WO2006135092A1

WO2006135092A1 - ダイヤモンド電子放射陰極、電子放射源、電子顕微鏡及び電子ビーム露光機

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Publication number: WO2006135092A1
Application number: PCT/JP2006/312261
Authority: WO
Inventors: Yoshiki Nishibayashi; Akihiko Ueda; Yoshiyuki Yamamoto; Takahiro Imai
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2007-12-17
Also published as: JP4868295B2; JPWO2006135092A1; EP1892742A4; US20080048544A1; EP1892741B1; WO2006135094A1; CA2608982A1; US7863805B2; EP1892740B1; WO2006135093A1; EP1892740A1; US7737614B2; JP4868293B2; CA2608548A1; EP1892742A1; CA2608851A1; EP1892741A1; EP1892741A4; EP1892742B1; JPWO2006135094A1

Description

明細書

ダイヤモンド電子放射陰極、電子放射源、電子顕微鏡及び電子ビーム露光機

技術分野

[0001] 本発明は、電子顕微鏡、電子ビーム露光機などの電子線及び電子ビーム機器、進行波管、マイクロ波管など真空管に用いられるダイヤモンド電子放射陰極及び電子放射源及びこれらを用いた電子機器に関する。

背景技術

[0002] 電子はマイナスの電荷を持ち、質量が極めて小さ!/、ため、電子を一方向に揃えて走らせた電子ビームは以下のような特徴を有している。（1)電界や磁界で方向ゃ収束度を制御できる。（2)電界による加減速で広範囲なエネルギーが得られる。（3)波長が短いため、細く絞り込むことができる。このような特徴を活力した電子顕微鏡や、電子ビーム露光機が広く普及している。これらの陰極材料として、例えば、熱電子放射源としては安価な Wフィラメントや、輝度の高い電子ビームが得られる LaB等の六

6 ホウ化物がある。また、さらに高輝度でエネルギー幅の狭い陰極として、量子効果によるトンネル現象を利用した先鋭化 Wや、電界によるショットキー効果を利用した ZrO ZWが用いられている。

[0003] し力しながら、 Wフィラメントは安価である反面、寿命が 100時間程度と極端に短いために、フィラメントが切れた場合、真空槽を大気開放したり、電子ビームの光軸を調整したりする等の交換作業を頻繁に行わねばならないといった問題がある。 LaB

6は

Wフィラメントと比較して寿命が 1000時間程度と長いが、比較的高輝度ビームが得られる装置で使用されているために、交換作業は装置メーカーが行う場合が多ぐコストがカゝかるといった問題がある。より高輝度が得られる先鋭化 Wや、寿命が 1年程度と比較的長ヽ ZrOZWにつヽても交換コストが高く問題がある。

[0004] 電子顕微鏡にお!/、てはより小さ!/、ものを高精度に観察した、と、う要求があることや、電子ビーム露光機においては 65nmノード以細の開発が進んできていることから、さらに高輝度でエネルギー幅が狭い陰極が求められている。 [0005] このような期待に答える材料の一つとして、ダイヤモンドがある。ダイヤモンドには非特許文献 1あるいは非特許文献 2にあるように電子親和力が負（NEA)の状態、あるいは仕事関数が小さ、金属と比較しても小さな正 (PEA)の状態が存在する。この非常に稀な物性を活かせば、 Wフィラメントや LaB、あるいは ZrO/Wのように 1000°C

6

を超える高熱の必要なしに高電流密度電子放射が可能であり、エネルギー幅が狭く抑えられる。そして、駆動温度が低いために長寿命が期待できる。また、非特許文献

3のような先端径 10nmが得られる微細加工技術があるので高輝度化についても問題ない。また、ダイヤモンドについては、上記電子親和力を有することが判明して以来、非特許文献 4や特許文献 1のような電子源がこれまでに提案されてきた。

[0006] 非特許文献 1 : F. J. Himpsel et al. , Phys. Rev. B. , Vol.20, Number 2 (1979) 624- 非特許文献 2 :J. Ristein et al. , New Diamond and Frontier Carbon Technology, Vol.10, No.6, (2000) 363—

非特許文献 3 : Y. Nishibayashi et al. , SEI Technical Review, 57, (2 004) 31 - 非特許文献 4 : W. B. Choi et al. , J. Vac. Sci. Technol. B 14, (1996) 2051 - 特許文献 1：特開平 4— 67527号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、上記のダイヤモンドを用いた電子源を広く普及している電子顕微鏡や電子ビーム露光機で使用する場合、それぞれに問題がある。すなわち、非特許文献 3に記載のような電子放出点が複数並べられた構造では面電子源となるために、収束させて微細ビームとするのは困難である。装置への実装も容易でない。非特許文献 4では先端が鋭、Moにダイヤモンドをコーティングしており、形状としては問題ないが、多結晶であるために個体差や電気特性のばらつきが問題である。特許文献 1で提案されて、る構造も面電子源であるために収束ビームを得るのは困難である。また、装置への実装も容易でない。 [0008] そこで、本発明は、力かる事情に鑑みてなされたものであり、電子線及び電子ビーム機器や真空管、特に、電子顕微鏡や電子ビーム露光機に使用される、ダイヤモンドを用いた高輝度でエネルギー幅が狭ヽ電子放射陰極及び電子放射源、及びこれらを用いた電子顕微鏡、電子ビーム露光機を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 上記課題を解決するために、本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、以下の構成を採用する。

(1)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、少なくとも一部に単結晶ダイヤモンドを有するダイヤモンド電子放射陰極であって、当該ダイヤモンド電子放射陰極が電子放射部の一ヶ所に先鋭部を有する柱状であり、少なくとも二種類以上の電気的性質が異なる半導体によって構成され、該半導体を構成する一種類が n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む n型半導体であり、もう一種類力 ¾型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む P型半導体であり、該 p型半導体と該 n型半導体が直接接合して、もしくは他の種類の層（例えば、真性半導体層である。）を介して間接的に接合して一対の電流導入端子により電子が該 n型半導体から該 p型半導体へ流れるように該 n型半導体に該 P型半導体に対して負の電位が印加され、 p型半導体と n型半導体の接合界面は電子放射部付近に位置し、かつ該 n型半導体は電子が前記放射部に流れる成分を含有していることを特徴とする。

(2)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、少なくとも一部に単結晶ダイヤモンドを有するダイヤモンド電子放射陰極であって、当該ダイヤモンド電子放射陰極が電子放射部の一ヶ所に先鋭部を有する柱状であり、少なくとも二種類以上の電気的性質が異なる半導体によって構成され、該半導体を構成する一種類が n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む n型半導体であり、もう一種類力 ¾型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む P型半導体であり、該 p型半導体と該 n型半導体が直接接合して、もしくは他の種類の層を介して間接的に接合して一対の電流導入端子により電子が該 P型半導体から該 n型半導体へ流れるように該 n型半導体に該 p型半導体に対して正の電位が印加され、 p型半導体と n型半導体の接合界面は電子放射部付近に位置し、かつ該 n型半導体は電子が前記放射部に流れる成分を含有して!/ヽることを特徴とする。 [0010] このダイヤモンド電子放射陰極にぉヽては、ほとんど異種材料を含まな!/、ので、熱膨張係数の差による加熱冷却時の陰極破損がない。なお、ここで言うほとんどとは、ダイヤモンド電子放射陰極の陰極形状がダイヤモンド以外の材料に依存して、なヽ場合を指す。すなわち、非特許文献 4に記載されているダイヤモンドが先端の鋭い M ◦にコーティングされた形状のように、後述する加熱部を除く陰極形状がダイヤモンド以外の材料に主として依存している場合は含まない。また、少なくとも一部が単結晶ダイヤモンドで構成されているため、多結晶では困難な、ダイヤモンドを陰極材料とするために必要な n型不純物のドーピング濃度の制御力ダイヤモンドの気相成長において可能である。

[0011] そして、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極は、 n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含んでいる。なお、この値は電子放射部近傍で得られる値を指す。このような値で n型不純物を含む場合は、ダイヤモンドの伝導帯に電子が供給されるために、実質的に仕事関数は小さぐ高電流密度での電子放射が可能である。

また、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極は、 p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含むダイヤモンド上の少なくとも一部に n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む層を電気伝導層若しくは半導体を持つ構造であることが好適である。ダイヤモンドは p型不純物の準位が浅く低抵抗が得られることから、この場合、陰極全体の抵抗値がより低くすることが可能である。

[0012] さらに、ダイヤモンド電子放射陰極の全体形状を電子放射部を有する一ヶ所の先鋭部を持つ柱状とすることにより、陰極での電圧降下が小さくなるため、電子放出効率を向上させることができる。その結果、ダイヤモンドを用いた高輝度でエネルギー幅が狭、電子放射陰極及び電子放射源が実現される。

