Source: https://patents.google.com/patent/JP4783239B2/en
Timestamp: 2019-04-24 17:25:06+00:00

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本発明は、耐久性に優れ、かつ大電流の電界電子放出が可能な電子エミッタ材料および電子放出応用装置に関するものである。 The present invention is excellent in durability, and an electronic emitter material and electron emission application device capable of field emission of a large current.
電子の電界放出を応用した製品として、Ｘ線分析装置を例にとって以下説明する。 As a product which applies the field emission of electrons, will be described hereinafter an X-ray analysis apparatus as an example. 高電圧で加速された電子を金属ターゲットに衝突させることによりＸ線が発生するが、Ｘ線分析装置の電子放出源としては、タングステン（Ｗ）フィラメントを１８００〜２０００℃に加熱して発生する熱電子を利用する方式が最も簡易である。 While the electrons accelerated by a high voltage X-rays are generated by impinging on the metal target, the electron emission source of X-ray analyzer, generated by heating tungsten (W) filament 1800 to 2000 ° C. heat method to use the electrons are the most simple. しかしながら、この方式ではフィラメントの加熱に大きな電力を要し、熱電子発生効率が低い上、フィラメント周辺部を冷却する必要があるため、装置構成が大きくならざるを得ないという問題点がある。 However, in this method requires a large electric power to the heating of the filament, on a low thermal electron generation efficiency, it is necessary to cool the filaments periphery, there is a problem that the apparatus configuration is inevitably large.
このような問題点を回避するために、酸化タングステン等のように比較的低い温度で熱電子を発生する材料を直接フィラメントにコーティングして発熱させる直熱型や、このような材料を別のフィラメントで加熱する傍熱型の方式として用いることによって、使用温度を約８００℃と低くすることが出来るが、長期間の使用において材料の劣化が問題となる。 To avoid such problems, directly-heated and another filament such materials to generate heat by coating directly filament material that generates thermal electrons at a relatively low temperature so that such tungsten oxide in by using as indirectly heated method of heating, although it is possible to lower the operating temperature of about 800 ° C., the degradation of the material becomes a problem in long-term use.
これに対し、タングステン（Ｗ）やランタンボライド（ＬａＢ ６ ）等の先鋭なフィラメントを用いた方式においては、このフィラメントに数ｋＶの電圧を印加すると、その先端に１０ ７ Ｖ・ｃｍ程度の強電界が発生し、電子の電界放出が起こる。 In contrast, in system using a sharp filament such as tungsten (W) or lanthanum boride (LaB 6), when applying a voltage of several kV to the filament, the intensity of the order of 10 7 V · cm at the distal end an electric field is generated, field emission of electrons occurs. しかし、この方式では、残留ガスの吸着による特性劣化を防ぐために１０ −８ Pa以上の超高真空を維持する必要があり、更に、１００ｍＡ以下の電流しか電子の安定的な放出を得られないという問題点がある。 However, as in this method, it is necessary to maintain an ultra-high vacuum of more than 10 -8 Pa in order to prevent characteristic deterioration due to adsorption of the residual gas, further, 100 mA or less current only obtain the electronic stable release there is a problem.
以下、従来例に係る電子放出技術を、図９〜１１を参照しながら説明する。 Hereinafter, an electron emission technique according to a conventional example will be described with reference to FIGS. 9-11. 図９は従来技術１を示す模式図、図１０は従来技術２を示す模式図、図１１は従来技術３を示す模式図である。 Figure 9 is a schematic diagram showing a prior art 1, a schematic diagram 10 illustrating the prior art 2, Fig. 11 is a schematic diagram showing a prior art 3. 先ず、図９は、電子源より放出された電子をターゲットに照射する方式の一例を示したものである（従来技術１）。 First, FIG. 9 is one in which the electrons emitted from the electron source showing an example of a method of irradiating a target (prior art 1).
この従来技術１によれば、フィラメント型の電子源２１から発生する電子２２をウエネルト型の電極２３で引出し、ターゲット２４に照射する。 According to the prior art 1, pull out the electrons 22 generated from the electron source 21 of the filament types in the Wehnelt-type electrode 23 is irradiated to the target 24. 電子エネルギーの制御には加速電圧Ｅ ａを変え、また放出電流を制御するためにはフィラメント電圧Ｅ ｆによりフィラメント温度を変える。 The control of the electron energy changes the acceleration voltage E a, also changing the filament temperature by the filament voltage E f in order to control the emission current. ウエネルト型の電極電位は通常はフィラメントと同じに設定するが、負電位を印加することにより、ある程度は電子ビーム２２を絞ることが出来る（例えば、特許文献１参照）。 Electrode potential of Wehnelt type is usually set equal to the filament by applying a negative potential, to some extent can narrow the electron beam 22 (e.g., see Patent Document 1).
図１０は、従来技術２を示し、ウエネルト型の電極２３とターゲット２４の間にグリッド２５を設け、グリッド電位Ｅ ｇを変えることにより電流制御を行なう例である（例えば、特許文献１参照）。 Figure 10 is conventionally indicates art 2, the grid 25 provided between the Wehnelt type electrode 23 and the target 24, an example of performing current control by changing the grid potential E g (e.g., see Patent Document 1). しかしながら、前記従来技術１や従来技術２の方式では、電流がせいぜい１００μＡ程度しか得られないという問題がある。 However, in the conventional art 1 and the prior art 2 method has a problem that current is only obtained at the most 100μA about.
また、タングステン（Ｗ）やランタンボライド（ＬａＢ ６ ）のフィラメント表面が酸化されたりガスが吸着するなどして、電界電子放出効率が低下するという問題がある。 Further, tungsten and the like (W) or filament surface of lanthanum boride (LaB 6) gas or the oxidized adsorbed, field electron emission efficiency is lowered. 更に、前記電子源材料自体の寿命が短かいため、頻繁にクリーニングしたり、電子源材料を交換しなければならないという問題もある。 Furthermore, the lifetime of the electron source material itself for paddle short, there frequently or cleaned, a problem that must be replaced with the electron source material.
さて、ダイヤモンドは「負の電子親和力（Negative Electron Affinity:ＮＥＡ）」という電子特性を有しており、金属などと比較して低電界で電子放出が起こることが知られており、多くの研究開発がなされている。 Well, diamonds are "negative electron affinity (Negative Electron Affinity: NEA)" has the electronic properties that, it is known that in comparison, such as the metal electron emission at a low electric field occurs, a lot of research and development It has been made.
