JP2002518788A - プレーナ型電子エミッタ（ｐｅｅ） - Google Patents
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Classifications
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- 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
- H01J1/312—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field perpendicular to the surface, e.g. tunnel-effect cathodes of metal-insulator-metal [MIM] type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
- H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/06—Cathode assembly
- H01J2235/062—Cold cathodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Theoretical Computer Science (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
電子の準弾道移動の存在に基づくプレーナー型電子エミッタを提供する。好ましい実施形態において、プレーナー型電子エミッタは限界的なギャップの半導体又は絶縁体の本体から構成され、マクロ的な厚さ（〜１ｍｍ）の上記本体は相互に平行な２つの表面によって終わり、上記２つの自由表面の上には２つの電極対が蒸着又は成長によって形成されている。２つの電極とその間に挟まれた半導体又は絶縁体からなる構造に、弱い外部電界（〜１００Ｖ／ｃｍ）が作用すると、カソードから半導体又は絶縁体に電子が注入され、その一部は準弾道性を示す。即ち、この注入電子の一部は半導体又は絶縁体内において非弾性エネルギー損失を起こすことなく加速され、これによってアノードで十分なエネルギーと運動量とが達成され、電子は陽極を経て移動して上記構造から空のスペース（真空）に放散される。
Description
【０００１】 技術分野 本件発明は弱い電界中において半導体又は絶縁体に適用して準弾道電子を形成
するとともに移動させる新しい方法に関する。これは大きな非弾性エネルギー損
失を招来することなく、上記半導体又は絶縁体内において電子を加速することを
可能とする。主たる実施形態は例えば平面ディスプレイ及びプレーナー型電子ビ
ームリソグラフィにおけるプレーナー型電子エミッタである。
するとともに移動させる新しい方法に関する。これは大きな非弾性エネルギー損
失を招来することなく、上記半導体又は絶縁体内において電子を加速することを
可能とする。主たる実施形態は例えば平面ディスプレイ及びプレーナー型電子ビ
ームリソグラフィにおけるプレーナー型電子エミッタである。
【０００２】 また、各種の用途における上記（開示された）プレーナー型電子エミッタを用
いる多くの装置が開示され、上記装置のための優先権もまた要求されている。
いる多くの装置が開示され、上記装置のための優先権もまた要求されている。
【０００３】 背景技術 本件発明は弱い（ほぼ１００Ｖ／ｃｍ）の電界中に置かれた高抵抗半導体又は
絶縁体の中における電子の準弾道移動に関する。準弾道移動とは電子放射が最小
にまで減少される結果、電子の平均自由行程が肉眼で認識され得るようになるこ
とを意味する。この効果は非常に大きな強度の電界が非常に短い距離にわたって
作用され、及び／又は半導体が極低温に冷却された時に限り、半導体において確
認される。以下、上記の特性を有する半導体材料又は絶縁体材料を準弾道半導体
又はＱＢ−ＳＥＭという。
絶縁体の中における電子の準弾道移動に関する。準弾道移動とは電子放射が最小
にまで減少される結果、電子の平均自由行程が肉眼で認識され得るようになるこ
とを意味する。この効果は非常に大きな強度の電界が非常に短い距離にわたって
作用され、及び／又は半導体が極低温に冷却された時に限り、半導体において確
認される。以下、上記の特性を有する半導体材料又は絶縁体材料を準弾道半導体
又はＱＢ−ＳＥＭという。
【０００４】 準弾道移動は各種の方法に利用されることができる。この出願において、これ
らは２つの主たる分野に分類されている。 １．特有の特性であり、材料内部における準弾道電子の移動特性である電子放
射型半導体、及び ２．特有の特性であり、基体から放射されるべき準弾道電子の特性である電子
ソースである。
らは２つの主たる分野に分類されている。 １．特有の特性であり、材料内部における準弾道電子の移動特性である電子放
射型半導体、及び ２．特有の特性であり、基体から放射されるべき準弾道電子の特性である電子
ソースである。
【０００５】 関連する先行技術のうち、大きな電界中に置かれた高抵抗の半導体又は絶縁体
の内部における弾道電子について記述したものはない。この事実は半導体におけ
る準弾道移動の一般的な考え方による。高抵抗材料における準弾道移動の可能性
については直観的に理解できるものではないので、決して求められていたもので
はなかった。この準弾道移動プロセスにおける基本的な物理的現象は、適用され
る電界Ｅがオーム抵抗範囲（移動電荷キャリアの集中及び電気的移動性が一定で
、電界Ｅから独立した）の範囲内であり、上記半導体又は絶縁体の小片の厚みが
移動電荷キャリアの平均自由行程よりも大きいときに限り（好ましくは数オング
ストロームないし２０００オングストロームの程度）、弾道電子の電流成分がほ
ぼゼロに等しく、基本的に電子放射なしの状態が導かれる、というように理解さ
れていた（S.M.Sze: Physics of semiconductor devices; John Wiley 1981ある
いはK.W.Bore; Survey of semiconductor physics,vol.II; Van Nostrand Reinh
old 1992、参照）。
の内部における弾道電子について記述したものはない。この事実は半導体におけ
る準弾道移動の一般的な考え方による。高抵抗材料における準弾道移動の可能性
については直観的に理解できるものではないので、決して求められていたもので
はなかった。この準弾道移動プロセスにおける基本的な物理的現象は、適用され
る電界Ｅがオーム抵抗範囲（移動電荷キャリアの集中及び電気的移動性が一定で
、電界Ｅから独立した）の範囲内であり、上記半導体又は絶縁体の小片の厚みが
移動電荷キャリアの平均自由行程よりも大きいときに限り（好ましくは数オング
ストロームないし２０００オングストロームの程度）、弾道電子の電流成分がほ
ぼゼロに等しく、基本的に電子放射なしの状態が導かれる、というように理解さ
れていた（S.M.Sze: Physics of semiconductor devices; John Wiley 1981ある
いはK.W.Bore; Survey of semiconductor physics,vol.II; Van Nostrand Reinh
old 1992、参照）。
【０００６】 １．電子放射型半導体 弱い（ほぼ１００Ｖ／ｃｍ）電界中に置かれた高抵抗の半導体又は絶縁体にお
ける電子の準弾道移動はだいたいにおいて半導体部品や半導体デバイスに利用で
きる。
ける電子の準弾道移動はだいたいにおいて半導体部品や半導体デバイスに利用で
きる。
【０００７】 半導体部品や半導体デバイスの用途は多岐にわたり、関連する特許や文献も非
常に多数に挙がる。主たる４つの用途に分類され、各々について製品の例が挙げ
られる。
常に多数に挙がる。主たる４つの用途に分類され、各々について製品の例が挙げ
られる。
【０００８】 Ａクラス；整流及び電荷（情報）保持 このクラスにおける半導体部品又は半導体デバイスにはショットキーバリアダ
イオード（米国特許第５６２７４７９号及び欧州特許第６７２２５７Ｂ１号）及
びバイポーラｐ−ｎ，ｐ−ｉ−ｎダイオード、サイリスタが含まれ、同様に、Ｍ
ＩＳ（金属絶縁体半導体）ダイオード等の多くのユニポーラデバイス、ＣＣＤ（
電荷結合デバイス）、ＭＩＳトンネルダイオード、ＭＩＳスイッチダイオード、
ＩＭＰＡＴＴ（衝突電離アバランチ走行時間）ダイオード及びＢＡＲＩＴＴ（バ
リアインジェクション・走行時間）ダイオード及び他の関連する走行時間デバイ
スが含まれる。
イオード（米国特許第５６２７４７９号及び欧州特許第６７２２５７Ｂ１号）及
びバイポーラｐ−ｎ，ｐ−ｉ−ｎダイオード、サイリスタが含まれ、同様に、Ｍ
ＩＳ（金属絶縁体半導体）ダイオード等の多くのユニポーラデバイス、ＣＣＤ（
電荷結合デバイス）、ＭＩＳトンネルダイオード、ＭＩＳスイッチダイオード、
ＩＭＰＡＴＴ（衝突電離アバランチ走行時間）ダイオード及びＢＡＲＩＴＴ（バ
リアインジェクション・走行時間）ダイオード及び他の関連する走行時間デバイ
スが含まれる。
【０００９】 Ｂクラス；光検出デバイス及び光放射デバイス このクラスの半導体部品又は半導体デバイスには他の多数のＬＥＤ（光放射ダ
イオード）、フォトダイオード、半導体レーザ、アバランチダイオード及び電気
信号への変換を目的とする他のフォト導通デバイスが含まれる。
イオード）、フォトダイオード、半導体レーザ、アバランチダイオード及び電気
信号への変換を目的とする他のフォト導通デバイスが含まれる。
【００１０】 Ｃクラス；増幅及び不揮発性メモリ このクラスの半導体部品又は半導体デバイスにおける本件発明の用途にはバイ
ポーラトランジスタやバイポーラ・ユニジャンクショントランジスタが含まれる
とともに、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＪＦＥＴ（ジャンクション電界効
果トランジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）、ＭＯＳ
ＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、不揮発性メモリデバイスを
含む多くのユニポーラ部品又はユニポーラデバイスが含まれている。特に、この
クラス内の本件発明に関連する用途はトンネル型トランジスタ、ＴＥＤ（遷移電
子デバイス）及び他の弾道（熱電子）型トランジスタ及び／又はデバイスである
。
ポーラトランジスタやバイポーラ・ユニジャンクショントランジスタが含まれる
とともに、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＪＦＥＴ（ジャンクション電界効
果トランジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）、ＭＯＳ
ＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、不揮発性メモリデバイスを
含む多くのユニポーラ部品又はユニポーラデバイスが含まれている。特に、この
クラス内の本件発明に関連する用途はトンネル型トランジスタ、ＴＥＤ（遷移電
子デバイス）及び他の弾道（熱電子）型トランジスタ及び／又はデバイスである
。
【００１１】 Ｄクラス；光学的イメージの検出、形成及び処理 半導体カメラ、電気信号の２次元光学的イメージ又は信号への変換、２次元光
学的イメージ又は信号の輝度又はコントラストの増幅及び空間的拡大。
学的イメージ又は信号の輝度又はコントラストの増幅及び空間的拡大。
【００１２】 弾道デバイス又は熱電子デバイス（しばしば、そう呼ばれるのであるが）は既
に予想されていたが（例えば、S.M.Sze: Physics of semiconductor devices; J
ohn Wiley 1981,184頁あるいはK.W.Bore; Survey of semiconductor physics,vo
l.II; Van Nostrand Reinhold 1992,1265 頁及び１２４７頁、参照）、提案され
た構造では極端に小さな寸法（１００オングストローム程度）と強い電界を必要
とし、製造コストが高く、しかも信頼性が低いものである。
に予想されていたが（例えば、S.M.Sze: Physics of semiconductor devices; J
ohn Wiley 1981,184頁あるいはK.W.Bore; Survey of semiconductor physics,vo
l.II; Van Nostrand Reinhold 1992,1265 頁及び１２４７頁、参照）、提案され
た構造では極端に小さな寸法（１００オングストローム程度）と強い電界を必要
とし、製造コストが高く、しかも信頼性が低いものである。
【００１３】 ２．電子ソース 本件発明は”電子ソース”の用語で分類される電子デバイスの一般的なクラス
に関連し、特に”プレーナ型電子ソース”の用語で分類されるサブクラスに関連
する。これらの全てのデバイスは空の空間を通って移動でき、各種の技術用途に
利用されることのできる電子ビームを与える。
に関連し、特に”プレーナ型電子ソース”の用語で分類されるサブクラスに関連
する。これらの全てのデバイスは空の空間を通って移動でき、各種の技術用途に
利用されることのできる電子ビームを与える。
【００１４】 全ての電子ソースに対して本質的に要求されることは、電子が放射表面と真空
との境界におけるエネルギー障壁を越えることができるとともに、材料から真空
中に放散できるように、十分なエネルギー（多くの場合３〜５ｅＶ）及び放射表
面に指向する速度をもってデバイスの放射表面（真空となったデバイス表面）に
十分な量の電子を与えることである。エネルギー障壁は真空レベルと放射表面で
の電気化学的電位との間のエネルギー差によって概ね与えられる。必要な量のエ
ネルギーは次のいずれかの方法またはいずれかの組合せによって供給されること
ができる。
との境界におけるエネルギー障壁を越えることができるとともに、材料から真空
中に放散できるように、十分なエネルギー（多くの場合３〜５ｅＶ）及び放射表
面に指向する速度をもってデバイスの放射表面（真空となったデバイス表面）に
十分な量の電子を与えることである。エネルギー障壁は真空レベルと放射表面で
の電気化学的電位との間のエネルギー差によって概ね与えられる。必要な量のエ
ネルギーは次のいずれかの方法またはいずれかの組合せによって供給されること
ができる。
【００１５】 放射表面の加熱（”熱放射”電子ソース） 放射表面・真空の領域における十分に高い電界の確立（”電界放射”電子ソー
ス） デバイスのバルク領域内における放射表面の方向への十分な電子の加速（”ト
ンネル電界放射”及び／又は”準弾道電界放射”電子ソース） 光子又は他のエネルギー微粒子による放射表面の照射（”光放射”電子ソース
） 放射表面と真空との境界における上記エネルギー障壁の低下（”非電子類放射
”電子ソース）
ス） デバイスのバルク領域内における放射表面の方向への十分な電子の加速（”ト
ンネル電界放射”及び／又は”準弾道電界放射”電子ソース） 光子又は他のエネルギー微粒子による放射表面の照射（”光放射”電子ソース
） 放射表面と真空との境界における上記エネルギー障壁の低下（”非電子類放射
”電子ソース）
【００１６】 ある用途の場合にはその後に電子が加速されて電気光学的に変調される電子ビ
ームのポイント型ソースが必要とされる一方、プレーナ型ソースが必要とされ及
び／又は有利である多数の技術的な用途が存在する。これらの用途に用いられる
先行技術の全ては特定の材料の点状放射領域に関連している。大型のプレーナ型
電子エミッタのみはそのような小領域のアレイを形成することによって実現され
ることができる。さらに、ほとんどのデバイスは電子を真空中に放散させために
アノード内に開口を必要とする。
ームのポイント型ソースが必要とされる一方、プレーナ型ソースが必要とされ及
び／又は有利である多数の技術的な用途が存在する。これらの用途に用いられる
先行技術の全ては特定の材料の点状放射領域に関連している。大型のプレーナ型
電子エミッタのみはそのような小領域のアレイを形成することによって実現され
ることができる。さらに、ほとんどのデバイスは電子を真空中に放散させために
アノード内に開口を必要とする。
【００１７】 米国特許第５７０３４３５号（１９９７年１２月）及び米国特許第５５３４８
５９号（１９９６年９月）の引用例から理解されるように、非常に多数の発明が
存在し、それらの全ては発明の用途を放射型平面パネルディスプレイの分野にお
ける基本的な構成ブロックに強調したプレーナ型電子エミッタに関連している。 先行技術の多くは概ね２つのクラスに分けることができる。
５９号（１９９６年９月）の引用例から理解されるように、非常に多数の発明が
存在し、それらの全ては発明の用途を放射型平面パネルディスプレイの分野にお
ける基本的な構成ブロックに強調したプレーナ型電子エミッタに関連している。 先行技術の多くは概ね２つのクラスに分けることができる。
【００１８】 クラス１ 最初のクラスにおいて、放射用アノード・カソード構造が一般的に全てソリッ
ドステート構造をなし、金属材料、半導体材料及び絶縁体材料の組み合わせで構
成されてカソード表面と空間との境界において電界放射を起こすための必要な条
件が確保されるようになっている。これらのデバイスの目的は電子放射の効率を
改善することであり、全てのデバイスにおいて表面上に幾つかの物質を配置した
同一の基本的なカソードを用いている。電子は半導体表面からアノードの開口を
経て空間内に放射される。その原理は半導体・自由空間の障壁を狭くし、電子が
アノードの電子障壁電位を経て放散及び／又は通過しやすくすることである。上
述の手段のいずれも電子放射電流を増加させるために適用できる。
ドステート構造をなし、金属材料、半導体材料及び絶縁体材料の組み合わせで構
成されてカソード表面と空間との境界において電界放射を起こすための必要な条
件が確保されるようになっている。これらのデバイスの目的は電子放射の効率を