[0013] (3)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記ダイヤモンド半導体を構成する一種類が、 300Kにおけるキャリア濃度が 1 X 10⁹cm— ³以下であるダイヤモンドによつて構成された真性半導体であることが好適である。真性半導体層を形成することによりさらに効率的な電子放出が可能である。

(4)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、加熱部が形成されて!ヽることが好適である。本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極に加熱部を形成することにより、加熱により放出電流の安定化に必要な電子放射部表面に付着した水分等の除去をカロ熱部を介して容易に行うことができる。

(5)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記電子放射部が、前記 n型半導体によって形成されて!ヽることが好適である。 n型半導体により電子量を多く流すことができ電子放出特性が向上する。

[0014] (6)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記電子放射部が、前記 p型半導体によって形成されていることが好適である。 p型半導体は仕事関数が低く効率よく電子が流れるので良好な電子放出特性を得ることができる。

(7)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記電子放射部が、前記真性半導体によって形成されて！、ることが好適である。

(8)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記 p型半導体が気相成長で合成したバルタ結晶からなり、前記 n型半導体及び \又は前記真性半導体が気相成長で合成した薄膜結晶からなることが好適である。気相成長でダイヤモンド半導体を合成することにより、不純物の混入を低減し高品質なバルタ結晶を得ることにより電子放出効率が向上する。

[0015] (9)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記ダイヤモンド電子放射陰極の短手方向長さが、 0. 05mm以上 2mm以下でアスペクト比が 1以上であることが好適である。このような形状により、電子顕微鏡、電子ビーム露光機など電子ビーム機器への実装が容易となる。

なお、ここで言う短手方向とは、ダイヤモンド電子放射陰極の電子放射部と反対側の底部の差し渡し幅のことを指す。ダイヤモンド電子放射陰極が直方体である場合は、底部の差し渡し幅の短い辺を指す。また、アスペクト比とは、電子放射部先端から反対側底部までの長さを長手方向とした際における長手方向と短手方向との長さの比のことである。

[0016] (10)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記先鋭部における電子放射部を頂点とした面の少なくとも一面が（ 111)結晶面 [ ( 111)ジャスト面から士 7° のオフ面を含む]で形成されてヽることが好適である。

気相成長における安定成長面は（100)面か（111)面であるが、（111)面は気相成長において n型不純物の取り込み効率が（100)面と比較して 10倍以上高い。このことは、ダイヤモンドの（111)結晶面は n型不純物の高濃度ドーピングが可能であり、金属的な電気伝導が容易に得られ、高電流密度での電子放射が可能であることを意味する。従って、電子放射部が（111)結晶面を含む場合には高輝度な電子放射陰極を容易に得ることができる。

[0017] (11)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記電子放射部を構成するダイヤモンドの表面力水素原子で終端されてヽることが好適である。

電子放射部となるダイヤモンドの表面を水素原子で終端することによって、電子親和力が下がり、電子放出特性の高効率ィ匕を図ることができる。特にダイヤモンドの表面炭素のダングリングボンドのうち 50%以上を水素原子で終端するとより効果的である。

[0018] (12)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記 n型半導体の 300Kにおける抵抗率が、 300 Ω cm以下であることが好適である。

このような抵抗率のダイヤモンド電子放射陰極により、 n型不純物を含む部分に電子が効率よく供給される結果、高密度電子放射が可能であり、高輝度電子放射陰極が得られる。特に電子放射部近傍の低効率が上記範囲であることが好まし、。

[0019] (13)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記先鋭部の先端径もしくは先端曲率半径が 30 μ m以下であることが好適である。

電子放射部となる先端部分をこのような小さなサイズとすることにより、より高輝度な電子放射陰極とすることができる。

[0020] (14)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記電子放射部が突起構造であつて、突起の先端径が 5 μ m以下でアスペクト比が 2以上であることが好適である。電子放射陰極としてのダイヤモンド単結晶全体のうちの電子放射部のみがこのような先鋭形状を持つことによって、電子顕微鏡や電子ビーム露光機などへの実装が容易で且つ、高輝度なダイヤモンド熱電界電子放射陰極やダイヤモンド電界電子放射陰極が実現できる。

[0021] (15)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、電子放射時の温度が 400K以上 1 200K以下であることが好適である。電子放射時の温度が 400K未満では十分な放出電流が得られず、 1200Kを超えると長寿命が得られない。さらに電子放射時の温度が 400K以上 900K以下が好まし、。

(16)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、前記電子放射部よりエネルギー幅が 0. 6eV以下の電子線を放出することを特徴としても良い。ダイヤモンド電子放射陰極として良質な電子ビームが提供可能となる。

[0022] (17)本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極は、前記加熱部に金属層を有することが好適である。金属層を持つことで電気抵抗が小さくなるため、加熱のための電源電圧を小さくすることができ、電子顕微鏡、電子ビーム露光機など電子ビーム機器への実装に適している。

(18)本発明によるダイヤモンド電子放射陰極は、電子放射陰極の表面が金属層によって被覆され、前記電子放射部カゝら金属層の端部までの最も近傍における距離が 500 μ m以下であることが好適である。 500 μ mを超えると電子放出特性が低下する。さらに電子放射部からの距離は 100 m以下が好ましい。

[0023] (19)本発明によるダイヤモンド電子放射源は、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極を電子顕微鏡や電子ビーム露光機などに実装するための構造体であるダイャモンド電子放射源は、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極と、絶縁性セラミツクと、前記ダイヤモンド電子放射陰極に電流を供給するための一対の端子力なる構造体であって、端子間の抵抗値が 10 Ω以上 3k Ω以下であることが好適である。この場合、従来陰極材料が使用されている電子ビーム機器の電源系に特別な工夫なく本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極を取り付けることが可能となる。

[0024] (20)本発明によるダイヤモンド電子放射源は、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極と、絶縁性セラミックと、前記ダイヤモンド電子放射陰極に電流を供給するための一対の端子力なる構造体であって、端子間の抵抗値が 10 Ω以上 700 Ω以下であることを特徴とする。

(21)本発明によるダイヤモンド電子放射源は、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極を電子顕微鏡や電子ビーム露光機などに実装するための構造体であるダイャモンド電子放射源は、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極と、絶縁性セラミツクを把持し前記絶縁性セラミックに固定すると共にダイヤモンド電子放射陰極に電流を供給するための一対の支柱兼端子からなる構造体であって、前記支柱兼端子が前記ダイヤモンド電子放射陰極と直接接触していることを特徴とする。

[0025] このダイヤモンド電子放射源においては、新規陰極材料であるダイヤモンド電子放射陰極を従来陰極材料である Wフィラメントや LaB、あるいは先鋭化 W、 ZrOZWが

6

使用されている電子ビーム機器に極めて容易に取替えが可能である上に、支柱兼端子がダイヤモンド電子放射陰極を直接把持して、る構造のために、作製時の光軸合わせが容易な上に、使用時の位置ズレゃ脱落の可能性が著しく低い。

(22)本発明によるダイヤモンド電子放射源における前記一対の端子又は前記一対の支柱兼端子は、融点が 1700K以下であることを特徴とする。ダイヤモンドは Wフィラメントゃ LaB、 ZrOZW等よりも低温で電子放出が可能なため、融点が低い金属

6

が使用可能であり、低コストな金属材料を使用して電子放射源を構成することができる。

[0026] (23)本発明による電子顕微鏡は、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極あるヽはダイヤモンド電子放射源が搭載されてヽることを特徴とする。本発明のダイヤモンド電子放射陰極またはダイヤモンド電子放射源は、高電流密度、高輝度、低ェネルギ一幅の電子ビームが得られるため、従来陰極材料が使用されている電子顕微鏡と比較して高倍率観察が可能である。

[0027] (24)本発明の電子ビーム露光機は、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極またはダイヤモンド電子放射源が搭載されてヽることを特徴とする。本発明のダイヤモンド電子放射陰極またはダイヤモンド電子放射源は、高電流密度、高輝度、低エネルギ一幅の電子ビームが得られるため、従来陰極材料が使用されて、る電子ビーム露光機と比較して微細パターンを高スループットで描画することが可能である。

発明の効果

[0028] 本発明によれば、電子線及び電子ビーム機器や真空管、特に、電子顕微鏡ゃ電子ビーム露光機に使用される、ダイヤモンドを用いた高輝度でエネルギー幅が狭ヽ電子放射陰極及び電子放射源が実現される。また、これらを用いて高倍率観察が可能な電子顕微鏡や、微細パターンを高スループットで描画可能な電子ビーム露光機が実現される。発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、添付図面を参照して、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極及び電子放射源及び電子顕微鏡、電子ビーム露光機の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