図１１は、このようなダイヤモンドを用いた微小電子源の一例を示したものである（従来技術３）。 Figure 11 is a diagram showing an example of a micro electron source using such a diamond (prior art 3). この従来技術３によれば、カソードである突起加工したダイヤモンド膜２７に、電源３０により負電圧Ｕを印加すると電子放出が生じ、アノード金属２６に衝突してＸ線が発生する（非特許文献１参照）。 According to the prior art 3, the diamond film 27 protruding processed is a cathode, by applying a negative voltage U by the power supply 30 occurs electron emission, X-rays are generated by colliding with the anode metal 26 (Non-Patent Document 1 reference). このような構造では、微小な電子放出は得られるが、電圧Ｕを高くすると電流がダイヤモンド突起先端に集中し、発熱のため突起先端が破壊され電子放出効率が低下する。 In such a structure, micro electron emission can be obtained, but the current the higher the voltage U concentrated on diamond projecting tip, the electron emission efficiency projecting tip is broken due to the exothermic decreases.
上記従来技術１〜３で説明したように、これまでは、ダイヤモンドを用いて微細加工により先鋭なチップを作製し、低電界で電子放出を生じさせる研究開発が殆どであった。 As described in the prior art 1-3, far, to produce a sharp tip by microfabrication with a diamond, research and development to produce electron emission at a low electric field was almost. しかしながら、工業的な観点からは、１０ｋＶ程度の電源は低価格であり、低電界で電子放出させる格段の理由はない。 However, from the industrial point of view, the power of the order of 10kV is a low price, much of the reason is not to emit electrons at a low electric field. むしろ、高電圧を印加して、大電流が引出せ、しかも電子源の耐久性が優れていることが要求される。 Rather, by applying a high voltage, high current drawn out, moreover is possible to request the durability of the electron source is superior.
従って、上述したようなダイヤモンドの特異な物性を活用しつつ、新たな電子源の材料を見出すことが当面の最大の課題である。 Accordingly, while utilizing the unique properties of diamond as described above, to find a new electron source material is the greatest challenge for the time being. 本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであって、耐久性に優れ、かつ大電流の電界電子放出が可能な電子エミッタ材料、およびこのような電子エミッタ材料を用いた電子放出応用装置を提供することを目的とするものである。 The present invention was made in view of the problems relating, durable, and electron emitter material capable field emission of a large current, and the electron emission application device using such an electron emitter material it is an object to provide.
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着（ＣＶＤ）処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたことを特徴とするものである。 In order to achieve the object, means for electron emitter material according to claim 1 is employed in the present invention, after adsorbing the diamond powder on the surface of the carbon foam, the carbon by chemical vapor deposition (CVD) process it is characterized in that the grown diamond on the foam.
本発明の請求項２に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項１に記載の電子エミッタ材料において、前記ダイヤモンド粉末がナノダイヤ粉末であることを特徴とするものである。 Means electron emitter material according to claim 2 is employed in the present invention, in the electron emitter material according to claim 1, wherein the diamond powder is characterized in that a Nanodaiya powder.
本発明の請求項３に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項１または２に記載の電子エミッタ材料において、前記ダイヤモンドが、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されていることを特徴とするものである。 Means electron emitter material according to claim 3 is employed in the present invention, in the electron emitter material according to claim 1 or 2, wherein the diamond, continuous diamond films, discontinuous diamond film or the diamond grains and it is characterized in that it is fixed on the carbon foam as.
本発明の請求項４に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項３に記載のエミッタ材料において、前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径が０．１〜５μｍであることを特徴とするものである。 Means electron emitter material according to claim 4 is employed in the present invention, at the emitter material of claim 3, or the thickness of the diamond which is characterized in that the particle size is 0.1~5μm it is.
本発明の請求項５に係る電子エミッタ材料が採用した手段は、請求項１乃至４の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料において、前記ダイヤモンドが、アンドープダイヤモンド 、 またはホウ素（Ｂ）ドープダイヤモンド 、燐（Ｐ）ドープダイヤモンド若しくは硫黄（Ｓ）ドープダイヤモンドであることを特徴とするものである。 Means electron emitter material according to claim 5 is employed in the present invention, in the electron emitter material according to any one of claims 1 to 4, wherein the diamond, undoped diamond or boron (B) doped diamond, , is characterized in that a phosphorus (P) doped diamond or sulfur (S) doped diamond.
本発明の請求項６に係る電子放出応用装置が採用した手段は、前記請求項１乃至５の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したことを特徴とするものである。 Means the electron emission application device is adopted according to claim 6 of the present invention, the front surface of the electron emitter material according to any one of claims of claims 1 to 5, that it has installed the extractor grid electrode it is an feature.
本発明の請求項７に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項６に記載の電子放出応用装置において、前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有することを特徴とするものである。 Means the electron emission application device is adopted according to claim 7 of the present invention, in the electron emission application device according to claim 6, wherein the extractor grid electrode, flat, or any concave and convex of it is characterized in that it has a shape combining them.
本発明の請求項８に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項６または７に記載の電子放出応用装置において、前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属に衝突させ、Ｘ線を発生させるＸ線源となしたことを特徴とするものである。 It means the electron emission application device is adopted according to claim 8 of the present invention, in the electron emission application device according to claim 6 or 7, electrons emitted from the electron emitter material to collide with a metal, an X-ray it is characterized in that none the X-ray source for generating.
本発明の請求項９に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項６または７に記載の電子放出応用装置において、前記電子エミッタ材料から放出された電子を蛍光体に衝突させ、光を発生させる光源となしたことを特徴とするものである。 It means the electron emission application device is adopted according to claim 9 of the present invention, in the electron emission application device according to claim 6 or 7, colliding electrons emitted from the electron emitter material to the phosphor, the light it is characterized in that no light source for generating.
本発明の請求項１０に係る電子放出応用装置が採用した手段は、請求項６または７に記載の電子放出応用装置において、前記電子エミッタ材料から放出された電子を、隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置となしたことを特徴とするものである。 Means the electron emission application device is adopted according to claim 10 of the present invention, in the electron emission application device according to claim 6 or 7, electrons emitted from the electron emitter material, the outside through the partition wall irradiating the surface of the material, it is characterized in that no electronic irradiation device which performs surface modification.
本発明の請求項１に係る電子エミッタ材料によれば、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着（ＣＶＤ）処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたものであるから、このダイヤモンドの持つ負の電子親和力（ＮＥＡ）特性によって、高電圧を印加して大電流が引出せ、しかも電子源としての耐久性が優れた特性が得られる。 According to electron emitter material according to claim 1 of the present invention, after adsorption of the diamond powder on the surface of the carbon foam, which diamond is grown on the carbon foam by chemical vapor deposition (CVD) process since it is, the negative electron affinity (NEA) characteristics of the diamond, a large current by applying a high voltage is drawn out, moreover the durability excellent characteristics as an electron source is obtained.
