説明

電子ビーム集束電極及びこれを用いた電子銃、並びに四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法

【課題】電子ビームの拡散現象を低減させる電子ビーム集束電極及びこれを用いた電子銃、並びに四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法を提供する。
【解決手段】本発明の電子ビーム集束電極は、多角形の貫通孔を有するプレートと、貫通孔の少なくとも一辺に形成された突出部と、を備える。本発明の電子ビーム集束電極を利用すれば、四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させることができ、電子銃の出力を増大させると共に、電子ビームを集束させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子ビーム集束電極及びこれを用いた電子銃、並びに四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法に係り、より詳しくは、電子銃のカソード電極から放出される電子ビームを所望の断面形状及び/又は所定の断面形状を有する貫通孔に通らせることにより、電子ビームの拡散現象を低減させる電子ビーム集束電極及びこれを含む電子銃に関する。
【背景技術】
【0002】
マイクロ波やテラヘルツ波の発振のための真空装置の作製にあたっては、装置に電子ビームを放射するための電子銃が使用される。従来型の電子銃は、中実の円形又は中空の環状の断面を有する電子ビームを生成していた。円形又は環状の断面を有する電子ビームが適用されるためには、基板の表面などに形成されたパターン内に電子ビームが入射しなければならない。しかし、近年、素子の小型化が進んでおり、このため微細なパターン内に電子ビームを入射させることがますます容易でなくなった。別の従来技術による電子銃は、矩形の断面を有する電子ビームを生成する。しかし、この従来技術による電子銃により生成された矩形の断面を有する電子ビームの場合、円形又は環状のビームに比べて電場の均一性に劣っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、従来技術による装置において所定のビーム及び/又は所望のビームを出力できない問題を解決でき、例えば、円形又は環状ビームに比べて電子ビームの均一性が劣る問題点を解決するための電子ビーム集束電極及びこれを用いた電子銃、並びに四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による電子ビーム集束電極は、多角形の貫通孔を有するプレートと、前記貫通孔の少なくとも一辺に形成された突出部と、を備える。
前記突出部は、該突出部が形成された辺の両端から離隔されることがある。前記突出部の長さは、前記貫通孔の中心から該突出部が形成された辺までの距離より小さくてもよい。
前記貫通孔の内側表面は、前記貫通孔内を通っていく電子ビームの進行方向に沿って傾斜して形成され得る。前記貫通孔は第1領域及び第2領域を有し得る。前記第1領域は前記第2領域より小さくてもよい。また、前記第1領域は電子ビームが入射する領域であり、前記第2領域は電子ビームが出射する領域であり得る。
前記多角形貫通孔は、4個の辺及び該4個の辺に各整列して前記各辺の中心から突出した4個の突出部を含んでもよい。前記各突出部は四角形状の断面を有し得る。
【0005】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による電子銃は、電子を放出するカソード電極と、前記カソード電極と離間して配設され、前記カソード電極から放出された電子が集束されるアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に配設される上述したように構成された電子ビーム集束電極と、を備える。
前記電子ビーム集束電極は、前記カソード電極と電気的に分離され得る。又は、前記電子ビーム集束電極は、前記カソード電極と接続され得る。前記電子銃は、電子ビームの電流量を調整するための前記電子ビーム集束電極と前記アノード電極との間のゲート電極を更に備えてもよい。
前記カソード電極は、冷陰極(cold emission cathode)、光電陰極(photocathode)、及びプラズマソース(plasma source)のうちのいずれか一つであってもよい。
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法は、少なくとも一辺に配列された突出部を有する多角形の貫通孔内に電場を形成する段階と、前記貫通孔内に電子ビームを通過させる段階と、前記電場により前記電子ビームの断面を形成する段階と、を有する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の電子ビーム集束電極及びこれを用いた電子銃、並びに四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法によれば、電子ビームの拡散現象を低減させることができ、電子銃の出力を増大させると共に、容易に電子ビームを集束させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下、本発明の電子ビーム集束電極及びこれを用いた電子銃、並びに四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法を実施するための最良の形態の具体例を、図面を参照しながら詳しく説明する。
