(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）カソード表面に、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムからなる群れの少なくとも１種の金属を含むアルコキシド溶液を塗布し、（ｂ）前記アルコキシド溶液を加水分解、重縮合することによりゲル膜とし、（ｃ）該ゲル膜を乾燥、固化し、真空熱処理にて前記ゲル膜を熱分解することにより、前記金属の薄膜を前記カソード表面に形成するカソードの製造方法において、
前記アルコキシド溶液の濃度を調整することにより、前記金属の薄膜の厚さを制御することを特徴とするカソードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含浸型カソードや焼結型カソードなどのカソードの製造方法に関する。さらに詳しくは、電子放射特性を向上させるため、カソード表面に仕事関数を下げるイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）などの元素をコーティングするカソードの製造方法に関する。
【０００１】
【従来の技術】
カソードからのエミッションを増加させるため、カソードの表面にイリジウム、ルテニウムまたはオスミウムの薄膜をコーティングし、仕事関数を低下させる方法は従来知られている。
【０００２】
従来のカソード表面にイリジウムなどの薄膜を設ける方法は、スパッタリング法が用いられている。これは、一方の電極にイリジウムなどの金属を設けてターゲットとし、他方の電極にカソードを接続して、高周波印加により発生させたプラズマにより、ターゲットをスパッタリングし、カソード表面にターゲットとした金属薄膜を形成する方法である
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、カソード表面にイリジウムなどの金族薄膜を形成するには、スパッタリング法により行われるが、スパッタリング法による成膜では、カソードの側壁など電子放射には寄与しないところにも成膜されるため、側面など、非電子放出面を完全に被覆して行わなければならず、作業が繁雑であった。
【０００４】
さらに、イリジウムなどの金属は、非常に高価であるがスパッタリング法では、カソード表面のみならず、その周囲およびスパッタ装置内部の側壁などにも付着し、使用する材料より非常に多くの材料が無駄になり、結果的にカソードの製造コストがアップするという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高価な材料であるイリジウム、ルテニウムまたはオスミウムの薄膜を、必要な箇所に必要な量だけ無駄なく設けることにより、安価に製造しながら電子放射特性の優れたカソードの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、請求項１に係る発明は、（ａ）カソード表面に、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウムからなる群れの少なくとも１種の金属を含むアルコキシド溶液を塗布し、（ｂ）前記アルコキシド溶液を加水分解、重縮合することによりゲル膜とし、（ｃ）該ゲル膜を乾燥、固化し、真空熱処理にて前記ゲル膜を熱分解することにより、前記金属の薄膜を前記カソード表面に形成するカソードの製造方法において、前記アルコキシド溶液の濃度を調整することにより、前記金属の薄膜の厚さを制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のカソードの製造方法について、図１に示される一実施形態の製造工程の説明図を参照しながら説明をする。
【００１１】
本発明によるカソードの製造方法は、まず図１（ａ）に示されるように、カソード１の表面に、イリジウム、ルテニウム及びオスミウムからなる群れの少なくとも１種の金属を含むアルコキシド溶液２を塗布し、次に、図１（ｂ）に示されるように、表面に塗布されたアルコキシド溶液を加水分解、重縮合することによりゲル膜３とし、そして、そのゲル膜を乾燥・固化した後、図１（ｃ）に示されるように、真空熱処理を施してゲル膜を熱分解し、イリジウムなどの金属の薄膜８をカソード１の表面に形成することを特徴とする。
【００１２】
次に図１の工程に沿って詳細に説明をする。
（ａ）先ず、カソード１の表面に、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの少なくとも１種の金属を含むアルコキシド溶液２を塗布する。カソード１としては、含浸型カソードや焼結型カソードなどを用いることができる。
【００１３】
含浸型カソードは、例えば、タングステンやモリブデンなどの高融点金属粉末の焼結体からなる多孔質体の空孔にアルミン酸バリウムカルシウム、又はガリウム酸バリウムカルシウム、又は硼素酸バリウムカルシウムなどの電子放出材料を含浸させたものである。
【００１４】
また、焼結型カソードは、例えば、粒径が１〜数μｍのタングステン、又はモリブデンの粉末を電子放出材料の原料である炭酸バリウムや炭酸ストロンチウムなどの電子放出材料と混合して焼結することにより得られる。