また、本発明の請求項２に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドがナノダイヤ粉末であるので、前記炭素発泡体への吸着時に表面の凹凸に固定され易く、かつ剥がれ難くなるため、電子放出効率と耐久性に優れた電子エミッタ材料が得られる。 Further, according to the electron emitter material according to claim 2 of the present invention, since the diamond is a Nanodaiya powder, easily fixed to the unevenness of the surface upon adsorption to the carbon foam, and it becomes difficult to peel off, the electron emission electron emitter material with excellent efficiency and durability.
更に、本発明の請求項３に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドが、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されているので、電子放出効率に優れた電子エミッタ材料が得られる。 Furthermore, according to the electron emitter material according to claim 3 of the present invention, the diamond, continuous diamond film, since the or discontinuous diamond film are fixed on the carbon foam as diamond particles, excellent electron emitter material in the electron emission efficiency can be obtained.
更にまた、本発明の請求項４に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径が０．１〜５μｍであるので、耐久性や電子放出効率に優れ、かつ前記炭素発泡体との熱膨張率差による剥離を回避することが出来る。 Furthermore, according to the electron emitter material according to claim 4 of the present invention, since the through thickness of the diamond particle size is 0.1 to 5 [mu] m, excellent durability and electron emission efficiency, and the carbon foam it is possible to avoid the reduction in thermal expansion coefficient difference between the body.
本発明の請求項５に係る電子エミッタ材料によれば、前記ダイヤモンドが、アンドープダイヤモンド 、 またはホウ素（Ｂ）ドープダイヤモンド 、燐（Ｐ）ドープダイヤモンド若しくは硫黄（Ｓ）ドープダイヤモンドであるので、前記炭素発泡体からダイヤモンド膜乃至は粒子への電子が移動し易くなる。 According to electron emitter material according to claim 5 of the present invention, the diamond, undoped diamond or boron (B) doped diamond, since phosphorus (P) doped diamond or sulfur (S) doped diamond, the carbon foam diamond film to the body easily moves electrons into the particle.
一方、本発明の請求項６に係る電子放出応用装置によれば、前記請求項１乃至５の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したので、前記ダイヤモンド膜乃至は粒子からの電子の放出が促進される。 On the other hand, according to the electron emission application device according to claim 6 of the present invention, the front surface of the electron emitter material according to any one of claims of claims 1 to 5, since the installed electron extraction grid electrode, It said diamond film or is accelerated electron emission from the particles.
また、本発明の請求項７に係る電子放出応用装置によれば、前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有するので、電子放出を均一にさせたり、収束あるいは拡散させたり自由に制御可能となる。 Further, according to the electron emission application device according to claim 7 of the present invention, the electron extraction grid electrodes, planar, since to either concave and convex having a shape combining these, the electron emission or is uniform, a freely controllable or converges or diffuses.
更に、本発明の請求項８に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属に衝突させ、Ｘ線を発生させるＸ線源となしたので、高電流が得られることにより高強度のＸ線を発生させることが可能となる。 Furthermore, according to the electron emission application device according to Claim 8 of the present invention, the electrons emitted from the electron emitter material to collide with the metal, since no a X-ray source for generating X-rays, high current obtained it is possible to generate a high-intensity X-rays by being.
更にまた、本発明の請求項９に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料から放出された電子を蛍光体に衝突させ、光を発生させる光源となしたので、前記蛍光体に応じた光を発生させることが可能となり、照明、蛍光管、ディスプレー等の光源として利用可能である。 Furthermore, according to the electron emission application device according to Claim 9 of the present invention, electrons emitted from the electron emitter material to collide with the phosphor, because no light source for generating light, according to the phosphor and it is possible to generate a light, lighting, fluorescent tubes can be used as a light source such as a display.
本発明の請求項１０に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料から放出された電子を隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置となしたので、大電流の電子ビームが取り出せるため、材料表面の処理速度が速くなり生産性が向上する。 According to the electron emission application device according to claim 10 of the present invention, electrons emitted from the electron emitter material passes through the partition wall is irradiated to the outside of the material surface, and without the electron irradiation apparatus for performing surface modification because, since the electron beam of a large current can be taken out, the processing speed of the material surface is the productivity can be improved rapidly.
次に、本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料およびそれを用いた電子放出応用装置について、以下添付図を参照しながら説明する。 Next, the electron emission application device using electron emitter material and the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings below. 図１は本発明の実施の形態に係る炭素発泡体の図面代用電子顕微鏡写真、図２は本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料の図面代用電子顕微鏡写真、図３は図２に示す電子エミッタ材料表面を拡大した図面代用電子顕微鏡写真である。 Figure 1 is exemplary carbon foam drawing-substituting electron micrograph according to an embodiment of the present invention, FIG 2 is substituted for drawings electron micrograph of the electron emitter material according to the embodiment of the present invention, electrons shown in FIG. 3 FIG. 2 drawing an enlarged emitter material surface is substituted electron micrograph.
本発明の実施の形態に係る炭素発泡体（炭素フォーム）は、図１に示す如く、炭素の骨格（スケルトン）から構成され、製造法によりポアのサイズをミクロンオーダーまで制御できる。 Carbon foam according to an embodiment of the present invention (carbon foam), as shown in FIG. 1, is composed of a carbon skeleton (skeleton), you can control the size of the pores up to a micron order by the production method. 図１に示す炭素発泡体のポアサイズは約７００μｍである。 Pore ​​size of the carbon foam shown in Figure 1 is about 700 .mu.m.
図２は本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料を示し、図１に示した炭素発泡体表面にナノダイヤモンド粉末を吸着させ、ダイヤモンドＣＶＤ装置で化学気相蒸着処理して、前記ナノダイヤモンド粉末を成長させて得られたものである。 Figure 2 shows an electron emitter material according to the embodiment of the present invention, to adsorb the nanodiamond powder to the carbon foam surface shown in FIG. 1, a diamond CVD device by chemical vapor deposition process, the nanodiamond powder it is obtained by growing a. 図３に示す如く、炭素発泡体表面上に、ナノダイヤモンドが連続膜乃至は粒子として固定されていることが分かる。 As shown in FIG. 3, the carbon foam surface, nanodiamond continuous film or is seen to have been fixed as particles.
炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を均一に吸着させるには、ダイヤモンド粉末を溶液中に分散させ、当該溶液を炭素発泡体の表面に接触させる手法が好ましい。 To uniformly adsorb the diamond powder on the surface of the carbon foam, the diamond powder is dispersed in a solution, method of contacting the solution to the surface of the carbon foam is preferred. 前記接触状態を所定時間保持した後、溶液中から炭素発泡体を取り出し、乾燥後真空中にてＣＶＤ処理を行なう。 After holding the contact state for a predetermined time, taken out carbon foam from the solution, it carried the CVD process in dried vacuum.