改善することであり、全てのデバイスにおいて表面上に幾つかの物質を配置した
同一の基本的なカソードを用いている。電子は半導体表面からアノードの開口を
経て空間内に放射される。その原理は半導体・自由空間の障壁を狭くし、電子が
アノードの電子障壁電位を経て放散及び／又は通過しやすくすることである。上
述の手段のいずれも電子放射電流を増加させるために適用できる。
【００１９】 電子の生成と加速とを促進するような十分に強い電界を形成するために、必要
な大きな外部電圧が相対的に極めて短い距離（電子自由行程の程度）にわたって
印加されなければならないことは、先行技術の１つのクラスにおけるソリッドス
テート型デバイスの大半の固有の特徴である。これらの電子は次に上記の強電界
中において準弾道軌道と呼ぶことのできるものに沿い（又、通常はここで電子の
アバランチェ増幅を経験する）、放射アノードの表面に向けて移動する。しかし
、同時にその移動中に非弾性的な衝突（散乱）を経て、ある程度のエネルギーを
損失する。現在、この方法によってかなりの電子の放射を得るためには大きな電
圧を必要とすることが分かっている。適用される電界Ｅが弱く（オーム抵抗範囲
内であり、移動電荷キャリアの集中及び電気的移動性が一定で、電界Ｅから独立
している）、半導体材料又は絶縁体材料の厚みＬsam （図２）が移動電荷の自由
行程（好ましくは数オングストロームから２０００オングストロームの程度）よ
り大きい場合、電流成分Ｉbal はないに等しいくらい小さくなり、電子放射の電
流Ｉem（図２）は基本的にはゼロになる。
な大きな外部電圧が相対的に極めて短い距離（電子自由行程の程度）にわたって
印加されなければならないことは、先行技術の１つのクラスにおけるソリッドス
テート型デバイスの大半の固有の特徴である。これらの電子は次に上記の強電界
中において準弾道軌道と呼ぶことのできるものに沿い（又、通常はここで電子の
アバランチェ増幅を経験する）、放射アノードの表面に向けて移動する。しかし
、同時にその移動中に非弾性的な衝突（散乱）を経て、ある程度のエネルギーを
損失する。現在、この方法によってかなりの電子の放射を得るためには大きな電
圧を必要とすることが分かっている。適用される電界Ｅが弱く（オーム抵抗範囲
内であり、移動電荷キャリアの集中及び電気的移動性が一定で、電界Ｅから独立
している）、半導体材料又は絶縁体材料の厚みＬsam （図２）が移動電荷の自由
行程（好ましくは数オングストロームから２０００オングストロームの程度）よ
り大きい場合、電流成分Ｉbal はないに等しいくらい小さくなり、電子放射の電
流Ｉem（図２）は基本的にはゼロになる。
【００２０】 クラス１の幾つかは下記に説明され、他は章の終わりに述べられる。 米国特許第５５３６１９３号には基体上に広帯域ギャップ材料の小片を散在さ
せて金属でカバーする工程と、広帯域ギャップ材料が露出するまで金属をエッチ
ングする工程と、放射電子のための小先端を形成する工程とを用いる電界エミッ
タの製造方法が記載されている。
せて金属でカバーする工程と、広帯域ギャップ材料が露出するまで金属をエッチ
ングする工程と、放射電子のための小先端を形成する工程とを用いる電界エミッ
タの製造方法が記載されている。
【００２１】 米国特許第５４６３２７５号には特に選択された半導体材料の少なくとも３つ
の層構造からなる電子放射デバイスが記載されている。 米国特許第４８０１９９４号には中間層が本来の半導体に支持され、おそらく
は非常に小さな損失をもって電子を移動させるようになした３層半導体構造が記
載されている。 欧州特許第５０４６０３号には異なるディプッション領域に影響するような特
定の不純物レベルを有する半導体の複合構造体が記載されている。これには放射
効率を改善するために、ショットキーバリア金属・半導体接合を用いることが開
示されている。
の層構造からなる電子放射デバイスが記載されている。 米国特許第４８０１９９４号には中間層が本来の半導体に支持され、おそらく
は非常に小さな損失をもって電子を移動させるようになした３層半導体構造が記
載されている。 欧州特許第５０４６０３号には異なるディプッション領域に影響するような特
定の不純物レベルを有する半導体の複合構造体が記載されている。これには放射
効率を改善するために、ショットキーバリア金属・半導体接合を用いることが開
示されている。
【００２２】 米国特許第５５５４８５９号、米国特許第４３０３９３０号及び英国特許第１
３０３６５９号は欧州特許第５０４６０３号と同様の内容が記載されている。 他の関連する文献は、金属・絶縁体・金属の電界放射（Physical Review Lett
er Vol.76,17(1996),320）であるが、又種々のダイヤモンド等の成分を含む電界
放射もある（米国特許第５６３１１９６号、米国特許第５７０３４３５号及びそ
れらの引例）。
３０３６５９号は欧州特許第５０４６０３号と同様の内容が記載されている。 他の関連する文献は、金属・絶縁体・金属の電界放射（Physical Review Lett
er Vol.76,17(1996),320）であるが、又種々のダイヤモンド等の成分を含む電界
放射もある（米国特許第５６３１１９６号、米国特許第５７０３４３５号及びそ
れらの引例）。
【００２３】 クラス２ 上記の先行技術の幾つかにおいて、クラスを特徴づける点（おそらくは、各種
の厚みのプレーナー型の金属材料、半導体材料及び絶縁材料の組合せであろう）
は、必要とされる電界の形成又は集中及び形状に関連する特徴の組合せでる。こ
のクラスにおける放射カソードは通常は１点からの電界放射を促進するように設
けられる。これは低い電子仕事関数を有する材料で局所的に覆い、及び／又は幾
何学的に放射ポイント又はピークを形成するように材料の形状化することによっ
て実現される。 以下、クラス２の幾つかの選択された先行技術を説ぷいし、他はこの章の最後
に述べる。
の厚みのプレーナー型の金属材料、半導体材料及び絶縁材料の組合せであろう）
は、必要とされる電界の形成又は集中及び形状に関連する特徴の組合せでる。こ
のクラスにおける放射カソードは通常は１点からの電界放射を促進するように設
けられる。これは低い電子仕事関数を有する材料で局所的に覆い、及び／又は幾
何学的に放射ポイント又はピークを形成するように材料の形状化することによっ
て実現される。 以下、クラス２の幾つかの選択された先行技術を説ぷいし、他はこの章の最後
に述べる。
【００２４】 米国特許第５２２９６８２号には放射電極の一部から対向電極及び中間介在層
における開口を点状に通過して自由空間に真っ直ぐに侵入する電界放射デバイス
が記載されている。これちの電子は半導体又は絶縁体の中間介在層を横断するこ
とはない。放射電極は対向電極及び中間介在層における開口を通ってピークとな
る部分を有するような形状に形成される。平面ディスプレイは上述の電極のアレ
イによって構成される。 米国特許第５７１２４９０号には光カソードデバイスが記載され、これは窓層
上に配置された幾つかの半導体層と、光子吸込み性、即ち光伝導率を最適化し、
これらの電子の拡散長を増加するために選ばれた半導体層とから構成される。こ
の発明は窓層と第１の半導体層との間に配置されるべき光学的に透明な電極を開
示するものではない（第３欄第１１行、参照）。
における開口を点状に通過して自由空間に真っ直ぐに侵入する電界放射デバイス
が記載されている。これちの電子は半導体又は絶縁体の中間介在層を横断するこ
とはない。放射電極は対向電極及び中間介在層における開口を通ってピークとな
る部分を有するような形状に形成される。平面ディスプレイは上述の電極のアレ
イによって構成される。 米国特許第５７１２４９０号には光カソードデバイスが記載され、これは窓層
上に配置された幾つかの半導体層と、光子吸込み性、即ち光伝導率を最適化し、
これらの電子の拡散長を増加するために選ばれた半導体層とから構成される。こ
の発明は窓層と第１の半導体層との間に配置されるべき光学的に透明な電極を開
示するものではない（第３欄第１１行、参照）。
【００２５】 米国特許第５５２８１０３号、米国特許第５２２９６８２号にはまたゲート電
極ら放射された電子を狭帯域に集中させるような電界を形成するが、電子を吸込
みしない焦点隆起が設けられている。さらに、これらの電極又は隆起は上述の目
的を補助するために導電性である必要がある（第７欄第２７行には別の方法で述
べられている）。 米国特許第５２１２４２６号、米国特許第５２２９６８２号にはまた各放射電
極への電荷の供給を制御するために、組込みトランジスタを用いた各電極（ピク
セル）を集中制御することが記載されている。
極ら放射された電子を狭帯域に集中させるような電界を形成するが、電子を吸込
みしない焦点隆起が設けられている。さらに、これらの電極又は隆起は上述の目
的を補助するために導電性である必要がある（第７欄第２７行には別の方法で述
べられている）。 米国特許第５２１２４２６号、米国特許第５２２９６８２号にはまた各放射電
極への電荷の供給を制御するために、組込みトランジスタを用いた各電極（ピク
セル）を集中制御することが記載されている。
【００２６】 米国特許第４８２３００４号には材料を通過する電子の弾道軌跡を解析し、弾
道軌跡の解析によって材料のバルク構造についての情報を得るためのデバイスが
記載されている。 米国特許第５４４４３２８号には電気的なブレークダウンの可能性を低くする
ように高電圧電子放射の半導体構造を構築する方法が記載されている。 米国特許第５６３１１９６号、米国特許第５２２９６８２号では放射電極をフ
ラット化することに関し、対向電極と中間介在層における開口を通ってピークと
なる部分が、電子放射物質として不純物ドーピングダイヤモンドの部分に置き代
えられている。
道軌跡の解析によって材料のバルク構造についての情報を得るためのデバイスが
記載されている。 米国特許第５４４４３２８号には電気的なブレークダウンの可能性を低くする
ように高電圧電子放射の半導体構造を構築する方法が記載されている。 米国特許第５６３１１９６号、米国特許第５２２９６８２号では放射電極をフ
ラット化することに関し、対向電極と中間介在層における開口を通ってピークと
なる部分が、電子放射物質として不純物ドーピングダイヤモンドの部分に置き代
えられている。
【００２７】 他の関連する文献には米国特許第４６８３３９９号、欧州特許第１５０８８５
号、欧州公報第６０１６７３号、米国特許第５３４０９９７号及びそれらの引用
文献がある。
号、欧州公報第６０１６７３号、米国特許第５３４０９９７号及びそれらの引用
文献がある。
【００２８】 例外 上述のクラスの例外にはカソードとアノードとの間に十分な電圧を印加するこ
とにより、それらの間の空の空間に電子が放射されるようなデバイスが含まれる
。この場合における放射カソードは通常は低い電子仕事関数の材料でカバーされ
、及び／又は幾何学的に電界放射を促進させるような形状に形成されている。か
かるデバイスの例には米国特許第５７０３４３５号がある。
とにより、それらの間の空の空間に電子が放射されるようなデバイスが含まれる
。この場合における放射カソードは通常は低い電子仕事関数の材料でカバーされ
、及び／又は幾何学的に電界放射を促進させるような形状に形成されている。か
かるデバイスの例には米国特許第５７０３４３５号がある。
【００２９】 米国特許第５７０３４３５号には電子放射層の材料が黒鉛と結晶ダイヤモンド
又は非晶質ダイヤモンドとの混合から構成される電界放射カソードが記載されて
いる。
又は非晶質ダイヤモンドとの混合から構成される電界放射カソードが記載されて
いる。
【００３０】 用途 適切なデバイスにおいて電子移動半導体及び電子ソースを利用するために、先
行技術に述べられた基本的な部品に対して幾つかの拡張がなされる必要がある。 放射された電子はその目的を達成し、更に加速されるために十分なエネルギー
を持ってはいない。これは代表的には高い陽電気電位を有する”加速電極”を放
射表面からある距離をあけて設けることにより移送され、これにより放射された
電子は介在する空の空間内において高いエネルギーまで加速される。
行技術に述べられた基本的な部品に対して幾つかの拡張がなされる必要がある。 放射された電子はその目的を達成し、更に加速されるために十分なエネルギー
を持ってはいない。これは代表的には高い陽電気電位を有する”加速電極”を放
射表面からある距離をあけて設けることにより移送され、これにより放射された
電子は介在する空の空間内において高いエネルギーまで加速される。
【００３１】 電子・光変換の目的のため、適切な”発光”材料がアノード構造に採用される
ことができ、上記アノード構造はカソード・アノード構造の必須部分又はカソー
ド・アノード構造から最大限の空の空間を隔てた”加速電極”の部分となる。 電子ソースデバイスの用途には代表的には電子顕微鏡、プレーナー型電子ビー
ムリソグラフィ、材料蒸発のための電子銃、Ｘ線管、電子倍増器（光倍増器、２
次元粒子／ＥＭ放射検出アレイ）、電子ビーム溶接機、平面ディスプレイ（電界
放射式）及び幾つかの高速弾道半導体部品及びデバイスが含まれている。
ことができ、上記アノード構造はカソード・アノード構造の必須部分又はカソー
ド・アノード構造から最大限の空の空間を隔てた”加速電極”の部分となる。 電子ソースデバイスの用途には代表的には電子顕微鏡、プレーナー型電子ビー
ムリソグラフィ、材料蒸発のための電子銃、Ｘ線管、電子倍増器（光倍増器、２
次元粒子／ＥＭ放射検出アレイ）、電子ビーム溶接機、平面ディスプレイ（電界
放射式）及び幾つかの高速弾道半導体部品及びデバイスが含まれている。
【００３２】 リソグラフィの先行技術 本件発明の１つの重要な用途はリソグラフィ（マイクロリソグラフィ）の分野
であり、特にプレーナー型電子ビームリソグラフィ（ＰＥＢＬ）の用語でもって
表現される分野である。集積回路（ＩＣ）の製造工程にはリソグラフィ工程が必
須である。ＩＣ製造におけるリソグラフィ工程は基本的にはウエハー表面にレジ
ストをデポジットし、”書込みツール”でもってレジストの部分を放射線（光子
、電子又はイオン）に曝し、最後にレジストを除去する工程の繰り返しからなる
。光学、Ｘ線、電子又はイオンビームのリソグラフィはＩＣ製造工程の間におい
て少なくとも原理的に、必要なリソグラフィ作業を達成することのできる公知の
方法である。光学リソグラフィは標準的な、十分に成熟した工業的技術であり、
その主たる欠点はプリントされることのできる最も小さい形態における光学的回
析の制限である。一般的にＩＣ部品やＩＣの寸法を小さくする場合における他の
衝突は主たる欠点として考慮される必要がある。放射源として電子を用いる場合
、光学的回析の制限は存在しない。先行技術において用いられるプレーナー型電
子ビームリソグラフィの原理の概略は図８に示されている。カソード１、絶縁薄
フィルム２４、電子吸込みテンプレート１９及びアノード１４から構成される基
本構造が採用されている。電子は絶縁薄フィルム２４を通過し、アノードが絶縁
薄フィルムと直接に接触する場所においてのみ、表面Ｓ４を経て自由空間に放出
される。これらの電子は次に加速され、電子が予めデポジットされた微細レジス
ト層を有するウエハー上に突出される。Ｈ．Ａｈｍｅｄ等（本件発明の発明者が
含まれている）によるCavendish Laboratory,Cambridgeの”Procceding of the
Conference on Microlithography”において、実際にプレーナー型電子ビームリ
ソグラフィを実施する方法か経験的に示されている。この先行技術において、電
子リソグラフィ投影システムは先行技術のプレーナー型電子放射を用いて実施さ
れている。しかし、他の欠点がこの放射エミッターを受け入れ難くしている。こ
の目的に適したプレーナー型電子エミッターではウエハー全体が必要な電圧の１
本の広幅ビームでもって露光され、これらのプレーナー型電子エミッターは大き
な電界と短い距離を必要とすることに起因して寿命が極端に短い。
であり、特にプレーナー型電子ビームリソグラフィ（ＰＥＢＬ）の用語でもって
表現される分野である。集積回路（ＩＣ）の製造工程にはリソグラフィ工程が必
須である。ＩＣ製造におけるリソグラフィ工程は基本的にはウエハー表面にレジ
ストをデポジットし、”書込みツール”でもってレジストの部分を放射線（光子
、電子又はイオン）に曝し、最後にレジストを除去する工程の繰り返しからなる
。光学、Ｘ線、電子又はイオンビームのリソグラフィはＩＣ製造工程の間におい
て少なくとも原理的に、必要なリソグラフィ作業を達成することのできる公知の
方法である。光学リソグラフィは標準的な、十分に成熟した工業的技術であり、
その主たる欠点はプリントされることのできる最も小さい形態における光学的回
析の制限である。一般的にＩＣ部品やＩＣの寸法を小さくする場合における他の
衝突は主たる欠点として考慮される必要がある。放射源として電子を用いる場合
、光学的回析の制限は存在しない。先行技術において用いられるプレーナー型電
子ビームリソグラフィの原理の概略は図８に示されている。カソード１、絶縁薄
フィルム２４、電子吸込みテンプレート１９及びアノード１４から構成される基
本構造が採用されている。電子は絶縁薄フィルム２４を通過し、アノードが絶縁
薄フィルムと直接に接触する場所においてのみ、表面Ｓ４を経て自由空間に放出
される。これらの電子は次に加速され、電子が予めデポジットされた微細レジス
ト層を有するウエハー上に突出される。Ｈ．Ａｈｍｅｄ等（本件発明の発明者が
含まれている）によるCavendish Laboratory,Cambridgeの”Procceding of the
Conference on Microlithography”において、実際にプレーナー型電子ビームリ
ソグラフィを実施する方法か経験的に示されている。この先行技術において、電
子リソグラフィ投影システムは先行技術のプレーナー型電子放射を用いて実施さ
れている。しかし、他の欠点がこの放射エミッターを受け入れ難くしている。こ
の目的に適したプレーナー型電子エミッターではウエハー全体が必要な電圧の１
本の広幅ビームでもって露光され、これらのプレーナー型電子エミッターは大き
