(57)【要約】【課題】電子の発生を必要とする用途で利用されるフィラメントの寿命を延ばすことに貢献することができ、電子流の安定性を増加させることができる。安定フィラメントアセンブリを提供する。【解決手段】フィラメントアセンブリ200は、コア204およびフィラメント208を含んでいる。フィラメント208の少なくとも中央部228Cが、コア204上に配置されている。中央部228Cは、直線状であってもよく、または、方向を変える経路にフィラメント208が従う形状（高抵抗構成）を有していてもよい。電子放出層112が、少なくとも中央部228を封入するように、コア204上に配置されている。【選択図】図１
2017195172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性の高融点材料で構成され、コア軸に沿ったコア長を有するコアと、
導電性の高融点材料で構成され、第1端、第2端、および、前記第1端と前記第2端との間を延びる長尺の本体を備え、前記本体の少なくとも中央部が前記コア上に配置されているフィラメントとを備える、フィラメントアセンブリ。
【請求項２】
前記コアは、当該コアが中実である、当該コアが中空である、当該コアが円筒形である、当該コアが耐火性の材料で構成されている、および、前記上述したものの2つまたはそれ以上の組み合わせからなる群から選ばれる構成を有している、請求項1に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項３】
前記フィラメントは、イリジウム、耐火性の材料、高融点材料、タングステン、レニウム、および、前記上述したもののいずれかの合金からなる群から選ばれる組成を有している、請求項1に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項４】
前記本体の少なくとも前記中央部は、高抵抗構成における前記コア長の少なくとも一部に沿って延びている、請求項1に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項５】
前記高抵抗構成は、
前記中央部が、らせん状の経路内で前記コアの周りに巻き付けられている、および
前記中央部が、蛇行した経路内で前記コアに沿って延びている、からなる群から選ばれる、請求項4に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項６】
前記コア上に配置され、少なくとも前記中央部を封入する、熱電子放出層を備え、前記熱電子放出層は、前記フィラメントの仕事関数よりも低い仕事関数を有している、請求項1に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項７】
前記熱電子放出層は、熱電子を放出する酸化物または2つもしくはそれ以上の異なる熱電子を放出する酸化物の混合物、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物と1つもしくは複数の他の熱電子を放出する酸化物との混合物、熱電子を放出する炭素の同素体、カーボンナノチューブ、グラファイト、および、2つまたはそれ以上の異なる炭素同素体の複合物からなる群から選ばれる組成を有している、請求項6に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項８】
前記コアが配置される支持構造体を備える、請求項1に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項９】
前記支持構造体は、電圧源への電気結合用に構成された導電性の第1柱および導電性の第2柱を備え、前記フィラメントの前記第1端および前記第2端は、前記第1柱および前記第2柱にそれぞれ電気的に導通している、請求項8に記載のフィラメントアセンブリ。
【請求項１０】
フィラメントアセンブリを作製する方法であって、
電気絶縁性の高融点材料で構成され、コア軸に沿ったコア長を有するコアを設けるステップと、
導電性の高融点材料で構成され、第1端、第2端、および、前記第1端と前記第2端との間を延びる長尺の本体を備えるフィラメントを設けるステップと、
前記フィラメントの本体の少なくとも中央部が、前記コア上に配置されるように、前記フィラメントを前記コアに取り付けるステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記コアは、当該コアが中実である、当該コアが中空である、当該コアが円筒形である、当該コアが耐火性の材料で構成されている、および、前記上述したものの2つまたはそれ以上の組み合わせからなる群から選ばれる構成を有している、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記本体の少なくとも前記中央部は、高抵抗構成における前記コア長の少なくとも一部に沿って延びている、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記高抵抗構成は、
前記中央部が、らせん状の経路内で前記コアの周りに巻き付けられている、および
前記中央部が、蛇行した経路内で前記コアに沿って延びている、からなる群から選ばれる、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
熱電子放出層を、前記熱電子放出層が少なくとも前記フィラメント本体の中央部を封入するように、前記コアに塗布するステップをさらに含み、前記熱電子放出層は、前記フィラメントの仕事関数よりも低い仕事関数を有している、請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱電子放出層は、熱電子を放出する酸化物または2つもしくはそれ以上の異なる熱電子を放出する酸化物の混合物、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物と1つもしくは複数の他の熱電子を放出する酸化物との混合物、熱電子を放出する炭素の同素体、カーボンナノチューブ、グラファイト、および、2つまたはそれ以上の異なる炭素同素体の複合物からなる群から選ばれる組成を有している、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記コアを支持構造体上に載置するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持構造体は、電圧源への電気結合用に構成された導電性の第1柱および導電性の第2柱を備え、前記フィラメントの前記第1端および前記第2端を、前記第1柱および前記第2柱にそれぞれ電気的に導通するよう配置するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記コア上にフィラメント材料の層を形成または配置し、前記フィラメント材料の層をフォトレジストで被覆し、前記高抵抗構成に従って前記フォトレジストをパターン化し、エッチング液を塗布するステップ、
前記コア上にフィラメント材料の層を形成または配置し、前記フィラメント材料にマスクを塗布し、前記高抵抗構成に従って前記マスクがパターン化され、エッチング液を塗布するステップ、および
前記コアにマスクを塗布し、前記高抵抗構成に従って前記マスクがパターン化され、前記マスクを通してフィラメント材料を堆積するステップ
からなる群から選ばれる処理を採用することにより、少なくとも前記フィラメントの前記中央部を前記高抵抗構成内に形成するステップを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１９】
前記コアを設けるステップは、
フィラメント材料の中空の管をコア材料を備えるスラリーで充填し、前記コア材料を固化することにより前記コアを形成し、前記高抵抗構成を有する前記フィラメントを前記中空の管から形成するステップ、および
前記コアをフィラメント材料の中空の管に挿入し、前記高抵抗構成を有する前記フィラメントを前記中空の管から形成するステップ
