CN1909142A

CN1909142A - 电子发射装置

Info

Publication number: CN1909142A
Application number: CNA2006101083577A
Authority: CN
Inventors: 酒井忠司; 小野富男; 佐久间尚志; 吉田博昭; 铃木真理子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-02-07
Also published as: JP2007042458A; JP4287416B2; US20070029935A1

Abstract

本发明提供一种电子发射装置，其可稳定地发射电子，并且尽管施加低电压，也能实现电子的高输出。该电子发射装置具有：构成放电单元的一面的室内阴极；与室内阴极相对配置的金刚石隔壁；通过被配置在室内阴极与金刚石隔壁的第1面之间而形成密封空间的绝缘体；被封入密封空间内惰性气体；被配置成隔着真空，与金刚石隔壁的第1面的反对面、即第2面相对配置的放电阳极；第1电源在室内阴极与金刚石隔壁之间，把金刚石隔壁作为阳极侧来施加电压的第1电源；和在金刚石隔壁与放电阳极之间，把放电阳极作为阳极侧来施加电压的第2电源。

Description

电子发射装置

技术领域

本发明涉及在真空中发射电子的电子发射装置，尤其涉及通过施加电压，从平面型(发射面)进行电子发射的技术。

背景技术

以往，在真空中发射电子的真空电子源作为各种设备的构成要素而被使用。而且，由于在各种设备中，真空电子发射源是主要的技术要点，所以，为了提高设备的性能，不断地进行各种各样的技术开发。

该电子发射的原理本身可大致分为热电子发射或电场电子发射、或者介于两者之间的电场热电子发射。首先，热电子发射是通过加热阴极，对阴极赋予超出功函数的能量，结果使其发射出电子。因此，不需要为了发射出电子在与阳极之间施加高的偏置电压，具有能够在低电压下工作的特征。另外，采用根据热平衡使电子溢出的原理，具有容易保持稳定的发射电流的特征。另外，把阴极作为发射电子的电极。

但是，加热的方式，为了加热需要耗费能量，并且由于温度的变化需要时间，所以难以进行瞬时的发射的接通关断(开/关)。而且，由于热电子具有各种能量，所以被发射出的电子的能量不一致(有偏差)，结果，在其控制中会产生模糊，这一点在实用上是重大的问题。

另外，电场电子发射型电子源是通过对在平衡状态下，在阴极内部成为具有相当于功函数的能量差的势垒的不能发射出电子的真空界面施加电场，使势垒变薄，利用隧道效应发射电子。该方式具有不需要像上述热电子发射那样的加热，通过电场的控制可进行瞬时的发射的转换(开关)的特征。

但是这种电场发射方式，通常是利用基于顶端尖锐形状的电场集中效应来降低势垒的实际厚度，但对顶端尖锐形状的变化、偏差等非常敏感，由此存在着基于此的发射特性变化大的难题。即，电场发射型虽然能够用于可进行短期调整的用途，但由于因被离子化的元素等的附着等，放电特性会发生变化，所以，对于要求长期稳定的电子发射的用途、对发射电流的变化敏感的用途等，则难以使用。

因此，提出有多种关于使用以金刚石为代表的宽能隙(禁带)半导体，从平面型(发射面)发射电子的技术的方案。例如，在专利文献1中，记载了通过对n型金刚石施加电压，使其发射电子的发明。还有，在专利文献2中记载了通过使来自发射极的1次电子撞击金刚石隔壁，从该隔壁发射出2次电子的发明。

[专利文献1]特开2001-68011号公报

[专利文献2]美国专利申请公报第2004/0084637号说明书

但是，根据专利文献1所记载的发明，为了发射出电子而对n型金刚石施加电压，但由于通过施加电压来激励到能够发射出每个电子的程度，如果与施加的电压比较，则发射出的电子少，所以存在着放电效率低的问题。因此，希望采用施加电压以外的方法进行电子的激励。

另外，在专利文献2所记载的发明中，为了发射出2次电子而需要撞击1次电子，但此时存在的问题是，难以使具有用于发射出2次电子的能量的1次电子，同样且均匀地撞击金刚石隔壁。其原因是由于电子之间的相互撞击等，使电子之间的运动能量产生大的差异。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的是提供一种可稳定地发射电子，且即使施加低电压也能够实现电子的高输出的电子发射装置。