な電界と短い距離を必要とすることに起因して寿命が極端に短い。
【００３３】 発明が解決しようとする課題 電子を円滑に生成し加速する十分に強い電界を形成するために、極端に大きな
電圧を層待機に非常に短い距離（電子自由行程の程度）に印加する必要があるこ
とが、既存の電界放射用のプレーナー型電子デバイスの欠点である。 他の欠点は、極端に短い距離について非常に高い局所的な電界を必要とするこ
とが入手できる材料の特性と相まって、電子の自由行程を短くする（散乱率を大
きくする）という結果、換言すれば、上記デバイス内において電子が容認し得な
いエネルギー損失を起こすことなく移動しえるような物理的な距離を簡単に制限
してしまうという結果を招来することである。
電圧を層待機に非常に短い距離（電子自由行程の程度）に印加する必要があるこ
とが、既存の電界放射用のプレーナー型電子デバイスの欠点である。 他の欠点は、極端に短い距離について非常に高い局所的な電界を必要とするこ
とが入手できる材料の特性と相まって、電子の自由行程を短くする（散乱率を大
きくする）という結果、換言すれば、上記デバイス内において電子が容認し得な
いエネルギー損失を起こすことなく移動しえるような物理的な距離を簡単に制限
してしまうという結果を招来することである。
【００３４】 更に、他の欠点は、上述の作用に起因して、これらの電子の一部分のみがアノ
ードの（放射）表面からカソード・アノード構造に隣接する空間内に電子を放出
させるのに十分なエネルギーを有することである。 更にまた、他の欠点は、これらのデバイスが一般的に全く低い電子放射電流Ｉ
em（図２）及び高いバックグラウンド電流Ｉback（図２）を持っていることであ
る。 また、電界放射式のプレーナー型電子デバイスの他の欠点は、電力消費量が電
子放射表面の単位面積当たり非常に大きいということである。 更にまた、上述の作用に起因して、電子放射効率が低いということである。 更に、電界放射式のプレーナー型電子デバイスの他の欠点は、しばしば不安定
で、一般的に寿命を短くする絶縁破壊を起こす傾向にあることである。
ードの（放射）表面からカソード・アノード構造に隣接する空間内に電子を放出
させるのに十分なエネルギーを有することである。 更にまた、他の欠点は、これらのデバイスが一般的に全く低い電子放射電流Ｉ
em（図２）及び高いバックグラウンド電流Ｉback（図２）を持っていることであ
る。 また、電界放射式のプレーナー型電子デバイスの他の欠点は、電力消費量が電
子放射表面の単位面積当たり非常に大きいということである。 更にまた、上述の作用に起因して、電子放射効率が低いということである。 更に、電界放射式のプレーナー型電子デバイスの他の欠点は、しばしば不安定
で、一般的に寿命を短くする絶縁破壊を起こす傾向にあることである。
【００３５】 上記デバイスの更に他の欠点は、上記デバイスの臨界領域（非常に短い距離に
ついて高い電界を加える）におけるエネルギー損失に起因してしばしば過熱を引
き起こすことである。 また、他の欠点は、これらのプレーナー型電界放射デバイスのスケーリングア
ップ（scaing-up)（カソードの電子放射領域を増加させる）により、厳しい問題
が提起されることである。 更に、上記デバイスの他の欠点は、規格外の高価な材料を使用する点にある。 また、電界放射式のプレーナー型電子デバイスの欠点は、構造が複雑である点
である。
ついて高い電界を加える）におけるエネルギー損失に起因してしばしば過熱を引
き起こすことである。 また、他の欠点は、これらのプレーナー型電界放射デバイスのスケーリングア
ップ（scaing-up)（カソードの電子放射領域を増加させる）により、厳しい問題
が提起されることである。 更に、上記デバイスの他の欠点は、規格外の高価な材料を使用する点にある。 また、電界放射式のプレーナー型電子デバイスの欠点は、構造が複雑である点
である。
【００３６】 また、ＩＣを製造する際にウエハーを露光するのに適した広幅ビームを放射す
るプレーナー型電子エミッターの欠点は、寿命が極端に短く（３０分より短い）
プレーナー型電子ビームリソグラフィには適用し難いことである。
るプレーナー型電子エミッターの欠点は、寿命が極端に短く（３０分より短い）
プレーナー型電子ビームリソグラフィには適用し難いことである。
【００３７】 電子放射半導体 本件発明は適切な操作条件の下で、ある簡単な半導体・絶縁体構造において存
在する準弾道電子を利用することにより、上述の問題を解決することを課題とす
る。
在する準弾道電子を利用することにより、上述の問題を解決することを課題とす
る。
【００３８】 本件発明の目的は半導基体又は絶縁基体に弱い外部電界（≦１００Ｖ／ｃｍ）
が作用した時に電子が準弾道軌跡に沿って移動するような上記半導基体又は絶縁
基体を利用し得るようにすることにある。電子（準弾道電子）が基体の一端側（
図３の表面Ｓ２）から他端側（表面Ｓ４）まで前記軌跡に沿って移動し、電子放
射表面Ｓ４を経て真空中に放出されるのに十分なエネルギーまで加速される（以
後、上記基体は準弾道半導体基体又はＱＢ−Ｓｅｍ基体ともいう）。
が作用した時に電子が準弾道軌跡に沿って移動するような上記半導基体又は絶縁
基体を利用し得るようにすることにある。電子（準弾道電子）が基体の一端側（
図３の表面Ｓ２）から他端側（表面Ｓ４）まで前記軌跡に沿って移動し、電子放
射表面Ｓ４を経て真空中に放出されるのに十分なエネルギーまで加速される（以
後、上記基体は準弾道半導体基体又はＱＢ−Ｓｅｍ基体ともいう）。
【００３９】 本件発明の他の目的は準弾道電子がほとんどエネルギー損失や運動量の変化を
起こさない一方、ＱＢ−Ｓｅｍ基体を通って移動するような上記ＱＢ−Ｓｅｍ基
を利用し得るようにすることにある。 本件発明の更に他の目的は準弾道電子の準弾道移動に基体が用いられた時に、
発熱が起こらないような上記ＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにあ
る。 本件発明の更に他の目的は低い（オーム抵抗）の電界内における準弾道移動を
可能とし、肉眼で認識しえる距離を越えて起こり得るＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し
得るようにすることにある。
起こさない一方、ＱＢ−Ｓｅｍ基体を通って移動するような上記ＱＢ−Ｓｅｍ基
を利用し得るようにすることにある。 本件発明の更に他の目的は準弾道電子の準弾道移動に基体が用いられた時に、
発熱が起こらないような上記ＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにあ
る。 本件発明の更に他の目的は低い（オーム抵抗）の電界内における準弾道移動を
可能とし、肉眼で認識しえる距離を越えて起こり得るＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し
得るようにすることにある。
【００４０】 本件発明の他の目的は電子の速度が高い電界移動浸透効果によって制限されな
いＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。 本件発明の更に他の目的は電子の挙動が真空管内における電子の挙動に類似す
るＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。 更に、本件発明の目的は高い電界と極端に小さい厚み（１００オングストロー
ムの程度）の基体を必要としないＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすること
にある。 更にまた、本件発明の目的は簡単なデザイン、高強度、比較的安価、高い信頼
性及び長い寿命の半導体部品を製造することのできるＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し
得るようにすることにある。
いＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。 本件発明の更に他の目的は電子の挙動が真空管内における電子の挙動に類似す
るＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。 更に、本件発明の目的は高い電界と極端に小さい厚み（１００オングストロー
ムの程度）の基体を必要としないＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすること
にある。 更にまた、本件発明の目的は簡単なデザイン、高強度、比較的安価、高い信頼
性及び長い寿命の半導体部品を製造することのできるＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し
得るようにすることにある。
【００４１】 また、本件発明の他の目的は電子・光学的な用途の分野において用いられるＱ
Ｂ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。 また、本件発明の他の目的は半導体部品、半導体デバイス及び集積回路をデザ
インし製造する際に用いられるＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることに
ある。 また、本件発明の他の目的はＩＣ内に高密度実装部品が用いられた時に、ＱＢ
−半導体内のＱＢ電子による低い電力の変則的な放散が発熱問題の解決に寄与す
るＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。
Ｂ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。 また、本件発明の他の目的は半導体部品、半導体デバイス及び集積回路をデザ
インし製造する際に用いられるＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることに
ある。 また、本件発明の他の目的はＩＣ内に高密度実装部品が用いられた時に、ＱＢ
−半導体内のＱＢ電子による低い電力の変則的な放散が発熱問題の解決に寄与す
るＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにある。
【００４２】 また、本件発明の他の目的は”熱電子”デバイスのデザインがしばしば不安定
さを招来するとともに製造の高コスト化の原因となる薄フィルムの複雑な多構造
に依存する必要がないようなＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにあ
る。 さらに、本件発明の他の目的は高い電界を必要とせず、従って不可逆的な絶縁
破壊による各種の半導体デバイスの性能低下が本質的に除去されるＱＢ−Ｓｅｍ
基体を提供することにある。 また、本件発明の他の目的は既存の半導体技術によって完全に組立て得るＱＢ
−Ｓｅｍ基体を提供することにある。 さらに、本件発明の他の目的は特に高い周波数の半導体部品又はデバイスのデ
ザインが幾何学的な制約によって制限されないＱＢ−Ｓｅｍ基体を提供すること
にある。
さを招来するとともに製造の高コスト化の原因となる薄フィルムの複雑な多構造
に依存する必要がないようなＱＢ−Ｓｅｍ基体を利用し得るようにすることにあ
る。 さらに、本件発明の他の目的は高い電界を必要とせず、従って不可逆的な絶縁
破壊による各種の半導体デバイスの性能低下が本質的に除去されるＱＢ−Ｓｅｍ
基体を提供することにある。 また、本件発明の他の目的は既存の半導体技術によって完全に組立て得るＱＢ
−Ｓｅｍ基体を提供することにある。 さらに、本件発明の他の目的は特に高い周波数の半導体部品又はデバイスのデ
ザインが幾何学的な制約によって制限されないＱＢ−Ｓｅｍ基体を提供すること
にある。
【００４３】 また、本件発明の他の目的は半導体部品又はデバイス、及び／又は物理学的装
置のための新しい概念を可能とするＱＢ−Ｓｅｍ基体を提供することにある。 更にまた、本件発明の他の目的は通常の半導体工業製品の同じ程度の（又は長
い）寿命を有するＱＢ−Ｓｅｍ基体を提供することにある。 本件発明によって既に開示したように、ＱＢ半導体において、電子が低い電界
の下で肉眼で認識し得る距離を生地弾道的に移動し得るという効果は、パイポー
ラ及びユニポーラのいずれの方式の各種の半導体部品及びデバイスをデザインし
製作又は製造するにあたり大きな衝撃を与えるであろう。これらは集積回路の構
築において単一ユニット、あるいは部品又は部分として利用されるであろう。
置のための新しい概念を可能とするＱＢ−Ｓｅｍ基体を提供することにある。 更にまた、本件発明の他の目的は通常の半導体工業製品の同じ程度の（又は長
い）寿命を有するＱＢ−Ｓｅｍ基体を提供することにある。 本件発明によって既に開示したように、ＱＢ半導体において、電子が低い電界
の下で肉眼で認識し得る距離を生地弾道的に移動し得るという効果は、パイポー
ラ及びユニポーラのいずれの方式の各種の半導体部品及びデバイスをデザインし
製作又は製造するにあたり大きな衝撃を与えるであろう。これらは集積回路の構
築において単一ユニット、あるいは部品又は部分として利用されるであろう。
【００４４】 電子ソース 本件発明の目的は放射された電子が低い外部電界（≦１００Ｖ／ｃｍ）の作用
下にＱＢ−Ｓｅｍ基体内に肉眼で認識し得る準弾道軌跡（これらの軌跡は数１０
０ミクロン程度の長さである）を利用する電子エミッターを提供することにある
。これらの電子（準弾道電子）は基体の一端側（図３の表面Ｓ２）から他端側（
表面Ｓ４）に向けてこれらの軌跡に沿って移動し、加速され、これによりそのエ
ネルギーを増加し、電子放射表面Ｓ４を経て真空中に放出される。 本件発明の他の目的は非常に低い作用電界又は印加電圧によって特徴づけられ
るプレーナー型電子エミッターを提供することにある。
下にＱＢ−Ｓｅｍ基体内に肉眼で認識し得る準弾道軌跡（これらの軌跡は数１０
０ミクロン程度の長さである）を利用する電子エミッターを提供することにある
。これらの電子（準弾道電子）は基体の一端側（図３の表面Ｓ２）から他端側（
表面Ｓ４）に向けてこれらの軌跡に沿って移動し、加速され、これによりそのエ
ネルギーを増加し、電子放射表面Ｓ４を経て真空中に放出される。 本件発明の他の目的は非常に低い作用電界又は印加電圧によって特徴づけられ
るプレーナー型電子エミッターを提供することにある。
【００４５】 本件発明の更に他の目的は非常に低い放散によって特徴づけられるプレーナー
型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は全てソリッドステート構造の薄い（≦１ｃｍ）
プレーナー型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は肉眼で確認し得る放射表面が細かく分割されて
いないプレーナー型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は組立て体の簡単さ及び強靱さによって特徴づけ
られるプレーナー型電子エミッターを提供することにある（図３）。
型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は全てソリッドステート構造の薄い（≦１ｃｍ）
プレーナー型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は肉眼で確認し得る放射表面が細かく分割されて
いないプレーナー型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は組立て体の簡単さ及び強靱さによって特徴づけ
られるプレーナー型電子エミッターを提供することにある（図３）。
【００４６】 本件発明の更にまた他の目的は電子放射表面の幾何学的なスケーリングアップ
に制限のないプレーナー型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は電子放射領域が大きく、ＱＢ半導体ウエハーの
側面寸法によってのみ制限され、現在のところ数８００ｃｍ2 である（この制限
は勿論のことモジュールの製造によって克服されることができる）プレーナー型
電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的はプレーナー型電子ビームリソグラフィに適した
電子エミッターを提供することにある。
に制限のないプレーナー型電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的は電子放射領域が大きく、ＱＢ半導体ウエハーの
側面寸法によってのみ制限され、現在のところ数８００ｃｍ2 である（この制限
は勿論のことモジュールの製造によって克服されることができる）プレーナー型
電子エミッターを提供することにある。 本件発明の更にまた他の目的はプレーナー型電子ビームリソグラフィに適した
電子エミッターを提供することにある。
【００４７】 プレーナー型の疑似癌道電子エミッターの技術的な用途の数は膨大であり、又
本件発明者の意図するところはこれらの用途に本件発明を利用することも求める
ところにある。これらの用途にはプレーナー型電磁ビームリソグラフィ、電界放
射型平面ディスプレイ、高速（低分散）信号伝送デバイス、高効率検出器、効率
のよい光源、電子放射顕微鏡、２次元電磁気的放射及び／又は粒子検出アレイ、
高速で組立てやすい半導体部品、弾道電子を用いる半導体デバイス、各種の（新
規な）電子ソース及び他の多くの用途の方法及び装置２又は製品が含まれる。
本件発明者の意図するところはこれらの用途に本件発明を利用することも求める
ところにある。これらの用途にはプレーナー型電磁ビームリソグラフィ、電界放
射型平面ディスプレイ、高速（低分散）信号伝送デバイス、高効率検出器、効率
のよい光源、電子放射顕微鏡、２次元電磁気的放射及び／又は粒子検出アレイ、
高速で組立てやすい半導体部品、弾道電子を用いる半導体デバイス、各種の（新
規な）電子ソース及び他の多くの用途の方法及び装置２又は製品が含まれる。