[0030] 図 1は、本発明によるダイヤモンド電子放射陰極の一実施形態を示す立体図である。ダイヤモンド電子放射陰極は、ダイヤモンド 10及び先鋭部にダイヤモンド電気伝導層 12を備えている。ダイヤモンド 10としては、単結晶ダイヤモンドが用いられる。ダィャモンド 10としては天然の単結晶や、高温高圧合成法あるいは気相合成法で人工合成した単結晶のいずれを用いてもよいが、 p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含むダイャモンドを用いることが好適である。あるいはキャリア濃度が 109cm-3以下の真性半導体であっても p型層、 n型層や金属がうまく構成された配置に形成されていれば、これも好適である。ダイヤモンドは p型不純物の活性ィ匕エネルギーが低、ために低抵抗が得られることから、この場合、陰極全体の抵抗値がより低くなる。この結果、陰極での電圧降下が小さくなるため、電子放出効率が向上する。高温高圧合成 lb型の B 入り単結晶ダイヤモンドや気相合成の B入り単結晶ダイヤモンドが好適に使用可能である。ダイヤモンド 10の表面の先鋭ィ匕した電子放射部 11を頂点としてダイヤモンド電気伝導層 12が形成されてヽる。

[0031] ダイヤモンド電気伝導層 12の形成は電子放射特性に大きな影響を与えるダイヤモンドの電気伝導特性の個体差やばらつきを小さくするために、気相合成法によるェピタキシャル成長で行うのが好ま、。不純物濃度を高精度で制御可能なマイクロ波によるプラズマ CVD法で成長させることが好適である。ダイヤモンド電気伝導層 12には、 n型不純物が 2 X 10¹⁵cm ³以上含まれており、ダイヤモンドの伝導帯に電子が供給されて高電流密度での電子放射が可能である結果、高輝度な電子放射陰極となる。より高輝度な電子放射陰極とするためには、 n型不純物が 2 X 10¹⁹cm ³以上含まれていることが好適である。このように高濃度で不純物が含まれる場合、ダイヤモンド結晶中におけるドナー同士の距離が極端に近づき、ダイヤモンド電気伝導層 12では電気伝導機構が半導体伝導から金属伝導に遷移し始める。 [0032] この結果、室温抵抗は急激に低下し始めるため、電子放射の際のダイヤモンド電子放射陰極自体での降下電圧が低くなる。従って、より高電流密度電子放射が可能になって、高輝度な電子放射陰極となる。このとき、 n型不純物元素としては、例えば P又は Sなどが用いられる。気相成長に使用される原料ガスとしては、例えば H

2、 CH が用いられ、ドーピングガスとして PHや H Sが用いられる。合成条件としては、 Pド

4 3 2

一ビングの場合には気相中の H原子と C原子の個数比 CZH=0. 005〜10%、 P 原子と C原子の個数比 PZC= 10— ⁴〜100%、 Sドーピングの場合には CZH = 0. 0 05〜10%、 S原子と C原子の個数比 SZC= 10— ²〜100%、温度条件は P、 Sドーピング共に 600〜1300°Cが用いられる。ダイヤモンド 10の形状は、電子放射陰極として電子顕微鏡や電子ビーム露光機の電子引き出し構造が工夫された電子銃室に実装できるように、短手方向長さが 0. 05mm以上 2mm以下でアスペクト比が 1以上の柱状となっている。

[0033] 図 2は、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極における p型半導体と n型半導体が先鋭部で接合している構造を示す断面図であり、電子放射部をとおり通電方向に平行する断面形状を表した断面図である。

本構造では n型層力 p型層に電子が向力う電圧が印加され、その方向に電子が向力ことが重要である。

図 2 (a) , (b)は最先端部は n型層であるが、通常 n型層の先端部と p型層との界面は空乏化しており、伝導帯は電子がほとんどない状態である。従って、このままでは電子を引き出しにく、状態となって、る。し力電子を引き出すための外部の加速電圧あるいは引き出し電圧の印加と pn接合部のチップ電圧を順方向にかけると、先端部と界面での空乏化が解消し、その付近は電子で満たされる。 p型の方に電子が流れても、それを補う方向に電子が供給される。その方向は、真空中に電子を引き出す方向に合致し、放出点にも電子が供給されやすくなる。このように先端部付近に pn 接合があり、順方向にチップ電圧を印加すると電子を真空中に引き出しやすいように循環する。これが「n型半導体は電子が電子放射部に流れる成分を含有している」ことが有効な理由である。

次に図 2 (c) , (d)の最先端部は p型である。通常 p型層の先端部分や pn接合界面付近では空乏化しており、伝導帯には電子も正孔もない状態である。従って、このままでは真空中に電子を引き出しにくい状態となっている。しかし、電子を引き出すための外部の加速電圧や引き出し電圧の印加および pn接合への順方向の電圧の印加によって、界面での空乏化は解消し、 p型層に電子が流入する。しかし、最先端部では空乏化がますます進む。 p型層にとつての空乏化は電子にとっては正孔と衝突なしに、移動できる空間であり、最先端へ引き込まれる方向に働いている。従って、 p 型層に注入された電子はどんどん P型層を通過し、空乏層を通って、先端に集まって、真空中に引き出される状態である。これが「p型半導体は電子が電子放射部に流れる成分を含んで、る」ことが有効な理由である。

いずれも順方向のチップ電圧と先端が尖っていることが重要である。先端が平坦であれば、このような現象は起こらない。

[0034] 図 3は、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極における p型半導体と n型半導体が先鋭部で接合して、る他の構造を示す断面図である。

図 3 (a)及び (b)は、電子放射部を有する一ヶ所の先鋭部を示し、かつ二種類の電気的性質が異なるダイヤモンド半導体によって構成されているダイヤモンド電子放射陰極である。力かるダイヤモンド半導体を構成する一種類は、 p型不純物を 2 X 10¹⁵c m ³以上含む p型層であり、もう一種類は n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む n型半導体である。そして電子力 ¾型層力 n型層へ向力う方向を有するように n型層には p 型層に対して正の電位が印加されて、る。また p型層は電子が前記電子放射部に向カゝぅ成分を含有していることを示す。図 3 (a)及び (b)は、電子放射部は n型層であり、このような構成を採用することにより、高輝度でエネルギー幅が狭い電子放射陰極及び電子放射源が実現できる。

[0035] 図 4は、本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極における p型半導体及び n型半導体が先鋭部で接合し、かつ真性半導体を有する構造を示す断面図である。

中心に真性半導体によって構成される真性半導体層（以下、「i型層」ともいう）のある場合も図 2での説明と同じことが言える。 i型層が大きく占めていると電子は走りやすくて好都合である。 i型層を介して n型層に対向して接合する p型層は電子を引き込むための電位を確保する厚さがあれば十分である。ただし、 p型層は薄すぎると全て空乏化してしまい、電子を引き寄せる電子を確保できないので、注意が必要である。図 4 (a)〜（d)は、電子放射部を有する一ヶ所の先鋭部を示し、かつ二種類の電気的性質が異なるダイヤモンド半導体によって構成されているダイヤモンド電子放射陰極である。カゝかるダイヤモンド半導体を構成する一種類は、 p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む p型層であり、もう一種類は n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む n型半導体である。更に i型層を内部に有する。図 4 (a)〜（d)における電子放射部は p型層によつて形成されており、このような構成を採用することにより、高輝度でエネルギー幅が狭、電子放射陰極及び電子放射源が実現できる。

また、図 4 (e)〜(g)は、上記と同様に n型層、 p型層及び i型層からなるが、電子放射部が i型層によって形成されている点に特徴を有する。先端が i型層である場合は、その先端に電子が引き込まれ、蓄積されやすい構造であるので、より好ましい構造となる。 p型層は電子を引き込むための電位を確保する役割を担っている。また図 4 (g) は p型層と n型層とが先鋭部付近で接合する。このような構成を採用することにより、高輝度でエネルギー幅が狭い電子放射陰極及び電子放射源が実現できる。

図 2 (a) , (b)の構造において、逆方向に電位を印加する場合においては、接合付近での空乏層は広がる方向なので一定の電圧までは電子は流れないが、一定の電圧を超えると p型層力も n型層への電子の注入が起こる。その方向は n型層が最先端を構成している構造である（a) , (b)の構造では、やはり先鋭先端に向う方向であるので、電子放出されやすくなる。