为了解决上述的问题，达到本发明的目的，本发明提供一种电子发射装置，其特征在于，具有：第1电极；半导体隔壁，其与上述第1电极相对配置，并由宽能隙半导体形成；绝缘体，其被配置在上述第1电极与上述半导体隔壁之间，在上述第1电极与上述半导体隔壁的第1面之间形成密封的空间；惰性气体，其被封入由上述第1电极、上述半导体隔壁和上述绝缘体所形成的上述空间内；第2电极，其被配置成隔着真空，与作为上述半导体隔壁的上述第1面的反对面的第2面相对；第1施加单元，其在上述第1电极与上述半导体隔壁之间，把上述半导体隔壁作为阳极侧来施加电压；和第2施加单元，其在上述半导体隔壁与上述第2电极之间，把上述第2电极作为阳极侧来施加电压。

根据本发明，通过由第1施加单元在第1电极和半导体隔壁之间施加电压，使被封入的惰性气体中产生放电，并且通过使基于放电而产生的紫外线照射半导体隔壁，激励电子和空穴，由于半导体隔壁的电子亲和力低或成为负力，被激励的电子在基于第2施加单元所产生的电场的作用下，朝向第2电极，向真空中放电，空穴由于被通过放电而产生的电子中和，所以半导体隔壁不带正电，从而可稳定地发射出电子。另外，尽管施加低电压，也能够实现电子的高输出。

附图说明

图1是第1实施方式的电子发射装置的侧剖面图。

图2是表示第1实施方式的电子发射装置的金刚石隔壁的能带和在该金刚石隔壁内被激励的电子的说明图。

图3是表示第1实施方式的电子发射装置中的放电单元和阳极的立体图。

图4是表示在第1实施方式的电子发射装置中发生的现象的说明图。

图5是第2实施方式的电子发射装置的侧剖面图。

图6是表示在第2实施方式的电子发射装置中，到使用触发开关在真空中发射电子为止的经过的说明图。

图7是第3实施方式的电子发射装置的侧剖面图。

图8是第4实施方式的电子发射装置的侧剖面图。

图9是表示应用了本发明的电子发射装置的功率开关的一例的侧剖面图。

图10是表示应用了本发明的电子发射装置的X线放射装置的一例的侧剖面图。

图中：100-电子发射装置；101-气密容器；102-放电单元；103-放电阳极；104-第1电源；105-第2电源；106-关断用开关；111-室内阴极；112-金刚石隔壁；113-惰性气体；114-间隔物；500-电子发射装置；501-触发开关；700-电子发射装置；701-可变电阻；702-关断用开关；800-电子发射装置；801-可变电阻；900-功率开关；901-箱体；902-控制信号线；1000-X线放射装置；1001-放电阳极；1002-放射窗；1003-集束管；1004-管体；1011-靶。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的电子发射装置的实施方式进行详细说明。另外，本发明不限于该实施方式。

(第1实施方式)

图1是第1实施方式的电子发射装置100的侧剖面图。如本图所示，电子发射装置100在真空的气密容器101的内部具有放电单元(cell)102、和放电阳极103，在气密容器101的外部具有关断用开关106、第1电源104和第2电源105。另外，由于该图是为了容易说明而准备的图，所以图中的尺寸比率不一定与说明或其他图一致。

气密容器101把容器内形成真空，用于在真空中发射电子。气密容器101只要能够把容器内形成真空，对其形状、尺寸以及材料没有限定。例如，在放电阳极103上涂敷了荧光体的情况下，也可以以使发射出的电子撞击荧光体，从而使得使用者能够看到由此产生的光的方式，采用透明材料形成气密容器101。

关断用开关106是用于进行电子发射的打开/关断的开关，该开关在被打开时，开始发射电子。

放电单元102由室内阴极111、金刚石隔壁112、和调节这2者之间的间隔的绝缘性间隔物114构成，在内部封入了惰性气体113。在本实施方式中，作为惰性气体113，使用了例如氙(Xe)气。并且，在封入时，还可以与惰性气体113一同使用水银。被封入的水银通过与电子化或离子化的惰性气体113撞击被激励，产生紫外线。另外，放电单元102在电子发射装置100整体中，构成为在真空中发射电子的阴极。