前記ダイヤモンド粉末は一般には平均粒径０．１μｍ程度以上である。 It said diamond powder is generally higher average particle size of about 0.1μm is. これに対し、ナノダイヤモンド粉末は平均粒径５ｎｍに達するものも市販されている。 In contrast, nanodiamond powder is commercially available also to reach an average particle size of 5 nm. 図３に見られるように、前記炭素発泡体表面に、ダイヤモンドが連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子の形態としてコーティングされ、何れの場合でも電子エミッタ材料として機能する。 As seen in Figure 3, the carbon foam surface, diamond continuous diamond film, or discontinuous diamond film is coated in the form of diamond particles, which functions as an electron emitter material in any case.
特に、連続的なダイヤモンド膜よりも、図３に示される程度に不連続なダイヤモンド膜の方が、基材である炭素発泡体との熱膨張率の差による剥離を防げるので有利である。 In particular, than a continuous diamond film, is more discontinuous diamond film to the extent shown in Figure 3, is advantageous because prevent peeling due to the difference in thermal expansion coefficient between the carbon foam as a base material. ナノダイヤモンド粉末は、その平均粒径が０．１μｍより小さいものであれば使用可能であるが、平均粒径が５ｎｍ〜１０ｎｍ程度のものが好ましい。 Nanodiamond powder, the an average particle diameter can be used as long as less than 0.1 [mu] m, an average particle diameter of preferably about 5 nm to 10 nm.
また、前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径は、０．１〜５μｍの範囲であるのが望ましい。 Further, the film thickness or the particle size of the diamond, is preferably in the range of 0.1 to 5 [mu] m. 前記膜厚または粒径が０．１μｍ未満では、耐久性や電子放出効率の点で、ダイヤモンドコーティングの効果が小さく、前記膜厚または粒径が５μｍを超える場合は、基材である炭素発泡体との熱膨張率差による剥離が著しくなるからである。 Wherein the thickness or grain diameter of less than 0.1 [mu] m, in terms of durability and electron emission efficiency, reduce the effect of the diamond coating, when the film thickness or particle size exceeds 5μm, the carbon foam as a base material reduction in thermal expansion coefficient difference between the is because a marked.
ダイヤモンドをコーティングした炭素発泡体からなるこのような電子エミッタ材料による電子放出は、下記のような理由から高電流が得られる。 Electron emission by such electron emitter material composed of carbon foam coated with diamond, high current can be obtained from the following reasons. 即ち、最初は、スケルトン構造で電界集中が強く起こっている複数のサイトから電子放出を生じるが、万一、これらのサイトの幾つかがダメージを受けて電子放出しなくなっても、別のサイトに電界が集中して新たなサイトから電子放出が始まる。 In other words, at first, but results in the electron emission from multiple sites that the electric field concentration is going on strongly in the skeleton structure, event, even if no longer electron emission Some of these sites are damaged, to another site field electron emission starts from a new site focused. このような点で、ランダムな構造を有する炭素発泡体が有利となる。 In this regard, the carbon foam having random structure is advantageous. 尚、単位面積当たりの電流量を大きくするには、ポアサイズが１０〜１０００μｍ、ｐｏｒｏｓｉｔｙ（多孔度）が９０〜９７％のものが好ましい。 Incidentally, in order to increase the amount of current per unit area, pore size is 10 to 1000 [mu] m, porosity (porosity) preferably has 90 to 97%.
また、炭素発泡体を構成するスケルトン構造では、後で詳しく説明するように、電圧を上げるとスケルトン内部からも電子放出が生じるので、電子放出電流は大きくなるのである。 Moreover, in the skeleton structure constituting the carbon foam, as described in detail later, since even the electron emission from the skeleton inside increasing the voltage generated, the electron emission current is the larger. ところが、スケルトン構造を有していない通常の炭素板表面に、上記と同様に、ダイヤモンド粉末乃至はナノダイヤモンド粉末を吸着させ、ダイヤモンドＣＶＤ装置で化学気相蒸着処理して、前記ナノダイヤモンド粉末を成長させて電子エミッタ材料としても、基板が平面構造であると電界集中が起こらず、電子放出時の大電流は得られない。 However, the conventional carbon plate surface does not have a skeleton structure, in the same manner as described above, or diamond powder adsorbing the nanodiamond powder, a diamond CVD device by chemical vapor deposition process, growth of the nano-diamond powder even electron emitter material is, the substrate does not occur electric field concentration when there a planar structure, a large current can not be obtained at the time of electron emission.
上記において、ダイヤモンド粉末吸着後ＣＶＤによるダイヤモンドコーティングが必要な理由は、電子放出効率がダイヤモンド粉末よりもダイヤモンド膜からの方が高効率であるため、ダイヤモンド粉末を核として前記ダイヤモンド膜を形成させるのである。 In the above, the reason that require diamond coating with diamond powder after adsorption CVD, since the electron emission efficiency is better from the diamond film than the diamond powder is high efficiency, than to form the diamond film of diamond powder as nuclei . ダイヤモンド粉末やナノダイヤモンド粉末の吸着のみでは、電子放出電流が小さくなる。 Only by the adsorption of diamond powder and nanodiamond powder, the electron emission current becomes small. また、ダイヤモンド粉末やナノダイヤモンド粉末を吸着しておかないと、炭素発泡体上に直接ダイヤモンドが成長しないため、前記炭素発泡体上に事前にダイヤモンド粉末を吸着させておくことが必要となる。 Also, unless you have attracted diamond powder and nano diamond powder, since no growth directly diamond on a carbon foam, it is necessary to be pre-adsorb the diamond powder on the carbon foam.
本発明に係る電子エミッタ材料は、前記炭素発泡体表面にコーティングされた前記ダイヤモンドが、アンドープ、ホウ素（Ｂ）ドープ、燐（Ｐ）ドープ乃至は硫黄（Ｓ）ドープするのが好ましい。 Electron emitter material according to the present invention, the diamond coated on the carbon foam surface, an undoped boron (B) doped, phosphorus (P) doped to are preferably sulfur (S) doped. ホウ素（Ｂ）ドープダイヤモンドはｐ形半導体または金属的な電気伝導を示す。 Boron (B) doped diamond shows the p-type semiconductor or metallic electrical conductivity. そして、燐（Ｐ）および硫黄（Ｓ）ドープダイヤモンドはｎ形半導体の電気伝導を示す。 Then, phosphorus (P) and sulfur (S) doped diamond shows the electrical conductivity of the n-type semiconductor. 従って、ドープされたダイヤモンドの方が、炭素発泡体からダイヤモンド膜表面に電子が移動しやすい。 Thus, towards the doped diamond, electrons are easily moved to the diamond film surface from carbon foam. しかし、印加電界が５０ ｋＶ／ｃｍ程度の高電界である場合には、アンドープ・ダイヤモンドとの差は小さい。 However, if the applied field is a high electric field of about 50 kV / cm, the difference between the undoped diamond is small.
