JP2000294116A - 半導体電子放出冷陰極素子 - Google Patents
半導体電子放出冷陰極素子Info
- Publication number
- JP2000294116A JP2000294116A JP13310199A JP13310199A JP2000294116A JP 2000294116 A JP2000294116 A JP 2000294116A JP 13310199 A JP13310199 A JP 13310199A JP 13310199 A JP13310199 A JP 13310199A JP 2000294116 A JP2000294116 A JP 2000294116A
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- electrode body
- electrode
- electrons
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/308—Semiconductor cathodes, e.g. cathodes with PN junction layers
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＰＮ接合なしで雪崩降伏現象を起こして熱い
電子を生じせしめてエネルギーを失うことなく半導体か
ら外部（真空）への電子の放出を効率よく行う。 【解決手段】 第一電極体３と第二電極体４との間に半
導体２Ａを配して一体構造の電子放出冷陰極素子本体１
を形成する。この電子放出陰極素子本体１と対向してコ
レクター電極体６を配置する。このコレクター電極体６
にプラス側を接続したコレクター用電源７と電圧印加用
電源８とを直列接続し，この電圧印加用電源８のプラス
側に第二電極体４を，又マイナス側に第一電極体３を接
続する。
電子を生じせしめてエネルギーを失うことなく半導体か
ら外部（真空）への電子の放出を効率よく行う。 【解決手段】 第一電極体３と第二電極体４との間に半
導体２Ａを配して一体構造の電子放出冷陰極素子本体１
を形成する。この電子放出陰極素子本体１と対向してコ
レクター電極体６を配置する。このコレクター電極体６
にプラス側を接続したコレクター用電源７と電圧印加用
電源８とを直列接続し，この電圧印加用電源８のプラス
側に第二電極体４を，又マイナス側に第一電極体３を接
続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，金属を高温にする
ことなく，半導体に強い電界（たとえば１０６Ｖ／ｃ
ｍ）を印加するだけで電子を真空中に多量に放出し得る
電子放出冷陰極素子であり，従来の真空管やＣＲＴのよ
うに電子放出用のヒーターを必要とせず，そのために真
空マイクロエレクトロニクス素子やディスプレイに適用
した際に高集積化や平面化（薄肉化）を図り得て工業生
産上有益なものである。
ことなく，半導体に強い電界（たとえば１０６Ｖ／ｃ
ｍ）を印加するだけで電子を真空中に多量に放出し得る
電子放出冷陰極素子であり，従来の真空管やＣＲＴのよ
うに電子放出用のヒーターを必要とせず，そのために真
空マイクロエレクトロニクス素子やディスプレイに適用
した際に高集積化や平面化（薄肉化）を図り得て工業生
産上有益なものである。
【０００２】
【従来の技術】電子放出冷陰極素子としては，（イ）先
鋭な陰極（エミッタ）に高電界を作用することにより真
空中に電子を放出する電子放出（スピント）型，（ロ）
絶縁層をトンネルしてくる高エネルギーの電子を真空中
に放出する，金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）ダイオード
構造型、金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）ダイオード構
造型，（ハ）ＰＮ接合の半導体を用いたものにして，そ
のＰＮ接合の空乏層を利用して高エネルギーの電子を発
生させ真空中に放出させる形式等，種々の素子が考えら
れ実用化が図られている。
鋭な陰極（エミッタ）に高電界を作用することにより真
空中に電子を放出する電子放出（スピント）型，（ロ）
絶縁層をトンネルしてくる高エネルギーの電子を真空中
に放出する，金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）ダイオード