図 5 (a)に示すダイヤモンド電子放射陰極は、 n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む第 1の半導体 15と、 p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む第 2の半導体 16との二種類の半導体で構成されている。力かる n型半導体と p型半導体は図 5 (a)に示すように接合している。次に図 5 (b)に示すように一対の電流導入端子 22, 22により電子が印加された場合、 n型半導体から p型半導体へ流れるように _n型半導体には p型半導体に対して負の電位が印加されている。そして n型半導体には電子を電子放射部へ流す成分が含有されている。すなわち、ダイヤモンド電子放射陰極は、図 2 (b)に示すように第 1の半導体 15と第 2の半導体 16がそれぞれ一対の電流導入端子 22, 22の片方に接触するように把持されてバイアス電圧が印加される。バイアス電圧によって、電子が多数存在する第 1の半導体 15から、電子が比較的少ない第 2の半導体 16に電子が流れる。こうして、加熱部 14に電流を流して加熱することで放出電流が安定することに加えて、電流導入端子 22から第一の半導体 15に供給された電子がバイアス電圧により第 2の半導体 16の伝導体に流れ込む。先鋭な電子放射部 11の近傍 17 では、第 1の半導体 15から第 2の半導体 16に電子が流れる方向と電子を真空中に引き出す方向がおよそ同じ向きになる場合がある。つまり、第 1の半導体 15と第 2の半導体 16の界面が電子放射部 11から少しずれた位置にあり、第 2の半導体の方が先端に近い場合などである。この場合は特に、伝導体と真空準位のエネルギー差、つまり電子親和力が第 1の半導体 15よりも小さい第 2の半導体 16を選択してさらに、高電流密度での電子放射が可能となるので好まし、。

[0037] ダイヤモンド電子放射陰極は、 p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含むダイヤモンドを用いることが好適である。 n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む第 1の半導体 15とし、 p 型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含むダイヤモンドを第 2の半導体 16として、一対の電流導入端子でノィァス電圧を印加することで、上記効果がさらに顕著に得られる。さらに、ダイヤモンドは p型不純物の準位が浅く低抵抗が得られることから、この場合、陰極全体の抵抗値がより低くなる。この結果、陰極での電圧降下が小さくなるため、電子放出効率が向上する。高温高圧合成の B入り単結晶ダイヤモンドが好適に使用可能である。

[0038] 図 1から図 5に示すダイヤモンド電子放射陰極の形状は、電子放射陰極として電子顕微鏡や電子ビーム露光機の電子引き出し構造が工夫された電子銃室に実装できるように、短手方向長さが 0. 05mm以上 2mm以下でアスペクト比が 1以上の柱状となっている。 0. 05mm未満では、ダイヤモンド電子源を高温で使用する場合、実装で使用する治具の把持用金属の熱膨張のために、治具力脱落する可能性が高くなり、 2mmより大きくなれば、得られる電子ビームの輝度を落とす原因となる電子放射部以外からの電子放射ノイズが大きくなり、電子銃室のサブレッサーでそのノイズを抑制することが困難となる。アスペクト比が 1未満であれば、電子放射部から放出される電子もサブレッサーで抑制されてしまうため、高輝度な電子ビームが得られなくなる。 [0039] 次に一ヶ所の電子放射部を有する先鋭部について説明する。

図 1に示すダイヤモンド電子放射陰極であるダイヤモンド 10の表面の少なくとも先鋭ィ匕した電子放射部 11を頂点とした少なくとも一面が（111)結晶面で形成されてヽることが好適である。気相成長における安定成長面は（100)面か（111)面であるが、（111)表面は気相成長において、 P又は Sなどの n型不純物の取り込み効率が（10 0)面と比較して 10倍以上高い。従って、ダイヤモンドの（111)面で n型不純物を高濃度ドーピングして、金属的な電気伝導による高電流密度電子放射、すなわち、高輝度な電子放射陰極が容易に実現できる。 (111)表面を含んだ電子放射部 11の形状としては、図 6の平面図のような先鋭部を構成する 4面をすベて（111)表面としたり、図 7の平面図のような先鋭部を構成する 3面のうち 2面を（111)表面としたりする形状が好適であるが、先鋭部を構成する面のうち 1面でも（111)表面があればよい。 (1 11)表面とはこの場合、（111)ジャスト面から ± 7。のオフ面も含んでいる。この範囲であれば、上記 n型不純物の高濃度ドーピングは達成される。（111)面形成の方法は、研磨やレーザー加工、イオンエッチング、成長及びこれらの組み合わせによる形成方法が好適に使用可能である。

[0040] ダイヤモンド電子放射陰極の n型不純物を含む部分の 300Kのおける抵抗率が 30 Ο Ω cm以下であることが好適である。この場合、 n型不純物を含む部分に電子が効率よく供給される結果、高密度電子放射が可能であり、高輝度電子放射陰極が得られる。

[0041] また、電子放射部 11の先端径もしくは先端曲率半径は m以下であることが好適である。電子放射部先端をこのような小さなサイズとすることにより、より高輝度な電子放射陰極とすることができる。また、熱電子放出のティップとして利用する際に集束点を小さく保持できる。 30 mより大きいと急激に集束点を小さくすることは困難となり、電子ビーム機器の光学系を工夫する必要がある。先鋭な先端を得るために、気相合成によりダイヤモンド電気伝導層 12を形成した後に、研磨やイオンエッチングによつてカ卩ェするのが望ましい。さらに先端径が 5 m以下であれば電子放射部 11の先端で 10⁴VZcm以上の電界が容易に得られるので、熱電界電子放射陰極として好適に使用可能となる閾値であり、より好ましくは、先端径が 1 m以下であれば電子放射部 11の先端で 10⁷VZcm以上の電界が容易に得られるので電界電子放射陰極として好適に使用可能となっている。

[0042] さらには、図 9に示すように電子放射部 11が突起構造 13であって、突起の先端径力 m以下でアスペクト比が 2以上であることは特徴としても良い。このような先鋭な先端を得るためには、気相合成によりダイヤモンド電気伝導層 12を形成した後、ィォンエッチングによって微細加工するのが望まし、。電子放射陰極としてのダイヤモンド単結晶全体のうちの電子放射部 11のみがこのような先鋭形状を持つことによって、電子顕微鏡や電子ビーム露光機などへの実装が容易で且つ、先端径が 5 μ m以下であれば高輝度な熱電界電子放射陰極として好適に使用可能で、 1 μ m以下であれば高輝度な電界電子放射陰極として好適に使用可能である。

[0043] 本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極は、 0. 5kV以上 lOOkV以下の印加電圧においてエネルギー幅が 0. 6eV以下の電子線を放出することを特徴としても良い。従来材料陰極に替わるダイヤモンド電子放射陰極として、良質な電子ビームが提供可能となる。

[0044] 図 9に、本発明におけるダイヤモンド電子放射源の断面図を示す。ダイヤモンド電子放射源は、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極 20と、絶縁性セラミック 21と、ダイヤモンド電子放射陰極 20に電流を供給するための一対の支柱兼端子 22からなる構造体であって、端子間の抵抗値は 3k Ω以下である。この場合、従来陰極材料が使用されている電子ビーム機器の電源系でダイヤモンド電子放射源の性能を十分に発揮することができる。

[0045] また、図 9に示すダイヤモンド電子放射源は、本発明におけるダイヤモンド電子放射陰極 20と、絶縁性セラミック 21と、ダイヤモンド電子放射陰極 20を把持し前記絶縁性セラミック 21に固定すると共にダイヤモンド電子放射陰極 20に電流を供給するための一対の支柱兼端子 22からなる構造体であって、支柱兼端子 22が前記ダイヤモンド電子放射陰極 21と直接接触している。支柱兼端子の材質は Moや Taやこれらを含む合金などの高融点金属が好適に使用可能である。ダイヤモンド電子放射陰極 20が電子放射で高温となっても支柱兼端子 22とは反応しないため、直接接触による把持が可能である。ダイヤモンド電子放射源を上記構造体とすることによって、従来陰極材料である Wフィラメントや LaB、あるいは先鋭化 W、 ZrOZWが使用されてい

6

る電子ビーム機器に極めて容易に取替えが可能である上に、支柱兼端子がダイヤモンド電子放射陰極を直接把持している構造のために、作製時の光軸合わせが容易な上に、使用時の位置ズレゃ脱落の可能性が著しく低い。また、従来陰極材料が使用されている電子ビーム機器にダイヤモンド電子放射陰極を取り付けるには、室温での端子間の抵抗が 3k Ω以下であることが望ましい。この抵抗値以上では電子ビーム機器の電源で十分な電子放射特性が得られなヽ可能性が高ヽ。

[0046] 本発明における電子顕微鏡は、本発明のダイヤモンド電子放射陰極またはダイヤモンド電子放射源が搭載されており、従来陰極材料が使用されている電子顕微鏡と比較して高倍率観察が可能である。本発明のダイヤモンド電子放射陰極を熱電子放射陰極として使用可能な形状とし、電子顕微鏡に搭載して使用した場合、 LaBを使