【００４８】 発明の概要 上記の目的は第１の特徴を与えることによって達成され、その物は； 第１、第２の表面を備える要素であって、第１の表面が第１の電荷を保持する
ように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように設けられ、第１の表
面が第２の表面に対して実質的に平行をなし、上記要素が材料又は材料系内にお
ける電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によって構成され、第
１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素と、 上記要素の少なくとも一部を横断して電界を与える手段であって、上記要素の
第１の表面に第１の電荷を与える手段と、第２の表面に第２の電荷を与え、第２
の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１又は第２の表面に対して実質的に
垂直な方向に移動するようになした手段とから構成された上記手段とを備えたこ
とを特徴とする。
ように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように設けられ、第１の表
面が第２の表面に対して実質的に平行をなし、上記要素が材料又は材料系内にお
ける電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によって構成され、第
１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素と、 上記要素の少なくとも一部を横断して電界を与える手段であって、上記要素の
第１の表面に第１の電荷を与える手段と、第２の表面に第２の電荷を与え、第２
の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１又は第２の表面に対して実質的に
垂直な方向に移動するようになした手段とから構成された上記手段とを備えたこ
とを特徴とする。
【００４９】 第２の特徴において、本件発明に係る物は、第１、第２の表面領域を有する要
素であって、第１の表面領域が第１の電荷を保持するように設けられ、第２の表
面領域が第２の電荷を保持するように設けられ、上記要素が材料又は材料系内に
おける電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によって構成され、
第１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素と、 上記要素の少なくとも一部を横断して電界を与える手段であって、上記手段が
、上記要素の第１の表面領域に第１の電荷を与える手段と、上記要素の第２の表
面領域に第２の電荷を与え、第２の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１
の表面領域と第２の表面領域との間を電子が移動するようになした手段とから構
成されていることを特徴とする。
素であって、第１の表面領域が第１の電荷を保持するように設けられ、第２の表
面領域が第２の電荷を保持するように設けられ、上記要素が材料又は材料系内に
おける電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によって構成され、
第１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素と、 上記要素の少なくとも一部を横断して電界を与える手段であって、上記手段が
、上記要素の第１の表面領域に第１の電荷を与える手段と、上記要素の第２の表
面領域に第２の電荷を与え、第２の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１
の表面領域と第２の表面領域との間を電子が移動するようになした手段とから構
成されていることを特徴とする。
【００５０】 第１、第２の特徴に従った材料又は材料系はシリコン、ゲルマニウム、シリコ
ンカーバイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化イ
ンジウム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあ
るいはそれらの組合せによって構成されている。 電子散乱を低減しこれによって準弾道電子の存在を容易とするために、材料又
は材料系はリン、リチウム、アンチモニ、砒素、ボロン、アルミニウム、タンタ
ル、ガリウム、インジウム、ビスマス、シリコン、ゲルマニウム、硫黄、スズ、
テルル、セレン、カーボン、ベリリウム、マグネシウム、亜鉛、カドミウムのド
ーパントの１つ又は複数をドーピングされることができるようになっている。所
定のドーピングレベルは１×１０18ｃｍ-3よりも小さい、例えば１×１０16ｃｍ -3 よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×１０13ｃｍ-3よりも小さ
い、１×１０12ｃｍ-3よりも小さいであろう。
ンカーバイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化イ
ンジウム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあ
るいはそれらの組合せによって構成されている。 電子散乱を低減しこれによって準弾道電子の存在を容易とするために、材料又
は材料系はリン、リチウム、アンチモニ、砒素、ボロン、アルミニウム、タンタ
ル、ガリウム、インジウム、ビスマス、シリコン、ゲルマニウム、硫黄、スズ、
テルル、セレン、カーボン、ベリリウム、マグネシウム、亜鉛、カドミウムのド
ーパントの１つ又は複数をドーピングされることができるようになっている。所
定のドーピングレベルは１×１０18ｃｍ-3よりも小さい、例えば１×１０16ｃｍ -3 よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×１０13ｃｍ-3よりも小さ
い、１×１０12ｃｍ-3よりも小さいであろう。
【００５１】 第１の表面に第１の電荷を与える手段は少なくとも一部が導電性の材料又は材
料系で構成されることができる。同様に、第２の表面に第２の電荷を与える手段
は少なくとも一部が導電性の材料又は材料系で構成されることができる。 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は材料系は各々が第１
、第２の表面を有する薄層によって構成されることができる。この層は金、クロ
ム、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ストロンチウム、イ
ンジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フランシウム又はユー
ロピウムあるいはこれらの組合せからなる材料の１または複数によって構成され
るであろう。
料系で構成されることができる。同様に、第２の表面に第２の電荷を与える手段
は少なくとも一部が導電性の材料又は材料系で構成されることができる。 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は材料系は各々が第１
、第２の表面を有する薄層によって構成されることができる。この層は金、クロ
ム、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ストロンチウム、イ
ンジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フランシウム又はユー
ロピウムあるいはこれらの組合せからなる材料の１または複数によって構成され
るであろう。
【００５２】 システムにエネルギーを与えるために、第１の層の第２の表面は操作上は電荷
リザーバの第１の端子に接続され、これに対して第１の表面は要素の材料又は材
料系の第２の表面に直接に接続される。 電荷リザーバはバッテリ又は物に対して直流又は交流の電流を与える他の電気
的エネルギー源によって構成されるであろう。 第１及び第２の層は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピング
した高ドーピング半導体材料で構成されることができる。
リザーバの第１の端子に接続され、これに対して第１の表面は要素の材料又は材
料系の第２の表面に直接に接続される。 電荷リザーバはバッテリ又は物に対して直流又は交流の電流を与える他の電気
的エネルギー源によって構成されるであろう。 第１及び第２の層は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピング
した高ドーピング半導体材料で構成されることができる。
【００５３】 第３の特徴において、本件発明は第１のタイプの電子を与える方法であって、
その方法が、 第１、第２の表面を有する要素を与える手順であって、第１の表面が第１の電
荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように設けら
れ、第１の表面が第２の表面に対して実質的に平行をなし、上記要素が材料又は
材料系内における電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によって
構成され、第１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素
を設ける手順と、 上記要素の第１の表面に第１の電荷を与える手段を設ける手順と、 上記要素の第２の表面に第２の電荷を与える手段を設ける手順であって、第２
の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１又は第２の表面に対して実質的に
垂直な方向に移動するようになした手段を設ける上記手順とから構成されている
ことを特徴とする。
その方法が、 第１、第２の表面を有する要素を与える手順であって、第１の表面が第１の電
荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように設けら
れ、第１の表面が第２の表面に対して実質的に平行をなし、上記要素が材料又は
材料系内における電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によって
構成され、第１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素
を設ける手順と、 上記要素の第１の表面に第１の電荷を与える手段を設ける手順と、 上記要素の第２の表面に第２の電荷を与える手段を設ける手順であって、第２
の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１又は第２の表面に対して実質的に
垂直な方向に移動するようになした手段を設ける上記手順とから構成されている
ことを特徴とする。
【００５４】 この状況において、第１のタイプの電子は通常の損失を伴いつつ要素を横断す
る電子によって構成され、これに対して第２のタイプの電子は準弾道電子によっ
て構成されることができる。 要素の少なくとも一部を形成する材料又は材料系は半導体材料によって構成さ
れるであろう。適切な材料又はその組合せのリストは本件発明の第１、第２の特
徴に関連して述べられている。同様に、作製については上述のドーパントを用い
、準弾道電子の散乱を減少するためのレベルにドーピングすることによって行わ
れるであろう。
る電子によって構成され、これに対して第２のタイプの電子は準弾道電子によっ
て構成されることができる。 要素の少なくとも一部を形成する材料又は材料系は半導体材料によって構成さ
れるであろう。適切な材料又はその組合せのリストは本件発明の第１、第２の特
徴に関連して述べられている。同様に、作製については上述のドーパントを用い
、準弾道電子の散乱を減少するためのレベルにドーピングすることによって行わ
れるであろう。
【００５５】 準弾道電子を移動させるために、２Ｖより大きい電位差が要素の第１、第２の
表面の間に印加されるであろう。要素に第１、第２の電荷を与える適切な材料又
は材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピングした高ドー
ピング半導体材料で構成されることができる。そのような材料の例は金、クロム
、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ストロンチウム、イン
ジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フランシウム又はユーロ
ピウムあるいはこれらの組合せであろう。
表面の間に印加されるであろう。要素に第１、第２の電荷を与える適切な材料又
は材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピングした高ドー
ピング半導体材料で構成されることができる。そのような材料の例は金、クロム
、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ストロンチウム、イン
ジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フランシウム又はユーロ
ピウムあるいはこれらの組合せであろう。
【００５６】 第４の特徴において、本件発明は物を製造する方法であって、その方法が、 第１、第２の表面を有する半導体材料又は材料系を設ける手順であって、第２
の表面が第１の表面に対して実質的に平行をなし、半導体材料又は材料系が第１
又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記半導体材料又は材料
系を設ける上記手順と、 表面粗さを減少させるように第１、第２の表面を表面処理する手順と、 材料又は材料系内における電子散乱を減少させるような所定のドーピングレベ
ル返られるようにドーパントを半導体材料又は材料系にドーピングする手順と、 少なくとも一部に導電性を有する第１の材料又は材料系を設ける手順であって
、上記第１の材料又は材料系が第１、第２の表面を有する層を形成し、第２の表
面が操作上は電荷リザーバの第１の端子に接続され、第１の表面が要素の材料又
は材料系の第１の表面に直接的に接続されるところの材料又は材料系を設ける上
記手順と、 少なくとも一部に導電性を有する第２の材料又は材料系を設ける手順であって
、上記第２の材料又は材料系が第１、第２の表面を有する層を形成し、第１の表
面が操作上は電荷リザーバの第２の端子に接続され、第２の表面が要素の材料又
は材料系の第２の表面に直接的に接続されるところの材料又は材料系を設ける上
記手順と、から構成されていることを特徴とする。
の表面が第１の表面に対して実質的に平行をなし、半導体材料又は材料系が第１
又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記半導体材料又は材料
系を設ける上記手順と、 表面粗さを減少させるように第１、第２の表面を表面処理する手順と、 材料又は材料系内における電子散乱を減少させるような所定のドーピングレベ
ル返られるようにドーパントを半導体材料又は材料系にドーピングする手順と、 少なくとも一部に導電性を有する第１の材料又は材料系を設ける手順であって
、上記第１の材料又は材料系が第１、第２の表面を有する層を形成し、第２の表
面が操作上は電荷リザーバの第１の端子に接続され、第１の表面が要素の材料又
は材料系の第１の表面に直接的に接続されるところの材料又は材料系を設ける上
記手順と、 少なくとも一部に導電性を有する第２の材料又は材料系を設ける手順であって
、上記第２の材料又は材料系が第１、第２の表面を有する層を形成し、第１の表
面が操作上は電荷リザーバの第２の端子に接続され、第２の表面が要素の材料又
は材料系の第２の表面に直接的に接続されるところの材料又は材料系を設ける上
記手順と、から構成されていることを特徴とする。
【００５７】 上述の材料又は材料系は半導体材料に関し、適切な候補又はその組合せのリス
トは本件発明の第１、第２の特徴に関連して述べられている。同様に、作製につ
いては上述のドーパントを用い、準弾道電子の散乱を減少するためのレベルにド
ーピングすることによって行われるであろう。 所定の結晶方位は＜１１１＞、＜１１０＞又は＜１００＞方位あるいは要素の
結晶構造に対して適切な他の結晶方位であろう。表面処理はエッチング及び又は
研磨等各種の技術を採用できる。研磨は光学的及び／又は機械的な研磨が含まれ
るであろう。
トは本件発明の第１、第２の特徴に関連して述べられている。同様に、作製につ
いては上述のドーパントを用い、準弾道電子の散乱を減少するためのレベルにド
ーピングすることによって行われるであろう。 所定の結晶方位は＜１１１＞、＜１１０＞又は＜１００＞方位あるいは要素の
結晶構造に対して適切な他の結晶方位であろう。表面処理はエッチング及び又は
研磨等各種の技術を採用できる。研磨は光学的及び／又は機械的な研磨が含まれ
るであろう。
【００５８】 ドーパントに関し、これらはリチウム、リン、アンチモニ、砒素、ボロン、ア
ルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム又はこれらの組合せからなる群か
ら選択されることができる。ドーピングレベルは１×１０18ｃｍ-3よりも小さい
、例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×
１０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さいであろう。 少なくとも一部に導電性を有する材料又は材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3 を越える高レベルでドーピングした高ドーピング半導体材料で構成されることが
できる。適切な材料は金、プラチナ、クロム、アルミニウム又は銅あるいはこれ
