさらに好ましい。
【００１０】
図２はＦＩＢ装置を用いて電界放射電子源の製作を行う手順を説明するための図である。
まず始めに、陰極部材２を（図示しない）ＦＩＢ装置にセットし、図２（Ａ）でハッチングした部分をＦＩＢによって切削する。イオンビームは図の矢印方向に照射する。ハッチング部分が削り取られると、平べったい角柱状の部分が形成される。この角柱の厚みは５０nm以下とする。
【００１１】
次に、これを９０度回転させて（図２（Ｂ）の状態にする。）、ハッチングした部分を同様にしてＦＩＢによって切削する。イオンビームは図の矢印方向に照射する。ハッチング部分が削り取られると、中央部に正四角柱状の部分が形成される。なお、実際にはビームの拡散等によって角（かど）が丸くなり、円柱に近くなる。このようにしてナノチップが陰極部材２（ベース針）と一体に形成される。
【実施例】
【００１２】
図３は本発明に係る製造方法によって製作された電界放射電子源の拡大写真である。図に示すように、ベース針の先端に約５０nmφのナノチップが繋ぎ目なく一体的に形成されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る電界放射電子源の外観を示す略図である。
【図２】本発明に係る電界放射電子源の製作の手順を説明するための図である。
【図３】本発明に係る方法に基づいて実際に製作された電界放射電子源の拡大写真である。
【符号の説明】
【００１４】
１  電界放射電子源
２  陰極部材（ベース針）
３  細線部材（ナノチップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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