次に、上述したような電子エミッタ材料を用いた本発明の実施の形態に係る電子放出応用装置について、以下説明する。 Next, the electron emission application device according to the embodiment of the present invention using the electron emitter material as described above, will be described below.
ダイヤモンドをコーティングした炭素発泡体からなる電子エミッタ材料を用いた本発明の実施の形態に係る電子放出応用装置は、前記電子エミッタ材料の前面に電子引出し用グリッド電極を設置して、電子放出させるよう構成したものである。 Electron emission application device according to the embodiment of the present invention using the electron emitter material composed of carbon foam coated with diamond by installing electron extraction grid electrode in front of the electron emitter material, to emit electrons it is those that you configured. 必要であれば、公知の電子ビーム収束用のレンズ機構を用いることが出来る。 If necessary, it is possible to use a lens mechanism of a known electron beam convergence. 電子引出し用グリッド電極は、必要な放出電子密度分布に応じて、平面状、凹状、凸状の何れか乃至はこれらを組合せた形状とする。 Electron extraction grid electrode, in response to the emitted electron density distribution required, planar, concave, or any convex of a shape combining these.
また、本発明に係る電子エミッタ材料（ダイヤモンドをコーティングした炭素発泡体）の前面に電子引出し用グリッド電極を設置し、電子材料から放出された電子を金属に衝突させれば、金属から特性Ｘ線を発生させる電子放出応用装置を構成することが出来る。 Further, the electron extraction grid electrodes was placed in front of the electron emitter material according to the present invention (carbon foam coated with diamond), if collision of electrons emitted from the electron material metal, characteristic X-rays from a metal it is possible to configure the electron emission application device for generating. 特に、本発明に係る電子エミッタ材料からなる電界電子放出材料を用いれば、高電流を得ることが出来るので、高強度のＸ線発生が可能である。 In particular, the use of the field emission material comprising an electron emitter material according to the present invention, it is possible to obtain a high current, it is possible to X-ray generating high intensity.
また、前記電子エミッタ材料の前面に電子引出し用グリッド電極を設置し、電子材料から放出された電子を蛍光体に衝突させれば、蛍光体に応じた光を発生させる電子放出応用装置を構成することが可能であり、照明、蛍光管、ディスプレーなどの光源として利用できる。 Further, the electron extraction grid electrodes was placed in front of the electron emitter material, if collision of electrons emitted from the electron material to the phosphor, forming the electron emission application device for generating light in response to the phosphor it is possible, available lighting, fluorescent tubes as a light source, such as a display.
更に、前記電子エミッタ材料の前面に電子引出し用グリッド電極を設置し、電子材料から放出された電子を、隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置が可能となる。 Further, the electron extraction grid electrodes was placed in front of the electron emitter material, the electrons emitted from the electron material, passes through the partition wall is irradiated to the outside surface of the material, electrons can be irradiation apparatus for surface modification to become. この場合、本発明に係る電子エミッタ材料からなる電界電子放出材料を用いることにより、大電流の電子ビームが取り出せるので、材料表面の処理速度が速くなり、生産性が向上する。 In this case, by using a field emission material comprising an electron emitter material according to the present invention, the electron beam of a large current can be taken out, the processing speed of the material surface increases, and the productivity is improved.
ところで、電子エミッタ材料の温度を上げると、電子放出量が増大する傾向にあるが、本発明に係る電子エミッタ材料は炭素であるので耐熱性に優れ、外部加熱や自己発熱により温度上昇させることが可能である。 However, increasing the temperature of the electron emitter material, tends to electron emission amount increases, the electron emitter material according to the present invention is excellent in heat resistance since it is a carbon, it can increase the temperature by external heating or self-heating possible it is. また温度制御することにより、電子ビームの電流を効果的に制御することも可能である。 Further, by temperature control, it is possible to effectively control the current of the electron beam.
更に、本発明に係る電子エミッタ材料では、炭素発泡体の厚さとして数ｍｍ〜数ｃｍの寸法を取ることが出来るので、電子引出し用グリッド電極との間の電圧が高くなるにつれて、炭素発泡体の深い位置からの電子放出が始まり、高電圧を印加するほど、面状の電子エミッタ材料より急激に電子放出量が増大する。 Further, in the electron emitter material according to the present invention, it is possible to take the dimensions of a few mm~ several cm as the thickness of the carbon foam, as the voltage between the electron extraction grid electrodes is increased, the carbon foam electron emission from a deep position starts, as a high voltage is applied, the amount of rapidly electron emission from the surface of the electron emitter material increases with.
このような状況を図４に模式的に示した。 This situation schematically illustrated in FIG. 即ち、図４におけるグラフは、支持台２に取り付けられた本発明に係る電子エミッタ材料１の前面に、電子引き出し用グリッド電極３を設け、負の印加電圧４を印加した時、前記電子引き出し用グリッド電極３から電子エミッタ材料１方向への位置に対する印加電圧の分布を示している。 That is, the graph in FIG. 4, the front of the electron emitter material 1 according to the present invention mounted to a support base 2, the provided the extractor grid electrode 3, when applying a negative applied voltage 4, for the electron extraction It shows the distribution of the applied voltage relative to the position of the electron emitter material in one direction from the grid electrode 3. 図中、直線が高電圧印加時、一点鎖線が低電圧印加時の電圧分布を示し、前記直線および一点鎖線の傾きが各々の電界強度を表している。 In the figure, when the straight line voltage, one-dot chain line indicates the voltage distribution at the time of low voltage application, the slope of the straight line and the dashed line represents the electric field strength of each.
一般に、電子エミッタ材料からの電子放出は、印加電圧によって形成される電界強度がある一定値、即ち、電子放出臨界電界以上にならないと発現されない。 In general, the electron emission from the electron emitter material, a certain value intensity of an electric field formed by the applied voltage, i.e., not expressed as not to exceed the electron emission threshold field. 図４において、低電圧印加時の電子放出臨界電界が電圧Ｖ１の時の電界強度であるとすれば、前記電子エミッタ材料１からの電子放出は、位置１ａより電界強度が強い部分、即ち、位置１ａより前方からのみ放出し得ない。 4, if the electron emission critical electric field at the time of low voltage application is a field strength when the voltage V1, the electron emission, the electric field intensity is high portion from the position 1a from the electron emitter material 1, i.e., the position not be released only from the front than 1a.