らの組合せであろう。
ルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム又はこれらの組合せからなる群か
ら選択されることができる。ドーピングレベルは１×１０18ｃｍ-3よりも小さい
、例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×
１０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さいであろう。 少なくとも一部に導電性を有する材料又は材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3 を越える高レベルでドーピングした高ドーピング半導体材料で構成されることが
できる。適切な材料は金、プラチナ、クロム、アルミニウム又は銅あるいはこれ
らの組合せであろう。
【００５９】 第５の特徴において、本件発明に係る平面ディスプレイは、 本件発明の第１の特徴に係る物であって、電子に露光されると複数の波長の光
を放射するように設けられた材料の層であって、その材料の層が要素の第１、第
２の表面に対して実質的に平行をなす平面において１又は複数の表面要素を有す
る２次元マトリックスを定義し、各表面要素が所定の波長の光を放射するように
設けられているところの上記物と、 ２次元マトリックス内の１又は複数の表面要素に電子を選択的に調べる手段と
、を備えたことを特徴とする。
を放射するように設けられた材料の層であって、その材料の層が要素の第１、第
２の表面に対して実質的に平行をなす平面において１又は複数の表面要素を有す
る２次元マトリックスを定義し、各表面要素が所定の波長の光を放射するように
設けられているところの上記物と、 ２次元マトリックス内の１又は複数の表面要素に電子を選択的に調べる手段と
、を備えたことを特徴とする。
【００６０】 複数の波長を放射する材料の層は適切な発光体又は規格のカラーテレビジョン
の蛍光体で構成されることができる。その材料の層は要素の第１又は第２の表面
によって保持されるであろう。その材料の層は代わりに、他の付加的な要素によ
って保持されることもできる。 フルカラー情報を得るために、放射光は少なくとも３色に対応する少なくとも
３つの波長で構成されるであろう。これらの３色を組み合わせることにより、視
認できる範囲のどのような色も演繹することができるであろう。放射光の波長は
赤色、黄色、青色又は赤色、緑色、青色に相当するであろう。
の蛍光体で構成されることができる。その材料の層は要素の第１又は第２の表面
によって保持されるであろう。その材料の層は代わりに、他の付加的な要素によ
って保持されることもできる。 フルカラー情報を得るために、放射光は少なくとも３色に対応する少なくとも
３つの波長で構成されるであろう。これらの３色を組み合わせることにより、視
認できる範囲のどのような色も演繹することができるであろう。放射光の波長は
赤色、黄色、青色又は赤色、緑色、青色に相当するであろう。
【００６１】 選択的手段は第１、第２の表面に対して実質的に平行をなす平面において２次
元マトリックスの制御可能なマトリックス要素を定義するようなパターンで構成
され、上記パターンは少なくとも一部が導電性を有する材料又は材料系によって
構成されるであろう。
元マトリックスの制御可能なマトリックス要素を定義するようなパターンで構成
され、上記パターンは少なくとも一部が導電性を有する材料又は材料系によって
構成されるであろう。
【００６２】 第６の特徴において、本件発明はレジスト等のフィルムを第１のタイプの複数
の電子に曝す方法であって、その方法が、 第１、第２の表面を有する第１の要素を設ける手順であって、第１の表面が第
１の電荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように
設けられ、上記要素が材料又は材料系内における電子散乱を減少するように設け
られた材料又は材料系によって構成され、第１又は第２の表面に対して垂直な所
定の結晶方位を有する上記要素を設ける手順と、 第２の要素がフィルムに保持するように設けられて第１のタイプの複数の電子
に曝されるところの上記第２の要素を設ける手順と、 パターン化された吸込み層を設ける手順であって、上記吸込み層がパターンに
よって決まる位置において第１の要素を経て移動する電子を吸込みするように設
けられた所の上記吸込み層を設ける上記手順と、 第１の要素の第１の表面に第１の電荷を与える手順と、 第１の要素の第２の表面に第２の電荷を与える手順であって、第２の電荷が第
２のタイプの電子が第１の表面から第２の表面に向けて移動するように第１の電
荷と比較して逆の極性であるところの上記第２の電荷を与える上記手順と、 第２の電荷と同じ極性を有する第３の電荷を第２の表面に与える手順と、 を備えたことを特徴とする。
の電子に曝す方法であって、その方法が、 第１、第２の表面を有する第１の要素を設ける手順であって、第１の表面が第
１の電荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように
設けられ、上記要素が材料又は材料系内における電子散乱を減少するように設け
られた材料又は材料系によって構成され、第１又は第２の表面に対して垂直な所
定の結晶方位を有する上記要素を設ける手順と、 第２の要素がフィルムに保持するように設けられて第１のタイプの複数の電子
に曝されるところの上記第２の要素を設ける手順と、 パターン化された吸込み層を設ける手順であって、上記吸込み層がパターンに
よって決まる位置において第１の要素を経て移動する電子を吸込みするように設
けられた所の上記吸込み層を設ける上記手順と、 第１の要素の第１の表面に第１の電荷を与える手順と、 第１の要素の第２の表面に第２の電荷を与える手順であって、第２の電荷が第
２のタイプの電子が第１の表面から第２の表面に向けて移動するように第１の電
荷と比較して逆の極性であるところの上記第２の電荷を与える上記手順と、 第２の電荷と同じ極性を有する第３の電荷を第２の表面に与える手順と、 を備えたことを特徴とする。
【００６３】 上述の材料又は材料系に関し、適切な候補又はその組合せのリストは本件発明
の第１、第２の特徴に関連して述べられている。同様に、作製については上述の
ドーパントを用い、準弾道電子の散乱を減少するためのレベルにドーピングする
ことによって行われるであろう。 第１、第２の電荷は各々電荷リザーバの第１、第２の端子から第１の要素の第
１、第２の表面に与えられ、電荷リザーバの第１、第２の端子間の電位差は２Ｖ
以上である。第３の電荷は電荷リザーバの第３の端子から第２の要素に与えられ
る。
の第１、第２の特徴に関連して述べられている。同様に、作製については上述の
ドーパントを用い、準弾道電子の散乱を減少するためのレベルにドーピングする
ことによって行われるであろう。 第１、第２の電荷は各々電荷リザーバの第１、第２の端子から第１の要素の第
１、第２の表面に与えられ、電荷リザーバの第１、第２の端子間の電位差は２Ｖ
以上である。第３の電荷は電荷リザーバの第３の端子から第２の要素に与えられ
る。
【００６４】 第２の要素はシリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、砒化ガリウム、
燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジウム、砒化アルミニウム、
テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるいはそれらの組合せによって
構成されるあろう。 最後に、第１のタイプの電子は通常の損失を伴いつつ要素を横断する電子によ
って構成され、これに対して第２のタイプの電子は準弾道電子によって構成され
るであろう。
燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジウム、砒化アルミニウム、
テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるいはそれらの組合せによって
構成されるあろう。 最後に、第１のタイプの電子は通常の損失を伴いつつ要素を横断する電子によ
って構成され、これに対して第２のタイプの電子は準弾道電子によって構成され
るであろう。
【００６５】 本件発明の理論的説明 図１及び図２を参照しつつプレーナー型電子エミッタの実施形態を用いて本件
発明を理論的に説明する。また、後述の説明の正当性及び一般性を損なうことな
く明瞭化のため、簡単化された例が用いられ、又電極の特別なセットを用いられ
ている。条件がない場合にはこれは本件発明の制限された要素として説明される
べきである。図１及び図２の特定の構造は純粋に図示の目的のためにのみ用いら
れ、他の多くの一般的及び／又は異なる構造も可能であり、本件発明に属するこ
とを考慮すべきである。
発明を理論的に説明する。また、後述の説明の正当性及び一般性を損なうことな
く明瞭化のため、簡単化された例が用いられ、又電極の特別なセットを用いられ
ている。条件がない場合にはこれは本件発明の制限された要素として説明される
べきである。図１及び図２の特定の構造は純粋に図示の目的のためにのみ用いら
れ、他の多くの一般的及び／又は異なる構造も可能であり、本件発明に属するこ
とを考慮すべきである。
【００６６】 図１において、半導体材料又は絶縁体材料の小片の空間的に同等の作用として
簡単な電子バンド構造が示され、ほとんど関連する電気的移動のために２つの量
子力学的なエネルギーＥv （価電子帯の頂上）及びＥc （伝導帯の基底）が示さ
れているこの２つのエネルギーＥv 及びＥc はバンドギャップＥg によって分離
されている。２つの電極の対、カソード１とアノード４とが上記半導体又は絶縁
体の小片の２つの各表面Ｓ２とＳ３上に配置されている。簡単化のため、２つの
電極は同一であると仮定する。
簡単な電子バンド構造が示され、ほとんど関連する電気的移動のために２つの量
子力学的なエネルギーＥv （価電子帯の頂上）及びＥc （伝導帯の基底）が示さ
れているこの２つのエネルギーＥv 及びＥc はバンドギャップＥg によって分離
されている。２つの電極の対、カソード１とアノード４とが上記半導体又は絶縁
体の小片の２つの各表面Ｓ２とＳ３上に配置されている。簡単化のため、２つの
電極は同一であると仮定する。
【００６７】 絶対温度ゼロ度ではＥc を越え及び金属電極の化学的電位（μM ch）を越える
全ての量子力学的な電子状態は空である一方、Ｅv 以下及び化学的電位（μM ch
）以下の電子状態は満杯である。ある限界温度、例えば絶対温度３００度で、熱
力学的に平衡な時には、半導体又は絶縁体の上記小片のバルク内の化学的電位（
μM ch）はバンドギャップの中間近くに位置すると考えられる。簡単化のため、
この化学的電位は金属電極の化学的電位と（エネルギー的に）一致し、中性電気
定数として知られた方法によって形成されると仮定する。この限界温度ではエネ
ルギーＥc で小さいが限界の移動電子の集中ｎe が起こり、エネルギーＥv で小
さいが限界の移動ホールの集中ｎh が起こる。更に、外部電界Ｅが与えられたと
きに電子バンド構造の局所的な変化が起こらないという古い理論が正しいと仮定
する。この電界の効果は古い電位の存在に起因して所定の距離ｘで全ての量子力
学的エネルギーについて距離的に適当に関連したエネルギーシフトが下記式に応
じて引き起こされる。 Ｖ（ｘ）＝Ｅ・ｘ （１）
全ての量子力学的な電子状態は空である一方、Ｅv 以下及び化学的電位（μM ch
）以下の電子状態は満杯である。ある限界温度、例えば絶対温度３００度で、熱
力学的に平衡な時には、半導体又は絶縁体の上記小片のバルク内の化学的電位（
μM ch）はバンドギャップの中間近くに位置すると考えられる。簡単化のため、
この化学的電位は金属電極の化学的電位と（エネルギー的に）一致し、中性電気
定数として知られた方法によって形成されると仮定する。この限界温度ではエネ
ルギーＥc で小さいが限界の移動電子の集中ｎe が起こり、エネルギーＥv で小
さいが限界の移動ホールの集中ｎh が起こる。更に、外部電界Ｅが与えられたと
きに電子バンド構造の局所的な変化が起こらないという古い理論が正しいと仮定
する。この電界の効果は古い電位の存在に起因して所定の距離ｘで全ての量子力
学的エネルギーについて距離的に適当に関連したエネルギーシフトが下記式に応
じて引き起こされる。 Ｖ（ｘ）＝Ｅ・ｘ （１）
【００６８】 次に、図１によって外部電界が加えられない時の、限界温度での状況を総合的
に説明する。 限界の負の電荷ΔＱが金属電極１に印加され、対応する負の電荷ΔＱが金属電
極２から取り除かれた時、図１で述べられた状態は図２で説明される状態に変化
するであろう。上記２つの電極上のこれらの特別な変化は一定の電界Ｅが上記半
導体又は絶縁体の小片内に存在する原因となる。 低いオーム抵抗の電界Ｅ（〜１００Ｖ／ｃｍ、図２参照）の存在下では、熱的
電子の移動と集中は基本的には一定となる一方、ドリフト速度は下記式に応じて
変化し、 Ｖ-drift（電子、ホール）＝移動性（電子、ホール）・Ｅ （２） 各電流Ｉe 及びｉh （図２）を増加させ、印加電界Ｅを増加させる。電流成分Ｉ
bal （図２）は電流が準弾道電子から図２に示される構造体を経て流れるのに寄
与し、即ちその電子は金属電極１から半導体又は絶縁体材料の小片に注入される
と、基本的には非弾性エネルギー損失を起こさぶ、又適切な運動量の変化を起こ
さない一方、図２に示される準弾道軌跡に沿って金属電極２に向けて半導体又は
絶縁体材料の小片中を移動する。電流成分Ｉemはこれらの電子（準弾道電子）に
起因し、半導体又は絶縁材料の上記小片を経て金属電極１から金属電極２に横断
した後も、まだ十分なエネルギー（放射表面Ｓ４・自由空間の境界のエソルギー
障壁を越えるエネルギー）と、金属電極１、半導体又は絶縁体材料の上記小片、
金属電極２を加えて構成された構造体から電子放射表面Ｓ４（図２）を経て自由
空間（図２のＦＳ）内に放出されるのに十分な限界的なｘ方向の速度成分とを有
している。
に説明する。 限界の負の電荷ΔＱが金属電極１に印加され、対応する負の電荷ΔＱが金属電
極２から取り除かれた時、図１で述べられた状態は図２で説明される状態に変化
するであろう。上記２つの電極上のこれらの特別な変化は一定の電界Ｅが上記半
導体又は絶縁体の小片内に存在する原因となる。 低いオーム抵抗の電界Ｅ（〜１００Ｖ／ｃｍ、図２参照）の存在下では、熱的
電子の移動と集中は基本的には一定となる一方、ドリフト速度は下記式に応じて
変化し、 Ｖ-drift（電子、ホール）＝移動性（電子、ホール）・Ｅ （２） 各電流Ｉe 及びｉh （図２）を増加させ、印加電界Ｅを増加させる。電流成分Ｉ
bal （図２）は電流が準弾道電子から図２に示される構造体を経て流れるのに寄
与し、即ちその電子は金属電極１から半導体又は絶縁体材料の小片に注入される
と、基本的には非弾性エネルギー損失を起こさぶ、又適切な運動量の変化を起こ
さない一方、図２に示される準弾道軌跡に沿って金属電極２に向けて半導体又は
絶縁体材料の小片中を移動する。電流成分Ｉemはこれらの電子（準弾道電子）に
起因し、半導体又は絶縁材料の上記小片を経て金属電極１から金属電極２に横断
した後も、まだ十分なエネルギー（放射表面Ｓ４・自由空間の境界のエソルギー
障壁を越えるエネルギー）と、金属電極１、半導体又は絶縁体材料の上記小片、
金属電極２を加えて構成された構造体から電子放射表面Ｓ４（図２）を経て自由
空間（図２のＦＳ）内に放出されるのに十分な限界的なｘ方向の速度成分とを有
している。
【００６９】 ＱＢ−Ｓｅｍ 次に、疑似弾性電子のトランスミッタ又はエミッタの個々の分野における製作
について説明する。 さて、図３を参照しつつ高抵抗の半導体又は絶縁体の作製を説明する。この場
合における準弾道半導体（ＱＢ−Ｓｅｍ）は上記単結晶シリコン試料であり、帯
溶融結晶成長法によって準備された単結晶シリコンのインゴットから切り出され
る。薄いスライス片（ウエハー）はウエハー表面に対して垂直な＜１１１＞方位
を有するようにこのインゴットから作製される。しかし、他の格子方位＜１１０
＞や＜１００＞も選択されても同様の結果をえることができる。シリコン以外の
他の結晶材料が用いられる場合、かかる結晶材料に適した格子方位が選択される
べきである。表面Ｓ２、Ｓ３は共に光学的に研磨される。（ｎ型の導電性を与え
る）蛍光体のドーピングレベルは２．０・１０12ｃｍ-3である。（カソードの）
ショットキー接点は表面Ｓ２上にクロムを５０オングストロームの厚みで連続蒸
着させ、続いて金を２０００オングストロームの厚さだけ蒸着させることにより
製作される。高い発光集中を構成するアノードはシリコンを再形成したオーム抵
抗部（表面Ｓ３の下側の、厚さ〜１ミクロンの薄い領域、図３参照）と厚さ１５
０オングストロームの所着した金フィルムであった。
について説明する。 さて、図３を参照しつつ高抵抗の半導体又は絶縁体の作製を説明する。この場
合における準弾道半導体（ＱＢ−Ｓｅｍ）は上記単結晶シリコン試料であり、帯
溶融結晶成長法によって準備された単結晶シリコンのインゴットから切り出され
る。薄いスライス片（ウエハー）はウエハー表面に対して垂直な＜１１１＞方位
を有するようにこのインゴットから作製される。しかし、他の格子方位＜１１０
＞や＜１００＞も選択されても同様の結果をえることができる。シリコン以外の
他の結晶材料が用いられる場合、かかる結晶材料に適した格子方位が選択される
べきである。表面Ｓ２、Ｓ３は共に光学的に研磨される。（ｎ型の導電性を与え
る）蛍光体のドーピングレベルは２．０・１０12ｃｍ-3である。（カソードの）
ショットキー接点は表面Ｓ２上にクロムを５０オングストロームの厚みで連続蒸
着させ、続いて金を２０００オングストロームの厚さだけ蒸着させることにより
製作される。高い発光集中を構成するアノードはシリコンを再形成したオーム抵
抗部（表面Ｓ３の下側の、厚さ〜１ミクロンの薄い領域、図３参照）と厚さ１５
０オングストロームの所着した金フィルムであった。