6 用した場合と比較して高倍率な微細形状観察が可能である。また、熱電界電子放射陰極として使用可能な形状とし、電子顕微鏡に搭載して使用した場合、 ZrOZWを使用した場合と比較して高倍率な微細形状観察が可能である。あるいは、電界電子放射陰極として使用可能な形状とし、電子顕微鏡に搭載して使用した場合、先鋭ィ匕 Wを使用した場合と比較して高倍率な微細形状観察が可能である。

[0047] 本発明における電子ビーム露光機は、本発明のダイヤモンド電子放射陰極またはダイヤモンド電子放射源が搭載されており、従来陰極材料が使用されている電子ビーム露光機と比較して微細パターンを高スループットで描画することが可能である。本発明のダイヤモンド電子放射陰極を熱電子放射陰極として使用可能な形状とし、電子ビーム露光機に搭載して使用した場合、 LaBを使用した場合と比較して微細パ

6

ターンを高スループットで描画することが可能である。また、熱電界電子放射陰極として使用可能な形状とし、電子ビーム露光機に搭載して使用した場合、 ZrOZWを使用した場合と比較して微細パターンを高スループットで描画することが可能である。実施例

[0048] 本発明のダイヤモンド電子放射陰極、電子放射源、電子顕微鏡及び電子ビーム露光機について、実施例に基づいてさらに具体的に説明する。

[実施例 1] 細長い直方体の高圧合成の単結晶ダイヤモンド基板および気相合成の単結晶基板において、図 10 (a)に示すように尖鋭に先端を加工した試料を用意した。これらの基板に各種ドーピングのダイヤモンドを合成した。ダイヤモンドを合成する条件は水素ガスとメタンガスを用いて、マイクロ波 CVD法にぉ、て行った。

先端径は研磨の際に大まかに調整でき、典型的には 1 μ m程度のものと 10 m程度のものを用意した。ダイヤモンドの再成長やプラズマやイオンを用いて垂直にエツチングすることによりサブ m程度に先鋭ィ匕させることもできる。

(111)面に n型層を形成する場合は、メタン濃度 (CH ZH )が 0. 03〜0. 05%、

4 2

リン濃度（PH ZCH )が 0. 002%〜20%とし、圧力 100Torr、基板温度 870°C付

3 4

近に設定して行った。この条件では（111)面にのみ低抵抗 n型層が形成でき、他の面には膜がほとんどつかないか、若干の高抵抗の膜が形成された。高抵抗のこの膜は（111)面上にェピタキシャルダイヤモンド膜より弱い膜であり、 -0. 1%以下の酸素を含む水素プラズマ中で処理すると、除去できる膜であった。もちろん n型膜および高抵抗膜はプラズマの表側にのみ形成され、基板の裏側には形成できなかった。

(100)面に n型層を形成する場合は、メタン濃度を 0. 5%とし、リン濃度を 1〜10% とし、圧力を 10〜50Torrに設定した。この圧力範囲で形成速度は変化したが、類似の膜が形成できた。この条件では（111)面には高抵抗の膜しか形成できな力つた。 ( 111)面上と同様、高抵抗の膜は酸素を含む水素プラズマで選択的にエッチングすることがでさた。

P型膜は B Hガスを用いてボロンドープ層を形成した。メタン濃度 0. 1〜5%にお

2 6

いて、ジボラン濃度（B H ZCH ) 10ppm〜10000ppmにおいて p型膜が形成でき

2 6 6

た。圧力や基板温度は 20〜160Torr、 750〜1000°Cのいずれでも形成できたが、典型的には 100Torr、 870°C付近を選んで形成した。やはり当然である力基板の表面には形成できた力裏面には形成されな力つた。

以下の種々の構造のチップの作製方法は図 11に示して、る。基板は全てボロンを含む P型導電性の基板である。図 10 (a) , (b)に示している形状の尖鋭加工試料上に（111)面上への n型膜形成条件で n型膜を形成した。高抵抗膜の除去を行う必要力 Sなぐ本構造の加工の具合で先端まで _n型膜が形成されたシングルチップが作製できた。 n型層を形成する前に、気相合成によりボロンドープの p型層を形成した試料も用意した。同様な pn積層型の構造であるが、接合面が p型層の不純物により精密に制御された CVD膜を使えることが利点であり、特性も CVDによる p型層がある方がよい結果が得られた。また、図 10 (a) , (b)の p型と n型膜を積層して完成した試料にぉ、て n型と p型それぞれ個別に電極をチップの根元の部分でコンタクトさせ、 pnの順方向にチップ電流を流せる構造とした。電界は接合面を横切って印加されて、る。それぞれ p、 n型層とコンタクトした電極はチップを把持した金属と接続されている。この構造はチップ電圧や電流条件によっては、基板を加熱できる構造となって!、る。また別の試料として、 n型層の上にアンドープ層（i型層）を形成したこの場合、電極をコンタクトさせる部分には形成させな、ようにした。先端に形成されて、ることで効果が出た。ここで i型層は絶縁性基板上に形成して、キャリア濃度が 10⁹cnf ³以下の測定できな!/ヽくら!/ヽの膜を指して言う。

それぞれの電子放出特性の結果を以下の表 1〜6に示す。いずれもチップ電圧のないもの、突起のないものは特性が悪力つた。表とは別に先端径ゃ高さの異なる資料を調べたが、先端径が 30 m以下で、突起の高さが 50 mを超えてくると特性がよくなる傾向があった。

以上のように、試料内の面方位は非常に重要なファクターとなっていることから、面方位をチップ試料で制御できな！/、基板、例えば多結晶基板は本発明には不適である。制御できていれば、単結晶基板に限らず、高配向基板やへテロ基板なども利用できる。

全ての実験は水素終端表面チップの実験であるが、水素終端表面のチップは酸素終端表面のチップよりもほぼ 30〜50%ェミッション電流の特性力力つた。また、チップの短手方向の長さは主に 0. 05〜lmmに設定された力 2mmより長くても、 0. 05mmより短くても特性が評価できな力つた。さらに端子間抵抗は 10 Ω〜31^ Ωに設定されたが、これ以外の抵抗では電子が出てこなくなつた。端子間抵抗は η型層や ρ 型層の厚さやドーピング濃度によって制御できた力層厚や濃度が一定の場合であつても、金属被覆によっても制御できた。

金属被覆は通常、 η型層と ρ型層に別々双方に、あるいは一方にのみ形成した。それぞれの膜抵抗が高いときに有効であった。被覆金属の構造は例えば図 10 (a)に示すとおりの構造である。このような場合、先端近くまで 500 m以下の範囲で被覆すると電子を有効に先端近くまで運べるために、 n型層の濃度が 10¹⁶cm ³の場合、ェミッション電流値が 100%、 10¹⁸cm— ³の場合、 20%向上した。

また金属被覆の他の方法としては、 P型層と n型層を同時に導通するように被覆することも有効であった。被覆金属で導通すると、 p型層や n型層に電位力かからないので、有効ではないと思われたが、実施は被覆金属が薄カゝつたことにより、抵抗成分をもち、電圧印加によって電流が金属部分に流れ、 n型層側と p型層側で電位を生じさせることができたカゝらであった。この場合、 n型層や p型層が低濃度の場合に有効に働き、端子間抵抗 700 Ω以下とすることができ、表 5に示すような特性と同等に保つことができた。これ以上では特性が低下した。ただし、端子間抵抗が 10 Ω以下では所望の pn間での電位が確保されず、ェミッション特性も急激に低下した。

[0051] [表 1]

★試料条件： ★測定条件：

π型不純物濃度： 10^{1 8} cm -3 加速電圧 15kV

p型不純物濃度： 10¹⁸ cm -³

先端 η,ρタイプ： π型あるいは i型

試料先端曲率半径： 1 0

端子間：ダイオード特性

よほ■¾/盒

[0052] [表 2] ★試料条件： ★測定条件: π型不純物濃度： 10¹⁸ cm-³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁸ cm

先端 π,ρタイプ： π型あるいは i型試料先端曲率半怪： 1

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

[0053] [表 3] 料务件 . ★測定条件: π型不純物濃度： 10²° cm -³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁹ cm-³

先端 π,ρタイプ' ： η型あるいは i型

試料先端曲率半径： 1 0 jU m 端子間抵抗：ダイオード特性試料温度：約 500°C

[0054] [表 4] ★IS料条件： ★測定条件:

°n型不純物濃度： 10^2Q cm -³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹° cm"³ 先端 η,ρタイプ： η型あるいは i型試料先端曲率半径： 1 ju m 端子間抵抗：ダイオード特性試料温度：約 500°C