另外，被封入放电单元102中的惰性气体113不限于氙气，也可以使用其他元素的气体。另外，惰性气体是指非常稳定的不容易与其他元素化合的气体，例如有：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)等。

把与后述的第1电源104的阴极侧连接的室内阴极111作为阴极，把放电单元102的后述的金刚石隔壁112作为阳极，通过施加后述的第1电源104，在被封入放电单元102内的惰性气体113中产生放电。通过该放电所产生的紫外线照射到金刚石隔壁112。于是，由于通过放电所产生的Xe+被吸引到室内阴极111，所以室内阴极111在表面把电子赋予Xe+。而且，通过放电而发光的紫外线，其波长非常均匀。

金刚石隔壁112把与室内阴极111相对的面作为第1面，把与后述的放电阳极103相对的面作为第2面。另外，金刚石隔壁112的第2面被预先氢终端(氢化)。由此实现了降低电子亲和力。另外，更理想的是，通过氢终端使电子亲和力成为负的。另外，该氢终端可通过把该金刚石隔壁112曝露在氢等离子中来形成。

另外，金刚石隔壁112由于其第1面与被封入其与室内阴极111之间的惰性气体113接触，所以通过惰性气体内的放电而发光的紫外线照射第1面。

另外，本实施方式对于在金刚石隔壁112中使用的材料，不限于金刚石，只要是宽能隙半导体即可。宽能隙半导体是指能隙大的半导体材料，例如有氮化镓、氮化硼、炭化硅(SiC)和金刚石等。在本实施方式中使用金刚石。

另外，在本实施方式中，由于通过使用金刚石而使能隙成为5.5eV的高值，所以容易发射出电子。并且，金刚石在已知的材料中具有极高的硬度。因此，能够以比使用其他材料的情况更薄的厚度形成用于承受惰性气体113与真空的压力差的隔壁。由此，可防止因被光激励的电子在隔壁内再结合而不能发射的情况。即，通过形成薄的隔壁，可增加发射的电子量。

间隔物114用于调节室内阴极111与金刚石隔壁112之间的间隔，并且用于把惰性气体113封入室内阴极111与金刚石隔壁112之间。另外，由于该间隔物114具有绝缘性，所以在室内阴极111与金刚石隔壁112之间不流过电流。

图2是表示金刚石隔壁112的能带和在该金刚石隔壁112内被激励的电子的说明图。在本图中，把传导体的能量设为Ec，把真空等级(順位)设为Eo。而且把真空等级Eo与传导体的能量Ec之差设为电子亲和力X。如本实施方式所示，通过使用能隙大、被实施了氢终端的金刚石隔壁112，使电子亲和力X成为负值。即，电子亲和力X表示为负值，是表示在金刚石隔壁112与真空之间不存在势垒。

而且，通过在把金刚石隔壁112作为阳极的放电单元102内产生放电，产生真空紫外区域的紫外线。该真空紫外区域的光在金刚石隔壁112内具有超过能隙的能量。因此，当该紫外线照射到金刚石隔壁112时，价电子带的电子被激励，超过能隙而到达导带。即，在金刚石隔壁112内生成自由电子·空穴对。

首先，金刚石隔壁112内的空穴在与放电单元102的室内阴极111之间的电场的作用下，被吸引到金刚石隔壁112的第1面上。于是，在放电单元102内通过放电被电离，具有正电荷的氙离子被吸引到室内阴极111(未图示)。另外，通过放电而电离的电子被吸引到金刚石隔壁112。结果隔壁内空穴与电子通过结合而中和。

另一方面，被光激励的自由电子在与隔着真空设置的放电阳极103之间所施加的电场的作用下，向金刚石隔壁112的第2面的方向移动。于是，基于表面被实施了氢终端的金刚石的负性电子亲和力，在金刚石隔壁112与真空中不存在势垒，所以可从第2面的表面向真空中高效率地发射。

通过这样的过程，在金刚石隔壁112内，无须带电即能够连续地产生基于光的电子·空穴的激励，并从金刚石隔壁112的真空侧的第2面发射出电子。即，金刚石隔壁112在作为产生放电的阳极而发挥功能的同时，基于通过该放电而产生的真空紫外区域的光，在内部蓄积高能量的电子。