構造型、金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）ダイオード構
造型，（ハ）ＰＮ接合の半導体を用いたものにして，そ
のＰＮ接合の空乏層を利用して高エネルギーの電子を発
生させ真空中に放出させる形式等，種々の素子が考えら
れ実用化が図られている。
【０００３】しかしながら前記（イ）の素子にあって
は，陰極の劣化、破壊という技術課題がある。前記
（ロ）の素子にあっては，絶縁層をトンネルする電子量
は絶縁層の膜厚が厚くなると指数関数的に少なくなるた
めに絶縁層としては、トンネル効果の起こる数ｎｍの極
薄の膜厚で、かつ絶縁破壊の生じない均一な厚さの薄膜
が必要とされるが，このような均一な厚さの薄膜の絶縁
層の製作が技術的に困難である。前記（ハ）の素子にあ
っては，ＰＮ接合の空乏層で発生した電子はそのエネル
ギーをＰ，Ｎ層で奪われるので，電子を効率よく真空中
に放出することができず，又高エネルギーの電子の放出
を配慮すると構造自体も複雑となって製作が困難である
という問題がある。
は，陰極の劣化、破壊という技術課題がある。前記
（ロ）の素子にあっては，絶縁層をトンネルする電子量
は絶縁層の膜厚が厚くなると指数関数的に少なくなるた
めに絶縁層としては、トンネル効果の起こる数ｎｍの極
薄の膜厚で、かつ絶縁破壊の生じない均一な厚さの薄膜
が必要とされるが，このような均一な厚さの薄膜の絶縁
層の製作が技術的に困難である。前記（ハ）の素子にあ
っては，ＰＮ接合の空乏層で発生した電子はそのエネル
ギーをＰ，Ｎ層で奪われるので，電子を効率よく真空中
に放出することができず，又高エネルギーの電子の放出
を配慮すると構造自体も複雑となって製作が困難である
という問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は，上記実状に
鑑み，効率的に電子を半導体から外部（真空）に放出で
き，構造簡単にして容易に製作し得る電子放出冷陰極素
子を提供することを目的とする。
鑑み，効率的に電子を半導体から外部（真空）に放出で
き，構造簡単にして容易に製作し得る電子放出冷陰極素
子を提供することを目的とする。
【０００５】
【発明の原理】半導体に電圧を印加すると、生じた高電
界に引かれて電子が急激に加速されてプラス側に移動す
る。このとき、電子は結晶を構成する原子と強く衝突
し，この衝突により原子から複数の電子がたたき出され
ることになり，たたき出された電子が高電界によって一
層加速され他の原子と衝突し、再び電子がたたき出され
ることになる。この過程を繰り返していくと、電子は雪
崩的に増加して行くことになる。この際に高電界が加わ
ると電子は結晶格子に衝突して持っているエネルギーを
全て失わずに熱平衡の高い値を持つ事が出来る。このよ
うに高い電界で加速された高エネルギーを持つ電子や正
孔のことを、熱い電子（ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と
熱い正孔（ｈｏｔ ｈａｌｌ）という。この熱い電子は
高エネルギーを持った電子であるので，ポテンシャル障
壁を越えるものもあり，外部（真空中）に放出されるこ
とになる。本発明は上記現象に着眼し，半導体中での電
子の原子への衝突を波及的に繰り返すことにより，雪崩
的に増加し，かつエネルギーレベルが高くなった電子を
放出源電子とするものである。
界に引かれて電子が急激に加速されてプラス側に移動す
る。このとき、電子は結晶を構成する原子と強く衝突
し，この衝突により原子から複数の電子がたたき出され
ることになり，たたき出された電子が高電界によって一
層加速され他の原子と衝突し、再び電子がたたき出され
ることになる。この過程を繰り返していくと、電子は雪
崩的に増加して行くことになる。この際に高電界が加わ
ると電子は結晶格子に衝突して持っているエネルギーを
全て失わずに熱平衡の高い値を持つ事が出来る。このよ
うに高い電界で加速された高エネルギーを持つ電子や正
孔のことを、熱い電子（ｈｏｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と
熱い正孔（ｈｏｔ ｈａｌｌ）という。この熱い電子は
高エネルギーを持った電子であるので，ポテンシャル障
壁を越えるものもあり，外部（真空中）に放出されるこ
とになる。本発明は上記現象に着眼し，半導体中での電
子の原子への衝突を波及的に繰り返すことにより，雪崩
