JP2001002496A - 希土類六ほう化物単結晶とその製法 - Google Patents
希土類六ほう化物単結晶とその製法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ｖｏｉｄ密度が従来のものよりも低く、熱電子
放射源として使用できる割合が従来のものよりも高く、
熱電子放射陰極を歩留まり高く得ることのできる希土類
元素の六ほう化物単結晶を提供する 【解決手段】ｖｏｉｄ密度が６００個／ｃｍ2以下であ
る浮遊帯域溶融法の希土類元素の六ほう化物単結晶と、
原料の焼結体と得られる単結晶の直径がいずれも２ｍｍ
以上４ｍｍ以下であり、成長速度を３０ｍｍ／時間以下
とする前記単結晶の製造方法。
放射源として使用できる割合が従来のものよりも高く、
熱電子放射陰極を歩留まり高く得ることのできる希土類
元素の六ほう化物単結晶を提供する 【解決手段】ｖｏｉｄ密度が６００個／ｃｍ2以下であ
る浮遊帯域溶融法の希土類元素の六ほう化物単結晶と、
原料の焼結体と得られる単結晶の直径がいずれも２ｍｍ
以上４ｍｍ以下であり、成長速度を３０ｍｍ／時間以下
とする前記単結晶の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線描画装置や
電子顕微鏡などの電子線利用装置に用いられる熱電子陰
極において熱電子放射源として使用される希土類元素の
六ほう化物単結晶とその製法に関する。
電子顕微鏡などの電子線利用装置に用いられる熱電子陰
極において熱電子放射源として使用される希土類元素の
六ほう化物単結晶とその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子描画装置や電子顕微鏡などの電子線
利用装置に用いられる熱電子陰極において熱電子放射源
として使用される希土類元素の六ほう化物単結晶は、一
般には、当該希土類元素の粉末を原料としてホットプレ
ス等の手段により焼結して得られる多結晶体を用い、こ
れを加熱溶融し凝固させることで得られるが、希土類元
素の六ほう化物は高融点であり、また化学的にも他材料
と反応し易いことから浮遊帯域溶融法によって育成され
ている。
利用装置に用いられる熱電子陰極において熱電子放射源
として使用される希土類元素の六ほう化物単結晶は、一
般には、当該希土類元素の粉末を原料としてホットプレ
ス等の手段により焼結して得られる多結晶体を用い、こ
れを加熱溶融し凝固させることで得られるが、希土類元
素の六ほう化物は高融点であり、また化学的にも他材料
と反応し易いことから浮遊帯域溶融法によって育成され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】希土類元素の六ほう化
物単結晶を熱電子放射源として使用する場合、まず、前
記浮遊帯域溶融法で育成した直径５〜８ｍｍの棒状の六
ほう化物単結晶を角柱等の所定の形状に加工するが、更
に、電子を引き出す際に印加する電界を六ほう化物単結
晶の一部に集中させるために、前記角柱状に切り出した
六ほう化物単結晶の一部を円錐状に加工する（円錐状に
加工した後のものは通常「チップ」と呼ばれる）。
物単結晶を熱電子放射源として使用する場合、まず、前
記浮遊帯域溶融法で育成した直径５〜８ｍｍの棒状の六
ほう化物単結晶を角柱等の所定の形状に加工するが、更
に、電子を引き出す際に印加する電界を六ほう化物単結
晶の一部に集中させるために、前記角柱状に切り出した
六ほう化物単結晶の一部を円錐状に加工する（円錐状に
加工した後のものは通常「チップ」と呼ばれる）。
【０００４】しかし、この円錐の先端付近に、前記単結
晶の欠陥の一つである直径が数〜数十μｍのｖｏｉｄ
（空洞）が存在すると、安定な電子放射を阻害してしま
い熱電子放射源として使用できなくなるという問題があ
るが、従来の希土類元素の希土類元素の六ほう化物単結
晶では、ｖｏｉｄ密度が１×１０3〜２×１０3 個／ｃ
ｍ2と高く、単結晶棒から角柱状に切り出し、さらにそ
の一面を円錐状に加工した場合に、ｖｏｉｄが円錐の先