而且，由于进一步基于金刚石的负电子亲和力使电子在低电场下发射到真空中，并同时供给通过把因电子的发射而不能保持电荷中性的带正电的金刚石隔壁112作为阳极侧的放电所产生的电子，所以可将空穴中和。这样，可实现连续的、低电场且大面积的真空电子发射。

另外，金刚石隔壁112由于被通过放电而产生的真空紫外区域的波长非常均匀的紫外线照射，所以，能够使在隔壁内的电子的光激励所使用的激励能量一致。即，能够使被光激励的各个电子的能量具有一致性。

再返回到图1，放电阳极103在气密容器101的真空中，被配置成与放电单元102的金刚石隔壁112的第2面相对。而且，放电阳极103与从放电单元102的金刚石隔壁112发射出的电子相撞击。利用这样的被发射到真空中的电子来保持真空中的电流。

第1电源104把上述金刚石隔壁112作为阳极侧，把电压施加在室内阴极111与金刚石隔壁112之间，其相当于第1电压施加单元。该第1电源104通过对放电单元102施加电压，来开始放电。

第2电压105把放电阳极103作为阳极侧把电压施加在金刚石隔壁112与放电阳极103之间，其相当于第2电压施加单元。通过该电压的施加产生电场，在该电场的作用下，使电子从金刚石隔壁112发射出来，并使发射出的电子撞击放电阳极103。

另外，第1电源104和第2电源105之间，在第1电源104的阳极侧与第2电源的阴极侧导线连接。而且第1电源104和第2电源105通过共用电路与金刚石隔壁112连接。由此，电子在被发射到真空中后，形成将第1电源104和第2电源105串联连接的电源回路。

图3是表示本实施方式的放电单元102和放电阳极103的立体图。如本图所示，放电阳极103和放电单元102被相对配置。而且，放电单元102通过在金刚石隔壁112的4边贴合间隔物114，然后把其在惰性气体113中封装室内阴极111而形成。由此，在金刚石隔壁112与室内阴极111之间的空间封入了惰性气体113。通过具有这样的构造，可防止被封入在放电单元102内的惰性气体113流出到真空中。

图4是表示在本实施方式的电子发射装置100中发生的现象的说明图。在本图中，越是被配置在上方，表示电子能量越高。如本图所示，通过在室内阴极111与金刚石隔壁112之间的放电，发出紫外线，通过放电而产生的电子被吸引到金刚石隔壁112，并且离子化的氙(Xe)被吸引到室内阴极111。该离子化的氙与室内阴极111表面上的电子结合。另外，通过紫外线照射，在金刚石隔壁112内发生电子·空穴的激励，在与放电单元102相接的金刚石隔壁112的第1面，隔壁内的空穴与放电等离子中的电子结合。另一方面，金刚石隔壁112内的激励电子受到来自隔着真空设置的放电阳极103的电场作用，向金刚石隔壁112的第2面的表面移动，由于具有负的电子亲和力而不存在势垒，所以容易地发射到真空中。这样被发射出的电子朝向放电阳极103移动、并撞击。

本实施方式构成为具有负的电子亲和力，但在电子亲和力为正的情况下，只要是低的值，也可以容易地发射出电子。即，即使不进行氢终端等的终端处理也可以容易地发射出电子。另外，同样，即使在隔壁中使用金刚石以外的宽能隙半导体的情况下，只要宽能隙大、电子亲和力低或为负，也能够容易地发射出电子。

本实施方式的电子发射装置100不仅具有稳定的电子发射特性，而且实现了电子能量的均匀性。即，同时兼备了现有的热阴极型的稳定的电子发射特性的长处和具有电子能量的均匀性的冷阴极型的长处。其原因是如上述那样，利用紫外线照射的激励，能够使激励能量一致。

另外，能够以低电压来实现以往由于电子亲和力大而难以实现的从平面的电子发射面的电子发射。由此，由于表面的电子亲和力小，所以可容易地发射出电子，而不需要依赖于目前冷阴极型的用于使电场集中的顶端尖锐形状。另外，如上所述，由于金刚石隔壁112的强度比高，所以可形成薄的隔壁，可抑制发射到真空中的电子的损失，由此可提高真空中的电流的稳定性。