的に増加し，かつエネルギーレベルが高くなった電子を
放出源電子とするものである。
【０００６】
【問題を解決するための手段】半導体の上に所要間隔あ
けて溝を穿設し，その溝に金属を蒸着等でつけ第一電極
体，第二電極体とし，電子放出冷陰極素子本体を形成す
る。上記第一電極体と第二電極体とに挟まれた半導体部
に対向してコレクター電極体を配設し，コレクター用電
源に直接接続した電圧印加用電源のマイナス側に上記第
一電極体を又コレクター用電源のプラス側にコレクター
電極体をそれぞれ接続すると共に，電圧印加用電源のプ
ラス側に上記第二電極体を接続してなるものである。
けて溝を穿設し，その溝に金属を蒸着等でつけ第一電極
体，第二電極体とし，電子放出冷陰極素子本体を形成す
る。上記第一電極体と第二電極体とに挟まれた半導体部
に対向してコレクター電極体を配設し，コレクター用電
源に直接接続した電圧印加用電源のマイナス側に上記第
一電極体を又コレクター用電源のプラス側にコレクター
電極体をそれぞれ接続すると共に，電圧印加用電源のプ
ラス側に上記第二電極体を接続してなるものである。
【０００７】電子放出冷陰極素子本体の半導体部に強い
電界がかかり，ＰＮ接合なしで雪崩降伏現象を起こすこ
とができて熱い電子を生じせしめられ，この熱い電子は
高エネルギーを有するのでポテンシャル障壁を越えて外
部に放出できる。
電界がかかり，ＰＮ接合なしで雪崩降伏現象を起こすこ
とができて熱い電子を生じせしめられ，この熱い電子は
高エネルギーを有するのでポテンシャル障壁を越えて外
部に放出できる。
【０００８】禁制体の幅が１．２ｅＶ〜５．６ｅＶのワ
イドバンドギャップ半導体を，電子放出冷陰極素子本体
の半導体部の半導体に用いてもよい。この場合，半導体
のバンドギャップが広いため，雪崩降伏現象により生じ
る熱い電子のエネルギーレベルが高いので電子を効率よ
く放出できる。
イドバンドギャップ半導体を，電子放出冷陰極素子本体
の半導体部の半導体に用いてもよい。この場合，半導体
のバンドギャップが広いため，雪崩降伏現象により生じ
る熱い電子のエネルギーレベルが高いので電子を効率よ
く放出できる。
【０００９】
【発明実施の形態】以下，本発明の実施の形態を図示例
と共に説明する。図１は本発明の一形態例の構造を示す
ものにして電子放出冷陰極素子本体は図２の断面図であ
り，図２は図１の電子放出冷陰極素子本体の平面図であ
る。
と共に説明する。図１は本発明の一形態例の構造を示す
ものにして電子放出冷陰極素子本体は図２の断面図であ
り，図２は図１の電子放出冷陰極素子本体の平面図であ
る。
【００１０】半導体２の一面（図では上面）に，垂直断
面が矩形状の溝１０，１１を平行に所要間隔あけて穿設
し一方の溝１０に第一電極体３を又他方の溝１１に第二
電極体４を蒸着等により埋設し，電極間の半導体部２Ａ
と一体化されてある。上記の様に半導体部２Ａと第一電
極体３，第二電極体４とにより 電極−半導体−電極型
構造の電子放出冷陰極素子本体１が形成されている。
面が矩形状の溝１０，１１を平行に所要間隔あけて穿設
し一方の溝１０に第一電極体３を又他方の溝１１に第二
電極体４を蒸着等により埋設し，電極間の半導体部２Ａ
と一体化されてある。上記の様に半導体部２Ａと第一電
極体３，第二電極体４とにより 電極−半導体−電極型
構造の電子放出冷陰極素子本体１が形成されている。
【００１１】上記のようにして形成した電子放出冷陰極
素子本体１と対向するようにコレクター電極６が配置さ
れており，コレクター用電源７と電圧印加用電源８とが
直列接続されていると共に，コレクター用電源７のプラ
ス側にコレクター電極体６が又電圧印加用電源８のマイ
ナス側に第１電極体３がそれぞれに接続されており，更
にコレクター用電源７のマイナス側と電圧印加用電源８
のプラス側との接続線に第二電極体４がスイッチ９を介
し接続されている。上記のようにした構造の本発明の電
子放出冷陰極素子を真空中に設置する。
素子本体１と対向するようにコレクター電極６が配置さ
れており，コレクター用電源７と電圧印加用電源８とが
直列接続されていると共に，コレクター用電源７のプラ
ス側にコレクター電極体６が又電圧印加用電源８のマイ
ナス側に第１電極体３がそれぞれに接続されており，更
にコレクター用電源７のマイナス側と電圧印加用電源８
のプラス側との接続線に第二電極体４がスイッチ９を介
し接続されている。上記のようにした構造の本発明の電
子放出冷陰極素子を真空中に設置する。