【００７０】 分野２−準弾道半導体 準弾道半導体を製作する場合には１つの特定の材料に限定されず、各種の材料
を用い、多くの異なる方法で製作できる。特に必要なことは、バンドギャップＥ
g （図１参照）が存在し、２つの対向する材料表面の間に電子の準弾道軌跡が存
在することである。好ましい実施形態においては上記材料（ＱＢ−Ｓｅｍ）はシ
リコンであるが、III-Ｖ族の複合半導体（例えば、ＧａＡｓ）やII- ＶI 族複合
半導体もまた等しく優れた材料候補である。結晶学上の方位、浅い及び深い不純
物のドーピングレベル及び最終デバイスの熱処理は最適な準弾道半導体を選択す
る際における考慮すべき重要なパラメータである。また、適切な準弾道半導体は
（少なくとも原理的には）ＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、シリコンカーバイド、窒化シリ
コン、ダイヤモンド（ダイヤモンド近似カーボン粒子）等の絶縁材料である。こ
れらの材料の幾つかは既に電界放射電子ソースとしての利用性に関連して調査さ
れ及び／又は調査中である（先行技術、参照）。
を用い、多くの異なる方法で製作できる。特に必要なことは、バンドギャップＥ
g （図１参照）が存在し、２つの対向する材料表面の間に電子の準弾道軌跡が存
在することである。好ましい実施形態においては上記材料（ＱＢ−Ｓｅｍ）はシ
リコンであるが、III-Ｖ族の複合半導体（例えば、ＧａＡｓ）やII- ＶI 族複合
半導体もまた等しく優れた材料候補である。結晶学上の方位、浅い及び深い不純
物のドーピングレベル及び最終デバイスの熱処理は最適な準弾道半導体を選択す
る際における考慮すべき重要なパラメータである。また、適切な準弾道半導体は
（少なくとも原理的には）ＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、シリコンカーバイド、窒化シリ
コン、ダイヤモンド（ダイヤモンド近似カーボン粒子）等の絶縁材料である。こ
れらの材料の幾つかは既に電界放射電子ソースとしての利用性に関連して調査さ
れ及び／又は調査中である（先行技術、参照）。
【００７１】 分野１及び表面Ｓ２及びＳ３−カソード領域 図３に示される実施形態においてはカソード領域はシリコン試料の表面Ｓ２上
にクロム及び金フィルムを蒸着し、改善されたショットキー接点を形成すること
によって製作される。カソード領域の唯一の目的は表面Ｓ２上に各種の量の負電
荷ΔＱを保持することであるが、これは種々な方法で実現できる。 上記の例に代え、領域１をアルゴン及び／又は窒素等の部分電離したガスの気
相とすることもできる。この場合には金属電極は全く必要とされない。
にクロム及び金フィルムを蒸着し、改善されたショットキー接点を形成すること
によって製作される。カソード領域の唯一の目的は表面Ｓ２上に各種の量の負電
荷ΔＱを保持することであるが、これは種々な方法で実現できる。 上記の例に代え、領域１をアルゴン及び／又は窒素等の部分電離したガスの気
相とすることもできる。この場合には金属電極は全く必要とされない。
【００７２】 ＱＢ半導体領域（図３における符号２）への電子の注入器としてカソードの最
適な性能を確保するためには、バッテリからの上記特別の負電荷ΔＱ（図３参照
）が可能な限り（ＱＢ半導体への電子注入が増加するように）化学的電位μM ch
を移動することである。これは表面Ｓ２の機械的、化学的及び／又は熱的な処理
をを行った状態における界面の電子密度を減少させることにより実現できる。金
属カソード電極が必要又は望ましい場合にはこの表面Ｓ２の処理を金属材料ので
ポジションの前に行うことである。この方法に代え、フェルミ準位での状態で低
い電子密度及び／又は低い電子仕事関数の金属材料を選択してもよい。
適な性能を確保するためには、バッテリからの上記特別の負電荷ΔＱ（図３参照
）が可能な限り（ＱＢ半導体への電子注入が増加するように）化学的電位μM ch
を移動することである。これは表面Ｓ２の機械的、化学的及び／又は熱的な処理
をを行った状態における界面の電子密度を減少させることにより実現できる。金
属カソード電極が必要又は望ましい場合にはこの表面Ｓ２の処理を金属材料ので
ポジションの前に行うことである。この方法に代え、フェルミ準位での状態で低
い電子密度及び／又は低い電子仕事関数の金属材料を選択してもよい。
【００７３】 分野４及び表面Ｓ３及びＳ４−アノード領域 上述のように、領域３に隣接するシリコン試料の薄い領域は再形成するように
蛍光体を高い供給量でもって埋め込まれている。次に、薄い金フィルムがこの金
のデポジションの前に光学的に研磨された上記表面Ｓ３上にデポジションされる
。このアノード領域の製作は上記プレーナー型電子エミッタＰＥＥの最も最適な
性能をも垂らすものではない。
蛍光体を高い供給量でもって埋め込まれている。次に、薄い金フィルムがこの金
のデポジションの前に光学的に研磨された上記表面Ｓ３上にデポジションされる
。このアノード領域の製作は上記プレーナー型電子エミッタＰＥＥの最も最適な
性能をも垂らすものではない。
【００７４】 カソード領域と関連するように、カード領域の唯一の目的は種々な量の負の電
荷ΔＱが表面領域Ｓ３から取り除かれることを確保することである。しかし、上
記（アノード）領域の最適な作用に関連する要求はカソード領域に対して有効な
要求とは異なっている。ホール電流Ｉh （図２参照）は（領域４を経て移動する
際に準弾道電子のエネルギー損失が比較的大きい）アノード金属電極の厚みの場
合と同様に最小化されるべきである（電流Ｉh は界面化学的電位μM chがエネル
ギー的に下方に変位する時に増加する、図２参照）。第１の目的を達成するため
には、フェルミ準位の状態で非常に高い電子密度及び／又は表面Ｓ３・Ｓ４の境
界で非常に高い電子密度を有する金属が必要とされ、又これは上記金属デボジシ
ョンの前に上記表面Ｓ３に対して適切な機械的、化学的及び／又は熱的な処理を
行うことによって達成できる。
荷ΔＱが表面領域Ｓ３から取り除かれることを確保することである。しかし、上
記（アノード）領域の最適な作用に関連する要求はカソード領域に対して有効な
要求とは異なっている。ホール電流Ｉh （図２参照）は（領域４を経て移動する
際に準弾道電子のエネルギー損失が比較的大きい）アノード金属電極の厚みの場
合と同様に最小化されるべきである（電流Ｉh は界面化学的電位μM chがエネル
ギー的に下方に変位する時に増加する、図２参照）。第１の目的を達成するため
には、フェルミ準位の状態で非常に高い電子密度及び／又は表面Ｓ３・Ｓ４の境
界で非常に高い電子密度を有する金属が必要とされ、又これは上記金属デボジシ
ョンの前に上記表面Ｓ３に対して適切な機械的、化学的及び／又は熱的な処理を
行うことによって達成できる。
【００７５】 第２の目的を達成するためには、他の改良例が選択されることができる。この
場合において、表面Ｓ３は金属電極（図三における領域Ｓ４）からフリーであり
、特別な電極（電子加速電極７、図８の例を参照）が自由空間ＦＳ（図３）内に
表面Ｓ３に接近して配置される。この特別の電極は表面Ｓ３及び／又はカソード
領域に対して比較的高い正電位にバイアスされ、組立て体の全体が分極される。
準弾道電子が上記表面Ｓ３を経て自由空間ＦＳ内に放散されるのに必要なエネル
ギーまで領域２内の準弾道電子を加速するために、この領域２内の改良された電
界が十分でない場合には、図８の電子加速電極７に接近した表面Ｓ３の位置（及
び／又は形状的に湾曲した領域）で上記電界が局所的に増加するような幾何学的
形状に表面Ｓ３を形成することができる。
場合において、表面Ｓ３は金属電極（図三における領域Ｓ４）からフリーであり
、特別な電極（電子加速電極７、図８の例を参照）が自由空間ＦＳ（図３）内に
表面Ｓ３に接近して配置される。この特別の電極は表面Ｓ３及び／又はカソード
領域に対して比較的高い正電位にバイアスされ、組立て体の全体が分極される。
準弾道電子が上記表面Ｓ３を経て自由空間ＦＳ内に放散されるのに必要なエネル
ギーまで領域２内の準弾道電子を加速するために、この領域２内の改良された電
界が十分でない場合には、図８の電子加速電極７に接近した表面Ｓ３の位置（及
び／又は形状的に湾曲した領域）で上記電界が局所的に増加するような幾何学的
形状に表面Ｓ３を形成することができる。
【００７６】 最後に、幾何学的に形成された表面Ｓ３は（カソードとして機能する）薄い金
属電極によって覆われ、（電子加速電極７を除く）プレーナー型電子エミッタ組
立て体は図８に示される配列と類似に見える。そのような配列において、幾何学
的形状に形成された表面Ｓ３上に作用する電荷の放電又は荷電は最小化される。 ここで強調されるべき重要な点は、電子放射表面Ｓ３（金属電極が存在する場
合には表面Ｓ４）の形状が厳格には平坦ではないことである。
属電極によって覆われ、（電子加速電極７を除く）プレーナー型電子エミッタ組
立て体は図８に示される配列と類似に見える。そのような配列において、幾何学
的形状に形成された表面Ｓ３上に作用する電荷の放電又は荷電は最小化される。 ここで強調されるべき重要な点は、電子放射表面Ｓ３（金属電極が存在する場
合には表面Ｓ４）の形状が厳格には平坦ではないことである。
【００７７】 ＱＢ−Ｓｅｍの性能 試料はカソード・アノード間に外部電圧（バイアス電圧）４．０Ｖ（シリコン
試料の厚み０．５ｍｍ当たり４Ｖ、８０．０Ｖ／ｃｍの電界がシリコン試料のバ
ルク内に形成された）の条件で真空中に置かれ、比較的大きく、横方向に同種の
限界的な電子放射電流Ｉemが観察された。放射電流Ｉemの大きさはカソードから
シリコン試料に注入され、これら電子がアノード表面Ｓ４と真空との境界におけ
るエネルギー障壁を乗り越えしかも自由空間ＦＳＤ（図３参照）内に放散される
のに十分であるエネルギーＥC （図２参照）を越えるエネルギー４ｅＶ（シリコ
ンに関連する電子は４．０Ｖである）をもってアノードに到達した全電流の約３
０％台を示した。
試料の厚み０．５ｍｍ当たり４Ｖ、８０．０Ｖ／ｃｍの電界がシリコン試料のバ
ルク内に形成された）の条件で真空中に置かれ、比較的大きく、横方向に同種の
限界的な電子放射電流Ｉemが観察された。放射電流Ｉemの大きさはカソードから
シリコン試料に注入され、これら電子がアノード表面Ｓ４と真空との境界におけ
るエネルギー障壁を乗り越えしかも自由空間ＦＳＤ（図３参照）内に放散される
のに十分であるエネルギーＥC （図２参照）を越えるエネルギー４ｅＶ（シリコ
ンに関連する電子は４．０Ｖである）をもってアノードに到達した全電流の約３
０％台を示した。
【００７８】 本件発明の実用上の説明 まず、本件発明の好ましい実施形態の１例を示す概略図である図３を参照しつ
つ、本件発明を実用的にプレーナー型電子エミッタを用いる場合について説明す
る。
つ、本件発明を実用的にプレーナー型電子エミッタを用いる場合について説明す
る。
【００７９】 領域１（カソード）は表面２を介して領域２（準弾道半導体の小片）に接続さ
れるとともに、電極パッドを介して電荷又は電圧の外部電源８（バッテリ）の負
極に接続されている。そのロール（カソード）はバッテリとともに表面Ｓ２上に
負の電荷ΔＱ（電子）を供給し維持する。同時に、同じ負の電荷ΔＱが領域Ｓ４
（アノード）から取り除かれる。このアノードは表面Ｓ３を介して領域２に接続
されるとともに、ＥＣＰを介して電荷又は電圧の外部電源８の正極に接続され、
上記電源８は表面Ｓ３を正の電荷に維持している。このように、表面Ｓ２とＳ３
との間には一定の電界が形成され、限界的な電流Ｉtot が領域Ｓ２を経て流れる
ようになっている。さて、図２を参照すると、この電流Ｉtot は３つの成分Ｉel
、Ｉh 及びＩemによって構成されている。表面Ｓ２とＳ３との間に十分に高い
電界Ｅ及びそれに対応する電位差（Ｖ＝Ｅ・ｔ1 ）が維持される場合には、最初
の２つの成分はバックグラウンド電流Ｉbackを形成し、成分Ｉemはデバイスから
の物理的な距離及び自由空間ＦＳ（図３）への突入した電子（以下、準弾道電子
という）の位置によって決定される。
れるとともに、電極パッドを介して電荷又は電圧の外部電源８（バッテリ）の負
極に接続されている。そのロール（カソード）はバッテリとともに表面Ｓ２上に
負の電荷ΔＱ（電子）を供給し維持する。同時に、同じ負の電荷ΔＱが領域Ｓ４
（アノード）から取り除かれる。このアノードは表面Ｓ３を介して領域２に接続
されるとともに、ＥＣＰを介して電荷又は電圧の外部電源８の正極に接続され、
上記電源８は表面Ｓ３を正の電荷に維持している。このように、表面Ｓ２とＳ３
との間には一定の電界が形成され、限界的な電流Ｉtot が領域Ｓ２を経て流れる
ようになっている。さて、図２を参照すると、この電流Ｉtot は３つの成分Ｉel
、Ｉh 及びＩemによって構成されている。表面Ｓ２とＳ３との間に十分に高い
電界Ｅ及びそれに対応する電位差（Ｖ＝Ｅ・ｔ1 ）が維持される場合には、最初
の２つの成分はバックグラウンド電流Ｉbackを形成し、成分Ｉemはデバイスから
の物理的な距離及び自由空間ＦＳ（図３）への突入した電子（以下、準弾道電子
という）の位置によって決定される。
【００８０】 半導体又は絶縁体の材料（領域２、以下ＱＢ−Ｓｅｍという）が適切に形成さ
れ、表面Ｓ２、Ｓ３が適切に処理され、領域１、２が適切に選択されて形成され
ると、電流（電子放射電流）Ｉemの一部はバックグラウンド電流Ｉbackに関連し
て極めて大きくなることができる。
れ、表面Ｓ２、Ｓ３が適切に処理され、領域１、２が適切に選択されて形成され
ると、電流（電子放射電流）Ｉemの一部はバックグラウンド電流Ｉbackに関連し
て極めて大きくなることができる。
【００８１】 ＱＢ半導体又は絶縁体材料が適切に選択され製作されると、次に最適化（表面
Ｓ２、Ｓ３の最適化を除く）を行うことなく、１ｃｍ2あたり１００ナノアンペ
ア程度の電流Ｉemが１００Ｖ／ｃｍ台の電界（以下、オーム抵抗電界という）で
測定され、デバイスの総厚みＬ２も肉眼で確認できる（ミリメートル未満）。長
さＬ１（デバイス面積の平方根）が（例えば、現在のシリコンウエハーの大きさ
）３０ｃｍ程度である場合、図３に示されるデバイスは大きな面積のプレーナー
型電子エミッタであり、非常に簡単に製造でき、標準的なテレビジョン受像機の
陰極線管（ＣＲＴ）の比較しても合理的な価格で製造できる。
Ｓ２、Ｓ３の最適化を除く）を行うことなく、１ｃｍ2あたり１００ナノアンペ
ア程度の電流Ｉemが１００Ｖ／ｃｍ台の電界（以下、オーム抵抗電界という）で
測定され、デバイスの総厚みＬ２も肉眼で確認できる（ミリメートル未満）。長
さＬ１（デバイス面積の平方根）が（例えば、現在のシリコンウエハーの大きさ
）３０ｃｍ程度である場合、図３に示されるデバイスは大きな面積のプレーナー
型電子エミッタであり、非常に簡単に製造でき、標準的なテレビジョン受像機の
陰極線管（ＣＲＴ）の比較しても合理的な価格で製造できる。
【００８２】 図３に示される好ましい実施形態においては、バッテリから金属電極１（カソ
ード）に特別な量の負の電荷ΔＱを供給することにより、カソードからシリコン
試料に十分な電子注入（”電荷注入”、図２参照）が達成できる。しかし、カソ
ードからＱＢ半導体内への電子注入は強く温度依存するので、本件発明によるプ
レーナー型電子エミッタの他の実施形態では加熱されたカソード構造（領域１、
図３参照）を含むことができる。更に他の実施形態においては、表面Ｓ１を経た
カソード注入表面Ｓ２の領域（ある場合には表面Ｓ２に隣接するＱＢ半導体の一
部を含むことができる）の光子−発光現象によって電子をＱＢ半導体に注入でき
る。本件発明による上記プレーナー型電子エミッタＰＥＥのこの実施形態は光学
的電気の用途に特に有用である。電子注入のための方法は後続の章における相当
する好ましい実施形態の説明において述べられるであろう。
ード）に特別な量の負の電荷ΔＱを供給することにより、カソードからシリコン
試料に十分な電子注入（”電荷注入”、図２参照）が達成できる。しかし、カソ
ードからＱＢ半導体内への電子注入は強く温度依存するので、本件発明によるプ
レーナー型電子エミッタの他の実施形態では加熱されたカソード構造（領域１、
図３参照）を含むことができる。更に他の実施形態においては、表面Ｓ１を経た
カソード注入表面Ｓ２の領域（ある場合には表面Ｓ２に隣接するＱＢ半導体の一
部を含むことができる）の光子−発光現象によって電子をＱＢ半導体に注入でき
る。本件発明による上記プレーナー型電子エミッタＰＥＥのこの実施形態は光学
的電気の用途に特に有用である。電子注入のための方法は後続の章における相当
する好ましい実施形態の説明において述べられるであろう。
【００８３】 さて、本件発明によるプレーナー型電子エミッタ（ＰＥＥ）は図３に示された
１つの好ましい実施形態の説明によって具体化された。しかし、全て本件発明に
従うが、上記プレーナー型電子エミッタの異なる材料、デザイン及び製作を選択
した非常に多くの他の実施形態が存在し、上記の相違は取り扱い得る用途におけ
る要求の相違によって説明される。電子がＱＢ半導体の基本原理を説明するため
に用いたＰＥＥにおける自由空間内に電子が放射される場合であっても、そのこ
とは必ずしも必要とされないことが強調されるべきである。幾つかの実施形態が
示されているが、ＱＢ半導体及び電子の準弾道移動の基本的特徴は多くの非放射
タイプの半導体デバイスを改良することができる。
１つの好ましい実施形態の説明によって具体化された。しかし、全て本件発明に
従うが、上記プレーナー型電子エミッタの異なる材料、デザイン及び製作を選択
した非常に多くの他の実施形態が存在し、上記の相違は取り扱い得る用途におけ
る要求の相違によって説明される。電子がＱＢ半導体の基本原理を説明するため
に用いたＰＥＥにおける自由空間内に電子が放射される場合であっても、そのこ
とは必ずしも必要とされないことが強調されるべきである。幾つかの実施形態が
示されているが、ＱＢ半導体及び電子の準弾道移動の基本的特徴は多くの非放射
タイプの半導体デバイスを改良することができる。
【００８４】 適用例（好ましい実施形態の記載） 以下、プレーナー型電子エミッタ以外の本件発明の多くの用途を図３ないし図