[0055] [表 5」

料务件. ★測定条件: p型不純物濃度： 10¹⁹ cm-³ 加速電圧先端 η,ρタイプ： η型

試料先端曲率半径： 1 0 / m 端子間抵抗：ダイオード特性試料温度：室温、 500°C

[0056] [表 6」 ★試料条件： ★測定条件:

π型不純物濃度： 10²° cm-³ 加速電圧

先端 η,ρタイプ： η型

試料先端曲率半径： 1 0

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：室温、 500¾

[実施例 2]

細長い直方体の高圧合成の単結晶ダイヤモンド基板および気相合成の単結晶基板において、図 12 (a)〜（d)に示すように尖鋭に先端を加工した試料を用意した。これらの基板に各種ドーピングのダイヤモンドを合成した。ダイヤモンドを合成する条件は水素ガスとメタンガスを用いて、マイクロ波 CVD法において行った。

先端径は研磨の際に大まかに調整でき、典型的には 1 μ m程度のものと 10 μ m程度のものを用意した。ダイヤモンドの再成長やプラズマやイオンを用いて垂直にエツチングするとよりサブ m程度に先鋭化させることもできる。

(111)面に n型層を形成する場合や（100)面に n型層を形成する場合および p型膜を形成する場合の各々の条件は実施例 1と同じ条件を用いて行った。

基板は全てボロンを含む P型導電性の基板である。図 12 (a)に示す尖鋭加工試料上に（111)面上の条件で（111)面上に n型膜を形成し、残りの面に形成された膜は上記プラズマ処理で除去した。その結果先端部が P型で途中まで n型膜の形成されたシングルチップが作製できた。対して、図 12 (b)の尖鋭加工試料上には（100)面上に n型形成条件で n型膜を形成した。 [0058] 残りの面に形成された膜は上記プラズマ処理で除去した。その結果、先端部が p型で途中まで n型膜の形成したシングルチップが作製できた。また、図 12 (a)と (b)の p 型層と n型層が積層された完成した試料において、 n型層と p型層それぞれ個別に電極をチップの根元の部分でコンタクトさせ、 pnの順方向にチップ電流を流すことができる構造とした。それぞれ pn型層とコンタクトした電極はチップを把持した金属と接続されている。この構造はチップ電圧や電流条件によっては、基板を加熱できる構造となっている。

次に図 12 (c)、 (d)に示して、る形状の尖鋭カ卩工試料上に（111)面上への n型膜形成条件で n型膜を形成した。図 13は、その作製方法を示すものである。同時に形成された高抵抗層は処理せずに、試料を裏向け、 p型層を形成した。そうすることによつて、先端力 ¾型の突起となった。裏側には p型膜は形成されな力つた。完成した試料の図 12 (d)にお、ては (a)や (b)と同様に pnの順方向に電流を流せる構造とした。完成した (c)においては n型層は面積が小さく根元の方には n型層は存在しないので、図のように電極を根元力も先の n型層にまで形成した。根元の p型層上には高抵抗膜が形成されているので、 p型層には接触していない構造となった。耐圧が足りない時は、 SiO層を根元の方に形成した。

2

これで全ての試料において、 n型層を有し、先端力 ¾型層のェミッタを作製し、 pn順方向に電流を流せる同上の構造とできた。この構造はチップ電圧や電流条件によつては、基板を加熱できる構造となっている。

[0059] それぞれの電子放出特性の結果を表 7〜11に示す。 Vヽずれもチップ電圧のな、もの、突起のないものは特性が悪力つた。先端径が 30 /z m以下で、突起の高さが 50 /z mを超えてくると特性がよくなる傾向は実施例 1と同じであった。

以上のように、試料内の面方位は非常に重要なファクターとなっていることから、面方位をチップ試料で制御できない基板、例えば、多結晶基板は本発明には不適である。制御できていれば、単結晶基板に限らず、高配向基板やへテロ基板なども利用できる。

最後に、 p型層の上にアンドープの i型層を形成し、 pn接合の npi構造とし、先端お型層とした構造のチップはサンプル (c)、サンプル (d)の構造でェミッション電流が 20 〜50%向上した。最表面の先端に i型層のある構造は有効であった。また、基板として高圧合成の単結晶ダイヤモンド基板を用いるよりも気相合成の単結晶基板を用いた方がェミッション電流値が 30%前後向上した。

実施例 1と比較すると np接合の突起チップにおいては、 n型の先端よりも p型の先端の方が特性は良好であるといえる。また、基板は高圧合成のボロンドープ基板を用いるよりも、気相合成のボロンドープパルク基板を用レ、る方が特性がよ力た。

全ての実験は水素終端表面チップの実験であるが、水素終端表面のチップは酸素終端表面のチップよりもほぼ 30〜50%ェミッション電流特性がよ力つた。また、チップの短手方向の長さは主に 0. 5mm〜： Lmmに設定されたが、 2mmより長くても、 0. 05mmより短くても特性が評価できなつた。さらに端子間抵抗は 10 Ω〜31ι Ωに設定されたが、これ以外の抵抗では電子が出てこなくなつた。端子間抵抗は η型層や ρ型層の厚さやドーピング濃度によって制御できたが、層厚や濃度が一定の場合であつても、金属被覆によっても制御できた。

[¾7]

★試料条件： ★測定条件：

η型不純物濃度： 1 0¹⁸ cm 加速電圧： 15kV

p型不純物濃度： 10 ¹⁸ cm-³

先端 η,ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 1 0 yU m

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

[表 8] ★試料条件：女測定条件: n型不純物濃度： 10¹⁸ cm "³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10 ¹⁸ cm - ³ 先端 π，ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 1

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

[0062] [表 9] 料件. ★測定条件: π型不純物濃度： 10 ²° cm-³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁹ cm-³

先端 π，ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 1 0 / m

端子問抵抗：ダイオード特性試料温度：約 500°C

[0063] [表 10] ★測定条件:

★試料条件：加速電圧

°π型不純物濃度： 10™ cm"³

p型不純物濃度： 10¹⁵ cm- 先端 η,ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 1 m

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：約 500¾

表 11]

[実施例 3]

図 14 (a)、（b)に示すように実施例 1と同様に先端を尖鋭に加工した試料を用意した。実施例 1と異なる点は、 n型層を形成する前に不純物を添加しない i型層を形成したところである。その他は全く同じ構造で、同じドーピング条件で、実験を行った。この方法によって、 pin積層を有する先端が n型層のチップが作製できた。

実施例 1と同様に、 n型層を形成する前に、ボロンドープの p型層を形成しておく試料も用意した。同様な pin積層型の構造である力接合面が p型層の不純物を精密に制御された CVD膜を使えることが利点である。また、（a)と (b)の p型と n型膜が積層された完成した試料において n型と p型それぞれ個別に電極をチップの根元の部分でコンタクトさせ、 pnの順方向にチップ電流を流せる構造としたことも実施例 1と同じである。電界は接合面を横切って印加されている。 i型層は通常は電気が流れないが、 P型層、 n型層で挟まれた状態で、電界印加すると電流は i型層を通過して流れるようになる。さら〖こ、それぞれ p、 n型層とコンタクトした電極はチップを把持した金属と接続されている状態である。この構造はチップ電圧や電流条件によっては、基板を加熱できる構造となっている。

また別の試料として、 n型層の上にアンドープ層（i型層）を形成したこの場合、電極をコンタクトさせる部分には形成させな、ようにした。先端に形成されて、ることで効果が出た。ここで i型層は絶縁性基板上に形成して、キャリア濃度が 10⁹cnf ³以下の測定できな!/ヽくら!/ヽの膜を指して言う。

それぞれの電子放出特性の結果を表 12〜14に示す。いずれもチップ電圧のないもの、突起のないものは特性が悪かった。実施例 1と同様、先端径が 30 /z m以下で、突起の高さが 50 mを超えると特性がよくなる傾向があった。

また、表 15に示すように、基板として高圧合成の単結晶ダイヤモンド基板を用いるよりも気相合成の単結晶基板を用いた方がェミッション電流値が向上した、高圧合成の単結晶上に気相合成で形成するのも効果があった。

全ての実験は水素終端表面チップの実験であるが、水素終端表面のチップは酸素終端表面のチップよりもほぼ 30〜50%ェミッション電流の特性力力つた。また、チップの短手方向の長さは主に 0. 5mm〜： Lmmに設定されたが、 2mmより長くても、 0 . 05mmより短くても特性が評価できな力つた。さらに端子間抵抗は 10 Ω〜31^Ωに設定されたが、これ以外の抵抗では電子が出てこなくなつた。端子間抵抗は η型層や ρ型層の厚さやドーピング濃度によって制御できたが、層厚や濃度が一定の場合であっても、金属被覆によっても制御できた。