【００１２】スイッチをＯＦＦからＯＮに切り替え第一
電極体３と第二電極体４との間に電圧を印可すると，半
導体部２Ａに高い電界がかかる。この半導体部２Ａは雪
崩降伏ダイオードの空乏層として機能し，ＰＮ接合なし
に電子の雪崩降伏現象が発生する。即ち高い電界により
加速された高エネルギーを持つ熱い電子と熱い正孔が半
導体部２Ａに波及的に生じる。この半導部部２Ａには空
間電化密度が変わる空間電荷層（遷移領域）がないの
で，熱い電子はエネルギーを奪い取られることなくエネ
ルギーレベルが高い状態で真空中に放出される。散乱し
た熱い電子がポテンシャル障壁を乗り越えて真空中に矢
印で示したように放出されることになる。
電極体３と第二電極体４との間に電圧を印可すると，半
導体部２Ａに高い電界がかかる。この半導体部２Ａは雪
崩降伏ダイオードの空乏層として機能し，ＰＮ接合なし
に電子の雪崩降伏現象が発生する。即ち高い電界により
加速された高エネルギーを持つ熱い電子と熱い正孔が半
導体部２Ａに波及的に生じる。この半導部部２Ａには空
間電化密度が変わる空間電荷層（遷移領域）がないの
で，熱い電子はエネルギーを奪い取られることなくエネ
ルギーレベルが高い状態で真空中に放出される。散乱し
た熱い電子がポテンシャル障壁を乗り越えて真空中に矢
印で示したように放出されることになる。
【００１３】コレクター電極体６はコレクター用電源７
により正極として機能しているので，半導体部２Ａから
放出された電子が上記コレクター電極体６に収束され
る。一方半導体部２Ａ生じた熱い正孔は電圧印加用電源
８のマイナス側に流れる。
により正極として機能しているので，半導体部２Ａから
放出された電子が上記コレクター電極体６に収束され
る。一方半導体部２Ａ生じた熱い正孔は電圧印加用電源
８のマイナス側に流れる。
【００１４】半導体部２Ａとして禁制帯の幅（バンドギ
ャップ）が１．２ｅＶ〜５．６ｅＶのワイドギャップの
半導体を使用すると熱い電子のエネルギーレベルをより
高くでき電子を効率よく放出できて好都合である。
ャップ）が１．２ｅＶ〜５．６ｅＶのワイドギャップの
半導体を使用すると熱い電子のエネルギーレベルをより
高くでき電子を効率よく放出できて好都合である。
【００１５】第一，第二電極体は１０，１１の溝を穿設
することなく，半導体の一面に所要間隔あけて金属を蒸
着して形成してもよい。
することなく，半導体の一面に所要間隔あけて金属を蒸
着して形成してもよい。
【００１６】尚，本発明は上記形態例にのみ限定される
ことなく，本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を
加えることは勿論である。
ことなく，本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を
加えることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように本発明の電子放出冷陰
極素子によれば，半導体のＰＮ接合を利用することな
く，高エネルギーを有する熱い電子を発生させることが
でき，Ｐ層，Ｎ層がないため雪崩降伏現象で生じた高い
エネルギーを持った熱い電子のエネルギーをＰ層，Ｎ層
で消失させる事なく，効率よく半導体から真空中に放出
する事ができる。ＰＮ接合を要しないので構造が簡単で
作製が容易である，等種々の優れた効果を発揮し，高集
積化や平面化の面においても産業上有益なものである。
極素子によれば，半導体のＰＮ接合を利用することな
く，高エネルギーを有する熱い電子を発生させることが
でき，Ｐ層，Ｎ層がないため雪崩降伏現象で生じた高い
エネルギーを持った熱い電子のエネルギーをＰ層，Ｎ層
で消失させる事なく，効率よく半導体から真空中に放出
する事ができる。ＰＮ接合を要しないので構造が簡単で
作製が容易である，等種々の優れた効果を発揮し，高集
積化や平面化の面においても産業上有益なものである。
【図１】本発明の一形態の構造を示すものにして電子放
出冷陰極素子本体は図２の断面図である。
出冷陰極素子本体は図２の断面図である。
【図２】図１の電子放出冷陰極素子の平面図である。
１・・・・電子放出冷陰極素子本体 ２・・・・半導体 ２Ａ・・・半導体部 ３・・・・第１電極体 ４・・・・第２電極体 ５・・・・貫通孔 ６・・・・コレクター電極体 ７・・・・コレクター用電源 ８・・・・電圧印加用電源 ９・・・・スイッチ
Claims (2)
- 【請求項１】 第一電極体と第二電極体との間に半導体