２４を参照しつつ詳細に示し説明する。本件発明を用いる各用途分野の一般論は
同時に強調されるべきであるが、用途分野及び／又は製品は特定の好ましい実施
形態及びその図面によって具体的となるであるあろう。好ましい各実施形態に対
し、膨大な数の部品として本件発明を利用する多くの他の実施形態及び／又は好
ましい実施形態の多くの改良が存在する。従って、前述の章においてなされた本
件発明の説明及び後述の章においてなされるべき本件発明の用途の説明は基本的
なものであり、本件発明の範囲及びその用途を制限するものと理解すべきではな
い。
２４を参照しつつ詳細に示し説明する。本件発明を用いる各用途分野の一般論は
同時に強調されるべきであるが、用途分野及び／又は製品は特定の好ましい実施
形態及びその図面によって具体的となるであるあろう。好ましい各実施形態に対
し、膨大な数の部品として本件発明を利用する多くの他の実施形態及び／又は好
ましい実施形態の多くの改良が存在する。従って、前述の章においてなされた本
件発明の説明及び後述の章においてなされるべき本件発明の用途の説明は基本的
なものであり、本件発明の範囲及びその用途を制限するものと理解すべきではな
い。
【００８５】 実施例１．電界放射型平面ディスプレイ（ＦＥ−ＦＰＤ） 本件発明の明確な用途の１つは強度、信頼性、低電力消費及び安価である電界
放射型平面ディスプレイ（ＦＥ−ＦＰＤ）の構造である。
放射型平面ディスプレイ（ＦＥ−ＦＰＤ）の構造である。
【００８６】 図４は図５に示されるＦＥ−ＦＰＤのＡ−Ａ線断面図であるが、本件発明によ
る非真空式のＦＥ−ＦＰＤの１つを示す。図３によれば、本件発明の基本的な構
造、即ちカソード１、ＱＢ−Ｓｅｍ２及びアノード４（好ましい実施形態におい
ては光学的に透明）が図４にも明瞭に現れている。本件発明の平面ディスプレイ
において、カソード及びアノードがパターン化され、ＱＢ半導体の表面ｓ３とあ
ノード４との間に特別の層３が導入されている点のみが相違している。この第３
の層は赤色５、黄色１８及び青色１１の蛍光体又は他の色の光放射発光体のセグ
メントを交互に配置して構成されている。セグメントは光非放射の電子吸込み材
料１６によって相互に分離されている。
る非真空式のＦＥ−ＦＰＤの１つを示す。図３によれば、本件発明の基本的な構
造、即ちカソード１、ＱＢ−Ｓｅｍ２及びアノード４（好ましい実施形態におい
ては光学的に透明）が図４にも明瞭に現れている。本件発明の平面ディスプレイ
において、カソード及びアノードがパターン化され、ＱＢ半導体の表面ｓ３とあ
ノード４との間に特別の層３が導入されている点のみが相違している。この第３
の層は赤色５、黄色１８及び青色１１の蛍光体又は他の色の光放射発光体のセグ
メントを交互に配置して構成されている。セグメントは光非放射の電子吸込み材
料１６によって相互に分離されている。
【００８７】 パターンニングされた層１、３、４は図５に示され、（適切な電圧印加によっ
て要素２３（i,j)をスイッチングすることにより）個々の色セグメント（”pixe
ls”）を選択的にアドレス指定することが可能である。ここで、（金属の平行ス
トライプの形態をなす）カソード１はＱＢ半導体の背面Ｓ２上に配置されている
。赤色５、黄色１８及び青色１１の蛍光体のストライプは図５に示されるように
、上記カソードストライプと整列してＱＢ半導体の正面Ｓ３上に配置されている
。最後に、アノード３はまた金属、平行ストライプの形態で層３の頂面に配置さ
れているが、アノード金属ストライプは図５に示されるように、カソード金属ス
トライプに対して傾斜して設けられている。
て要素２３（i,j)をスイッチングすることにより）個々の色セグメント（”pixe
ls”）を選択的にアドレス指定することが可能である。ここで、（金属の平行ス
トライプの形態をなす）カソード１はＱＢ半導体の背面Ｓ２上に配置されている
。赤色５、黄色１８及び青色１１の蛍光体のストライプは図５に示されるように
、上記カソードストライプと整列してＱＢ半導体の正面Ｓ３上に配置されている
。最後に、アノード３はまた金属、平行ストライプの形態で層３の頂面に配置さ
れているが、アノード金属ストライプは図５に示されるように、カソード金属ス
トライプに対して傾斜して設けられている。
【００８８】 電気リード９、１０は電気パッドＥＣＰを介してアノード及びカソードの各金
属ストライプに固定され、カード・アノードの全体構造は単色光の光放射要素の
選択的にアドレス指定可能なマトリックスを構成している。要素（i,j)はライン
(i）−カソードの間及びライン(j) −アノードの間に適切な電圧を印加すること
によって切り換えられる。電気リード９、１０は通常のテレビションのＡ／Ｃ回
路に接続され、図３、４、５、６、７に概略で示されるＦＥ−ＦＰＤの全体を駆
動する。ピクセルマトリックスの寸法ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は標準的な半導体
パターンニング技術を用いて自由に最適化して、入手可能てＦＥ−ＦＰＤの寸法
的な要求を解決することができる。
属ストライプに固定され、カード・アノードの全体構造は単色光の光放射要素の
選択的にアドレス指定可能なマトリックスを構成している。要素（i,j)はライン
(i）−カソードの間及びライン(j) −アノードの間に適切な電圧を印加すること
によって切り換えられる。電気リード９、１０は通常のテレビションのＡ／Ｃ回
路に接続され、図３、４、５、６、７に概略で示されるＦＥ−ＦＰＤの全体を駆
動する。ピクセルマトリックスの寸法ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は標準的な半導体
パターンニング技術を用いて自由に最適化して、入手可能てＦＥ−ＦＰＤの寸法
的な要求を解決することができる。
【００８９】 図４、５、６、７に示された”単チップ”ＦＥ−ＦＰＤの代表的な全体寸法Ｌ
１、Ｌ２は３０．０ｃｍ径のシリコンウエハーを用いた場合、現在のところ２０
ｃｍ×２０ｃｍの程度である。大きなカラーディスプレイが必要とされる場合、
任意の数の”単チップ”モジュールが接続領域としてセグメントｄ２、ｄ４（図
５参照）を用いて適当な基体上で接続され、形成される光学的イメージの品質が
距離的な原因で低下するのを防止することができる。図４、５、６、７に示され
た上記ＦＥ−ＦＰＤの厚みＬ３は１ミリメータの程度であり、この厚みは本質的
にはＱＢ半導体のウエハーの厚みである。
１、Ｌ２は３０．０ｃｍ径のシリコンウエハーを用いた場合、現在のところ２０
ｃｍ×２０ｃｍの程度である。大きなカラーディスプレイが必要とされる場合、
任意の数の”単チップ”モジュールが接続領域としてセグメントｄ２、ｄ４（図
５参照）を用いて適当な基体上で接続され、形成される光学的イメージの品質が
距離的な原因で低下するのを防止することができる。図４、５、６、７に示され
た上記ＦＥ−ＦＰＤの厚みＬ３は１ミリメータの程度であり、この厚みは本質的
にはＱＢ半導体のウエハーの厚みである。
【００９０】 図６において、層３、４は上記ＦＥ−ＦＰＤの他の物理的形態を表すために切
り換えられる。ここで、カラー光層３は自由空間ＦＳに直接対面し、必要な場合
には表面Ｓ５が透明（反射しない）な保護コーティングを含むことができる。 ここで強調されるのは、図４、５、６、７に示されるセグメント５、６、１１
が発光体である必要がないことである。カラー光放射層３は他の方式の電子・カ
ラー光変換材料及び／又はデバイスと交換できる。その方式の１つが図４に関連
して説明されることのできる配列である。この場合、カソード１、ＱＢ半導体２
、（赤色／黄色／青色）の要素５、１８、１１及びアノード４はカラー光放射ダ
イオード（ＣＬＥＤ）のマトリックスを形成する。本件発明を利用する他のＦＥ
−ＦＰＤの配列はまた可能であり、図５、６、７に示される好ましい実施形態は
この用途分野における本件発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
り換えられる。ここで、カラー光層３は自由空間ＦＳに直接対面し、必要な場合
には表面Ｓ５が透明（反射しない）な保護コーティングを含むことができる。 ここで強調されるのは、図４、５、６、７に示されるセグメント５、６、１１
が発光体である必要がないことである。カラー光放射層３は他の方式の電子・カ
ラー光変換材料及び／又はデバイスと交換できる。その方式の１つが図４に関連
して説明されることのできる配列である。この場合、カソード１、ＱＢ半導体２
、（赤色／黄色／青色）の要素５、１８、１１及びアノード４はカラー光放射ダ
イオード（ＣＬＥＤ）のマトリックスを形成する。本件発明を利用する他のＦＥ
−ＦＰＤの配列はまた可能であり、図５、６、７に示される好ましい実施形態は
この用途分野における本件発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【００９１】 最後に、要求される色、ブライトネス及びコントラストが今日入手できる発光
体及び／又は他の電子・光変換要素又はデバイスによって適合しない場合には、
標準的なテレビジョンのカラー蛍光体は高い電子エネルギー（１０ないし２０ｋ
Ｖ程度の高い加速電圧）を要求するが、まだ必要とされるであろう。真空電界放
射型の平面ディスプレイはまだ最も最適な解決方法であり、本件発明を利用した
物理的形態の１つが図７に示されている。
体及び／又は他の電子・光変換要素又はデバイスによって適合しない場合には、
標準的なテレビジョンのカラー蛍光体は高い電子エネルギー（１０ないし２０ｋ
Ｖ程度の高い加速電圧）を要求するが、まだ必要とされるであろう。真空電界放
射型の平面ディスプレイはまだ最も最適な解決方法であり、本件発明を利用した
物理的形態の１つが図７に示されている。
【００９２】 この構成において、図４、５、６に示されるカラー光放射層３はカソード１、
ＱＢ半導体２及びアノード４からなる基本的なプレーナー型電子エミッタ構造か
ら取り除かれ、光学的に透明なプレート（例えば、ガラス）１３の上に配置（デ
ポジット）され、部分１４、１２とともに上記真空ＦＥ−ＦＰＤの真空の保護部
分を形成する。層３上に配置（デボジット）された電子加速電極７はかなり高い
陽電圧にバイアスされる。この配列は準弾道電子が表面Ｓ４を経てプレーナー型
電子エミッタの基本構造部分（機械的なサポート１５によってベースプレート１
２に固定される）を離れると、自由空間ＦＳ（今は真空）内において標準的なき
カラーテレビジョンの蛍光体５、６、１１の適切な機能を確保するのに十分に高
いエネルギーまで加速されることを確保する。
ＱＢ半導体２及びアノード４からなる基本的なプレーナー型電子エミッタ構造か
ら取り除かれ、光学的に透明なプレート（例えば、ガラス）１３の上に配置（デ
ポジット）され、部分１４、１２とともに上記真空ＦＥ−ＦＰＤの真空の保護部
分を形成する。層３上に配置（デボジット）された電子加速電極７はかなり高い
陽電圧にバイアスされる。この配列は準弾道電子が表面Ｓ４を経てプレーナー型
電子エミッタの基本構造部分（機械的なサポート１５によってベースプレート１
２に固定される）を離れると、自由空間ＦＳ（今は真空）内において標準的なき
カラーテレビジョンの蛍光体５、６、１１の適切な機能を確保するのに十分に高
いエネルギーまで加速されることを確保する。
【００９３】 図７に示される真空ＦＥ−ＦＰＤの厚み（Ｄｉｍ２）は１ないし２センチメー
トルの程度である一方、面積（Ｄｉｍ１）は前述の非真空ＦＥ−ＦＰＤに関連し
て変化しない。
トルの程度である一方、面積（Ｄｉｍ１）は前述の非真空ＦＥ−ＦＰＤに関連し
て変化しない。
【００９４】 実施例２．プレーナー型電子ビームリソグラフィ 本件発明によるプレーナー型電子エミッタを利用することにより、先行技術の
プレーナー型電子エミッタの寿命が短いことによって現れる主たる欠点が解消さ
れる。本件発明は半導体工業において今日必要とされる本質的に新しくしかも確
実な解決方法を提案するものである。その方法及び実施形態は図９ないし図１４
において説明される。
プレーナー型電子エミッタの寿命が短いことによって現れる主たる欠点が解消さ
れる。本件発明は半導体工業において今日必要とされる本質的に新しくしかも確
実な解決方法を提案するものである。その方法及び実施形態は図９ないし図１４
において説明される。
【００９５】 プレーナー型電子ビームリソグラフィの原理の概略図は図８を用いて先行技術
において説明された。先行技術において、電子リソグラフィック投影システムは
先行技術のプレーナー型電子エミッタを用いて具体化されている。本件発明によ
るプレーナー型電子エミッタは先行技術のエミッタに代えて直接実装されること
ができる。
において説明された。先行技術において、電子リソグラフィック投影システムは
先行技術のプレーナー型電子エミッタを用いて具体化されている。本件発明によ
るプレーナー型電子エミッタは先行技術のエミッタに代えて直接実装されること
ができる。
【００９６】 本件発明によるプレーナー型電子エミッタ構造の実施形態の１つが図１０に示
されている。図８に示される先行技術と主として異なるのは、図８に示される薄
フィルム酸化物層２４を図１０に示される準弾道半導体ＱＢ−Ｓｅｍ２に野と代
えた点である。さて、図１０において、電子がカソード１から表面Ｓ２を経てＱ
Ｂ半導体２内に注入されると、電子はＱＢ半導体内の準弾道軌跡に沿って移動す
る。これらは表面Ｓ３を経て現れ、パターン化された吸込みテンプレート１９又
はアノード４の一方に入る。準弾道電子の一部は電子吸込みテンプレート１９に
よって停止されず、例えば点ｉの電子のように、十分なエネルギーをもって表面
Ｓ４を経て自由空間ＦＳに侵入する。これらの電子は次に自由空間ＦＳ内におい
て電子加速電極７によって十分に高いエネルギーまで加速される。この電子加速
電極７はウエハーに特に示したように形成され、電子高感度レジスト６によって
構成される。
されている。図８に示される先行技術と主として異なるのは、図８に示される薄
フィルム酸化物層２４を図１０に示される準弾道半導体ＱＢ−Ｓｅｍ２に野と代
えた点である。さて、図１０において、電子がカソード１から表面Ｓ２を経てＱ
Ｂ半導体２内に注入されると、電子はＱＢ半導体内の準弾道軌跡に沿って移動す
る。これらは表面Ｓ３を経て現れ、パターン化された吸込みテンプレート１９又
はアノード４の一方に入る。準弾道電子の一部は電子吸込みテンプレート１９に
よって停止されず、例えば点ｉの電子のように、十分なエネルギーをもって表面
Ｓ４を経て自由空間ＦＳに侵入する。これらの電子は次に自由空間ＦＳ内におい
て電子加速電極７によって十分に高いエネルギーまで加速される。この電子加速
電極７はウエハーに特に示したように形成され、電子高感度レジスト６によって
構成される。
【００９７】 例えば点ｉで現れた電子は電子−光手段を介して、レジスト層６内に位置する
点ｊにイメージ化される。このように、全体のリソグラフィックのパターン（層
１９）は上記ウエハー・レジスト組立て体上に移動することができ、標準的な電
子ビームリソグラフィの場合には連続的に移動しない。また、パターン化された
層１９の横方向の大きさについては原理的な理由による制限はなく、これはウエ
ハー全体が１回の露光で処理できることを意味する。電子−光システムが等電子
投影ステッパーのプレーナー型電子エミッタ部分とともに最適化される場合には
、得られる最小の形状的寸法（”ＭｉｎＳ”）は０．１５ミクロン未満である。
さらに、ウエハー全体を一度に露光させることにより、かかるプレーナー型電子
ビームリソグラフィシステムの処理量は非常に大きくなる。多くの他のプレーナ
ー型電子リソグラフィの配列も可能であり、図１０に示される配列が丁度その１
つである。
点ｊにイメージ化される。このように、全体のリソグラフィックのパターン（層
１９）は上記ウエハー・レジスト組立て体上に移動することができ、標準的な電
子ビームリソグラフィの場合には連続的に移動しない。また、パターン化された
層１９の横方向の大きさについては原理的な理由による制限はなく、これはウエ
ハー全体が１回の露光で処理できることを意味する。電子−光システムが等電子
投影ステッパーのプレーナー型電子エミッタ部分とともに最適化される場合には
、得られる最小の形状的寸法（”ＭｉｎＳ”）は０．１５ミクロン未満である。
さらに、ウエハー全体を一度に露光させることにより、かかるプレーナー型電子
ビームリソグラフィシステムの処理量は非常に大きくなる。多くの他のプレーナ
ー型電子リソグラフィの配列も可能であり、図１０に示される配列が丁度その１
つである。
【００９８】 図１０に示される実施形態に対する他の実施形態の１つが図９に示されている
。さて、図９において、図１０において説明した準弾道電子エミッタの同一の基
本的構造が明瞭に現れている。図９に示される特に好ましい実施形態において、
加速電極７及び電子シンチレータ１７の構造部がプレーナー型電子エミッタ構造
部１、２、１９、４と光レジスト６を有するウエハとの間に挿入されている。か
かる配列はプレーナー型電子投影システムが真空下（上記電子エミッタ構造の真
空排気部を形成する領域１７、１２、１４である）に存在し、必要な場合には連
続的に操作されることを許容する一方、処理されたウエハーはシンチレータ１７
の頂部上に配置されることができる。真空における操作は予め真空排気を行うこ
となく、放射表面からウエハーへの良好な電子移動を与え、デバイス全体の処理
量が増大される。図９に示される空気スペースが効率的に小さい場合、光学的な
広がりに起因する最小の形状的寸法”ＭｉｎＳ”の小さくすることは最小に維持
されることができる。
。さて、図９において、図１０において説明した準弾道電子エミッタの同一の基
本的構造が明瞭に現れている。図９に示される特に好ましい実施形態において、
加速電極７及び電子シンチレータ１７の構造部がプレーナー型電子エミッタ構造
部１、２、１９、４と光レジスト６を有するウエハとの間に挿入されている。か
かる配列はプレーナー型電子投影システムが真空下（上記電子エミッタ構造の真
空排気部を形成する領域１７、１２、１４である）に存在し、必要な場合には連