【００１５】
含浸型カソードは電子放出材料を含浸させた状態で、焼結型カソードでは焼結した後に、それぞれその電子放出面に前述のアルコキシド溶液を塗布する。
【００１６】
イリジウムのアルコキシド溶液は、例えば、塩化イリジウムとメチルアルコールとを混合し、アンモニアを適量添加することにより、以下の反応式で形成される。
【００１７】
【化１】
0004480873.tif 000002
【００１８】
そして、スピンコート法やディップ法により、含浸型カソードの電子放射面に塗布する。ルテニウムおよびオスミウムのアルコキシドは、それぞれ同様に、各塩化物とアルコールを適当な条件で反応させることにより得られる。
【００１９】
（ｂ）次に、表面に塗布されたアルコキシド溶液を加水分解、重縮合することによりゲル膜３とする。すなわち、図１（ｂ）に示されるように、アルコキシド溶液が塗布されたカソード１を、水５及びその水の加熱用ヒータ６を具備した圧力容器４内に入れ、ヒータ６を添加して水５を蒸発させる。その結果、蒸発した水蒸気が圧力容器４内に充満し、カソード１表面に塗布されたアルコキシドと接触し、加水分解および重縮合がなされ、ゲル膜に転換する。
【００２０】
この加水分解の反応は例えば次の反応式で表される。
【００２１】
【化２】
0004480873.tif 000003
【００２２】
一方、重縮合では、初め、次式の例で示すような反応が起こる。
【００２３】
【化３】
0004480873.tif 000004
【００２４】
続いて、次式の例で示すような脱水反応が生じる。
【００２５】
【化４】
0004480873.tif 000005
【００２６】
ここで、実際はＩｒと結合している全ての（ＯＣＨ3）基が加水分解されないので、次の脱アルコール反応も生じる。
【００２７】
【化５】
0004480873.tif 000006
【００２８】
この加水分解、重縮合までの一連の反応は、雰囲気温度が高いほど、加水分解時に生成されるアルコールを除去するほど早く進むので、圧力容器４を用いることにより高温保持とアルコール除去ができる。
【００２９】
そして、熟成の後、次式で示すような均質なゲル膜３が得られる。
【００３０】
【化６】
0004480873.tif 000007
【００３１】
次に、このゲル膜３が形成されたカソード１を圧力容器４から取り出し、乾燥・固化する。
【００３２】
（ｃ）次に、その乾燥、固化したゲル膜３に真空熱処理を施すことにより熱分解させ、イリジウムなどの金属の薄膜８をカソード１の表面に形成する。この際、中間生成物として酸化薄膜が形成されるが、更に真空熱処理温度を上昇させると前記酸化薄膜が熱分解され、金属の薄膜８が形成されることになる。
【００３３】
即ち、図１（ｃ）に示されるように、ゲル膜３が形成されたカソード１を真空容器７内に入れ、図示しない排気ポンプ（ロータリポンプ）を作動させ、真空容器７内を、例えば、１０Ｐａ(〜０．１Torr)程度の真空度にする。そして、真空容器７内に設けられたヒータ９によりカソード１を４００〜６００℃に加熱し、乾燥固化したゲル膜を下記の反応で熱分解して酸化イリジウムが形成される。なお、この際発生する水蒸気等の表記は省略している。
【００３４】
【化７】
0004480873.tif 000008
【００３５】
次に、ターボ分子ポンプを作動させ、真空度を１０-5Ｐａ（〜１０-7Torr）程度にした後、ヒータ９によりカソード温度を１０００℃に上昇させる。これにより、次式のように酸化イリジウムが熱分解され、イリジウムの金属薄膜８が形成される。
【００３６】
【化８】
0004480873.tif 000009
【００３７】
前述の例では、イリジウムの例であったが、ルテニウムやオスミウム、又は、イリジウムを含めたこれらの内、任意の組合せの混合物でも、同様にそれらのアルコキシドを用いて薄膜をカソードの電子放射面に形成することができる。
【００３８】
また、カソード表面に被覆する金属薄膜の厚さは、アルコキシド溶液の濃度を変えることにより、極めて薄い膜から比較的厚い膜まで自由に制御することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、カソードの表面にイリジウム、ルテニウムもしくはオスミウム、又はこれらの任意の組合せの混合物の薄膜をカソードの電子放射面のみの必要な場所に必要な量だけ密着形成することができる。そのため、イリジウムなどの高価な材料を有効に利用することができ、しかもカソード表面の仕事関数を下げて電子放射特性を大幅に向上させることができる。その結果、電子放射特性の優れたカソードを安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法の一実施形態の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１    カソード
２    アルコキシド
３    ゲル膜
４    圧力容器
８    イリジウム薄膜
【図１】
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