を配して一体構造の電子放出冷陰極素子本体を形成し上
記第一電極体と第二電極に挟まれた半導体部と対向して
コレクター電極体を配設し，コレクター用電源に直列接
続した電圧印加用電源のマイナス側に上記第一電極体を
又コレクター用電源のプラス側にコレクター電極体をそ
れぞれ接続すると共に，電圧印加用電源のプラス側に上
記第二電極体を接続してなることを特徴とする電子放出
陰極素子。 - 【請求項２】 禁制帯の幅が０．２ｅＶ〜５．５ｅＶの
バンドギャップ半導体を電子放出冷陰極素子本体の半導
体層の半導体に用いた請求項１記載の電子放出冷陰極素
子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13310199A JP2000294116A (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | 半導体電子放出冷陰極素子 |
| PCT/JP2000/001452 WO2000060631A1 (fr) | 1999-04-06 | 2000-03-10 | Composant a cathode froide et a semi-conducteur servant a emettre des electrons |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13310199A JP2000294116A (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | 半導体電子放出冷陰極素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294116A true JP2000294116A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=15096855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13310199A Pending JP2000294116A (ja) | 1999-04-06 | 1999-04-06 | 半導体電子放出冷陰極素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294116A (ja) |
| WO (1) | WO2000060631A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100719563B1 (ko) * | 2005-10-13 | 2007-05-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전자 방출 발광 소자 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3821773A (en) * | 1972-01-24 | 1974-06-28 | Beta Ind Inc | Solid state emitting device and method of producing the same |
-
1999
- 1999-04-06 JP JP13310199A patent/JP2000294116A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-10 WO PCT/JP2000/001452 patent/WO2000060631A1/ja active Search and Examination
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100719563B1 (ko) * | 2005-10-13 | 2007-05-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전자 방출 발광 소자 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000060631A1 (fr) | 2000-10-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081021 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090310 |