からなる群から選ばれる、いずれかの処理によって実行される請求項10に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィラメントの本体の少なくとも前記中央部はワイヤであり、前記フィラメントを設けるステップは前記ワイヤを前記コアに載置するステップを含む、請求項10に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子を生成するために利用されるフィラメントアセンブリ、ならびに、電子源、イオン源および関連付けられたシステムなどの、フィラメントアセンブリを利用する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術が、電子源（または電子放出器）、すなわち、真空中で電子流を生成する装置の使用を包含している。電子源は、電子を生成するために、熱陰極（または熱電子陰極）を利用する。熱陰極はしばしば、耐火性の材料（例えばタングステン）または他の高融点材料（例えばイリジウム）で構成された、加熱されたフィラメントの形態で提供され、低仕事関数の材料（例えば酸化イットリウム）で被覆されていてもよい。フィラメントの端は、フィラメントに電圧を印加する電圧源に結合されている。
【０００３】
結果として生じる、フィラメントを通って流れる電流は、それを、フィラメントの表面から、または、設けられている場合は低仕事関数の被覆から、エネルギー電子（この文脈で時に「熱電子」と呼ばれる）の熱電子放出を引き起こすのに十分な温度（例えば1800℃）まで抵抗加熱する。換言すれば、電子が、フィラメントまたは被覆の表面から蒸散する。電子源は、適切に空間的配向および極性配向（polar orientation）された1つまたは複数の静電場の生成を通じて、生成されたまま（as-generated）の電子をビームとして集中および加速し、かつ、所与の用途で求められるビームを誘導するよう構成された、陽極および1つまたは複数の追加の電極（電子光学系）を含んでいてもよい。
【０００４】
加熱されたフィラメントはしばしば、コイルの形態へと巻かれたワイヤとして実施される。フィラメントの2つの端が（例えば溶接により）、2つのそれぞれの柱（例えばステンレス鋼）に取り付けられ、次いで、2つのそれぞれの柱は、電圧源に電気的に結合されて、電気回路が完成する。コイルは2つの柱の間に懸吊されるが、そうでなければ、空間内に支持なしに立っている。それは、フィラメントの激しい加熱により、巻かれたワイヤにおいて解放される熱膨張および熱応力のために、予測不能な方向へ移動する。フィラメントは撓み、かつ歪むため、電子流の集中および方向が次善となる。結果として、下流での処理のために供給される電子の水準を一定に維持するために、フィラメントへの電流を増加させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電流が増加するとフィラメント中の熱が増加し、フィラメントの耐用年数がさらに減少する。加熱の別の結果として、金属フィラメント材料が非常に緩やか、かつ不均一な比率で昇華し、それにより、コイルの表面に沿って切り欠きが惹き起こされる。ホットスポットが切り欠き内で発達し始め、切り欠きをさらに深くする。加熱および移動と結び付いた切り欠き形成は、切り欠きでの破断などにより、最終的にフィラメントを崩壊させる。
【０００６】
ゆえに、上述した問題に取り組む、改良されたフィラメントアセンブリに対する継続的な要望が存在する。
【０００７】
上記の問題に全体として、もしくは部分的に、および/または、当業者により観察されてきたであろう他の問題に取り組むために、本発明は、以下に説明する実施態様において例を用いて説明する方法、処理、システム、機器、器具および/または装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、フィラメントアセンブリは、電気絶縁性の高融点材料で構成され、コア軸に沿ったコア長を有するコアと、導電性の高融点材料で構成され、第1端、第2端、および、第1端と第2端との間を延びる長尺の本体を備えるフィラメントであって、本体の少なくとも中央部が、コア上に配置されている、フィラメントとを含んでいる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本体の少なくとも中央部は、高抵抗構成におけるコア長の少なくとも一部に沿って延びている。
【００１０】
別の実施形態によれば、熱電子放出層は、コア上に配置され、少なくとも中央部を封入しており、熱電子放出層は、フィラメントの仕事関数よりも低い仕事関数を有している。
【００１１】
別の実施形態によれば、本発明のフィラメントアセンブリを作製する方法は、電気絶縁性の高融点材料で構成され、コア軸に沿ったコア長を有するコアを設けるステップと、導電性の高融点材料で構成され、第1端、第2端、および、第1端と第2端との間を延びる長尺の本体を備えるフィラメントを設けるステップと、本体の少なくとも中央部が、コア上に配置されるように、フィラメントをコアに取り付けるステップとを含んでいる。
【００１２】
別の実施形態によれば、本方法は、熱電子放出層を、熱電子放出層が少なくとも前記中央部を封入するように、コアに塗布するステップを含み、熱電子放出層は、フィラメントの仕事関数よりも低い仕事関数を有している。
【００１３】
別の実施形態によれば、電子源が、本明細書中に開示する実施形態のいずれかに係るフィラメントアセンブリと、フィラメントアセンブリが配置された真空チャンバとを含んでいる。
【００１４】
別の実施形態によれば、イオン源が、本明細書中に開示する実施形態のいずれかに係るフィラメントアセンブリと、イオン化チャンバと、フィラメントアセンブリから放出されたイオン化チャンバ中の電子との接触へと試料を導くよう構成されたイオン入口と、イオン化チャンバからイオンを導き出すよう構成された試料出口とを含んでいる。
【００１５】
別の実施形態によれば、分析器具が、本明細書中に開示する実施形態のいずれかに係るフィラメントアセンブリを含むイオン源と、イオン出口に導通する質量分析計とを含んでいる。
【００１６】
別の実施形態によれば、試料をイオン化する方法が、本明細書中に開示する実施形態のいずれかに係るフィラメントアセンブリのフィラメントの第1端および第2端に電圧を印加するステップと、試料を電子線に接触させるステップとを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィラメントアセンブリの一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係るフィラメント材料のコアおよびシートもしくは層の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る、フォトレジストが追加されたあとの、図2Aに示すフィラメント材料のコアおよびシートもしくは層の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る、図2Bに示すフィラメント材料をエッチングし、フォトレジストを除去したあとの、フィラメントアセンブリを示す模式的な斜視図である。
【図２Ｄ】図2Cに示すフィラメントアセンブリをフィラメント柱に動作可能に結合した状態を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｅ】図2Cに示すフィラメントアセンブリの長手方向の区分を模式的に示す図である。
【図３Ａ】本発明の別の実施形態に係るフィラメント材料のコアおよびシートもしくは層の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３Ｂ】図3Aに示すコアおよびフィラメント材料から作製したフィラメントアセンブリをフィラメント柱に動作可能に結合した状態を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るフィラメントアセンブリを示す模式的な斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電子源（電子放出器）を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の装置、機器、システム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することにより、当業者にとって明らかとなるであろう。すべてのそのようなシステム、方法、特徴および利点は、この説明内に含まれ、本発明の範囲内にあり、かつ、添付の特許請求の範囲により保護されるよう意図されている。
【００１９】