【0009】
図1は、本発明の一実施形態による電子銃を示した断面斜視図であり、図2は、図1に示した一実施形態による電子銃の縦断面図である。
【0010】
図1を参照すると、本実施形態による電子銃は、カソード電極10と、アノード電極20、及び電子ビーム集束電極30を備えることができる。
【0011】
カソード電極10は、電子を放出するための装置であり得る。例えば、カソード電極10は、熱電子放射(thermionic emission)を利用した素子であったり、冷陰極、光電陰極、又はプラズマ源などのような素子であったりし得る。
【0012】
図2を参照すると、一実施形態においてカソード電極10は、カソード基体100及びカソード支持スリーブ101によって電子銃内の所望の位置及び/又は所定の位置に固設され得る。また、カソード電極10が熱電子放射を利用した素子である場合、加熱されたカソード電極10から放出される熱を遮蔽するための放熱膜102がカソード電極10の周辺に設けられてもよい。
【0013】
アノード電極20は、カソード電極10と所定の間隔及び/又は所望の間隔だけ離間して配設され得る。カソード電極10とアノード電極20との間には電圧が印加される。印加された電圧によってカソード電極10から放出された電子が加速されることもあり、電子ビームがアノード電極20に向けて集束され得る。
【0014】
一実施形態において、アノード電極20はその中央に孔21を含んでもよい。カソード電極10から放出された電子はこの孔21を介してアノード電極20を通っていき、電子銃から出射されてもよく、その後コレクタ(図示せず)に到達できる。コレクタは電子銃外部に配設されたまた別のアノード電極であり得る。
【0015】
図2を参照すると、電子ビーム集束電極30は、シリンダー形状の基体(ベース)300によりカソード電極10とアノード電極20との間の所望の位置及び/又は所定の位置に配設され得る。一実施例として、電子ビーム集束電極30は、所望の電場が形成されるように多角形の貫通孔33が形成されたプレートを含んでもよい。
【0016】
カソード電極10から放出された電子が貫通孔33を介して電子ビーム集束電極30を通っていき、所定の断面形状及び/又は所望の断面形状を有する電子ビームが形成され得る。
【0017】
一方、本発明の一実施形態による電子銃は、電子ビーム集束電極30とアノード電極20との間に配設され、電子ビームの電流量を調節するゲート電極(図示せず)を更に備えてもよい。
【0018】
図3は、一実施形態による電子銃における、貫通孔33が配設された部分を拡大して示した縦断面図である。図3を参照すると、電子ビーム集束電極30は、電子が放出されるカソード電極10の前に配設され得る。
【0019】
カソード電極10は、所定の射出口11を有するカソードスリーブ12に取り囲まれて配設されてもよく、カソード電極10から放出された電子は、カソードスリーブ12の射出口11から電子ビーム集束電極30に向けて出射され得る。出射した電子が電子ビーム集束電極30の貫通孔33を通っていき、この際に電子ビームが形成されてもよく、電子ビームの断面形状は、電子ビーム内の電場により決定され得る。電場は貫通孔33の形状に応じて形成され得る。カソード電極10及びカソードスリーブ12については、図9〜図11を参照して後述する。
【0020】
図3において、カソードスリーブ12と電子ビーム集束電極30とは所定の間隔及び/又は所望の間隔だけ離間して配設されてもとよく、互いに電気的に分離され得る。これにより、電子ビーム集束電極30は、カソードスリーブ12に接続され得るカソード電極10とも電気的に分離され得る。
【0021】
一実施例として、カソード電極10と電子ビーム集束電極30とが互いに同じ電位を有するようにしたり、又は電子ビームの軌跡を調整するために互いに異なる電位を有するようにしたりすることもできる。カソード電極10と電子ビーム集束電極30が互いに異なる電位を有する場合、カソード電極10と電子ビーム集束電極30との電位差は、カソード電極10と電子ビーム集束電極30との間で絶縁破壊を起こさない程度に決定することができる。
【0022】
他の実施形態においては、電子ビーム集束電極30をカソードスリーブ12に接続させることにより、カソードスリーブ12を介して電子ビーム集束電極30とカソード電極10とを互いに接続することも可能である。
【0023】
図4は、本発明の一実施形態による電子ビーム集束電極を示した斜視図である。図4を参照すると、本実施形態による電子ビーム集束電極30は、第1の面31及び第1の面31の反対側の第2の面32を有するプレート30’及び電子ビーム集束電極30を貫通する多角形状の貫通孔33を含むことができる。
【0024】
