ウェネルトシリンダー

ウェーネルトシリンダー（ウェーネルトキャップ、グリッドキャップ、または単にウェーネルトとも呼ばれる）は、一部の熱電子デバイスの電子銃アセンブリ内の電極であり、電子ビームの集束と制御に使用されます。ドイツの物理学者アーサー・ルドルフ・ベルトルト・ウェーネルトにちなんで名付けられ、1902年から1903年にかけて発明されました。^{[1]ウェーネルトシリンダーは}、ブラウン管や電子顕微鏡の電子銃、および細く焦点の合った電子ビームが必要なその他の用途で使用されています。

ウェーネルト キャップは、上部のない中空の円筒形をしています。円筒の底面の中央には、直径が通常 200 ～ 1200 μm の開口部 (貫通穴) があります。円筒の底面は、プラチナまたはタンタル箔で作られることが多いです。

ウェーネルトは制御グリッドとして機能し、また、収束静電レンズとしても機能します。電子エミッターはウェーネルト開口部の真上に配置され、アノードはウェーネルトの下にあります。アノードはエミッターに対して高い正電圧（通常 +1 kV ～ +30 kV）にバイアスされ、エミッターからアノードに向かって電子を加速し、ウェーネルト開口部を通過する電子ビームを生成します。

ウェーネルトは、エミッター（通常は V 字型（または尖った）先端を持つタングステンフィラメントまたは六ホウ化ランタン（LaB ₆）熱陰極）に対して負の電圧（通常は -200V ～ -300V）にバイアスされます。このバイアス電圧により反発静電場が生成され、陰極のほとんどの領域からの電子の放出が抑制されます。

エミッタ チップはウェネルト アパーチャの近くに配置されているため、適切なバイアス電圧がウェネルトに適用されると、チップの小さな領域に正味の電界 (陽極の引力とウェネルトの反発力の両方による) が生じ、チップのその領域からのみ放出が可能になります。ウェネルト バイアス電圧によってチップの放出領域が決まり、それによってビーム電流とビームの電子源の有効サイズが決まります。

ウェーネルトの負のバイアス電圧が増加すると、先端の放射領域 (およびそれに伴うビームの直径とビーム電流) が減少し、ビームが「ピンチオフ」するほど小さくなります。通常の操作では、バイアスは通常、ピンチ バイアスよりもわずかに正に設定され、必要なビーム品質とビーム電流のバランスによって決定されます。

ウェーネルト バイアスは、ビームの焦点合わせと電子源の有効サイズを制御します。これは、非常に小さなスポット (走査型電子顕微鏡の場合) または非常に平行なビーム (回折の場合) に焦点を合わせる電子ビームを作成するために不可欠です。ソースが小さいほど、より小さなスポットまたはより平行なビームに画像化できますが、明らかなトレードオフとして、ビーム電流の合計が小さくなります。