本発明は、以下の図面を参照することにより、より良く理解することができる。図面内の部品は必ずしも等尺で描かれておらず、むしろ、発明の原理を説明するにあたって、強調が加えられている。図面では、類似の参照番号は、異なる図を通じて、対応する部品を示している。
【００２０】
図１は、フィラメントアセンブリ100の一例を示す模式図である。一般に、フィラメントアセンブリ100は、コア104およびフィラメント108を含んでいる。いくつかの実施形態では、フィラメントアセンブリ100は、熱電子放出層112をも含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、フィラメントアセンブリ100は以下に説明するように、フィラメント柱（filament posts）をも含んでいてもよい。
【００２１】
一般に、コア104は、フィラメントアセンブリ100の耐用年数にわたり、崩壊（例えば、亀裂、分解など）せずに、高温を含む熱サイクリングに耐えながら、フィラメント108のために中実の支持表面を確実に提供することのできる材料で構成することができる。本明細書で、高温とは一般に、フィラメント材料またはフィラメント材料を被覆する熱電子を放出する材料を融解させず、沸騰（すなわち熱電子的な放出）により電子を発生させるのに十分に高い温度（1つの非限定的な例は約1800℃）をいう。便宜上、本明細書で説明するコア材料を、高融点材料と呼ぶ。このように、コア材料は、例えば広い範囲の耐火性の材料から選択されてもよく、例として、さまざまなセラミックス、金属（または半金属）酸化物、炭化物、窒化物および粘土が含まれるが、これらに限定されるものではない。そのうえ、コア材料は通常、電気絶縁材料であり、それゆえに、上に述べたように非金属の耐火性の材料であってもよい。本明細書では、「電気絶縁材料」という用語は誘電材料を包含している。
【００２２】
コア104は一般に、コア軸116に沿ったコア長を有している。コア長はコア104の主要な寸法であってもよい。すなわち、コア104は、コア軸116に沿って長尺とされていてもよい。コア104は、中実であっても、または、中空であってよい。いくつかの実施形態では、「中実の」コア材料は、ボールミル粉砕、または、粉末などから中実の物体を工作するための他の技術により形成された粉末、粒子もしくは鉱物集合体（mineral aggregate）の高圧縮パッキングであってもよい。
【００２３】
コア104は、モノリシックな構造または複合構造を有していてもよい。後者の例として、コア104は、充填材またはコア材料を包囲する外殻（例えば管）を含んでいてもよい。図示した例では、コア104は円筒形であるが、他の実施形態では一般に、安定した電子流を生成するのに効果的な静止した形態のフィラメント108を支持するのに適切な、他のいずれかの形状であってもよい。
【００２４】
コア104は、適切な支持構造体120に、上述したように高温を含む熱サイクリングに耐えながらコア104を確実に支持することのできる適切な手段（例えば、接着剤、膠、樹脂、溶接もしくは留め具、または、互いに接触、嵌合もしくは連動するコア104および支持構造体120上の対応する機構など）により、取り付けられ、または、載置されている。さまざまな実施形態において、支持構造体120は、フィラメントアセンブリ100の一部であるとみなされても、かつ/または、フィラメントアセンブリ100が設置された器具もしくはシステムの一部であるとみなされてもよい。
【００２５】
図示した実施形態では、支持構造体120は、一対のフィラメント柱124Aおよび124Bであり、または、一対のフィラメント柱124Aおよび124Bを含んでいる。コア104の軸端はそれぞれ、フィラメント柱124Aおよび124Bに取り付けられ、または、載置されている。フィラメント柱124Aおよび124Bは、当業者が理解するように、電子（衝突）イオン化（EI）源内でフィラメントを支持するために従来から利用される同一または類似の種類の柱であってもよい。このように、実務上、フィラメント柱124Aおよび124Bは、フィラメント108に電力を供給し電気回路を完成する電圧源に接続されている。
【００２６】
フィラメント108は、導電性の高融点材料、すなわち、フィラメント材料またはフィラメント材料を被覆する熱電子を放出する材料であって、融解せずに沸騰すること（すなわち熱電子放出）により電子を発生させるのに十分高い温度に耐えることのできる材料で構成されている。ゆえに、例えば、フィラメント108は、熱電子陰極で使用する、または熱電子陰極として使用するのに適した、耐火性の金属もしくは他の高融点金属、または、いずれかの耐火性の金属もしくは他の高融点金属の合金、または、高融点半導体で構成されていてもよい。例として、イリジウム、タングステン、レニウム（rhenium）、および、それらの合金（例えばタングステンレニウム）が含まれるが、これらに限定されない。
【００２７】
フィラメント108は、第1端128A、第2端128B、および、第1端128Aと第2端128Bとの間を延びる長尺の本体を含んでいる。本体は、図示したようにワイヤ（すなわち、丸い断面を有する）として形成されていても、または、リボンもしくは細片（すなわち、直線の断面を有する、平らで、平坦な外形）として形成されていてもよい。限定的ではないが、通常、フィラメント108（すなわち本体）の断面は、ミリメートル（mm）のオーダーの寸法を備えている。
【００２８】
一般に、第1端128Aおよび第2端128Bは、いずれかの適切な手段で、フィラメント柱124Aおよび124Bと、電気的に導通するように配置されている。実施形態によっては、第1端128Aおよび第2端128Bは、第1および第2端128Aおよび 128Bとフィラメント柱124Aおよび124Bとの間の直接接続または間接接続のいずれかにより（例えば、中間の接触線を介して）、フィラメント柱124Aおよび124Bと電気的に導通するように配置されていてもよい。
【００２９】
フィラメント108がワイヤ形状である本実施形態では、第1端128Aおよび第2端128Bは、例えば溶接などにより、第1端128Aおよび第2端128Bを直接フィラメント柱124Aおよび124Bに接続することにより、フィラメント柱124Aおよび124Bのそれぞれに電気的に導通するように配置されている。空間的に許容されれば、第1端128Aおよび第2端128Bは、コア104の軸端近くで、フィラメント柱124Aおよび124Bの端（すなわち、図1の観点で頂面）に電気的に接続されていてもよい。あるいは、第1端128Aおよび第2端128Bは、コア104が載置され、または取り付けられる端の近くの地点で、フィラメント柱124Aおよび124Bの側部に電気的に接続されていてもよい。
【００３０】
本体の少なくとも中央部128Cが、コア104上に配置されている。フィラメント108の全体長さが、第1端128Aおよび第2端128Bを除いて、コア104上に配置され、それゆえにコア104により支持されるのが望ましい。第1端128Aおよび第2端128Bは、それらをフィラメント柱124Aおよび124Bに電気的に接続するのを容易にするために、少なくともいくらかの運動の自由を必要とする場合がある。ゆえに、コア104上に配置される本体の中央部128Cは、コア104の全体または実質的に全体長さにわたって延びていてもよく、コア104とフィラメント柱124Aおよび124Bとの間で懸吊されたフィラメント108の端部（第1端128Aおよび第2端128Bそれぞれで終わる部分）の長さが最小化されていてもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態では、フィラメント108または少なくとも中央部128Cは、直線状または実質的に直線状であり、すなわち、直線状または実質的に直線状の経路におけるコア長の少なくとも一部に沿って延びている。他の実施形態において、かつ、図示したように、フィラメント108または少なくとも中央部128Cは、高電気抵抗（または高抵抗）構成におけるコア長の少なくとも一部に沿って延びている。
【００３２】
本明細書で、「高電気抵抗構成」または「高抵抗構成」とは、有意の抵抗の電路（例えば、直線状のフィラメントと比較して、増加した抵抗の電路）を設けるフィラメントの構成を指している。1つの非限定的な例として、高抵抗構成は、直線状のフィラメントと比較して、フィラメント材料が延びる方向に複数の変化を加えることにより実現されてもよい。そのような場合、高抵抗構成は、フィラメント材料の経路が1回または複数回方向を変える複数方向（multi-directional）（または複数転換（multi-turn）、または複数屈曲（multi-bend））の構成であるものとして説明されてもよい。本実施形態では、高抵抗構成は、らせん状の経路内でコア104（および、それゆえに、コア軸116）の周りに巻き付けられている少なくとも中央部128Cにより、実現される。すなわち、少なくとも中央部128Cは、らせんコイルとして形成されている。以下に例が説明される他の実施形態では、高抵抗構成は、蛇行した（または迷路状の）経路として実現されていてもよい。