端付近にあるために使用できないものが５〜１０％もの
高率で発生し、製品の歩留まりが低い、又、熱陰極とし
て使用時に円錐部先端の表面化に隠れていたｖｏｉｄが
次第に表面に現れ、その結果熱電子放射陰極の寿命が制
限されるという問題がある。
晶の欠陥の一つである直径が数〜数十μｍのｖｏｉｄ
（空洞）が存在すると、安定な電子放射を阻害してしま
い熱電子放射源として使用できなくなるという問題があ
るが、従来の希土類元素の希土類元素の六ほう化物単結
晶では、ｖｏｉｄ密度が１×１０3〜２×１０3 個／ｃ
ｍ2と高く、単結晶棒から角柱状に切り出し、さらにそ
の一面を円錐状に加工した場合に、ｖｏｉｄが円錐の先
端付近にあるために使用できないものが５〜１０％もの
高率で発生し、製品の歩留まりが低い、又、熱陰極とし
て使用時に円錐部先端の表面化に隠れていたｖｏｉｄが
次第に表面に現れ、その結果熱電子放射陰極の寿命が制
限されるという問題がある。
【０００５】本発明は、上記問題を解決して、ｖｏｉｄ
密度が従来のものよりも低く、熱電子放射源として使用
できる割合が従来のものよりも高く、熱電子放射陰極を
歩留まり高く得ることのできる希土類元素の六ほう化物
単結晶を提供することを目的になされたものである。
密度が従来のものよりも低く、熱電子放射源として使用
できる割合が従来のものよりも高く、熱電子放射陰極を
歩留まり高く得ることのできる希土類元素の六ほう化物
単結晶を提供することを目的になされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、浮遊帯域溶融
法にて育成してなり、任意の断面におけるｖｏｉｄ密度
が６００個／ｃｍ2以下であることを特徴とする希土類
元素の六ほう化物単結晶であり、好ましくは、単結晶の
直径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする前
記の希土類元素の六ほう化物単結晶である。
法にて育成してなり、任意の断面におけるｖｏｉｄ密度
が６００個／ｃｍ2以下であることを特徴とする希土類
元素の六ほう化物単結晶であり、好ましくは、単結晶の
直径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする前
記の希土類元素の六ほう化物単結晶である。
【０００７】又、本発明は、浮遊帯域溶融法により、希
土類元素の六ほう化物からなる焼結体から当該単結晶を
製造する方法であって、前記焼結体と単結晶の直径がい
ずれも２ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、単結晶の成長速度
を３０ｍｍ／時間以下とすることを特徴とする希土類元
素の六ほう化物単結晶の製造方法であり、好ましくは、
浮遊帯域溶融法として、熱源に赤外線ランプを用い、該
赤外線ランプより発生する赤外線を集光炉を用いて単結
晶成長部分に集光して加熱する方法であることを特徴と
する前記の希土類元素の六ほう化物単結晶の製造方法で
ある。
土類元素の六ほう化物からなる焼結体から当該単結晶を
製造する方法であって、前記焼結体と単結晶の直径がい
ずれも２ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、単結晶の成長速度
を３０ｍｍ／時間以下とすることを特徴とする希土類元
素の六ほう化物単結晶の製造方法であり、好ましくは、
浮遊帯域溶融法として、熱源に赤外線ランプを用い、該
赤外線ランプより発生する赤外線を集光炉を用いて単結
晶成長部分に集光して加熱する方法であることを特徴と
する前記の希土類元素の六ほう化物単結晶の製造方法で
ある。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは、前記課題解決を目
的として、様々な実験的検討を行った結果、浮遊帯域溶
融法において特定な条件を採用するとき、従来得られな
かったｖｏｉｄ密度が極めて低く、熱電子放射陰極に用