貫通孔33は、貫通孔33の各辺から貫通孔33の内へと突出した突出部34を含むことができる。例えば、貫通孔33の多角形状は4個の辺を有することができる。各辺は、各辺の中心に形成された一つの突出部を持つことができる。各突出部は、四角形状の断面を有することができ、多角形の各辺から突出し得る。
【0025】
カソード電極から放出された電子は、電子ビーム集束電極30の第1の面31に入射され得る。貫通孔33が電子ビーム集束電極30の第1の面31からこの第1の面31の反対側の第2の面32まで貫通して形成され得るため、貫通孔33に入射した電子が貫通孔33内を通っていき貫通孔33を介して第2の面32から出射する。
【0026】
図4を参照すると、貫通孔33は貫通孔33の少なくとも一辺に形成された突出部34を含むことができる。突出部34によって電子ビームの角部分での電場の歪曲を低減することができ、貫通孔33内を通る電子ビームの軌跡が調節され得る。結果的に、電子銃から出力される電子ビームの均一度を向上させることができる。
【0027】
図5は、図4に示した一実施形態による電子ビーム集束電極の第2の面32の平面図であり、図6は、電子ビーム集束電極の第1の面31の底面図である。電子ビーム集束電極30におけるプレート30’の貫通孔33は、図6に示した第1の面31において第1の断面積を有し、図5に示した第2の面32において第2の断面積を有することができる。第1の断面積は第2の段面積と異なることがある。例えば、第2の断面積の大きさが第1の断面積の大きさより大きく構成され得る。結果的に、貫通孔33内を通る電子ビームの進行方向に対して傾斜して形成されてもよい。
【0028】
図5に示したように、第2の面32においてプレート30’に形成された貫通孔33は、図中、横方向及び縦方向にそれぞれLの長さ及びHの幅を有する。一例として、貫通孔においてLは3.04mmであり、Hは2mmであってもよい。
【0029】
貫通孔33の少なくとも一辺には少なくとも一つの突出部34が形成されてもよい。一実施形態において、各突出部34は、この突出部34が形成された辺の両端から所望の間隔及び/又は所定の間隔だけ離間して設けることができる。各突出部34は貫通孔33の中心に所望の高さ及び/又は所定の高さだけ突出することができる。例えば、図5に示したように、貫通孔33は多角形の各辺に一つの突出部を含むことができ、各突出部34は各辺の中央に設けられ得、突出部34の左側及び右側全ての両端から離隔され位置することができる。
【0030】
図中、横方向及び縦方向の突出部34は、それぞれL及びHの長さを有し、D及びDの長さを有することができる。一実施形態において、各突出部34の長さD、Dは、各辺から貫通孔33の中央までの距離より小さく、互いに向き合う二つの突出部34が互いに邪魔しないように構成することができる。
【0031】
一例として、突出部においてLは0.88mmであり、Hは0.48mmであり、D及びDは0.4mmであってもよい。
【0032】
従って、方形の貫通孔33は、方形の各辺から突出した突出部34によって鉄アレイ形状の多角形に変形された。結果的に、貫通孔33内の電場は貫通孔33の鉄アレイ形状により変形されることがあり、方形又は角丸め方形の貫通孔に比べて電子ビーム集束電極の角部分での電子ビームの拡散現象が低減され得る。
【0033】
方形又は角丸め方形の電子ビーム集束電極を電子ビームが通る場合、この電子ビームの進行する距離が長くなるほど電子分布の対称性が崩れ得る。これは、電子ビーム集束電極の形状による電場の分布が電子ビームに影響を及ぼすことになり得るためである。これはまた、電子ビームの発生初期における、熱及び電場の分布による初期速度拡散(initial velocity spread)及び初期電子速度が均一ではないことに起因し得る。
【0034】
鉄アレイ形状の貫通孔33を有する電子ビーム集束電極30を使用すれば、貫通孔33内を通る電子ビームの軌跡が突出部により調節され得る。結果的に、電子ビームの均一度が改善されることがあり、又は、均一な電子ビームが得られる。
【0035】
図6は、図4に示した一実施形態による電子ビーム集束電極30における、第1の面31を示した底面図である。図6に示した一実施形態において、電子ビーム集束電極30は、互いに異なる半径を有する2つの円形の電極が取り付けられたような形状となり得る。他の実施形態として、電子ビーム集束電極30が円形以外の形状を有したり2つ以外のほかの数の電極を含んだりしてもよい。
【0036】
プレート30’に形成された貫通孔33は、第1の面31から図中、横方向及び縦方向にそれぞれL及びHの長さを有する。一例として、貫通孔においてLは2.2mmであり、Hは1.16mmであってもよい。
【0037】
貫通孔33の少なくとも一辺には少なくとも一つの突出部34が形成される。各突出部34は、突出部34が形成される各辺の両端から所望の距離及び/又は所定の距離だけ離隔されてもよい。例えば、貫通孔33の各辺は辺の中央から貫通孔33の中心に向けて突出した突出部を含んでもよい。図中、横方向及び縦方向の突出部34は、それぞれL及びHの幅を有し、D及びDの長さを有し得る。
【0038】
