Improvement of stability and life of radiation and high temperature tolerant vacuum electron devices by lowering of operating voltage

通过降低工作电压提高耐辐射和耐高温真空电子器件的稳定性和寿命

基本信息

批准号：
21H01860
负责人：
後藤康仁
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

直流及び高周波の反応性スパッタリング法を利用して、異なる窒素／アルゴン流量比の下で窒化ハフニウム薄膜を作製し、流量比などの成膜条件と薄膜の窒素組成の関係を明らかにした。大気中においてそれらの薄膜の仕事関数を測定するとともに、真空中における仕事関数測定のための予備的な実験を行った。大気中において測定した仕事関数は、窒素組成の上昇とともに高い値を示し、従来の傾向が定性的には窒素組成の低い領域まで延長できることが明らかとなった。真空中において薄膜を加熱して吸着分子を脱離させることで仕事関数が低下することがあきらかとなったが、今年度の条件では表面が若干酸化することがイオンビーム分析の結果明らかとなった。SiN/SiO2の二層構造の絶縁層を有するFEAの作製プロセスを適用して、HfN薄膜をコーティングしたFEAの試作を行った。窒素組成の違いによる電子放出特性の違いを確認することができた。しかしながら、窒素組成を制御して成膜したHfNはFEAを露出する工程で使用するフッ化水素酸に溶解することがわかり、2021年度に開発した作製プロセスを単純に適用しただけでは、エミッタ表面が十分にHfNで被覆できないことが明らかとなった。そこで、フッ化水素酸を使用せずにドライエッチングだけで、エミッタ先端を露出する方法を新たに用いてFEAを試作した。SEM観察により、十分な厚みのHfNで被覆されたFEAが形成できたことが明らかとなった。また、ガンマ線照射のための真空容器の準備を行った。

采用直流和射频反应溅射方法，在不同氮/氩流量比下制备氮化铪薄膜，并阐明了流量比等成膜条件与薄膜氮成分之间的关系。除了测量这些薄膜在大气中的功函数外，我们还进行了测量真空中功函数的初步实验。随着氮成分的增加，在大气中测量的功函数显示出更高的值，并且很明显传统趋势可以定性地扩展到低氮成分的区域。很明显，当薄膜在真空中加热以去除吸附的分子时，功函数会降低，但离子束分析表明，在今年的条件下，表面发生了轻微的氧化。我们通过应用具有 SiN/SiO2 两层绝缘层的 FEA 制造工艺，制作了涂有 HfN 薄膜的原型 FEA。我们能够确认由于氮成分的差异而导致的电子发射特性的差异。然而，人们发现，通过控制氮成分形成的HfN会溶解在暴露FEA的过程中使用的氢氟酸中，并且简单地应用2021年开发的制造工艺不会导致发射极表面恶化。很明显，足够的 HfN 涂层是不可能的。因此，我们使用一种新方法制作了有限元分析原型，该方法仅使用干法蚀刻而不使用氢氟酸来暴露发射器尖端。 SEM观察表明可以形成具有足够厚度的HfN涂层的FEA。我们还准备了用于伽马射线照射的真空容器。