[0067] [表 12]

★試料条件： ★測定条件:

π型不純物濃度 10¹⁸ cm'³ 加速電圧

p型不純物濃度： 10¹⁸ cm-³

先端 η,ρタイプ： π型あるいは i型

試料先端曲率半径： 1 0 m

端子間：ダイオード特性（b)

試料温度：ほぼ室温

[0068] [表 13]

女試料条件： ★測定条件：

n型不純物濃度： 10¹⁸ cm -3 加速電圧

p型不純物濃度： 10¹⁸ cm"³

先端 η,ρタイプ： η型

試料先端曲率半径： 10 / m

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

14] 女試料条件： ★測定条件:

π型不純物濃度： 10² crrv³ 加速電圧

p型不純物濃度： 10'⁹' cm- ³

先端 π,ρタイプ： _π型あるいは i型

試料先端曲率半径： 10 iim

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：約 500°C サンプル形状 (a) (a) (b) (b) 電子放出部 n型 i型 π型 i型チップ電圧 (V) 15 0 15 0 10 0 10 0 Π:―、 p: +

80 <1 100 <1 80 <1 110 <1

(.μΑ)

輝度（A/cm² /sr) 1x10⁷ <10⁴ 1.5x10⁷ <10⁴ 1x10⁷ <10⁴ 2x10^? <10' エネルギー幅 0.35 - 0.35 0.35 - 0.35 -

(eV) [0070] [実施例 4]

図 16 (a)〜 (d)に示すような実施例 2と同様な尖鋭を加工した試料を用意した。唯一、実施例 2と異なり、 n型層を形成する前に不純物を添加しない i型層を形成した。その他は全く同じ構造で、同じドーピング条件で、実験を行った。図 17は (c)、（d)の製造方法である。この方法によって、 pin積層を有する先端力 ¾型層のチップが作製できた。

実施例 2と同様に、 i型層を形成する前に、ボロンドープの p型層を形成しておく試料も用意した。同様な pin積層型の構造となるが、接合面が p型層の不純物を精密に制御された CVD膜を使えることが利点である。また、（a)と (b)の p型と n型膜が積層された完成した試料において n型と p型それぞれ個別に電極をチップの根元の部分でコンタクトさせ、 pnの順方向にチップ電流を流せる構造としたことも実施例 2と同じである。電界は接合面を横切って印加されている。 i型層は通常は電気が流れないが、 P型層、 n型層で挟まれた状態で、電界印加すると電流は i型層を通過して流れるようになる。さら〖こ、それぞれ p、 n型層とコンタクトした電極はチップを把持した金属と接続されている状態である。この構造はチップ電圧や電流条件によっては、基板を加熱できる構造となっている。

[0071] また別の試料として、 n型層の上にアンドープ層（i型層）を形成したこの場合、電極をコンタクトさせる部分には形成させな、ようにした。先端に形成されて、ることで効果が出た。ここで i型層は絶縁性基板上に形成して、キャリア濃度が 10⁹cnf ³以下の測定できな!/ヽくら!/ヽの膜を指して言う。

それぞれの電子放出特性の結果を表 15〜 17に示す。 V、ずれもチップ電圧のなヽもの、突起のないものは特性が悪かった。

また、表 16に示すように、基板として高圧合成の単結晶ダイヤモンド基板を用いるよりも気相合成の単結晶基板を用いた方がェミッション電流値が向上した、高圧合成の単結晶上に気相合成で形成するのも効果があった。 i型基板を挟んだ pinチップは pnチップよりも特性がょヽ結果となった。

全ての実験は水素終端表面チップの実験であるが、水素終端表面のチップは酸素終端表面のチップよりもほぼ 30 50%ェミッション電流の特性力力つた。また、チップの短手方向の長さは主に 0. 5mm〜： Lmmに設定されたが、 2mmより長くても、 0 . 05mmより短くても特性が評価できな力つた。さらに端子間抵抗は 10 Ω 31^Ωに設定されたが、これ以外の抵抗では電子が出てこなくなつた。端子間抵抗は η型層や ρ型層の厚さやドーピング濃度によって制御できたが、層厚や濃度が一定の場合であっても、金属被覆によっても制御できた。

[0072] [表 15]

★試料条件：女測定条件:

η型不純物濃度： 10¹⁸ cm"³ 加速電圧

p型不純物濃度： 10^1S cm -³

先端 η,ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 1 0 / m

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

[0073] [表 16] ★試料条件： ★測定条件: n型不純物濃度： 10¹⁸ cm ³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁸ cm- ³

先端 η,ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 10 m

端子間：ダイオード特性

5、料;皿 &■ ： Idsほ王/皿

17]

★試料条件：女測定条件：

π型不純物濃度： 10 ^2Q cm -³ 加速電圧

p型不純物濃度： 10¹⁹ cm ³

先端 π,ρタイプ ρ型

試料先端曲率半径： 1 0 jU m

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：約 500°C

[実施例 5]

図 18 (a) , (b)に示すような実施例 2と同様な尖鋭を加工した試料を用意した。ただし、基板はアンドープの基板で i型に相当するものである。 n型、 p型は実施例 2と同様な条件で作製した。この方法によって、 pin積層を有する先端が p型層のチップが作製できた。また、先端に p型を形成しないように、先端付近をエッチングするか、マスクをして先端が i型ものも形成することができた。サンプル (c)および (d)である。

実施例 2と同様に、 n型層、 p型層を形成する前に、気相合成で i型層を形成しておく試料も用意した。同様な pin積層型の構造となるが、接合面が CVD膜を使うと特性は比較体よくなつた。また、 p型と n型膜が積層された完成した試料において n型と p型それぞれ個別に電極をチップの根元の部分でコンタクトさせ、 pnの順方向にチップ電流を流せる構造としたことも実施例 2と同じである。電界は接合面を横切って印加されている。 i型層は通常は電気が流れないが、 p型層、 n型層で挟まれた状態で、電界印加すると電流は i層を通過して流れるようになる。さら〖こ、それぞれ p、 n型層とコンタクトした電極はチップを把持した金属と接続されて、る状態である。この構造はチップ電圧や電流条件によっては、基板を加熱できる構造となって！/ヽる。

ここで i型層は絶縁性基板上に形成して、キャリア濃度が 10⁹cnf³以下の測定できないくらいの膜を指して言う。

それぞれの電子放出特性の結果を表 18〜20に示す。いずれもチップ電圧のないものは特性が悪力た。

[0076] 以上のように、試料内の面方位は非常に重要なファクターとなっていることから、面方位をチップ試料で制御できない基板、例えば、多結晶基板は本発明には不適である。制御できていれば、単結晶基板に限らず、高配向基板やへテロ基板なども利用できる。

また、表 19に示すように、基板として高圧合成の単結晶ダイヤモンド基板を用いるよりも気相合成の単結晶基板を用いた方がェミッション電流値が向上した、高圧合成の単結晶上に気相合成で形成するのも効果があった。 i型基板を挟んだ pinチップは pnチップよりも特性がょヽ結果となった。

[0077] [表 18]

★試料条件： ★測定条件: n型不純物濃度： 10¹⁸ cm"³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁸ cm- ³

先端 η,ρタイプ： ρ型 or i型

試料先端曲率半径： 10 i m

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

19]

★試料条件： ★測定条件: n型不純物濃度： 1G¹⁸ cm-³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁸ cm-3

先端 η,ρタイプ： ρ型

試料先端曲率半径： 10 jUm

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

20]

★試料条件： ★測定条件:

n型不純物濃度： 10²⁰ cm ³ 加速電圧

p型不純物濃度： 10¹⁹ cm-³

先端 η,ρタイプ： p型

試料先端曲率 4 1 0 jt m

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度約 500°C

[実施例 6]

実施例実施例 3と同じサンプルを用意し、今度は実施例 1などとは逆に p型側に負電位、 n型側に正電位を印加して電子放出を調べた。実施例 3と逆のチップ電位では電流がほとんど流れず、流れない場合は、チップ電圧がない場合と同様に電子放出特性は良好ではな力つた。ところが、ある一定の電位を過ぎると電流が流れ初め、これに伴って、電子放出特性も向上した。その結果を表 21〜25に示す。

逆方向電位の場合でも、良好な電子放出特性を得た。しかし、順方向電位に比べると特'性は良くはなかった。

全ての実験は水素終端表面チップの実験であるが、水素終端表面のチップは酸素終端表面のチップよりもほぼ 30〜50%ェミッション電流の特性力力つた。また、チップの短手方向の長さは主に 0. 5mm〜： Lmmに設定されたが、 2mmより長くても、 0 . 05mmより短くても特性が評価できな力つた。さらに端子間抵抗は 10 Ω〜31^Ωに設定されたが、これ以外の抵抗では電子が出てこなくなつた。端子間抵抗は η型層や ρ型層の厚さやドーピング濃度によって制御できたが、層厚や濃度が一定の場合であっても、金属被覆によっても制御できた。 [0081] [表 21]