図7及び図8は、それぞれ図5に示した電子ビーム集束電極におけるA−A’及びB−B’による断面図である。図7及び図8を参照すると、プレート30’に形成された貫通孔33は、電子ビーム集束電極30の第2の面32における断面積が第1の面31における断面積より大きくなるように形成されてもよい。その結果、貫通孔33の内側表面331は、第1の面31に対してθの角度をなし得る。また、貫通孔33は、Tの厚さを有し得る。例えば、電子ビーム集束電極はθが50°、Tが0.5mmである貫通孔を有し得る。
【0039】
図9は、本発明の一実施形態による電子銃に備えられたカソード電極10の一部分を拡大して示した斜視図であり、図10は、図9に示したカソード電極10の一部分を更に拡大して示した縦断面図である。
【0040】
図9及び図10を参照すると、カソード電極10は、射出口11が形成されたカソードスリーブ12内に配設され得る。カソード電極10から放出された電子は、射出口11から電子ビーム集束電極30に向けて出射され得る。射出口11の内側表面111は、カソード電極10の表面110に対してδの角度を有するように形成され得る。また、射出口11は、Tの厚さを有し得る。一例として、射出口11においてδは30゜であり、Tは0.06mmであってもよい。
【0041】
図11は、図9及び図10に示した射出口11を示した平面図である。図11を参照すると、射出口11は、図中、横方向及び縦方向にそれぞれL及びHの長さを有する方形の断面を有するように形成され得る。一例として、カソードスリーブはLが0.6mm、Hが0.1mmである射出口を有し得る。
【0042】
図3を参照して上述したように、射出口11が形成されたカソードスリーブ12に接続されるか、又はカソードスリーブ12と所定の間隔及び/又は所望の間隔だけ離間して電子ビーム集束電極30が配設され得る。電子はカソード電極10から放出され得る。射出口11から出射した電子が電子ビーム集束電極30を通っていき、この際、電子ビーム集束電極30による電場に応じた所定の断面形状が形成され得る。
【0043】
図12は、本発明の一実施形態による電子ビーム集束電極を通った電子ビームの等電位線及び電子の軌跡を示した概略図である。図示したように、多角形の貫通孔の各辺から貫通孔の内側に向けて突出した突出部による影響によって電子ビーム集束電極の等電位線が調節された。
【0044】
図12から分かるように、貫通孔の内側に向けて突出した突出部を含む電子ビーム集束電極を使用すれば、電子ビームの角部分における電子ビーム分布の歪曲が改善され得る。その結果、電子ビームの角部分で電子ビームが歪曲されたり、互いに交差したりすることを低減し、又は、防止することができ、電子が進行する距離によって電子ビームの断面が大きく変わるということがなくなる。従って、電子ビームの断面形状をより長時間維持することができる。
【0045】
以上、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の一実施形態による電子銃を示した断面斜視図である。
【図2】図1に示した電子銃の縦断面図である。
【図3】図1及び図2に示した電子銃の一部分を拡大して示した縦断面図である。
【図4】本発明の一実施形態による電子ビーム集束電極を示した斜視図である。
【図5】図4に示した電子ビーム集束電極の平面図である。
【図6】図4に示した電子ビーム集束電極の底面図である。
【図7】図5に示した電子ビーム集束電極におけるA−A’による断面図である。
【図8】図5に示した電子ビーム集束電極におけるB−B’による断面図である。
【図9】本発明の一実施形態による電子銃に備えられるカソード電極を示した斜視図である。
【図10】図9に示したカソード電極を拡大して示した縦断面図である。
【図11】図9に示したカソード電極を示した平面図である。
【図12】本発明の一実施形態による電子ビーム集束電極を通った電子ビームの等電位線及び電子の軌跡を示した概路図である。
【符号の説明】
【0047】
10 カソード電極
11 射出口
12 カソードスリーブ
20 アノード電極
21 孔
30 電子ビーム集束電極
30’ プレート
31 第1の面
32 第2の面
33 貫通孔
34 突出部
100 カソード基体
101 カソード支持スリーブ
102 放熱膜
110 カソード電極の表面
111 射出口の内側表面
300 基体
331 貫通孔の内側表面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
多角形の貫通孔を有するプレートと、
前記貫通孔の少なくとも一辺に形成された突出部と、を備えることを特徴とする電子ビーム集束電極。
【請求項2】
前記突出部は、該突出部が形成された辺の両端から離間されていることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム集束電極。
【請求項3】
前記突出部の長さは、前記貫通孔の中心から該突出部が形成された辺までの距離より小さいことを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム集束電極。
【請求項4】
前記貫通孔の内側表面は、前記貫通孔内を通る電子ビームの進行方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム集束電極。
【請求項5】
