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    • 专利摘要:

    公开号:WO1991001038A1
    申请号:PCT/JP1990/000892
    申请日:1990-07-11
    公开日:1991-01-24
    发明作者:Hidetsugu Ikegami
    申请人:Hidetsugu Ikegami；
    IPC主号:H05H7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 高輝度電子ビーム発生方法
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は電子加速器， 電子顕微鏡等の電子ビーム装置に おける高輝度電子ビームの発生方法に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] —般に， 電子顕微鏡の様な電子ビーム装置においては電 子銃で生じたビーム方向に垂直な面内の横ぶれ熱運動エネ ルギ一が生ずる。 この横ぶれ運動を粒子光学土の表現で言 い換えれば電子ビームの軸方向に対する傾斜角度と電子ビ 一ムの軸方向に垂直な面内の広がりの積で定義されるェミ ッ夕 ンスである。 そ してエミ ッタンスの大きさが電子顕微 鏡の解像力の上限を決めている。
    [0007] このことからも明らかなように， 高品質の電子ビームを 得るには電子ビームを冷却してエネルギーの一様化を図る と共に電子ビームのエミ ッ夕ンスを極めて小さ くすること が要求される。 しかしながら， 電子ビーム装置においてェ ミ ッタンスを向上させる方法は今日まで何等提案されてい ない。
    [0008] 本発明はこの課題を解決し， 電子ビームをパルス ビ一ム と連続ビームの何れを問わず瞬時に冷却することを目的と するものである。
    [0009] 発明の開示
    [0010] 上記目的を達成するために， 本発明は電子加速器， 電子 顕微鏡等の電子ビーム装置において電子ビームのェミ ッ 夕 ンスを小さ くする手段として， 電子ビームの軸方向垂直面 内の運動エネルギーを強制的に電子サイ クロ トロン · メ一 ザとして放射させるために電子ビームに沿ったソレノィ ド 磁場発生部を設置し， 該ソ レノイ ド磁場発生部中で電子ビ ームの進行方向に逆行または同方向にメーザ誘発用高周波 を投射することを特徴とするものである。
    [0011] さ らに， 電子ビームのメ一ザ誘発を保証する手段と して 電了'ビーム軸方向に斜めに電子を加速するか又は偏向磁石 を用いてエネルギーの一部分をサイクロ トロン旋回運動に 転換した上 ， サイクロ トロン · メーザによってエミ ッ夕 ンスの:向上をはかる こ とを特徴とする ものである。
    [0012] 具体的に云えば， 電子ビーム装置内に， ソ レノ イ ド磁場 発生部を設置し， このソ レノイ ド磁場発生部では， 電子ビ —ム軸方向にソレノ ィ ド磁場 B o (テスラ） を発生させる ( これによつて， 電子は軸に垂直な面内で ω c * / 7 = e B o / m o 7 の角周波数でサイ ク ロ ト ロ ン旋回運動をす る。 こ こで eおよび m 0 は夫々電子の電荷および静止質量 である。 以下全ての物理量は実用単位系で与えられている ものとする。 こ こに 7 丄 はサイ クロ トロ ン ' メ 一ザ一冷却 ( C M C ) 部走行中の電子の垂直面内の全エネルギーを電 子の静止エネルギー ΓΤ1 0 c 2 を単位にしてあらわしたもの であり， cは光速である。 このとき電子ビーム軸方向に垂 直な面内の運動エネルギー （ ァ ： — 1 ) m 0 c 2 は電子サ イ ク 口 ト ロ ン ♦ メ ーザの発生原理を援用 して放射させてェ ミ ッ 夕 ンスの向上をはかる。 今， 電子ビームを磁場の軸方向に角度 で入射させ電子 サイ ク ロ ト ロ ン ♦ メ ーザの発生原理を拡張した本発明によ る電子サイ ク ロ トロン ♦ メ一ザ冷却の発生原理を利用して 電子のビーム垂直面内における非一様エネルギーを強制放 射させてェ ミ ッ タ ンスの向上と全エネルギーの一様化をは 力、る。
    [0013] 電子サイ ク ロ ト ロ ン ' メ 一ザを放射させるために誘発用 高周波をソ レノ ィ ド磁場中に装着した卨周波共振器で発生 させる力《， それは定常波でもさ しつかえない。 誘発用高周 波の角周波数 ωとその幅 Δ ωは次のサイ ク ロ ト ロ ン · メ ー ザ冷却 （ C M C と略称） 条件をみたす必要がある。
    [0014] ω
    [0015] ( β β Ρ ) 7 II , 厶 ω 厶 7
    [0016] ——— 2 . 5 ——
    [0017] ω 7
    [0018] こ こで， c 3 P は共振器内の高周波の伝播群速度であり 高周波の電子ビーム方向の進行波成分で共 ¾を取る時は p > 0 , 逆行波成分については S P < 0 , また， 7 « は電 子の磁場軸方向の運動の相対論的エネルギ- 因子であり，
    [0019] 7 „ 2 = 1 + S ; 2 τ 2 , 7 = 1 + ^ 2 7 2 であらわされる。 また l: = V „ Z cで v ,」 は磁場軸方向 の電子速度である。 7 . m i n Ύ I., m i„ はそれぞれ 7 7 „ の最小値である。 厶 ァ はビーム軸垂直面内の電子エネ ルギ一の非一様性によって生じた 7 の幅である。
    [0020] これら 2つの条件下でのサイ クロ トロン ， メ一ザによる 放射冷却で生ずるエミ ッタンスの減衰時間て は c e B 厶 ω
    [0021] τ , ( ― )
    [0022] 2 r e I (ω) ω χ
    [0023] 1 - { β , / β I ( 7 . - 1 ) である。
    [0024] こ こで r e は電子の古典半径， I ( ω ) は誘発用高周波 のポイ ンティ ングべク トルの大きさ即ちエネルギー流密度 である。