【００３３】
フィラメント108の少なくとも中央部128Cが、作動中にコア104上に十分に支持されたままになり、加熱されたことに反応して移動しないことを保証するために、少なくとも中央部128Cは、適切な接合媒体（または接着剤など）により、コア104に取り付け（例えば、貼着、接着など）されていることが好ましい。いくつかの実施形態では、熱電子放出層112は、別体の接合媒体を使用する必要なしに、効果的な接合媒体として機能してもよい。
【００３４】
熱電子放出層112は、（以下に説明する、図2Eに、より詳細に示すように）フィラメント108の少なくとも中央部128Cを共形に（conformally）覆う（すなわち、封入する）ように、コア104上に配置されている。その組成に応じて、熱電子放出層112は、その後、乾燥、蒸発、または、液相を除去するための他の仕組みを介して、凝固、硬化または固化する、湿式の被覆またはスラリーとして塗布されてもよい。その組成に適した、熱電子放出層112を塗布するための方法であればいずれも実施してもよい。例えば、浸漬コーティング、スプレーコーティング、ドロップコーティング（drop coating）、スピンコーティング、塗装、ドクターブレード法（doctor blading）、印刷などが含まれるが、これらに限定されない。
【００３５】
熱電子放出を高めるため、熱電子放出層112の材料は、フィラメント108の仕事関数よりも低い仕事関数を有していることが好ましい。熱電子放出層112を形成するのに適した材料の例には、イットリウム酸化物またはイットリウム酸化物と1つもしくは複数の他の熱電子を放出する酸化物との混合物などがある。熱電子を放出する酸化物または2つもしくはそれ以上の異なる熱電子を放出する酸化物の混合物、ならびに、カーボンナノチューブ、グラファイトなどの熱電子を放出する炭素の同素体、および、カーボンナノチューブ、グラファイトもしくは他の炭素同素体の派生物、または、2つもしくはそれ以上の異なる炭素同素体を含有する複合構造体があげられるが、これらに限定されない。
【００３６】
一実施形態に従ってフィラメントアセンブリ100を作製するための方法の例を、ここで説明する。一般に、コア104およびフィラメント108は、フィラメント108の本体の少なくとも中央部128Cがコア104上に配置されるように設けられる。上述したように、いくつかの実施形態では、フィラメント108または少なくとも中央部128Cは、高抵抗構成において、コア長の少なくとも一部に沿って延びている。詳しくは本実施形態において、フィラメント108はワイヤの形態で設けられており、高抵抗構成は、らせん状の経路内で中央部128Cをコア104に巻き付けることにより形成される。フィラメントアセンブリ100をこのように組み立てた状態で、次いでコア104の軸端を、それぞれのフィラメント柱124Aおよび124B上に載置する、または、それぞれのフィラメント柱124Aおよび124Bへと取り付けることにより、フィラメントアセンブリ100は、フィラメント柱124Aおよび124B上に載置される。次いで、フィラメント108の第1端128Aおよび第2端128Bは、例えば溶接などにより、それぞれのフィラメント柱124Aおよび124Bに電気的に接続される。
【００３７】
その後、フィラメントアセンブリ100ならびにフィラメント柱124Aおよび124Bは、イオン源または他の器具内に、ユニットとして設置される。あるいは、フィラメント柱124Aおよび124Bは、フィラメントアセンブリ100がフィラメント柱124Aおよび124Bに載置されて電気的に接続されるときに、イオン源または他の器具内に事前設置されてもよい。
【００３８】
フィラメントアセンブリ100をフィラメント柱124Aおよび124Bに載置したのち、次いで、熱電子放出層112を、熱電子放出層112が少なくとも中央部128Cを封入する（例えば、上から共形に配置される）ように、コア104に塗布する。1つの詳細かつ非限定的な実施形態では、電子放出層112は、電子を放出する材料の（または、を含む）スラリーにコア104を（フィラメント108をその上に配置した状態で）浸漬することにより、塗布される。その後、電子を放出する材料は、必要に応じて乾燥、硬化などされてもよい。あるいは、電子放出層112は、フィラメントアセンブリ100をフィラメント柱124Aおよび124Bに載置する前に塗布してもよい。
【００３９】
図2A〜図2Eは、一実施形態に係るフィラメントアセンブリ200を作製するための方法の一例を示す模式的な斜視図である。
【００４０】
フィラメント柱224Aおよび224Bに載置され電気的に接続されたあとの、作製されたフィラメントアセンブリ200の例を示す図2Dと、作製されたフィラメントアセンブリ200の長手方向の区分の例を示す図2Eとを、まず参照する。
【００４１】
フィラメントアセンブリ200は、コア204、フィラメント208および電子放出層212を含んでいる。コア204、フィラメント208および電子放出層212の材料組成は、図1に示すフィラメントアセンブリ100に関して上述したとおりであってもよい。
【００４２】
コア204は、コア軸216に沿ったコア長を有しており、コア軸216に沿って長尺とされていてもよい。コア204は中実または中空であってもよく、モノリス構造または複合構造を有していてもよい。図示した実施形態では、コア204は円筒形であるが、他の実施形態では一般に、フィラメント208を支持し、かつ、作動中に安定した電子流を生成するのに適した他の形状であってもよい。
【００４３】
コア204は、上述したいずれかの適切な手段により、いずれかの適切な支持構造体220に取り付けられ、または載置される。上で指摘したように、実施形態に応じて、支持構造体220は、フィラメントアセンブリ200の一部であるとみなされても、かつ/または、フィラメントアセンブリ200が設置された器具もしくはシステムの一部であるとみなされてもよい。図示した実施形態では、支持構造体220は、一対のフィラメント柱224Aおよび224Bであり、または、一対のフィラメント柱224Aおよび224Bを含んでいる。コア204の軸端はそれぞれ、フィラメント柱224Aおよび224Bに取り付けられ、または、載置されている。
【００４４】
フィラメント208は、第1端228A、第2端228B、および、第1端228Aと第2端228Bとの間を延びる長尺の本体を含んでいる。本実施形態では、本体はリボンまたは細片として形成されている。通常、しかし限定的でなく、フィラメント208（すなわち本体）の断面は、ミリメートル（mm）のオーダーの寸法を有している。
【００４５】
一般に、第1端228Aおよび第2端228Bは、いずれかの適切な手段で、フィラメント柱224Aおよび224Bと、電気的に導通するように配置されていてもよい。フィラメント208が平らで平坦な外形を有する本実施形態では、第1端228Aおよび第2端228Bは、それぞれの接触線232Aおよび232Bを介して、それぞれのフィラメント柱224Aおよび224Bと電気的に導通するように配置されている。すなわち、接触線232Aおよび232Bは、第1端228Aおよび第2端228Bとフィラメント柱224Aおよび224Bとの間に、それぞれの電気的な相互接続を設ける。
【００４６】
詳しくは、接触線232Aの両端が、第1端228Aおよびフィラメント柱224Aと（例えば溶接により）それぞれ接続されていてもよく、接触線232Bの両端が、第2端228Bおよびフィラメント柱224Bと（例えば溶接により）それぞれ接続されていてもよい。空間的に許容されれば、第1端228Aおよび第2端228Bは、コア204の軸端近くで、フィラメント柱224Aおよび224Bの端に電気的に接続されていてもよい。あるいは、図示したように、第1端228Aおよび第2端228Bは、コア204が載置され、または取り付けられている端近くの地点で、フィラメント柱224Aおよび224Bの側部に、電気的に接続されていてもよい。
【００４７】