★試料条件： ★測定条件: n型不純物濃度： 10¹⁸ cm ³ 加速竜圧 p型不純物濃度： cm-³

先端 π,ρタイプ： π型あるいは i型

試料先端曲率半径： 10

端子間：ダイオード特性

：

[0082] [表 22]

★試料条件： ★測定条件: π型不純物濃度： 10^1B cm-³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁸ cm ³

先端 π,ρタイプ： η型あるいは i型

試料先端曲率半径：

端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

[0083] [表 23] ★試料条件：女測定条件: π型不純物濃度： 10^2Q cm-³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁹ cm- 先端 π,ρタイプ： η型あるいは i型試料先端曲率半径： 10 m 端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：約 500°C

[0084] [表 24]

★試料条件： ★測定条件: n型不純物濃度 10¹⁸ cm— ³ 加速電圧 p型不純物濃度： 10¹⁸ cm-³ 先端 η,ρタイプ： π型あるいは i型試料先端曲率半径： 10 m 端子間：ダイオード特性

試料温度：ほぼ室温

[0085] [表 25] ★試料条件：女測定条件:

π型不純物濃度： 10^2Q cm"³ 加速電圧

p型不純物濃度： 10^{1 S} cm ³

先端 π,ρタイプ： η型あるいは i型

試料先端曲率半径： 1 0 / m

端子間抵抗：ダイオード特性

試料温度：約 500°C

図面の簡単な説明

[図 1]本発明によるダイヤモンド電子放射陰極の一実施形態を示す斜視図である。

[図 2]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極における p型半導体と n型半導体が先鋭部で接合して、る構造を示す断面図である。

[図 3]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極における p型半導体と n型半導体が先鋭部で接合して、る他の構造を示す断面図である。

[図 4]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極における p型半導体及び n型半導体が先鋭部で接合し、かつ真性半導体を有する構造を示す断面図である。

[図 5]本発明によるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である

[図 6]本発明によるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である

[図 7]本発明によるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である圆 8]本発明によるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す斜視図である。 [図 9]本発明のダイヤモンド電子放射源の一例を示す断面図である。

[図 10]実施例 1におけるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である。

[図 11]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極の製造方法の一例を示す図である。

[図 12]実施例 2におけるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である。

[図 13]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極の製造方法の一例を示す図である。

[図 14]実施例 3におけるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である。

[図 15]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極の製造方法の一例を示す図である。

[図 16]実施例 4におけるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である。

[図 17]本発明に係るダイヤモンド電子放射陰極の製造方法の一例を示す図である。

[図 18]実施例 5におけるダイヤモンド電子放射陰極の他の一実施形態を示す 3面図である。

符号の説明

10 ダイヤモンド

11 電子放射部

12 ダイヤモンド電気伝導層

14 加熱部

15 第 1の半導体

16 第 2の半導体

22 電流導入端子

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも一部に単結晶ダイヤモンドを有するダイヤモンド電子放射陰極であって、当該ダイヤモンド電子放射陰極が電子放射部の一ヶ所に先鋭部を有する柱状であり、少なくとも二種類以上の電気的性質が異なる半導体によって構成され、該半導体を構成する一種類が n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む n型半導体であり、もう一種類が p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む p型半導体であり、該 p型半導体と該 n型半導体が直接接合して、もしくは他の種類の層を介して間接的に接合して一対の電流導入端子により電子が該 n型半導体から該 p型半導体へ流れるように該 n型半導体に該 P型半導体に対して負の電位が印加され、 p型半導体と n型半導体の接合界面は電子放射部付近に位置していることを特徴とするダイヤモンド電子放射陰極。

[2] 少なくとも一部に単結晶ダイヤモンドを有するダイヤモンド電子放射陰極であって、当該ダイヤモンド電子放射陰極が電子放射部の一ヶ所に先鋭部を有する柱状であり、少なくとも二種類以上の電気的性質が異なる半導体によって構成され、該半導体を構成する一種類が n型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む n型半導体であり、もう一種類が p型不純物を 2 X 10¹⁵cm ³以上含む p型半導体であり、該 p型半導体と該 n型半導体が直接接合して、もしくは他の種類の層を介して間接的に接合して一対の電流導入端子により電子が該 p型半導体から該 n型半導体へ流れるように該 n型半導体に該 P型半導体に対して正の電位が印加され、 p型半導体と n型半導体の接合界面は電子放射部付近に位置していることを特徴とするダイヤモンド電子放射陰極。

[3] 前記半導体を構成する他の一種類が、キャリア濃度が 1 X 10⁹cm ³以下であるダイヤモンドによって構成された真性半導体であることを特徴とする請求項 1または 2に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[4] 請求項 1〜3のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極であって、加熱部が形成されていることを特徴とするダイヤモンド電子放射陰極。

[5] 前記電子放射部が、前記 n型半導体によって形成されていることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[6] 前記電子放射部が、前記 p型半導体によって形成されていることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[7] 前記電子放射部が、前記真性半導体によって形成されて!、ることを特徴とする請求項 3または 4に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[8] 前記 p型半導体が気相成長で合成したバルタ結晶からなり、前記 n型半導体及び \ 又は前記真性半導体が気相成長で合成した薄膜結晶からなることを特徴とする請求項 1〜7のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[9] 前記ダイヤモンド電子放射陰極の短手方向長さが、 0. 05mm以上 2mm以下であり

、アスペクト比が 1以上であることを特徴とする請求項 1〜8のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[10] 前記先鋭部における電子放射部を頂点とした面の少なくとも一面が（111)結晶面 [ (

111)ジャスト面から士 7° のオフ面を含む]で形成されて!ヽることを特徴とする請求項 1、 2、 4、 5、 8又は 9のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[11] 前記電子放射部を構成するダイヤモンドの表面が、水素原子で終端されていることを特徴とする請求項 1〜10のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[12] 前記 n型半導体の 300Kにおける抵抗率力 300 Ω cm以下であることを特徴とする請求項 1〜11のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[13] 前記先鋭部の先端径もしくは先端曲率半径が以下であることを特徴とする請求項 1〜12のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[14] 前記電子放射部が突起構造であって、突起の先端径が 5 μ m以下でアスペクト比が

2以上であることを特徴とする請求項 1〜12のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[15] 前記電子放射部から電子を放出する際の温度が、 400K以上 1200K以下であることを特徴とする請求項 1〜14のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[16] 前記電子放射部よりエネルギー幅が 0. 6eV以下の電子線を放出することを特徴とする請求項 1〜15のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[17] 前記加熱部に金属層を有することを特徴とする請求項 4〜16のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[18] 前記ダイヤモンド電子放射陰極の表面が金属層によって被覆され、前記電子放射部力も金属層の端部までの最も近傍における距離が 500 μ m以下であることを特徴とする請求項 4〜 17のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極。

[19] 少なくとも請求項 1〜18のいずれか一項に記載されたダイヤモンド電子放射陰極と、絶縁性セラミックと、前記ダイヤモンド電子放射陰極に電流を供給するための一対の端子力もなる構造体であって、端子間の抵抗値が 10 Ω以上 3k Ω以下であることを特徴とするダイヤモンド電子放射源。

[20] 少なくとも請求項 17または請求項 18に記載されたダイヤモンド電子放射陰極と、絶縁性セラミックと、前記ダイヤモンド電子放射陰極に電流を供給するための一対の端子力なる構造体であって、端子間の抵抗値が 10 Ω以上 700 Ω以下であることを特徴とするダイヤモンド電子放射源。

[21] 少なくとも請求項 1から請求項 18のいずれか一項に記載されたダイヤモンド電子放射陰極と、絶縁性セラミックと、前記ダイヤモンド電子放射陰極を把持し前記絶縁性セラミックに固定すると共に前記ダイヤモンド電子放射陰極に電流を供給するための一対の支柱兼端子力なる構造体であって、前記支柱兼端子が前記ダイヤモンド電子放射陰極と直接接触していることを特徴とするダイヤモンド電子放射源。

[22] 前記一対の端子又は前記一対の支柱兼端子は、融点が 1700K以下であることを特徴とする請求項 19〜21のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射源。

[23] 請求項 1〜22のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極あるいはダイヤモンド電子放射源が搭載されていることを特徴とする電子顕微鏡。

[24] 請求項 1〜22のいずれか一項に記載のダイヤモンド電子放射陰極あるいはダイヤモンド電子放射源が搭載されていることを特徴とする電子ビーム露光機。