いて好適な希土類元素の六ほう化物単結晶を得ることが
できるという知見を得て、本発明に至ったものである。
的として、様々な実験的検討を行った結果、浮遊帯域溶
融法において特定な条件を採用するとき、従来得られな
かったｖｏｉｄ密度が極めて低く、熱電子放射陰極に用
いて好適な希土類元素の六ほう化物単結晶を得ることが
できるという知見を得て、本発明に至ったものである。
【０００９】即ち、本発明の希土類元素の六ほう化物単
結晶は、数〜十数μｍのｖｏｉｄが、従来得られなかっ
た６００個／ｃｍ2以下であり、熱電子放射陰極製造に
おいて何等の工程条件を変更することなく、製品の歩留
まりを、例えば９８％以上にも、向上できるという効果
を有する。
結晶は、数〜十数μｍのｖｏｉｄが、従来得られなかっ
た６００個／ｃｍ2以下であり、熱電子放射陰極製造に
おいて何等の工程条件を変更することなく、製品の歩留
まりを、例えば９８％以上にも、向上できるという効果
を有する。
【００１０】本発明の単結晶の直径は、２ｍｍ以上４ｍ
ｍ以下が好ましい。直径が４ｍｍ以上の場合には、ｖｏ
ｉｄ密度を６００個／ｃｍ2以下のものが必ずしも得る
ことが出来ないことがあるからである。又、直径が２ｍ
ｍ以下になると、単結晶棒から「チップ」を加工するこ
とが容易でなくなり、結果として、熱電子放射源として
使用できる割合が低くなるという制限が生じてくる。
ｍ以下が好ましい。直径が４ｍｍ以上の場合には、ｖｏ
ｉｄ密度を６００個／ｃｍ2以下のものが必ずしも得る
ことが出来ないことがあるからである。又、直径が２ｍ
ｍ以下になると、単結晶棒から「チップ」を加工するこ
とが容易でなくなり、結果として、熱電子放射源として
使用できる割合が低くなるという制限が生じてくる。
【００１１】本発明の希土類元素の六ほう化物単結晶を
得る方法としては、希土類元素の六ほう化物粉末をホッ
トプレスする方法、または、前記粉末をプレス法等の成
形方法で成形体とし、該成形体を真空或いは不活性雰囲
気中で加熱する等の方法で焼結体を得て、必要に応じて
加工を施して所望寸法の直径を有する円柱状焼結体と
し、これを浮遊帯域溶融法により、単結晶の成長速度を
３０ｍｍ／時間（Ｈｒ）以下で、円柱状焼結体と得られ
る単結晶の直径が同じとする条件を採用すれば良い。
得る方法としては、希土類元素の六ほう化物粉末をホッ
トプレスする方法、または、前記粉末をプレス法等の成
形方法で成形体とし、該成形体を真空或いは不活性雰囲
気中で加熱する等の方法で焼結体を得て、必要に応じて
加工を施して所望寸法の直径を有する円柱状焼結体と
し、これを浮遊帯域溶融法により、単結晶の成長速度を
３０ｍｍ／時間（Ｈｒ）以下で、円柱状焼結体と得られ
る単結晶の直径が同じとする条件を採用すれば良い。
【００１２】本発明の製造方法では、上記方法におい
て、円柱状焼結体の直径と単結晶の直径が２ｍｍ以上４
ｍｍ以下である。上述の通り、２ｍｍ未満では、熱電子
放射源として使用できる割合が低くなるという制限が生
じてくるし、４ｍｍを超えると、単結晶育成時におい
て、溶融部の温度均一性が悪化するためか、得られる単
結晶棒について、ｖｏｉｄ密度が６００個／ｃｍ2以下
のものが必ずしも得られないことがあるからである。
て、円柱状焼結体の直径と単結晶の直径が２ｍｍ以上４
ｍｍ以下である。上述の通り、２ｍｍ未満では、熱電子
放射源として使用できる割合が低くなるという制限が生
じてくるし、４ｍｍを超えると、単結晶育成時におい
て、溶融部の温度均一性が悪化するためか、得られる単
結晶棒について、ｖｏｉｄ密度が６００個／ｃｍ2以下
のものが必ずしも得られないことがあるからである。
【００１３】浮遊帯域溶融法には、単結晶育成の際して
作られる溶融帯域を形成するための加熱方法の相違によ
りいくつかの方法が知られており、例えば、高周波誘導
加熱方式、電子線照射方式、赤外線加熱方式等がある。
本発明においては、前記のいろいろな方式のうち、赤外
線加熱方式が好ましい。この理由は、明かでないが、赤
外線加熱方式が融液を加熱するに際し、融液自体に衝撃