本体の少なくとも中央部228Cが、コア204上に配置されている。上述したように、いくつかの実施形態では、少なくとも中央部228Cは、高抵抗構成におけるコア長の少なくとも一部に沿って延びていてもよい。本実施形態では、フィラメント208の平らで平坦な外形、ならびに、フィラメント柱224Aおよび224Bとの相互接続としての接触線232Aおよび232Bの使用により、フィラメント208の全体長さが、コア204上に配置され、それゆえにコア204により支持されることが可能となる。
【００４８】
本実施形態では、高抵抗構成は、らせん状の経路内でコア204（および、それゆえにコア軸216）の周りに巻き付けられている少なくとも中央部228Cにより実現される。本明細書で説明するように、他の実施形態では、高抵抗構成は、蛇行した（または迷路状の）経路として実現されていてもよい。
【００４９】
他の実施形態におけるように、かつ、図2Dに最もよく示すように、電子放出層212は、フィラメント208の少なくとも中央部228Cを封入するよう、コア204上に配置される。
【００５０】
ここで、一実施形態に係るフィラメントアセンブリ200を作製するための方法の例を、図2A〜図2Eを参照して説明する。一般に、コア204およびフィラメント208は、フィラメント208の本体の少なくとも中央部228Cがコア204上に配置されるように設けられていてもよく、かつ、高抵抗構成において、コア長の少なくとも一部に沿って延びていてもよい。
【００５１】
本実施形態において、これは例えば、三次元物体に適合するレーザリソグラフィまたは紫外線（UV）リソグラフィ（フォトリソグラフィ）の技術により達成される。採用することのできるリソグラフィ処理の1つの非限定的な例を以下に説明する。他の実施形態では、非リソグラフィ技術を含む他の作製技術を採用してもよい。
【００５２】
図2Aを参照して、コア204は中実または中空の円筒の形態で設けられている。コア204上にフィラメント材料のシートまたは層236を、フィラメント材料の管もしくは円筒を形成するようコア204の外側の長手方向の表面全体の周りに、または、フィラメント材料の管もしくは円筒を形成するようコア204の外側の長手方向の表面の少なくとも一区分の周りに、まず配置または形成する。フィラメント材料のシートまたは層236は、フィラメント材料の組成に適した処理により、コア204上に配置または形成してもよい。一例として、フィラメント材料は、適切な化学蒸着（CVD）または物理蒸着（PVD）技術などの真空蒸着技術により形成されてもよい。別の1つの例として、フィラメント材料は、予め形成されたシートとして最初に設けられてもよく、次いで、予め形成されたシートはコア204の周りに巻き付けられる。コア204からのフィラメント材料の剥離を引き起こすことなく、フィラメントアセンブリ200の使用において直面する熱サイクリングに耐えることのできる、相応に強く、かつ耐熱性の接合媒質を使用して、予め形成されたシートをコア204に固定してもよい。
【００５３】
図2Bを参照して、フィラメント材料のシートまたは層236は、エポキシベースのフォトレジスト（例えばSU-8）などのフォトレジストの層240で被覆されている。図示した例では、次いで、所望の高抵抗構成に適合するパターン244が、適切な波長（nm）および照射線量（mJ/cm2）の電磁エネルギー（例えば、可視光、紫外（UV）光など）を、対応するようにパターン化されたフォトマスク（図示せず）を通して導くことにより、フォトレジスト上に画定される。他の実施形態では、電子線、X線エネルギーまたはレーザ光などの別の種類の露光エネルギーを利用してもよい。図示した実施形態では、パターン244はらせん状であり、他の実施形態では、上で指摘したように、蛇行していても、または迷路状であってもよい。
【００５４】
フィラメント材料の層236などの三次元物体に関し、フォトマスクはまず、アセンブリにUV光を照射する前に、フィラメント材料の層236に対して整列され、かつ共形に塗布されていてもよい。あるいは、より従来型のフォトマスクおよびレティクルを利用してもよく、コア204のアセンブリ、フィラメント材料層236およびフォトレジスト層240がコア軸216周りに角度増分（angular increment）で回転されている間、コア軸216周りに角度増分で回転されていても、または静止して保持されていてもよい。超小型電子作製（microelectronic fabrication）に必要な機構解像度および精度の水準は、本明細書に開示したフィラメント作製の処理用に必要とされないと考えられる。
【００５５】
適切に選択されたフォトレジスト現像剤溶液（または「現像剤」）に対して本来的に可溶性のネガ型フォトレジストを利用してもよい。フォトマスクの窓（開口）を通じてUV光に露光される、ネガ型フォトレジストの領域は、UV光への露光に際し（硬化または架橋ゆえに）現像剤に対して不溶性となるが、露光されない領域は現像剤に対して可溶性のままである。この場合、フォトマスクのパターンは、所望の高抵抗構成のパターン244にポジとして（positively）（または直接に）一致している。
【００５６】
あるいは、現像剤に対して本来的に不溶性のポジ型フォトレジストを利用してもよい。フォトマスクの窓を通じてUV光に露光される、ポジ型フォトレジストの領域は、UV光への露光に際し（変性または他の仕組みの劣化により）現像剤に対して可溶性となるが、露光されない領域は現像剤に対して不溶性のままである。この場合、フォトマスクのパターンは、所望の高抵抗構成のパターン244に対して補足的であり、または、所望の高抵抗構成のパターン244に反転して、または陰性に一致している。
【００５７】
いずれの場合も、アセンブリをUV光に露光することにより、不溶性のフォトレジストのパターンをフォトレジスト層に形成する。露光後、フォトマスクは次いで除去され、現像剤が塗布されてフォトレジストの可溶性の領域を溶解する。次いで、現像剤および溶解されたフォトレジスト材料をすすぎ落とす。その結果、フィラメント材料のパターン244が、（現像剤に不溶性の）残っているフォトレジストにより保護される一方、フィラメント材料の層236の残っている部分は今や露光される。
【００５８】
図2Cを参照し、次いで、適切なウェットエッチング液（例えば化学薬品）またはドライエッチング液（例えば、酸素プラズマ、イオンビームなど）をアセンブリに塗布して、フィラメント材料の層236の露光された部分を除去し、それにより、フィラメント材料のパターン244のみをコア204上に残す。次いで、フィラメント材料のパターン244上に配置された、残っているフォトレジストを、適切なエッチング液または他の手段により除去し、それにより、高抵抗構成を有するフィラメント208の作製を完了する。
【００５９】
当業者であれば、上記リソグラフィベースの処理が、表面調製（surface preparation）または洗浄、すすぎ、焼き付けなどの、本明細書で詳細に説明していない他のステップを含んでいてもよいことを理解するであろう。
【００６０】
図2Dを参照し、次いで、コア204の軸端をそれぞれのフィラメント柱224Aおよび224B上に載置する、または、フィラメント柱224Aおよび224Bに取り付けることにより、フィラメントアセンブリ200をフィラメント柱224Aおよび224Bに組み付けてもよい。次いで、接触線232Aおよび232Bをそれぞれ、上述したように第1端228Aおよび第2端228Bとフィラメント柱224Aおよび224Bとの間で相互接続することにより、フィラメント208の第1端228Aおよび第2端228Bを、それぞれのフィラメント柱224Aおよび224Bに電気的に結合する。
【００６１】
その後、フィラメントアセンブリ200ならびにフィラメント柱224Aおよび224Bを、イオン源内にユニットとして設置してもよい。あるいは、フィラメントアセンブリ200をフィラメント柱224Aおよび224Bに載置して電気的に接続するときに、フィラメント柱224Aおよび224Bを、イオン源内に事前設置してもよい。
【００６２】
図2Eは、フィラメント208の2巻きにより占められた、フィラメント208の長手方向の断面（コア軸216に沿ったフィラメントアセンブリ200の長さ）の側面図である。図示したように、フィラメント柱224Aおよび224Bにフィラメントアセンブリ200を載置する前または後に、上述したように、電子放出層212がフィラメント208の少なくとも中央部228C（図2D）を封入して（例えば、上に共形に配置されて）、それにより、フィラメントアセンブリ200の作製を完了するように、電子放出層212をコア204に塗布する。