    [0025] 今一例として 7 -1.02 つま り ビーム方向垂直面内のェ ネルギー l O keV (キロ電子ボルト） の電子銃から取り出 された電子を B 0 = 0.1 テスラの磁場中に入れビーム方向 進行被に相当の周波数 ω/ 2 π = 2.8GHz (ギガへルツ） の 誘発高周波を定常波と して長さ 0.22mの C M C部に発生さ せその電力密度を I ( o) 1 5 0 W * m— 2とすると冷却 時問て は電子の C M C部走行時間 2 X 1 0— 8 (秒） の 0. 2 倍となりエミ ッ夕ンスは exp ( - 2 /0.2) = ( 2 2 0 0 0 ) 一1倍に縮められ， 全電了-は誘発高周波と同位相の旋回 運動をするよ う になる。
    [0026] 図面の簡単な説明
    [0027] 図面は本発明方法を実施するための一例と して電子顕微 鏡に適用した場合の概要配置図である。
    [0028] ϋ…電子ビーム， 1…電子銃， 2…加速電極， 3…磁気 シール ド， 4… C M C誘発用高周波共振器， 5 … ソ レ ノ ィ ド磁石， 6…電子顕微鏡本体加速系。
    [0029] 発明を実施するための最良の形態
    [0030] 以下本発明による電子ビーム冷却方法の一実施例につい て図面を参照して説明する。
    [0031] 図面は本発明方法を電子顕微鏡に実施した際の該装置の 概要配置図であって電子銃 1 , 加速電極 2 , 磁気シール ド 3 , 電子サイ ク ロ ト ロ ン * メ一ザ冷却 （ C M C ) 誘発用高 周波共振器 4 , ソ レノイ ド磁石 5 , 電子顕微鏡本体加速系 6の各要素で構成されている。
    [0032] しかして， 加速電極 2からの電子ビームはソ レノ ィ ド磁 石 5の中にある C M C誘発用高周.波共振器 4において放射 冷却をして電子ビームのエミ ッ夕ンスが向上しビームが高 品質化する。 即ち C M C誘発用高周波共振器 4では電子ビ ーム軸方向にソレノ ィ ド磁石 5により磁場 B 0 が発生して いて， 電子は軸に垂直な面内でサイクロ トロン旋回運動を している。 そして， この電子ビームに逆行又は同方向に C. M C部のメ一ザ誘発用高周波共振器 4内で高周波を投射す る こ とによ り電子サイ ク 口 ト ロ ン ♦ メ ーザ冷却がお こ り 、 電子ビームのェミ ッ 夕ンスを飛躍的に向上させる。
    [0033] 産業上の利用可能性
    [0034] 以上は， 本発明のビーム冷却法を電子顕微鏡に適用した 場合について説明したが電子顕微鏡以外の電子装置にも援 用出来る。 また， 以上の説明における w c * を w c * の整 数倍の値に置き換えた値に対応する周波数の誘発用高周波 を用いても差し支えない。
    [0035] 以上説明したように， 本発明によれば電子ビーム軸方向 のソ レノイ ド磁場発生部を設置し， 該ソ レノ ィ ド磁場発生 部中で電子ビームに逆行又は同方向にサイクロ トロン * メ 一ザ II発用高周波を投射するこ とによ り電子ビームのエミ ッ夕ンスを極めて高品質化することが可能で明るさが極め て秀れた 子ビームを得ることが出来る。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    1 ) 電子加速器， 電子顕微鏡等の電子ビーム装置におい て， 電子ビームに沿って配置されたソ レノ ィ ド磁場発生部 内にサイク ロ ト ロ ン · メーザ誘発用高周波共振器を設置し， 電了-ビームの進行方向に逆行または同方向に， サイクロ 卜 ロ ン · メ ーザ誘発用高周波を投射する こ とによって， 電子 ビームのビーム軸垂 面内での熱運動エネルギーを積極的 にサイ-クロ トロン · メ一ザの形で放射させて， 電子ビーム のエミ ッタ ンスを小さ くすることを特徴とする高輝度電子 ビーム発生方法。
    .2 ) 請求項 1 の方法において， 電子ビーム軸に斜めに加 速又はビーム偏向磁石を用いてビームエネルギーの一部を サイ ク ロ トロン旋回運動に転換した上でサイ クロ トロン ， メ一ザ誘発用高周波を投射するこ とによ り電子ビームのェ ミ ツ 夕 ンスの向上を図ることを特徵とする高輝度電子ビ一 ム発生方法。
    3 ) 電子ビームを発生する電子ビーム装置において， 電 子ビームに沿って配置されたソレノィ ド磁場発生部と， 該 ソ レノ ィ ド磁場発生部内に， 前記電子ビームの進行方向と 同方向又は逆方向にサイクロ トロン · メ ーザ誘発用高周波 を発生する共振器とを有することを特徴とする電子ビーム
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0437628A4|1991-12-27|
    JP2893457B2|1999-05-24|
    US5245250A|1993-09-14|
    EP0437628A1|1991-07-24|
    JPH0342600A|1991-02-22|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-01-24| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): SU US |
    1991-01-24| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    1991-02-06| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990910931 Country of ref document: EP |
    1991-07-24| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990910931 Country of ref document: EP |
    1997-08-14| WWR| Wipo information: refused in national office|Ref document number: 1990910931 Country of ref document: EP |
    1997-11-13| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1990910931 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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