一方、高電圧印加時においては、電圧Ｖ１の時の低電圧印加時の電圧分布の傾き（電子放出臨界電界）と同一の傾きとなる電圧Ｖ２の時、電子放出臨界電界となる。 On the other hand, at the time a high voltage is applied, when the voltage V2 becomes the same inclination as the voltage distribution at the time of low voltage application (electron emission threshold electric field) when the voltage V1, the electron emission threshold field. 従って、高電圧印加時の電子エミッタ材料１からの電子放出は、位置１ｂより前方から放出することになる。 Thus, electron emission from the electron emitter material 1 at the time of high voltage application will be emitted from the front of the position 1b. つまり、電子引出し用グリッド電極３との間の電圧が高くなるにつれて、炭素発泡体の深い位置からの電子放出が始まり、高電圧を印加するほど前記電子エミッタ材料１からの電子放出量が急激に増大するのである。 In other words, as the voltage between the electron extraction grid electrode 3 becomes high, starts emission from deep in the carbon foam, high voltage abruptly electron emission from the electron emitter material 1 as to apply a than is increased.
以上、本発明に係る電子エミッタ材料は、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着（ＣＶＤ）処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたものであるから、高電圧を印加して大電流が引出せ、しかも電子源としての耐久性が優れている。 Above, electron emitter material according to the present invention, after adsorbing the diamond powder on the surface of the carbon foam, since it is those grown diamond on said carbon foam by chemical vapor deposition (CVD) process, applying a high voltage large current drawn out, moreover has excellent durability as an electron source.
また、本発明に係る電子放出応用装置によれば、前記電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したので、前記ダイヤモンド膜乃至は粒子からの電子の放出が促進される。 Further, according to the electron emission application device according to the present invention, the front surface of the electron emitter material, since the installed electron extraction grid electrode, the diamond film to the electron from the particle emission is promoted.
表面が約４ｍｍ角、厚さが約３ｍｍの長方体形状を有し、ｐｏｒｏｓｉｔｙ（多孔度）９６．５％、ポアサイズ５００μｍ程度、密度０．０５ｇ／ｃｍ ３である図１に示した炭素発泡体を、平均粒径５ｎｍ程度のナノダイヤモンド粉末１ｇを５ｍｌの水に懸濁した水溶液に一昼夜浸した。 Surface of about 4mm square, has a cuboid shape approximately 3mm thick, porosity (porosity) 96.5%, about pore size 500 [mu] m, the carbon foam of FIG. 1 is the density 0.05 g / cm 3 the body was immersed overnight the nanodiamond powder 1g having an average particle size of 5nm to an aqueous solution suspended in water 5 ml. この試料を取り出し、乾燥後マイクロ波ＣＶＤ装置の基板支持台に置き、以下のＣＶＤ条件で１時間、ダイヤモンドの合成を行なった。 The sample was removed, placed on a substrate support table of dried microwave CVD apparatus, an hour was carried out the synthesis of diamond by the following CVD conditions. この結果、図２および図３に示したように、炭素発泡体の外部、内部ともに、ほぼ均一にダイヤモンドでコーティングされた電子エミッタ材料が得られた。 As a result, as shown in FIGS. 2 and 3, outside of the carbon foam, inside both electron emitter material which is substantially uniformly coated with a diamond it was obtained. ダイヤモンドの粒子径は炭素発泡体の場所により異なっていたが、概ね０．５〜３μｍであった。 Particle size of the diamond was different depending on the location of the carbon foam, but was generally 0.5 to 3 [mu] m.
ガス流量：１００ｃｃ/分 基材温度：８００℃ Gas flow rate: 100 cc / min substrate temperature: 800 ° C.
実施例１で作製したダイヤモンドがコーティングされた炭素発泡体（電子エミッタ材料）を、カーボンテープでアルミ支持台に固定し、真空容器中に設置して、負電圧を印加出来るよう構成した。 Carbon foams diamond produced in Example 1 was coated (electron emitter material), fixed on an aluminum support base with carbon tape, and placed in a vacuum vessel, and configured to be able to apply a negative voltage. 前記電子エミッタ材料より約２ｍｍ離れた位置に、金属メッシュを配置し、アース電位とした。 Wherein the electron emitter material than about 2mm away, arranged metal mesh, and the ground potential. また、前記電子エミッタ材料より約５０ｃｍ離れた位置には、電子進行方向から４５度傾けて蛍光板を置き、放出された電子が衝突した場合に発光するようにした。 Further, the electron emitter material than about 50cm away, place the fluorescent plate is tilted 45 degrees from the electron traveling direction, the emitted electrons were to emit light when a collision.
前記電子エミッタ材料に電圧を４ｋＶ印加した時、電子放出により蛍光板が緑色に発光する様子が、真空容器のウインドウから観察された。 When 4kV applying a voltage to the electron emitter material, how the fluorescent screen by the electron emission emits green light was observed from the vacuum vessel window. 印加電圧が４ｋＶ程度では、前記蛍光板に炭素発泡体の骨格と思われる像が見られるが、印加電圧を約５ｋＶ以上とすると、放出電子量が急激に増大し、蛍光板はほぼ均一に発光する。 The applied voltage is about 4 kV, wherein at the fluorescent screen image that appears as a skeleton of the carbon foam are seen, when the applied voltage is about 5kV or higher, the amount of emitted electrons is abruptly increased, the fluorescent plate is almost uniform light emission.
図５は、印加電圧に対する放出電流密度の測定データである。 Figure 5 is a measurement data of the emission current density versus applied voltage. 印加電圧３．５ｋＶから電子の放出が始まり、電流密度の立ち上がりが認められる。 Beginning electrons emitted from the applied voltage 3.5 kV, it is observed rise of current density. 電流は、グリッドに衝突した電子、真空容器壁に衝突した電子、蛍光板に衝突した電子による総電流量である。 Current is the total current, electrons impinging on the vacuum chamber wall, by electrons impinging on a fluorescent screen having collided with the grid.