【００６３】
フィラメントアセンブリ200を作製するための方法の別の実施形態では、上述したように、コア204は中実または中空の円筒の形態で設けられていてもよく、フィラメント208は、コア204上にフィラメント材料のシートまたは層236をまず配置または形成することにより設けられていてもよい。高抵抗構成のパターン244のネガに（negatively）一致した開口のパターンを有するマスクは（所望であれば）、フィラメント材料の層236に整列され、かつ、フィラメント材料の層236上へと合致するように塗布される。ゆえに、パターン244に対応するフィラメント材料の領域がマスクの下方で保護される一方、フィラメント材料の残っている領域は、マスクの開口を通じて暴露される。次いで、マスク自体が反応しない、適切なウェットまたはドライエッチング液をアセンブリに塗布し、それにより、フィラメント材料の保護されていない領域をエッチング除去する。その結果、高抵抗構成を有するフィラメント208が形成される。次いで、上述したように、電子放出層212をコア204に塗布して、それにより、フィラメントアセンブリ200の作製を完了してもよい。
【００６４】
フィラメントアセンブリ200を作製するための方法の別の実施形態では、所望の高抵抗構成を有するフィラメント208を、上述した材料減算的な（material-substractive）処理の代わりに、材料加算的な（material-additive）処理により形成する。コア204を、上述したように、中実または中空の円筒の形態で設ける。所望の高抵抗構成のパターン244のポジに（positively）（または直接に）一致する開口のパターンを有するマスクが、コア204に整列され、コア204へと合致するように塗布される。次いで、フィラメント材料が、例えばCVDまたはPVDなどにより、マスクの開口を通じて堆積される。その結果、高抵抗構成を有するフィラメント208が形成される。次いで、上述したように、電子放出層212をコア204に塗布して、それにより、フィラメントアセンブリ200の作製を完了してもよい。
【００６５】
図3Aおよび図3Bは、別の実施形態に係るフィラメントアセンブリ300を作製するための方法の例を示す模式的な斜視図である。
【００６６】
フィラメント柱324Aおよび324Bに載置されて電気的に接続された後の、作製されたフィラメントアセンブリ300の例を示す、図3Bをまず参照する。フィラメントアセンブリ300は、コア304、フィラメント308および電子放出層312を含んでいてもよい。コア304、フィラメント308および電子放出層312の材料組成は、図1に示すフィラメントアセンブリ100に関して上述した通りであってもよい。
【００６７】
コア304は、コア軸316に沿ったコア長を有しており、コア軸316に沿って長尺とされていてもよい。コア304は中実または中空であってもよく、モノリス構造または複合構造を有していてもよい。図示した実施形態では、コア304は円筒形であるが、他の実施形態では一般に、フィラメント308を支持し、かつ、作動中に安定した電子流を生成するのに適した他の形状であってもよい。コア304は、上述したいずれかの適切な手段により、いずれかの適切な支持構造体320に取り付けられ、または載置されていてもよい。
【００６８】
上で指摘したように、実施形態に応じて、支持構造体320は、フィラメントアセンブリ300の一部であるとみなされても、かつ/または、フィラメントアセンブリ300が設置された器具もしくはシステムの一部であるとみなされてもよい。図示した実施形態では、支持構造体320は、一対のフィラメント柱324Aおよび324Bであり、または、一対のフィラメント柱324Aおよび324Bを含んでいる。コア304の軸端はそれぞれ、フィラメント柱324Aおよび324Bに取り付けられ、または、載置されている。
【００６９】
フィラメント308は、第1端328A、第2端328B、および、第1端328Aと第2端328Bとの間を延びる長尺の本体を含んでいる。本実施形態では、本体はリボンまたは細片として形成されている。フィラメント308（すなわち本体）の断面は、図2C〜図2Eに示したフィラメント208について上に提示したものに類似の寸法（例えば幅および高さ）を有していてもよい。一般に、第1端328Aおよび第2端328Bは、いずれかの適切な手段で、フィラメント柱324Aおよび324Bと電気的に導通するように配置されていてもよい。
【００７０】
フィラメント308が平らで平坦な外形を有する本実施形態では、図2Eに示すフィラメントアセンブリ200に関連して上述したように、第1端328Aおよび第2端328Bは、それぞれの接触線332Aおよび332Bを介して、それぞれのフィラメント柱324Aおよび324Bと電気的に導通するように配置されていてもよい。上述したように、本体の少なくとも中央部328Cはコア304上に配置されており、例えばらせん状の経路または蛇行した（もしくは迷路状の）経路を提示してもよい高抵抗構成におけるコア長の少なくとも一部に沿って延びていてもよい。
【００７１】
他の実施形態におけるように、熱電子放出層312は、フィラメント308の少なくとも中央部328Cを封入するよう、コア304上に配置される。
【００７２】
図3Aは、フィラメントアセンブリ300を作製するための方法の最初の工程の例を示している。フィラメントアセンブリ300は、フィラメント材料が最初に中空の円筒336の形態で設けられ、コア前駆体材料が最初にスラリー（例えば、セラミック材料（例えば粒子）および水および選択的に結合剤などの1つまたは複数の機能性添加剤のスラリー）において提供されることを除いて、フィラメントアセンブリ200について上述したものと類似のやり方で作製されていてもよい。
【００７３】
スラリーは、フィラメント材料の円筒により包囲された容積内へと、容積の全部または一部をスラリーが満たすまで注がれ、その後、フィラメント材料を支持することのできる中実のコア304を形成するよう凝固できるようにされる。実施形態およびスラリーの組成に応じて、さまざまな処理工程を、中実のコア304を形成するために実行してもよい。例えば、（水が容積から流出するようにピストン構造体を操作することなどにより）スラリーを円筒336内へと圧縮し（凝縮し、詰め込み）、かつ、追加のスラリーを円筒336内へと注ぐ、複数の交互の工程を必要とする場合がある。別の例として、水を除去し、かつ、空気乾燥、真空乾燥、焼成、焼き付け、焼結、硬化などのコア前駆体を凝固または固化する処理を完了するために、適切な工程を実行してもよい。
【００７４】
図3Aに示すアセンブリが形成されると、次いで、高抵抗構成を有するフィラメント308が、本明細書で説明するいずれかの方法に従って形成されてもよい。結果として得られたフィラメントアセンブリ300は、次いで、図3Bに示すように、かつ、上述したように、コア304の軸端をそれぞれのフィラメント柱324Aおよび324B上に載置し、または、フィラメント柱324Aおよび324Bに取り付け、かつ、フィラメント308の第1端328Aおよび第2端328Bを接触線332Aおよび332Bを介してそれぞれのフィラメント柱324Aおよび324Bと電気的に導通することにより、フィラメント柱324Aおよび324Bに組み付けられてもよい。図示したように、フィラメントアセンブリ300をフィラメント柱324Aおよび324Bに載置した後または載置する前に、共形の電子放出層を、本明細書で説明したいずれかの方法に従って追加してもよい。
【００７５】
別の実施形態では、フィラメント材料は、さきほど説明したように、最初に中空の円筒336の形態で設けられてもよく、コア304は、最初に中実の本体（例えば、本明細書で説明した他の実施形態に類似した円筒形であってもよい棒状の本体）の形態で設けられていてもよい。中実のコア304は、中空の円筒336内へと挿入されてもよく（これは、例えば、中実のコア304を中空の円筒336内へと圧入することを伴っていてもよく）、その後、さらなる処理および/または組み立て工程が、本明細書で説明したように実行されてもよい。
【００７６】
図4は、別の実施形態に係るフィラメントアセンブリ400の例の模式的な斜視図である。フィラメントアセンブリ400は、コア404、フィラメント408および電子放出層412を含んでいてもよい。コア404、フィラメント408および電子放出層412の材料組成は、図1に示すフィラメントアセンブリ100に関して上述した通りであってもよい。