虽然公知金刚石表面的电子亲和力小，但为了作为实际的阴极而用于真空电子发射，电子的供给是不可缺少的，因此，通常既要使表面的电子亲和力小，还必须采用n型。但是隔壁的表面即使具有负的电子亲和力，在n型中，一般也会产生向上方的能带弯曲，所以在从体区域观察的情况下，在真空中的电子的能量能级之间实质上存在势垒。因此，本实施方式的电子发射装置100使用了P型作为金刚石隔壁112。即使使用P型，电子在激励时，也保持有比真空等级高的能量。因此，通过进行表面的氢终端而具有负的电子亲和力，可容易地发射出电子，即，本实施方式的电子发射装置100可实现电子的高输出。

另外，本实施方式在电子发射装置中所使用的隔壁不限于P型金刚石。即，即使在使用了n型金刚石作为隔壁的情况下，由于电子亲和力为负，所以与使用了其他材料的情况相比，可容易地把电子发射到真空中，因此可在隔壁中使用。

如上所述，灵活地利用金刚石的负的或极小的电子亲和力来进行电子的发射，能够通过基于光激励的电子·空穴对的生成，对不适合作为电子发射源的传导体，进行电子电荷的供给。通过在金刚石隔壁112的惰性气体113内进行的放电，可同时实现用于进行该光激励的紫外线的生成、和光激励时所生成的空穴的中和。

另外，由于金刚石在各种材料中具有极高的硬度，所以能够以极薄的薄板实现放电单元102的隔壁。由此，对于通过光激励而生成的电子·空穴对在向隔壁内的厚度方向移动时的在隔壁内因再结合而不能发射到外部的电子，可将其数量抑制到最小限度。

(第2实施方式)

另外，第1实施方式的电子发射装置100在利用关断用开关106接通电源回路后，在发射电子时一般不进行控制。但是，本发明不限于这样的结构，也可以具有用于高效率地开始电子发射的结构，利用该结构进行发射电子时的控制。因此，第2实施方式中，对设置触发开关，利用该触发开关切换控制电路上的电流的情况进行说明。

图5是第2实施方式的电子发射装置500的侧剖面图。与上述的第1实施方式的电子发射装置100的不同点是，具有追加了触发开关501的结构。在以下的说明中，对于与上述第1实施方式相同的构成要素标记相同的符号，并省略说明。

触发开关501被配置在连接第1电源104、第2电源105和金刚石隔壁112的共用电路上，其用于进行电流的接通/关断切换。

图6是表示本实施方式的电子发射装置500中到使用触发开关501把电子发射到真空中的经过的说明图。如本图的上段所示，触发开关501成为接通的状态下，当利用关断用开关106通电并开始工作时，由于第1电源104对放电单元102施加电压，所以在放电单元102内产生放电，形成电流I_dis。

然后，如图6的中段所示，当进行使触发开关501关断的控制时，流经第1电源104和放电单元102的回路中的电流I_dis开始减少，在触发开关501的两端产生阻止该电流减少的反电动势。其结果，在放电阳极103的电位上升的同时，电子移动到金刚石隔壁112的第2面的表面。

然后，如图6的下段所示，电子从金刚石隔壁112的第2面的表面朝向放电阳极103发射到真空中。利用由该发射出的电子所形成的电流I_vac来保持在把第1电源104和第2电源105串联连接的电路中的电流I_vac。即，当电子到达放电阳极103时，由从放电单元102内的室内阴极111经由放电阳极103的真空中的电流，形成把第1电源104和第2电源105串联连接的回路。由此，即使在把触发开关501关断的状态下，电流也从金刚石隔壁112经由放电阳极103流过。因此，在本实施方式中，由于放电单元102的电流无减少地成为金刚石隔壁112与放电阳极103之间的电流，所以具有不产生无效电流的特征。

(第3实施方式)

上述实施方式的电子发射装置，对发射出的电子的量的调节，只能够利用关断用开关106进行电子发射的打开/关断控制。但本发明不限于这样的控制，也可以设置控制电流量、即电子发射量的机构。因此，在第3实施方式中，对通过设置可变电阻来控制电子的发射量的情况进行说明。