実施例１と同様の方法で炭素発泡体にダイヤモンドを合成する際に、原料ガス中に、水素で５００ｐｐｍに希釈したジボラン（Ｂ ２ Ｈ ６ ）を１ｃｃ／分、水素で５００ｐｐｍに希釈したフォスフィン（ＰＨ ３ ）を１ｃｃ／分および水素で５００ｐｐｍに希釈した硫化水素（Ｈ ２ Ｓ）を１ｃｃ／分夫々導入して、ホウ素（Ｂ）ドープ、燐（Ｐ）ドープおよび硫黄（Ｓ）ドープダイヤモンドを合成した。 In the synthesis of the diamond carbon foam in the same manner as in Example 1, in the feed gas, diborane diluted to 500ppm with (B 2 H 6) 1cc / min hydrogen, and diluted to 500ppm with hydrogen phosphine ( PH 3) to 1 cc / minute and hydrogen sulfide diluted to 500ppm with hydrogen (H 2 S) 1cc / min respectively to introduce the synthetic boron (B) doped, phosphorus (P) doped and sulfur (S) doped diamond did. これらの試料について実施例２と同様な実験を行い、電子放出を確認した。 These samples subjected to the same experiment as in Example 2, was confirmed electron emission.
電子引出し用グリッド電極の形状を、図６（ａ）に示すような凹形グリッド電極３ａ、図６（ｂ）に示すような凸形グリッド電極３ｂに変えて、実施例２と同様の電子放出実験を行なった。 The shape of the electron extraction grid electrode, a concave grid electrode 3a as shown in FIG. 6 (a), instead of the convex grid electrode 3b as shown in FIG. 6 (b), similar to the electron emission as in Example 2 experiments were carried out. 同一の電圧を印加した場合、前記グリッド電極が凹形グリッド電極３ａの場合の方が、凸形グリッド電極３ｂの場合より、蛍光板の発光輝度が強かった。 If the same voltage is applied to the grid electrode is more in the case of the concave grid electrode 3a is than that of the convex grid electrode 3b, was strong emission luminance of the fluorescent screen. これは、グリッド電極が凹形の場合には、図６（ａ）に示すように、電界分布の影響により放出された電子ビーム５が収束する傾向を示すのに対し、グリッド電極が凸形の場合には、図６（ｂ）に示すように、電子ビーム５が発散する傾向を示すことによると考えられる。 This is because, when the grid electrode is concave, as shown in FIG. 6 (a), with respect to the electron beam 5 emitted by the influence of the electric field distribution that tends to converge, the grid electrode is convex in this case, as shown in FIG. 6 (b), the electron beam 5 is believed to be due to a tendency to diverge.
真空容器内において、電子源より放出された電子をターゲットに照射させる図７に示す装置を用いて、電子ビーム衝突によるＸ線発生の確認を行なった。 In the vacuum vessel, the electrons emitted from the electron source using the apparatus shown in FIG. 7 to be irradiated to a target was performed to confirm the X-ray generation by electron beam impingement. 直流電源６によってグリッド電極３に１５ｋＶの負電位を印加し、本発明に係る電子エミッタ材料１から電子ビーム５を放出させ、ターゲット金属（Ｃｕ）７に照射した。 Applying a negative potential of 15kV to the grid electrode 3 by a DC power source 6, an electron emitter material 1 according to the present invention is emitting electron beams 5, and irradiates the target metal (Cu) 7. この結果、ターゲット金属７よりＸ線８が放出されていることを、ガイガーカウンタおよび放射線バッジで確認した。 As a result, that the X-ray 8 from target metal 7 is released, it was confirmed by Geiger counters and radiation badge.
本発明に係る電子エミッタ材料の前面に、電子引出し用グリッド電極と蛍光板を設置し、電子引出し用グリッドに約３．５ｋＶ以上の電圧を印加すると、蛍光板が緑色に発光した。 In front of the electron emitter material according to the present invention, it established the electron extraction grid electrode and the fluorescent screen, is applied about 3.5kV or more voltage electron extraction grid, fluorescent screen emits light in green. 蛍光板の材質を変えれば、自由に色を変えることも可能であり、また複数の領域に異なる蛍光材を塗布すれば、ディスプレーとしても使用可能である。 By changing the material of the fluorescent plate, it is also possible to vary freely the color, also if applying a different fluorescent material into a plurality of regions, can also be used as a display. また電圧を変えれば、輝度の制御も出来ることを確認した。 Further, by changing the voltage, it was confirmed that can also control the brightness.
図８に模式的に示したように、本発明に係る電子エミッタ材料１を真空容器１０内に真空封止し、電子エミッタ材料１前面に薄膜からなる電子透過窓１０ａを設けた。 As shown in FIG. 8 schematically, the electron emitter material 1 according to the present invention vacuum sealed to the vacuum vessel 10 was an electron transmission window 10a formed of a thin film electron emitter material 1 front. 真空容器１０をアース１１した上、前記電子エミッタ材料１に負電位を印加した。 On which the vacuum chamber 10 grounded 11, and applying a negative potential to the electron emitter material 1. 電子引出し用グリッド電極３に５ｋＶを印加すると、隔壁から大気中に電子５が放出されることを確認した。 Applying a 5kV to electron extraction grid electrode 3, electron 5 was confirmed to be released into the atmosphere from the partition wall.
炭素発泡体をダイヤモンド粉末の懸濁水に浸さないこと以外は、前記実施例１と全く同様なＣＶＤ処理を行い、前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させようとしたが、炭素発泡体上に直接ダイヤモンドを合成することは出来なかった。 Except that not immerse the carbon foam in aqueous suspension of diamond powder, it performs exactly the same CVD process as in Example 1, was attempted to grow a diamond on the carbon foam, directly onto the carbon foam it was not possible to synthesize diamond. 前記処理を行なった炭素発泡体を用いて、前記実施例２と全く同様な方法により電子放出を確認したが、電子放出性能は低レベルなものであった。 Using carbon foam was subjected to the processing, the Example 2 and was confirmed electron emission by exactly the same method, the electron emission performance was as low level.
以上、本発明に係る電子エミッタ材料は、炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着（ＣＶＤ）処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたものであるから、高電圧を印加して大電流が引出せ、しかも電子源としての耐久性が優れている。 Above, electron emitter material according to the present invention, after adsorbing the diamond powder on the surface of the carbon foam, since it is those grown diamond on said carbon foam by chemical vapor deposition (CVD) process, applying a high voltage large current drawn out, moreover has excellent durability as an electron source. また、前記ダイヤモンドが、ナノダイヤ粉末、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されているので、電子放出効率に優れた電子エミッタ材料が得られる。 Further, the diamond, Nanodaiya powders, continuous diamond film, since the or discontinuous diamond film are fixed on the carbon foam as diamond particles, electron emitter material having excellent electron emission efficiency can be obtained .
一方、本発明に係る電子放出応用装置は、前記電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したので、前記ダイヤモンド膜乃至は粒子からの電子の放出が促進される。 On the other hand, the electron emission application device according to the present invention, the front surface of the electron emitter material, since the installed electron extraction grid electrode, the diamond film to the electron emission from the particles is promoted. また、前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有するので、電子放出を均一にさせたり、収束あるいは拡散させたり自由に制御可能となる。 Further, the electron extraction grid electrodes, planar, since to either concave and convex having a shape combining these, or is a uniform electron emission, becomes freely controllable or are converged or diffused .