【００７７】
全体として、フィラメントアセンブリ400の構成は、上述し図2A〜図2Dに示したフィラメントアセンブリ200または上述し図3Aおよび図3Bに示したフィラメントアセンブリ300の構成に類似していてもよい。ゆえに、コア404は、コア軸416に沿っ（て長尺とされ）たコア長を有している。コア404は中実または中空であってもよく、モノリス構造または複合構造を有していてもよく、円筒形であっても、または他の適切な形状を有していてもよく、かつ、一対のフィラメント柱424Aおよび424Bなどのいずれかの適切な支持構造体420に取り付けられ、または載置されていてもよい。コア404の軸端はそれぞれ、フィラメント柱424Aおよび424Bに取り付けられ、または、載置されていてもよい。
【００７８】
フィラメント408は、第1端428A、第2端428B、および、第1端428Aと第2端428Bとの間を延びる長尺の本体を含んでいる。本体はリボンまたは細片として形成されていてもよく、その寸法は、ミリメートル（mm）のオーダーであってもよく、図2C〜図2Eに示すフィラメント208の非限定的な例により上に示したものと同じまたは類似であってもよい。
【００７９】
第1端428Aおよび第2端428Bは、それぞれの接触線432Aおよび432Bを介した電気的な相互接続を設けるなどの、いずれかの適切な手段により、フィラメント柱424Aおよび424Bと電気的に導通するように配置されていてもよい。本体の少なくとも中央部428Cがコア404上に配置されており、高抵抗構成において、コア長の少なくとも一部に沿って延びていてもよい。本実施形態において、フィラメント408の平らで平坦な外形、ならびに、フィラメント柱424Aおよび424Bとの相互接続としての接触線432Aおよび432Bの使用により、フィラメント408の全体長さが、コア404上に配置され、それゆえにコア404により支持されることが可能となる。
【００８０】
本実施形態において、かつ、図示したように、高抵抗構成は、蛇行したまたは迷路状の経路に沿ってコア404の外面の少なくとも一区分を横切る少なくとも中央部428Cにより実現される。
【００８１】
他の実施形態におけるように、熱電子放出層412は、フィラメント408の少なくとも中央部428Cを封入するよう、コア404上に配置される。
【００８２】
フィラメントアセンブリ400は、本明細書のいずれかの箇所で説明された方法のいずれかに従って作製されてもよい。特に、所望であれば高抵抗構成を有するフィラメント408を、本明細書で説明した材料加算的または材料減算的な処理のいずれかに従って形成してもよい。別の実施形態では、フィラメント408を、高抵抗構成を有するように事前形成してもよく、次いで、フィラメント408を、適切な接合または積載技術により、コア404に載置し、または取り付けてもよい。
【００８３】
本開示は、フィラメントアセンブリが、図1〜図4に示す実施形態を含む、上述した実施形態のいずれかからの構成要素または特徴の組み合わせを含む、他の実施形態を追加的に包含している。
【００８４】
上記説明から、本明細書に開示したフィラメントアセンブリが、公知のフィラメントアセンブリと比較して、1つまたは複数の利点を提供できることは明らかである。第一に、フィラメントがその全体長さに沿って、または、その長さの大部分に沿って支持され、それにより、加熱により引き起こされるフィラメントの移動および変形を排除する、または、少なくとも最小化することができる。第二に、応力を排除する、または、少なくとも最小化するようにフィラメントを構築することができ、これは、加熱により引き起こされるフィラメントの移動および変形を排除する、または少なくとも最小化することにも貢献する。第三に、フィラメントアセンブリの構成が、熱電子放出層を、より均一な仕方で形成することを可能にすることができ、それにより、より低いフィラメント温度で、熱電子放出層から、電子の試料密度を蒸発させることができる。第四に、フィラメントアセンブリの機構の寸法精度を改善することができ、それにより、電子の集中が改善され、かつ、より低い動作電流が実現する。
【００８５】
上記利点のいずれかまたはすべては、フィラメント寿命を延ばすことを改善するのに貢献することができ、電子流の安定性を増加することができる。フィラメントの安定性を、より長い使用期間にわたり、より長い寿命にわたって、高い水準に維持することができる。
【００８６】
本明細書に開示したフィラメントアセンブリを、自由電子の生成を必要とする機器またはシステムに関連して、電子源（または電子放出器）として利用してもよい。例えば、陰極線管（CRT）、素粒子物理学を研究するための装置などで利用される電子銃、表面または分子との相互作用のために電子線（eビーム）を必要とする作製または微細加工用のシステム、電子顕微鏡などの、照明用に電子線を利用する分析/測定器具および検知器、質量分析計などの、分子のイオン化またはイオンのフラグメンテーション用に電子線を利用する分析/測定器具および検知器、プラズマベースのイオン化、光イオン化、照明、表面洗浄、表面エッチング、表面処理、表面機能化、消毒などに利用するプラズマを生成するための種電子（seed electron）の源（プラズマ源）を必要とする装置、真空管、白色光源、加熱装置などを含むが、これらに限定されない。
【００８７】
図5は、一実施形態に係る電子源（電子放出器）500の例の模式図である。電子源500は、本明細書に開示した実施形態のいずれかに係るフィラメントアセンブリ、例えばフィラメントアセンブリ100（または200、300、または400、またはその他）を含んでいる。いくつかの実施形態では、フィラメントアセンブリ100は1つより多いフィラメントを含んでいてもよく、または、1つより多いフィラメントアセンブリ100が設けられていてもよい。
【００８８】
電子源500は、真空チャンバ552をさらに含んでいてもよい。実施形態に応じて、真空チャンバ552は、排気され、かつ周囲から恒久的に封止されていてもよく、または、適切な真空ポンピングシステム（図示せず）により、排気され、かつ所望の真空水準に維持することができてもよい。電子源500は、電子線（eビーム）560としての、生成されたまま（as-generated）の電子を集中および加速するよう構成され、かつ、適切な空間および極性配向の1つまたは複数の静電場の生成を通じて、所与の用途で必要とされるように電子線560を誘導するよう構成された、陽極556および1つまたは複数の追加の電極（電子光学系）558とを含んでいてもよい。電子光学系558は、電子流流れの意図された方向と反対の、フィラメントアセンブリの側に配置された電子反射器（リペラ）562を含んでいてもよい。電子反射器562は、生成されたままの電子を、意図された方向に推進するのに適するように付勢されている。実施形態に応じて、真空チャンバ552は、電子線560が通過する小さな出口564を含んでいてもよい。電子源500は、上で指摘したようにさまざまな用途で利用されてもよく、本明細書で教示したように構成されたフィラメントアセンブリ100（または200、300、または400、またはその他）を設けることで益を得ていてもよい。
【００８９】
試料を分析するため、および/または、特定の生物学的、化学的もしくは生化学的な化合物または微量元素の存在を検知するための多くの技術は、ある標的検体または特定の微量元素を含有すると公知のまたは推測されていることのある調査中の試料が、質量分析計（MS）により、分析または検知に備えてイオン化されることを必要とする。試料をイオン化するよう構成された装置は通常、イオン源として公知である。イオン源は、真空で作動するか大気圧で作動するかによって分類される場合がある。イオン源は、イオン化を行うために実施する技術の種類に応じて、さらに分類されてもよい。いくつかの技術は、真空または大気圧状況で、排他的に実施される。いずれの場合も、質量分析計自体は、高真空（非常な低圧）で作動しなければならない。
【００９０】