图7是第2实施方式的电子发射装置700的侧剖面图。与上述第2实施方式的电子发射装置500的不同点是，具有追加了可变电阻701且具有与关断用开关106的配置位置不同的关断用开关702的结构。在以下的说明中，对于与上述第1或第2实施方式相同的构成要素标记相同的符号，并省略其说明。

关断用开关702用于电子发射的打开/关断，其只是在配置位置上与第1实施方式的关断用开关106不同。但是通过关断关断用开关702，可切断被发射到真空中的电流。即，关断用开关由于只要在电子被发射到真空中所产生的电流所流经的路径上，即可通过打开/关断来切换电子发射的有无，所以可配置在任意位置上。

可变电阻701采用在规定的范围内电阻值可变的电阻，其被配置在连接放电单元102和第1电源104的阴极侧的电路上。由于通过改变该可变电阻701的电阻值，可改变施加在放电单元102和放电阳极103之间的电压，所以，可改变放电电流即发射出的电子量。另外，可变电阻701由于通过改变施加的电压来改变所产生的电流，所以换言之，相当于电流变更单元。

(第4实施方式)

在第3实施方式的电子发射装置700中，是把可变电阻配置在连接放电单元102和第1电源104的阴极侧的电路上，但只要能够通过改变施加的电压来调节电流量，就可以配置在任意位置上。因此，在第4实施方式的电子发射装置中，把可变电阻配置在连接第1电源104、第2电源105和金刚石隔壁112的共用电路上，下面对此情况进行说明。

图8是第4实施方式的电子发射装置800的侧剖面图。与上述第3实施方式的电子发射装置700的不同点是，具有具备了与可变电阻701的配置位置不同的可变电阻801的结构。在以下的说明中，对于与上述第3实施方式相同的构成要素标记相同的符号，并省略其说明。

可变电阻801采用与第3实施方式的可变电阻701同样的在规定范围内电阻值可变的电阻，其被配置在连接第1电源104、第2电源105和金刚石隔壁112的共用电路上。

由于通过该可变电阻801可改变施加在放电单元102和第1电源104之间的电压，所以可调节从金刚石隔壁112不经由放电阳极103而旁路的电流。即，在本实施方式中，通过在维持触发开关501的接通状态下改变可变电阻801的电阻值，可改变所施加的电压。由此，尽管产生无效电流，还是能够容易地调节基于发射出的电子的电流量。

另外，可变电阻的配置位置可以是任意位置，除了第3实施方式和第4实施方式所示的配置位置以外，也可以配置在连接第1电源104和第2电源105的电路上，或者连接第2电源105和放电阳极103的电路上。

另外，在本实施方式中，是在上述的位置上只配置一个可变电阻801，但配置的可变电阻的数量不限于1个。例如，也可以在第3实施方式所示的可变电阻701的位置和本实施方式所示的可变电阻801的位置双方配置可变电阻。也可以像这样在上述的电路上设置多个可变电阻。

(变形例)

另外，本发明不限于上述的各个实施方式，还能够进行以下示例那样的各种变形。

(变形例1)

在上述的实施方式中，在电子发射装置的放电单元102中使用的金刚石隔壁112，通过实施氢终端被赋予了负的电子亲和力，但不限于对金刚石隔壁的表面实施氢终端。本变形例是通过把金刚石隔壁浸渍在硫酸过氧化氢水中实施了酸性终端。实验的结果表明，在使用了利用过氧化氢水实施了酸性终端的金刚石隔壁的情况下，与实施了氢终端的情况同样，电子亲和力为负。

另外，在本变形例中是利用过氧化氢水实施了酸性终端，但也可以使用过氧化氢水以外的溶液等实施酸性终端。

(变形例2)

关于上述实施方式的电子发射装置的室内阴极111的材质，由于可以使用公知的任意材料，所以省略了说明。但是为了安全地进行高压放电，也可以使用规定的材料来形成室内阴极111。因此，在本变形例中，作为室内阴极111的材料，使用了导电性金刚石。另外，关于其他的结构，由于具有与其他的实施例相同的结构，所以省略说明。