更に、本発明に係る電子放出応用装置は、前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属や蛍光体に衝突させ、Ｘ線や光を発生させるＸ線源または光源となしたので、高強度のＸ線や蛍光体に応じた光を発生させることが可能となり、特に後者においては、照明、蛍光管、ディスプレー等の光源として利用可能である。 Furthermore, the electron emission application device according to the present invention, electrons emitted from the electron emitter material collide with metal and phosphor, since no X-ray source or a light source for generating X-ray or light, high strength light becomes possible to generate a corresponding to X-rays and phosphor, especially in the latter, the lighting, the fluorescent tube can be used as a light source such as a display.
本発明の実施の形態に係る炭素発泡体の図面代用電子顕微鏡写真である。 Substituting a drawing electron micrograph of carbon foam according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る電子エミッタ材料の図面代用電子顕微鏡写真である。 Substituting a drawing electron micrograph of the electron emitter material according to the embodiment of the present invention. 図２に示す電子エミッタ材料表面を拡大した図面代用電子顕微鏡写真である。 Substituting a drawing electron micrograph of an enlarged electron emitter material surface shown in FIG. 本発明に係る電子エミッタ材料の前面に電子引き出し用グリッド電極を設け、負の印加電圧を印加した時、前記電子引き出し用グリッド電極から電子エミッタ材料方向への位置に対する印加電圧の分布を模式的に示した図である。 In front of the electron emitter material according to the present invention provided a grid electrode for electron extraction, when applying a negative voltage applied, the distribution of voltage applied to the positions from the electron extraction grid electrode to the electron emitter material direction schematically it is a diagram showing. 実施例２における印加電圧に対する放出電流密度の測定データである。 The measurement data of the emission current density versus applied voltage in the second embodiment. 電子引出し用グリッド電極の形状を変更して、電子放出実験を行なった実施例４を説明するための模式図であり、図６（ａ）は凹形グリッド電極３ａの場合、図６（ｂ）は凸形グリッド電極３ｂの場合を夫々示す。 By changing the shape of the electron extraction grid electrode, is a schematic diagram for explaining an embodiment 4 was subjected to electron emission experiment, FIGS. 6 (a) in the case of a concave grid electrode 3a, FIG. 6 (b) represents respectively the case of a convex grid electrode 3b. 真空容器内において、電子源より放出された電子をターゲットに照射させる実施例５を説明するための模式図である。 In the vacuum vessel, which is a schematic diagram for explaining an embodiment 5 to irradiate the electrons emitted from the electron source to the target. 真空容器内において、電子源より放出された電子を電子透過窓から放出させる実施例７を説明するための模式図である。 In the vacuum vessel, which is a schematic diagram for explaining an embodiment 7 to emit electrons emitted from the electron source from the electron transmission window. 従来技術１を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a prior art 1. 従来技術２を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a prior art 2. 従来技術３を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a prior art 3.
炭素発泡体の表面にダイヤモンド粉末を吸着させた後、化学気相蒸着（ＣＶＤ）処理により前記炭素発泡体上にダイヤモンドを成長させたことを特徴とする電子エミッタ材料。 After the adsorption of the diamond powder on the surface of the carbon foam, chemical vapor deposition (CVD) electron emitter material, characterized in that growing the diamond on the carbon foam by the process.
前記ダイヤモンド粉末が、ナノダイヤ粉末であることを特徴とする請求項１に記載の電子エミッタ材料。 It said diamond powder, electron emitter material according to claim 1, characterized in that the Nanodaiya powder.
前記ダイヤモンドが、連続的なダイヤモンド膜、不連続的なダイヤモンド膜乃至はダイヤモンド粒子として前記炭素発泡体上に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子エミッタ材料。 The diamond, electron emitter material according to claim 1 or 2 continuous diamond film, or discontinuous diamond film is characterized in that it is fixed on the carbon foam as diamond particles.
前記ダイヤモンドの膜厚乃至は粒子径が０．１〜５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の電子エミッタ材料。 Electron emitter material according to claim 3 film thickness to the particle size of the diamond is characterized by a 0.1 to 5 [mu] m.
前記ダイヤモンドが、アンドープダイヤモンド 、 またはホウ素（Ｂ）ドープダイヤモンド 、燐（Ｐ）ドープダイヤモンド若しくは硫黄（Ｓ）ドープダイヤモンドであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料。 The diamond, undoped diamond or boron (B) doped diamond, phosphorous (P) doped diamond or sulfur (S) electrons according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a doped diamond, emitter material.
前記請求項１乃至５の何れか一つの項に記載の電子エミッタ材料の前面に、電子引き出し用グリッド電極を設置したことを特徴とする電子放出応用装置。 Wherein the front surface of the electron emitter material according to any one of claims 1 to 5, the electron emission application device, characterized in that they have installed the extractor grid electrode.
前記電子引き出し用グリッド電極が、平面状、凹状および凸状の何れか乃至はこれらを組み合わせた形状を有することを特徴とする請求項６に記載の電子放出応用装置。 Wherein the electron extraction grid electrode, a planar electron emission application device according to claim 6, characterized in that it has a concave and convex either through the combination of these shapes.
前記電子エミッタ材料から放出された電子を金属に衝突させ、Ｘ線を発生させるＸ線源となしたことを特徴とする請求項６または７に記載の電子放出応用装置。 It said electron emitter material emitted from the electron to collide to the metal, the electron emission application device according to claim 6 or 7, characterized in that without the X-ray source for generating X-rays.
前記電子エミッタ材料から放出された電子を蛍光体に衝突させ、光を発生させる光源となしたことを特徴とする請求項６または７に記載の電子放出応用装置。 It said electronic electrons emitted from the emitter material to collide with the phosphor, the electron emission application device according to claim 6 or 7, characterized in that without a light source for generating light.
前記電子エミッタ材料から放出された電子を、隔壁を透過して外部の材料表面に照射し、表面改質を行なう電子照射装置となしたことを特徴とする請求項６または７に記載の電子放出応用装置。 The electrons emitted from the electron emitter material passes through the partition wall is irradiated to the outside of the material surface, electron emission according to claim 6 or 7, characterized in that without an electron irradiation apparatus which performs surface modification application equipment.

References: art 1
 art 2
 art 3
 art 1
 art 1
 art 2
 art 1
 art 2
 art 3
 art 3
 art 1
 art 1
 art 2
 art 3