や振動を与える機会が少ないことと関係していると思わ
れる。また、赤外線加熱方式に関しては、その加熱方法
が集光炉を用いて、融液部を集中的に加熱できる方式が
好ましい。
作られる溶融帯域を形成するための加熱方法の相違によ
りいくつかの方法が知られており、例えば、高周波誘導
加熱方式、電子線照射方式、赤外線加熱方式等がある。
本発明においては、前記のいろいろな方式のうち、赤外
線加熱方式が好ましい。この理由は、明かでないが、赤
外線加熱方式が融液を加熱するに際し、融液自体に衝撃
や振動を与える機会が少ないことと関係していると思わ
れる。また、赤外線加熱方式に関しては、その加熱方法
が集光炉を用いて、融液部を集中的に加熱できる方式が
好ましい。
【００１４】以下、実施例、比較例に基づいて、本発明
をさらに詳しく説明する。
をさらに詳しく説明する。
【００１５】
【実施例】〔実施例、比較例〕長さ７０ｍｍ、直径３ｍ
ｍの六ほう化ランタンの焼結体（相対密度９０％）を原
料とし、赤外線ランプを熱源とし、集光炉を使用した浮
遊帯域溶融装置により、単結晶の育成速度を３０ｍｍ／
Ｈｒでアルゴン雰囲気中で上方に育成し、直径３ｍｍの
六ほう化ランタン単結晶棒を得た。一方、比較の例とし
て、長さ７０ｍｍ、直径８ｍｍの六ほう化ランタンの焼
結体（相対密度９０％）を原料として、実施例１と同じ
条件で育成し、直径８ｍｍの六ほう化ランタン単結晶棒
を得た。
ｍの六ほう化ランタンの焼結体（相対密度９０％）を原
料とし、赤外線ランプを熱源とし、集光炉を使用した浮
遊帯域溶融装置により、単結晶の育成速度を３０ｍｍ／
Ｈｒでアルゴン雰囲気中で上方に育成し、直径３ｍｍの
六ほう化ランタン単結晶棒を得た。一方、比較の例とし
て、長さ７０ｍｍ、直径８ｍｍの六ほう化ランタンの焼
結体（相対密度９０％）を原料として、実施例１と同じ
条件で育成し、直径８ｍｍの六ほう化ランタン単結晶棒
を得た。
【００１６】前記実施例および比較例の単結晶から、厚
さ１．６ｍｍのウエハをに切断し、育成開始部、育成中
央部および育成終了部からそれぞれウエハを取り出し、
これらのウエハの表面を研磨して鏡面とし、電子顕微鏡
にてｖｏｉｄ密度を測定した。その結果、実施例のｖｏ
ｉｄ密度は育成開始部、育成中央部および育成終了部に
おいて、それぞれ１．１×１０2個／ｃｍ2、１．０×１
０2個／ｃｍ2および１．２×１０2個／ｃｍ2であったの
に対し、比較例１のｖｏｉｄ密度は育成開始部、育成中
央部および育成終了部において、それぞれ２．１×１０
3個/ｃｍ2、２．０×１０3個/ｃｍ2および２．２×１０
3個／ｃｍ2となった。
さ１．６ｍｍのウエハをに切断し、育成開始部、育成中
央部および育成終了部からそれぞれウエハを取り出し、
これらのウエハの表面を研磨して鏡面とし、電子顕微鏡
にてｖｏｉｄ密度を測定した。その結果、実施例のｖｏ
ｉｄ密度は育成開始部、育成中央部および育成終了部に
おいて、それぞれ１．１×１０2個／ｃｍ2、１．０×１
０2個／ｃｍ2および１．２×１０2個／ｃｍ2であったの
に対し、比較例１のｖｏｉｄ密度は育成開始部、育成中
央部および育成終了部において、それぞれ２．１×１０
3個/ｃｍ2、２．０×１０3個/ｃｍ2および２．２×１０
3個／ｃｍ2となった。
【００１７】また、前記実施例と同じ製造条件下かで焼
結体と得られる単結晶体の直径がいずれも同じとなるよ
うにした時の、単結晶の直径によるｖｏｉｄ密度の影響
を調べた実験の結果を図１に示す。範囲の大きさは９
９．８％信頼区間である。
結体と得られる単結晶体の直径がいずれも同じとなるよ
うにした時の、単結晶の直径によるｖｏｉｄ密度の影響
を調べた実験の結果を図１に示す。範囲の大きさは９
９．８％信頼区間である。
【００１８】
【発明の効果】実施例、比較例の対比からも明らかなと
おり、本発明の六ほう化物単結晶はｖｏｉｄ密度が従来
のものよりも低く、それ故、熱電子放射源に用いた場合
に、何等の工程上の何等の変更なくして、歩留まりを高
くできるし、又、熱電子放射陰極が実用下で使用された
ときにチップ先端部にｖｏｉｄが顕在化し、電子ビーム