質量分析法（MS）で広く使用される真空イオン源の一例は、電子（衝突）イオン化源、すなわちEI源である。通常のEI源では、試料材料が、分子蒸気の形態のイオン化チャンバへと導入される。電子放出器（または電子源）が、試料材料との相互作用のためのイオン化チャンバにおける、または、試料材料との相互作用のためのイオン化チャンバ内へと導かれる電子線を生成するために採用されている。フィラメントアセンブリ、または、フィラメントアセンブリおよび関連付けられた電子源を、本明細書に開示したように、このような用途で電子源として利用してもよい。作動中、分析または検知されることになる試料は、電子線の経路と交差する経路に沿ったイオン化チャンバ内へと導入される。試料材料のイオン化は、試料と電子経路とが交差する領域において、電子線が試料材料を攻撃する（bombard）結果として生じる。
【００９１】
質量分析計ベースの分析器具は一般に、本明細書で説明したようなEI源などのイオン源と、イオン源からイオンを受け取り、イオンをそれらの異なる質量対電荷比（すなわちm/z比、または、より簡単に「質量」）に基づき分離するための質量分析器と、分離されたイオンを数えるためのイオン検知器と、ユーザが解釈可能な質量スペクトルを発生させるのに必要とされる、イオン検知器からの出力信号を処理するための電子機器とを含んでいる。
【００９２】
通常、質量スペクトルは、検知されたイオンの相対的な存在度を、それらのm/z比の関数として示す、一連のピークである。質量スペクトルは、試料の或る構成要素の存在を判定するため、ならびに、試料の構成要素の分子構造をさらに判定し、それにより、試料を定性的および定量的に特徴付けることを可能にするために利用してもよい。
【００９３】
さらに他の用途では、EI源を利用した質量分析計ベースの分析器具は、製品（「試験中の装置」すなわちDUTまたは「試験中のユニット」すなわちUUT）に漏れがあるかを判定するためにトレーサガス（例えば、ヘリウム、水素、トリチウム、アルゴンなど）を使用する漏れ検知器である。この場合、トレーサガスは「試料」である。一例では、DUTの内部はEI源に流体的に接続されており、試験チャンバ内に配置されている。試験チャンバは加圧したヘリウムを充填されており、DUTは、ヘリウム漏れ検知器の真空ポンピングシステムにより排気されている。漏れがある場合、試験チャンバ内のヘリウム分子が漏れ部位を通ってDUTの内部へと、かつEI源へと入る。別の例では、DUT自体の内部が、加圧したヘリウムを充填されており、試験チャンバ内に配置されている。試験チャンバはこの場合、EI源に流体的に接続されており、真空ポンピングシステムにより排気されている。漏れがある場合、DUTの内部のヘリウム分子が漏れ部位を通って試験チャンバへと、かつEI源へと入る。いずれの場合も、EIがヘリウム分子をイオン化し、生じたヘリウムイオンを、検知および定量化のために、質量分析計に移送する。
【００９４】
別の実施形態では、EI源は、化学イオン化（CI）源として構成されていてもよい。この場合、試薬ガスがイオン化チャンバ内へと受け入れられ、電子線によりイオン化される。当業者であれば理解するように、生じた試薬イオンは試料材料と相互作用して、検体イオンを発生させる。
【００９５】
別の実施形態では、本明細書に記載のフィラメントアセンブリおよび/または関連付けられた電子源は、質量分析計内に構成されて、電子捕獲解離（ECD）、電子移動解離（ETD）、または、当業者であれば理解する関連する技術により、イオンを破断（fragment）または解離するために利用される電子を生成してもよい。この場合、質量分析計の前端に配置されたイオン源はいずれの種類のイオン源であってもよく、「親」イオンを発生させる。フィラメントアセンブリおよび関連付けられた光学系はこの場合、破断チャンバ（またはセル）に配置されていてもよく、破断チャンバは、イオン光学軸上の位置に（すなわち、イオンワークフローに沿って）、イオン源と質量分析計との間に配置されている。フィラメントアセンブリから放出される電子は、破断チャンバ内の親イオンのビームと相互作用して、「娘」イオンを発生させ、次いで、「娘」イオンは下流の質量分析計に移送されてもよい。
【００９６】
別の実施形態では、当業者であれば理解するように、イオン源は、EIまたはCI源である代わりに、プラズマ形成ガスをエネルギー（例えば、無線周波数、マイクロ波など）の適切な入力にさらすことによりプラズマが発生され維持されるプラズマベースのイオン源であってもよい。この場合、フィラメントアセンブリは本明細書で説明したように、当初は非励磁状態の（non-energized）プラズマ形成ガスからのプラズマに衝突するのを支援する種電子を供給するために利用されてもよい。試料イオン化を、試料材料をプラズマに暴露することにより、実施してもよい。あるいは、プラズマを、光子を試料材料へと通す窓の後ろに制限してもよく、それにより、試料イオン化が光イオン化（PI）によって起きる。
【００９７】
本開示の目的のために、層（または、膜、領域、基板、部品、装置など）が別の層の「上」または「上方」にあるものとして言及されている場合、その層は他の層の上（もしくは上方）に直接もしくは実際にあってもよく、または、あるいは、介入する層（例えば、バッファ層、遷移層、中間層、犠牲層、エッチング停止層、マスク、電極、相互接続、接点など）も存在してもよいと理解させるであろう。別の層の「上に直接」ある層とは、特に断りのない限り、介入する層が存在しないことを意味している。ある層が、別の層の「上」（または「上方」）にあるものとして言及されている場合、その層は、他の層の全表を、または他の層の一部のみを覆っていてもよいことも理解されるであろう。「上に形成された」または「上に配置された」などの用語が、材料移送、堆積、作製、表面処理、または、物理、科学もしくはイオン結合もしくは相互作用の特定の方法に関して、いかなる限定をも持ち込むことを意図しないことを、さらに理解されるであろう。「介在された」という用語は、同様の仕方で解釈される。
【００９８】
本明細書で使用される際、「信号導通した」または「電気的に導通した」などの用語およびそれらの派生形は、2つまたはそれ以上のシステム、装置、部品、モジュールまたはサブモジュールが、ある種の信号路を通じて伝わる信号を介して、互いに通信できることを意味することも理解されるであろう。信号は、第1のシステム、装置、部品、モジュールまたはサブモジュールから、第2のシステム、装置、部品、モジュールまたはサブモジュールへと、第1および第2のシステム、装置、部品、モジュールまたはサブモジュールの間の信号路に沿って、情報、電力またはエネルギーを通信することのできる、通信、電力、データまたはエネルギー信号であってもよい。信号路は、物理的な、電気的な、磁気的な、電磁気的な、電気化学的な、光学的な、有線の、または、無線の接続を含んでいてもよい。信号路は、第1および第2のシステム、装置、部品、モジュールまたはサブモジュールの間に、追加のシステム、装置、部品、モジュールまたはサブモジュールをも含んでいてもよい。
【００９９】
より一般的に、「導通する」および「導通した」（例えば、第1の部品が第2の部品と「導通する」または「導通した」）などの用語は本明細書において、2つまたはそれ以上の部品または要素の間の、構造的な、機能的な、機械的な、電気的な、信号的な、光学的な、磁気的な、電磁気的な、イオン式の、または流体的な関係を示唆するために使用されている。そのように、1つの部品が第2の部品に導通していると言われていることは、追加の部品が、第1および第2の部品の間にあってもよい、かつ/または、第1および第2の部品に動作可能に関連付けられ、もしくは嵌合されていてもよい可能性を排除することを意図していない。
【０１００】
本発明のさまざまな局面または詳細を、本発明の範囲を逸脱することなく変更してもよいことが理解されるであろう。そのうえ、上記説明は、例示のみを目的としており、限定を目的としていない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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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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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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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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