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

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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。