電子顕微鏡に使用されるLaB6カソード
はじめに
六ホウ化ランタン（LaB6, lanthanum boride, LaB）はランタンとホウ素からなる化合物であり、六ホウ化ランタンターゲットは同じ材料から作られるセラミックスパッタリングターゲットの一種である。どちらも電子顕微鏡や電子線リソグラフィーなどの光学装置や技術に広く使われている。本稿では、硼化ランタンカソードと硼化ランタンコーティングの電子顕微鏡への応用について、成功事例を交えて紹介する。
図1 六ホウ化ランタンスパッタターゲット
LaB6スパッタターゲットの特徴と用途
--特長
六ホウ化ランタンスパッタターゲットは、LaB6セラミックスと同様の特徴を持つ。紫紫色のセラミックで融点が2483Kと高い。LaB6は水と塩酸に不溶です。モース硬度は9.5で、かなり強靭である。さらに、仕事関数が2.70eVと低く、電子放射率が高いため、LaB6は低温でも大電流を発生させることができる。この材料はまた、蒸発率の低さでも際立っている。
--用途
これらの望ましい特性のおかげで、六ホウ化ランタンは電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡（SEM）、電子ビームリソグラフィーのカソード材料として選ばれるようになった。また、高純度の六ホウ化ランタンスパッタターゲットを使用して、LaB6薄膜コーティングを製造することもできます。この六ホウ化ランタンは、レーダー航空宇宙、エレクトロニクス、X線粉末回折、そして最も重要な電子顕微鏡のカソード材料など、他にも多くの用途がある。
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LaB6カソード VS タングステンカソード
--LaB6カソードとは？
電子顕微鏡にとって、電子源は非常に重要です。電子顕微鏡の性能には検出器システムが必要です。光学系全体は、カソードと1つまたは2つのアノードで構成されています。その上、その間に比較的大きな空間がある。検出器システムの完全な構造を図2に示す。
- カソードは電子源の役割を果たす。六ホウ化ランタンは、このようなカソードを作るのに理想的な選択肢である。カソードにLaB6薄膜をコーティングすることも有効である。
- 陽極は電子を引き付けるように設定され、電子を渡す。
- 加工中、電子は加熱によって十分なエネルギーを得ると、カソードの固体表面から脱出する。その後、電子は加速される。
図2 六ホウ化ランタン正極の構造
-- LaB6カソードVSタングステンカソード
六ホウ化ランタン、六ホウ化セリウム、タングステンといったさまざまな材料が、より優れた電子源のためのカソードやカソード・コーティングに採用されている。しかし、LaB6には他のカソード材料と比較して以下のような利点がある。ここでは、Lab6カソードとタングステンカソードを比較する。
タングステン：
- タングステンは蒸発して壊れるため、寿命が短くなります。
- タングステンカソードは、光学機器にはお勧めできません。高温条件下では輝度が低下し、画質が悪くなる可能性があります。
六ホウ化ランタン：
- LaB6カソードは蒸発しにくいため、寿命が長くなります。
- LaB6は、電子を放出するのに必要な温度が低いため、輝度が高い。これらの六ホウ化物カソードは、タングステンカソードの約10倍「明るい」。
六ホウ化ランタンは、さまざまな点でタングステンよりもカソード材料として優れている。唯一の欠点は、タングステンよりも高価であることだろう。しかし、これはLaB6が電子顕微鏡用のカソード材料として普及することを妨げるものではない。
ケーススタディ電子顕微鏡に使用されるLaB6カソード
--挑戦
スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ(SAM)社は、数年にわたり研究所向けに高品質の材料を供給してきた。最近、ドイツの顧客から、光学プロジェクト用の六ホウ化ランタンスパッタターゲットの依頼がありました。彼はレーザー装置や電子顕微鏡などの光学部品の自作を専門とする研究者である。彼はカソードルミネッセンスとフォトルミネッセンスを測定できる検出器システムを作ろうとしていた（図3参照）。彼はタングステンの代わりに六ホウ化ランタンを新しい電子源として使うことにした。
図3 検出器システム
--ソリューション
SAMは、お客様の科学的研究をお手伝いできることを大変嬉しく思っています。また、このようなプロジェクトや光学機器について学ぶことに興奮を覚えます。
今回、お客様からプロジェクトを紹介され、LaB6スパッタターゲットを1枚依頼されました。寸法は直径1インチ×厚さ2～3ミリ、純度は99.5％でした。彼はまた、電子顕微鏡の写真もメールで添付した（図4参照）。最終的に、彼のプロジェクトは我々が提供したLaB6ターゲットでうまくいきました。
図4 顧客の走査型電子顕微鏡
--成果
私たちの顧客は六ホウ化ランタン材料を得て、このスパッタターゲットには特別な利点があることを発見した。研究者は次のように主張する。
- LaB6は仕事関数が低いので、他のコーティング材料はいくつかの非線形プロセスを必要とするため、より安価なレーザーを使用することができる。
- 他の低仕事関数材料に比べ、LaB6コーティングの劣化はかなり低いため、取り扱いや変形が容易である。
結論
六ホウ化ランタンは、電子顕微鏡のカソードやカソードコーティングに適用した場合、他の材料と比較して多くの利点があります。スタンフォードアドバンストマテリアルは、様々なセラミック、化学薬品、磁石、金属、合金のリーディングサプライヤーです。六ホウ化ランタンやその他の先端材料にご興味のある方は、お問い合わせください。また、当社のホームページでも詳細をご覧いただけます。
