[发明专利]用于真空环境的高亮度含硼电子束发射器

说明书

本发明涉及一种发射器，其含有金属硼化物材料，所述发射器具有拥有1μm或更小的半径的至少部分圆形尖端。可施加电场到所述发射器，且从所述发射器产生电子束。为形成所述发射器，从单晶棒移除材料以形成含有金属硼化物材料的发射器，其具有拥有1μm或更小的半径的圆形尖端。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2016年6月30日申请且指派为第62/356,738号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及由硼化物化合物制造的电子发射器。

背景技术

碱土和稀土硼化物化合物可用于热离子发射。这些材料具有使硼化物化合物阴极优于钨热离子阴极的物理和化学性质。六硼化镧(LaB₆)阴极已用于扫描式电子显微镜(SEM)设计、透射电子显微镜、电子束光刻系统和其它光电系统中的热离子电子发射器。虽然提升光电系统性能(尤其在低光束能量)，但这些硼化物化合物阴极需要真空技术的复杂改进来减少氧化相关的损害。

在典型阴极操作温度下，硼化物化合物(例如LaB₆)非常容易与氧化物和水分发生反应。之前系统使用冷阱、溅射离子泵、真空密封、焊接金属波纹管和密封技术来维持硼化物化合物阴极周围的真空环境。硼化物化合物热离子发射器也需要改进来提供发射稳定性。例如，采用独立韦内(Wehnelt)偏压供应来将有效发射面积减小到仅阴极尖端，这是因为介电薄膜在阴极上随时间累积。对于纯度和清洁度问题，需要特定材料使用硼化物化合物阴极来提供热离子操作。

即使凭借这些改进，LaB₆的热离子发射电子枪组合件仍尚未达到操作平衡，且操作期间的温度不足以吸收内部水分。LaB₆阴极环境中的水分的高分压对阴极造成质量损失、侵蚀和损害。阴极的不适当操作环境可导致质量损失加速。

LaB₆尚未用作为三极管电子枪配置中的大发射面积热离子发射器。由三极管电子枪配置中的空间电荷效应限制源极亮度。用于防止非预期的“马耳他十字(Maltesecross)”形电子发射的韦内电势可部分阻挡来自阳极的提取电势。当用作热离子发射器(例如，在约1800K)时，阴极材料经由硼化物材料或成形氧化物的氧化和升华经历质量损失。升华过程导致阴极的形状和发射特性改变，且发射器材料的发射表面或块体的部分可随时间损失。任何升华或蒸发氧化物可变为导致光学器件的不稳定性的绝缘薄膜。

在低温下操作阴极可减小来自阴极的硼化物材料的质量损失率。低温减少在韦内电极(例如，LaB₆)的背侧上的材料沉积。但是，在高真空环境中低温下的金属(例如，La、Hf)或其它稀土硼化物阴极发射器的操作会使发射表面轻易受有机污染物的分压毒侵。

因此，需要经改进的金属硼化物电子发射器。

发明内容

在第一方面中，提供一种设备。所述设备包括含有金属硼化物材料的发射器。所述发射器具有拥有1μm或更小的半径的至少部分圆形尖端。

所述金属硼化物材料可包含选自由碱金属、碱土金属、过渡金属、镧系元素和锕系元素组成的列表的物种。所述金属硼化物材料可为金属六硼化物材料。所述金属硼化物材料可包含LaB₆。所述金属硼化物材料可具有<100>晶体定向。

所述发射器可具有小于1mm²的发射面积。圆形尖端可具有700nm或更小的半径、450nm或更小的半径或100nm或更小的半径。所述发射器可具有小于1μm²的发射面积。所述至少部分圆形尖端可包含平坦发射小面。