前記貫通孔は第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域は前記第2領域より小さく、前記第1領域は電子ビームが入射する領域であり、前記第2領域は電子ビームが前記貫通孔から出射する領域であることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム集束電極。
【請求項6】
前記多角形の貫通孔は、4個の辺及び該4個の辺に各整列して前記各辺の中心から突出した4個の突出部を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム集束電極。
【請求項7】
前記各突出部は、四角形の断面を有することを特徴とする請求項6に記載の電子ビーム集束電極。
【請求項8】
電子を放出するカソード電極と、
前記カソード電極と離間して配設され、前記カソード電極から放出された電子が集束されるアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に配設される請求項1に記載の電子ビーム集束電極と、を備えることを特徴とする電子銃。
【請求項9】
前記電子ビーム集束電極は、前記カソード電極と電気的に分離されることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項10】
前記電子ビーム集束電極は、前記カソード電極に接続されることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項11】
電子ビームの電流量を調節するための前記電子ビーム集束電極と前記アノード電極との間のゲート電極を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項12】
前記突出部の長さは、前記貫通孔の中心から前記突出部が形成された辺までの距離より小さいことを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項13】
前記貫通孔の内側表面は、前記貫通孔内を通過する電子ビームの進行方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項14】
前記貫通孔は第1領域及び第2領域を有し、前記第1領域は前記第2領域より小さく、前記第1領域は電子ビームが入射する領域であり、前記第2領域は電子ビームが前記貫通孔から出射する領域であることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項15】
前記多角形の貫通孔は、4個の辺及び該4個の辺に各整列して前記各辺の中心から突出した四角形の断面を有する4個の突出部を含むことを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項16】
前記アノード電極は前記アノード電極の中心に孔を有し、前記カソード電極は射出口を有するカソードスリーブを含み、前記射出口の内側表面は前記カソード電極の表面に対して角度を有するように形成されることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項17】
前記カソード電極は、冷陰極(cold emission cathode)、光電陰極(photocathode)、及びプラズマソース(plasma source)のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項18】
前記カソード電極周囲に備えられ、前記カソード電極より放出される熱を遮蔽する放熱膜を更に含み、前記カソード電極は、熱電子放射を用いた素子であることを特徴とする請求項8に記載の電子銃。
【請求項19】
少なくとも一辺に配列された突出部を有する多角形の貫通孔内に電場を形成する段階と、
前記貫通孔内に電子ビームを通過させる段階と、
前記電場により前記電子ビームの断面を形成する段階と、を有することを特徴とする四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法。
【請求項20】
ゲート電極を使用し、前記電子ビームの電流量を調節する段階を更に有することを特徴とする請求項19に記載の四角形の断面を有する電子ビームの拡散現象を低減させる方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2009−283434(P2009−283434A)
【公開日】平成21年12月3日(2009.12.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−273195(P2008−273195)
【出願日】平成20年10月23日(2008.10.23)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【出願人】(503434302)財団法人ソウル大学校産学協力財団 (32)
【氏名又は名称原語表記】Seoul National University Industry Foundation
【住所又は居所原語表記】San 4−2, Bongchun−dong, Kwanak−gu, Seoul, Korea
【Fターム(参考)】