特性が不安定となるという問題発生頻度が改善できるの
で、産業上有用である。
おり、本発明の六ほう化物単結晶はｖｏｉｄ密度が従来
のものよりも低く、それ故、熱電子放射源に用いた場合
に、何等の工程上の何等の変更なくして、歩留まりを高
くできるし、又、熱電子放射陰極が実用下で使用された
ときにチップ先端部にｖｏｉｄが顕在化し、電子ビーム
特性が不安定となるという問題発生頻度が改善できるの
で、産業上有用である。
【図１】ｖｏｉｄ密度に及ぼす六ほう化ランタン単結晶
棒の直径の影響についての説明図。
棒の直径の影響についての説明図。
Claims (4)
- 【請求項１】浮遊帯域溶融法にて育成してなり、任意の
断面におけるｖｏｉｄ密度が６００個／ｃｍ2以下であ
ることを特徴とする希土類元素の六ほう化物単結晶。 - 【請求項２】直径が２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを
特徴とする請求項１記載の希土類元素の六ほう化物単結
晶。 - 【請求項３】浮遊帯域溶融法により、希土類元素の六ほ
う化物からなる焼結体から当該単結晶を製造する方法で
あって、前記焼結体と単結晶の直径がいずれも２ｍｍ以
上４ｍｍ以下であり、単結晶の成長速度を３０ｍｍ／時
間以下とすることを特徴とする希土類元素の六ほう化物
単結晶の製造方法。 - 【請求項４】浮遊帯域溶融法として、熱源に赤外線ラン
プを用い、該赤外線ランプより発生する赤外線を集光炉
を用いて単結晶成長部分に集光して加熱する方法である
ことを特徴とする請求項３記載の希土類元素の六ほう化
物単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17117399A JP2001002496A (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 希土類六ほう化物単結晶とその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17117399A JP2001002496A (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 希土類六ほう化物単結晶とその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001002496A true JP2001002496A (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=15918364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17117399A Pending JP2001002496A (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 希土類六ほう化物単結晶とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001002496A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113564690A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-10-29 | 合肥工业大学 | 一种提纯六硼化镧的方法 |
-
1999
- 1999-06-17 JP JP17117399A patent/JP2001002496A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113564690A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-10-29 | 合肥工业大学 | 一种提纯六硼化镧的方法 |
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