室内阴极111由放电单元的阳极侧的导电性金刚石形成，并与第1电源104连接。由此，在被施加了第1电源104的情况下，室内阴极内的电子被激励，被发射到放电单元102内。而且，被发射出的电子通过反复撞击而发出紫外线。另外，通过在室内阴极的材料中使用导电性金刚石，使电子亲和力降低或成为负力，所以比使用了其他材料的情况发射出更多的电子。因此，在使用了导电性金刚石的情况下，比使用了其他材料的情况增加了紫外线的发光量。由此，由于增加了在金刚石隔壁被激励的电子量，所以使被发射到真空中的电子量增加，从而可实现更高的输出。

并且，由于金刚石的强度比高，所以不仅能够形成更薄的放电单元102的室内阴极，而且还能够承受高压力。

如上所述，本发明的电子发射装置能够被广泛地用作为在真空中发射电子的电子源，特别适用于通过使用平面型(发射面)而寿命变长且要求施加低电压进行电子发射的用途。作为用途的示例，可适用于以下说明的控制真空中的电子流的功率开关、和X线放射装置等。

图9是表示应用了上述电子发射装置的功率开关900的一例的侧剖面图。如本图所示，在成为气密容器的箱体901内具有放电单元102和放电阳极103。而且通过功率开关900控制从阳极流入阴极的电流。因此，通过与放电单元102的金刚石隔壁112连接的控制信号线902控制施加的电压。通过该控制，可打开/关断在真空中发射的电子流。这样，本发明的电子发射装置可被作为功率开关用的电子源使用。另外，上述的控制真空中的电子流的功率开关可使用例如二极管或3端型的开关等。

图10是表示应用了上述的电子发射装置的X线放射装置1000的一例的侧剖面图。如本图所示，X线放射装置1000在成为气密容器的管体1004内具有集束管1003、放电单元102、靶1011、和放电阳极1001。在管体1004上具有发射窗1002。另外，放电单元102被配置在集束管1003内。另外，靶1101使用钨或铜等金属构成。

而且，从放电单元102发射到真空中的电子在基于放电阳极1001的电场的作用下被加速，撞击靶1101。通过该撞击而产生X线。所产生的X线从发射窗1002被发射到管体1004外部。另外，关于在产业上的利用，也可以具有在放电单元102和放电阳极1001之间设置靶1011那样的结构。

如上述那样，从发射单元102能够高密度地发射出具有均匀能量的电子。通过把这样的电子利用靶1011进行高精度的集束，使X线放射装置能够发射出高亮度的X线。这样，本发明的电子发射装置也可以作为X线放射装置的电子源使用。

Claims

1.一种电子发射装置，其特征在于，具有：

第1电极；

半导体隔壁，其与上述第1电极相对配置，并由宽能隙半导体形成；

绝缘体，其被配置在上述第1电极与上述半导体隔壁之间，在上述第1电极与上述半导体隔壁的第1面之间形成密封的空间；

惰性气体，其被封入由上述第1电极、上述半导体隔壁和上述绝缘体所形成的上述空间内；

第2电极，其被配置成隔着真空，与作为上述半导体隔壁的上述第1面的反对面的第2面相对；

第1施加单元，其在上述第1电极与上述半导体隔壁之间，把上述半导体隔壁作为阳极侧来施加电压；和

第2施加单元，其在上述半导体隔壁与上述第2电极之间，把上述第2电极作为阳极侧来施加电压。

2.根据权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，上述半导体隔壁作为上述宽能隙半导体，由金刚石形成。

3.根据权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于，关于上述半导体隔壁，上述金刚石的上述第2面的表面被实施了氢终端。

4.根据权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于，关于上述半导体隔壁，上述金刚石的上述第2面的表面被实施了酸性终端。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电子发射装置，其特征在于，

关于上述第1施加单元和上述第2施加单元，上述第1施加单元的阳极侧与上述第2施加单元的阴极侧被导线连接，并且通过共用电路与上述半导体隔壁连接，

在上述共用电路上具有进行通电和断电的切换的通电切换控制部。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的电子发射装置，其特征在于，

在上述共用电路、连接上述第1电极和上述第1施加单元的电路、串联连接上述第1施加单元和上述第2施加单元的之间的电路、和连接上述第2施加单元和上述第2电极的电路中的任意1个或1个以上的电路上，具有至少1个变更电流量的电流可变控制部。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的电子发射装置，其特征在于，

上述第1电极由金刚石形成。