続的に操作されることを許容する一方、処理されたウエハーはシンチレータ１７
の頂部上に配置されることができる。真空における操作は予め真空排気を行うこ
となく、放射表面からウエハーへの良好な電子移動を与え、デバイス全体の処理
量が増大される。図９に示される空気スペースが効率的に小さい場合、光学的な
広がりに起因する最小の形状的寸法”ＭｉｎＳ”の小さくすることは最小に維持
されることができる。
【００９９】 先行技術(H.Ahmed et al; ”Procceding of the Conference on Microlithogr
aphy”;Cavendish Laboratory,Cambridge 1989) において述べた本件発明の発明
者の幾人かによる出版物において、図１１、１２、１３、１４にはプレーナー型
電子ビームリソグラフィを実用化する方法が示され、経験的に確証されている。
”試験的な電子等投影ステッパー”の装置が開示され、ＩＣの製造に必要とされ
るリソグラフィ工程に関連する全ての工業的な必要性及び要求に適合する性能が
明瞭に具体化されている。その概略図が図１１、２０に示されている。ここで、
２０は上記カソード・ＱＢ−Ｓｅｍ組立て体（図１０の部分１、２、１９、４の
配列と構造的に極めて類似している）、６はデポジットされたレジスト層を有す
るウエハー基体、２１はｘ−ｙ位置決めテーブル、２２はアノード・カソード組
立て体とウエハー・ｘｙテーブル組立て体の間に同一の磁界を形成する一対のヘ
ルムホルツコイルである。との特徴的な配列において、接地電位近傍に維持され
るウエハー基体に対して負にバイアスされるのはカソード・ＱＢＳｅｍ・アノー
ド組立て体である。放射された電子は高い負電位から接地に向けて形成される電
界中で加速される。平行な電界及び磁界が電気光学的な等投影システムにおいて
形成され、移動電子はカソードほＱＢ−Ｓｅｍ・アノード組立て体上の特定の点
からレジスト層６（図１０参照）内の１点に向けて現れる。
aphy”;Cavendish Laboratory,Cambridge 1989) において述べた本件発明の発明
者の幾人かによる出版物において、図１１、１２、１３、１４にはプレーナー型
電子ビームリソグラフィを実用化する方法が示され、経験的に確証されている。
”試験的な電子等投影ステッパー”の装置が開示され、ＩＣの製造に必要とされ
るリソグラフィ工程に関連する全ての工業的な必要性及び要求に適合する性能が
明瞭に具体化されている。その概略図が図１１、２０に示されている。ここで、
２０は上記カソード・ＱＢ−Ｓｅｍ組立て体（図１０の部分１、２、１９、４の
配列と構造的に極めて類似している）、６はデポジットされたレジスト層を有す
るウエハー基体、２１はｘ−ｙ位置決めテーブル、２２はアノード・カソード組
立て体とウエハー・ｘｙテーブル組立て体の間に同一の磁界を形成する一対のヘ
ルムホルツコイルである。との特徴的な配列において、接地電位近傍に維持され
るウエハー基体に対して負にバイアスされるのはカソード・ＱＢＳｅｍ・アノー
ド組立て体である。放射された電子は高い負電位から接地に向けて形成される電
界中で加速される。平行な電界及び磁界が電気光学的な等投影システムにおいて
形成され、移動電子はカソードほＱＢ−Ｓｅｍ・アノード組立て体上の特定の点
からレジスト層６（図１０参照）内の１点に向けて現れる。
【０１００】 上記試験的な１：１電子等投影ステッパーの全体図は図１２に示され、ウエハ
ーのパターンニングにおける代表的な幾つかの試験結果は図１３、１４に示され
ている。正及び負のレジストは０．１秒程度の代表的な露光時間でもって共に試
験され、容易に達成できる最小の形状的寸法（図８における長さ”Ｍｉｎ”）０
．１５ミクロンの領域内であった（図１３、１４）。露光されるとともにパター
ン化されたシリコン基体の全体の一部が図１３に示される一方、試験パターンの
構造の詳細が図１４に示され、このプロトタイプの器具の最小形状的能力が０．
１５ミクロンであることが具体的に示されている。
ーのパターンニングにおける代表的な幾つかの試験結果は図１３、１４に示され
ている。正及び負のレジストは０．１秒程度の代表的な露光時間でもって共に試
験され、容易に達成できる最小の形状的寸法（図８における長さ”Ｍｉｎ”）０
．１５ミクロンの領域内であった（図１３、１４）。露光されるとともにパター
ン化されたシリコン基体の全体の一部が図１３に示される一方、試験パターンの
構造の詳細が図１４に示され、このプロトタイプの器具の最小形状的能力が０．
１５ミクロンであることが具体的に示されている。
【０１０１】 実施例３．２次元照明パネル 本件発明によるプレーナー型電子エミッタのデザインの簡単さ、高い強度、低
い電力消費、低温度操作性及び２次元特性に起因し、上記プレーナー型電子エミ
ッタは（プレーナー型及び非プレーナー型）２次元照明用光源の構造に非常に都
合よく用いられることができる。平板照明パネルの１例が図１５、１６に概略的
に示されている。ここで、プレーナー型電子エミッタの基本的な構造（カソード
１、ＱＢ半導体２及びアノード４）は（カソード・アノード間に適切な電圧が印
加されたときに）自由空間ＦＳ内に現れる電子のプレーナー型ソースとして用い
られている。これらの電子は加速電極７によって加速され、光照射層３に侵入す
る。光学的に透明なプレート１３（代表的にはガラスプレート）は形成された光
が上記構造から放散されることを許容し、（プレート１４、１２とともに）組立
て体の全体の真空保護を形成する。
い電力消費、低温度操作性及び２次元特性に起因し、上記プレーナー型電子エミ
ッタは（プレーナー型及び非プレーナー型）２次元照明用光源の構造に非常に都
合よく用いられることができる。平板照明パネルの１例が図１５、１６に概略的
に示されている。ここで、プレーナー型電子エミッタの基本的な構造（カソード
１、ＱＢ半導体２及びアノード４）は（カソード・アノード間に適切な電圧が印
加されたときに）自由空間ＦＳ内に現れる電子のプレーナー型ソースとして用い
られている。これらの電子は加速電極７によって加速され、光照射層３に侵入す
る。光学的に透明なプレート１３（代表的にはガラスプレート）は形成された光
が上記構造から放散されることを許容し、（プレート１４、１２とともに）組立
て体の全体の真空保護を形成する。
【０１０２】 他の配列において、光放射層３は取り除かれ、自由空間ＦＳが適切なガス及び
／又は混合ガスによって充満され、必要な照明光はイオン化され蛍光するガスに
よって生成される。上述の平板照明パネルの代表的な大きさは図１６に示されて
いる。照明パネルの厚さ”Ｄｉｍ１”は１センチメートル以下に容易に達成出来
る一方、”Ｄｉｍ２”はメートル程度に容易に達成できる。構造の簡単さの理由
により、本件発明は非プレーナー型（円形）の２次元照明光源を構築する際に利
用されることができる。そのような光源の配列の１つが図１７に示されている。
ここで、カソード１、ＱＢ半導体２及びアノード４は同心円筒形状の層をなして
いる。ＱＢ電子は自由空間ＦＳ内に急速に現れ、加速電極７によって加速された
後、光放射層３に侵入する。生成された光は（ガラス）透明な囲器１３を経て放
散される。また、この配列において、光放射層３は取り除かれ、自由空間が適当
な光放射ガスによって充満されることができる。
／又は混合ガスによって充満され、必要な照明光はイオン化され蛍光するガスに
よって生成される。上述の平板照明パネルの代表的な大きさは図１６に示されて
いる。照明パネルの厚さ”Ｄｉｍ１”は１センチメートル以下に容易に達成出来
る一方、”Ｄｉｍ２”はメートル程度に容易に達成できる。構造の簡単さの理由
により、本件発明は非プレーナー型（円形）の２次元照明光源を構築する際に利
用されることができる。そのような光源の配列の１つが図１７に示されている。
ここで、カソード１、ＱＢ半導体２及びアノード４は同心円筒形状の層をなして
いる。ＱＢ電子は自由空間ＦＳ内に急速に現れ、加速電極７によって加速された
後、光放射層３に侵入する。生成された光は（ガラス）透明な囲器１３を経て放
散される。また、この配列において、光放射層３は取り除かれ、自由空間が適当
な光放射ガスによって充満されることができる。
【０１０３】 実施例４．半導体部品及びデバイス 以下、半導体部品、デバイス及び集積回路の製造分野における本件発明の代表
的な用途のみが簡単に説明されるが、これらは図示された実施例としてのみ考慮
されるべきであり、関連する分野における本件発明の用途である限り要素を限定
することを意味としていない。示された実施例は本件発明が利用される飯場謡部
品又はデバイスの主たる４つの異なるクラス（Ａ〜Ｄ）から選択されている。
的な用途のみが簡単に説明されるが、これらは図示された実施例としてのみ考慮
されるべきであり、関連する分野における本件発明の用途である限り要素を限定
することを意味としていない。示された実施例は本件発明が利用される飯場謡部
品又はデバイスの主たる４つの異なるクラス（Ａ〜Ｄ）から選択されている。
【０１０４】 この実施例において、本件発明の基本構造（カソード、ＱＮ半導体及びアノー
ド）は維持され、幾つかの用途において２つの電極間の準弾道電子の特性のみが
利用されているが、むしろ自由空間ＦＳ内におけるそれらの放散能力が利用され
ている（図２）。”カソード”及び”アノード”の用語は常に半導体学会におけ
る専門用語以上の意味で用いることを意図して使用さているものではない。ＱＢ
半導体における電子移動特性は真空であることが要求されていない場合のみ、真
空管内におけるカソード・アノード間を移動する電子の特性似非常に似ている。
カソードからの電子の注入がし室温で起こり、デバイス全体が寸法的に問題にな
ったときにはサブミクロンの大きさで製造されることができる。このように、本
件発明は真空管及び現代の全てのソリッドステート半導体技術の利点を併有して
いる。
ド）は維持され、幾つかの用途において２つの電極間の準弾道電子の特性のみが
利用されているが、むしろ自由空間ＦＳ内におけるそれらの放散能力が利用され
ている（図２）。”カソード”及び”アノード”の用語は常に半導体学会におけ
る専門用語以上の意味で用いることを意図して使用さているものではない。ＱＢ
半導体における電子移動特性は真空であることが要求されていない場合のみ、真
空管内におけるカソード・アノード間を移動する電子の特性似非常に似ている。
カソードからの電子の注入がし室温で起こり、デバイス全体が寸法的に問題にな
ったときにはサブミクロンの大きさで製造されることができる。このように、本
件発明は真空管及び現代の全てのソリッドステート半導体技術の利点を併有して
いる。
【０１０５】 実施例４ａ クラスＡ；整流及び電荷（情報）保持 このクラスにおける半導体部品又はデバイスにはバイポーラｐ−ｎ，ｐ−ｉ−
ｎダイオード、サイリスタが含まれ、同様に、ＭＩＳ（金属絶縁体半導体）ダイ
オード等の多くのユニポーラデバイス、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）、ＭＩＳト
ンネルダイオード、ＭＩＳスイッチダイオード、ＩＭＰＡＴＴ（衝突電離アバラ
ンチ走行時間）ダイオード及びＢＡＲＩＴＴ（バリアインジェクション・走行時
間）ダイオード及び他の関連する走行時間デバイスが含まれる。
ｎダイオード、サイリスタが含まれ、同様に、ＭＩＳ（金属絶縁体半導体）ダイ
オード等の多くのユニポーラデバイス、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）、ＭＩＳト
ンネルダイオード、ＭＩＳスイッチダイオード、ＩＭＰＡＴＴ（衝突電離アバラ
ンチ走行時間）ダイオード及びＢＡＲＩＴＴ（バリアインジェクション・走行時
間）ダイオード及び他の関連する走行時間デバイスが含まれる。
【０１０６】 実施例；準弾道ショットキーダイオード 図１８は本件発明による典型的な高速プレーナー型ショトキーバリアダイオー
ドが示されている。また、等価な電気的なＲＣネットワーク３６（米国特許第５
６２７４７９８号及び欧州特許第６７２２５７号参照）が示され、先行技術のダ
イオード３６とＱＢ半導体ダイオード３７の電気的な反応を説明している。 さて、図１８において、ダイオード電流Ｉdiode はデプレション領域Ｗd の大
きさによって決定されるデプレション抵抗値Ｒd によって制御される。このデプ
レッション領域の長さ（幅）Ｗd はショットキー接点とオーム抵抗接点との間に
印加される電圧Ｖsoに対して指数関数的に依存する。整流作用はＷd ／Ｖsoの制
御によって達成され、これは（順方向及び逆方向のダイオード電流）ダイオート
電流Ｉdiode を制御するＲd における指数関数的な変化を含む。高い電界におけ
る電子速度の集中が発生しないので、全体寸法Ｌ、特に高周波の用途においては
デプレッション領域の先端とオーム抵抗接点との間の距離ＬSOを少なくする必要
がない。本件発明による準弾道ショットキーダイオードは高い周波数において利
用可能であり、図１８の符号３７におけるＬqb（準弾道電子の動力学的な誘導）
によって抵抗Ｒqbをシャンティング（ｓｈｕｎｔｉｇ）することによる、デザイ
ンの簡単さ及び低電力消費によって特徴づけられるであろう。
ドが示されている。また、等価な電気的なＲＣネットワーク３６（米国特許第５
６２７４７９８号及び欧州特許第６７２２５７号参照）が示され、先行技術のダ
イオード３６とＱＢ半導体ダイオード３７の電気的な反応を説明している。 さて、図１８において、ダイオード電流Ｉdiode はデプレション領域Ｗd の大
きさによって決定されるデプレション抵抗値Ｒd によって制御される。このデプ
レッション領域の長さ（幅）Ｗd はショットキー接点とオーム抵抗接点との間に
印加される電圧Ｖsoに対して指数関数的に依存する。整流作用はＷd ／Ｖsoの制
御によって達成され、これは（順方向及び逆方向のダイオード電流）ダイオート
電流Ｉdiode を制御するＲd における指数関数的な変化を含む。高い電界におけ
る電子速度の集中が発生しないので、全体寸法Ｌ、特に高周波の用途においては
デプレッション領域の先端とオーム抵抗接点との間の距離ＬSOを少なくする必要
がない。本件発明による準弾道ショットキーダイオードは高い周波数において利
用可能であり、図１８の符号３７におけるＬqb（準弾道電子の動力学的な誘導）
によって抵抗Ｒqbをシャンティング（ｓｈｕｎｔｉｇ）することによる、デザイ
ンの簡単さ及び低電力消費によって特徴づけられるであろう。
【０１０７】 実施例４ｂ クラスＢ；光検出及び光放射デバイス このクラスの半導体部品又はデバイスには他の多数のＬＥＤ（光放射ダイオー
ド）、フォトダイオード、半導体レーザ、アバランチダイオード及び光の電気信
号への変換を目的とする他のフォト導通デバイスが含まれる。
ド）、フォトダイオード、半導体レーザ、アバランチダイオード及び光の電気信
号への変換を目的とする他のフォト導通デバイスが含まれる。
【０１０８】 実施例；準弾道フォトダイオード及び準弾道光照射ダイオード 図１９に示される単純化したエネルギーバンド図は本件発明による準弾道フォ
トダイオード（Ａ文献）、準弾道光放射ダイオード（Ｂ文献）及び光信号検知、
増幅又は寸法的拡大デバイスに共通の物理学上の理論とそれらの構造の１つを示
す。これらのデバイスは順次説明される。
トダイオード（Ａ文献）、準弾道光放射ダイオード（Ｂ文献）及び光信号検知、
増幅又は寸法的拡大デバイスに共通の物理学上の理論とそれらの構造の１つを示
す。これらのデバイスは順次説明される。
【０１０９】 準弾道フォトダイオード（図１９のプロセスＡ） 光信号（入力光）はカソード領域（表面Ｓ１、Ｓ２の間の領域、図１９）及び
表面Ｓ２に近接するＱＢ半導体内の薄い領域内に吸い込まれ、このプロセス中に
多数の電子・ホール対を生成する（図１９における”Ｅｘｃ１”として示される
フロセス）。光・励起電子は次に準弾道電流Ｉbal を生成し、加速されて表面Ｓ
５を経てアバランチェ増幅領域ＡＭＲに侵入する。アバランチェ増幅プロセスＡ
Ｍは増幅された電流信号Ｉe 及びＩh を導き出す。ある用途においてはアバラン
チェ増幅領域ＡＭＲは取り去られることができ、光子・電子変換部（”Ｅｘｃ１
”）からの電気信号が生成された準弾道電子の加速によって効率よく増幅される
こととなる。
表面Ｓ２に近接するＱＢ半導体内の薄い領域内に吸い込まれ、このプロセス中に
多数の電子・ホール対を生成する（図１９における”Ｅｘｃ１”として示される
フロセス）。光・励起電子は次に準弾道電流Ｉbal を生成し、加速されて表面Ｓ
５を経てアバランチェ増幅領域ＡＭＲに侵入する。アバランチェ増幅プロセスＡ
Ｍは増幅された電流信号Ｉe 及びＩh を導き出す。ある用途においてはアバラン
チェ増幅領域ＡＭＲは取り去られることができ、光子・電子変換部（”Ｅｘｃ１
”）からの電気信号が生成された準弾道電子の加速によって効率よく増幅される
こととなる。
【０１１０】 本件発明による上述の準弾道フォトダイオードは高い量子効率、及び相対的に
非常に低い電力消費を有し、２次元光学イメージ（信号）検出器及び処理が必要
とされる場合には２次元フォトセンサーのアレイの形態で製造されることができ
る。
非常に低い電力消費を有し、２次元光学イメージ（信号）検出器及び処理が必要
とされる場合には２次元フォトセンサーのアレイの形態で製造されることができ
る。
【０１１１】 準弾道光放射ダイオード（図１９のプロセスＢ） 準弾道光放射デバイスにおいて、必要な場合には時変調されることのできる電
気信号（カソード・アノード間のバイアス電圧）はＱＢ半導体領域ＱＢ−Ｓｅｍ
に侵入する注入電流の値を制御する（図１９のプロセス”Ｅｘｃ２”）。加速の
後、ＱＢ−Ｓｅｍ領域を通って移動する一方、これらの電子（図１９における電
流Ｉbal ）は表面Ｓ５を経て光放射領域（ＬＥＲ）に侵入し、エネルギーギャッ
プＥg を横断して再結合するプロセスを経てフォトンフラックスを生成する（図
２及び図１９のフロセスＢ、参照）。このフォトンフラックス（カソード・アノ
ードバイアス電圧〜ΔＱ（ｔ）が時間に依存する場合にはこれもまた時変調され
る）は最後に自由空間ＦＳ内に現れる。
気信号（カソード・アノード間のバイアス電圧）はＱＢ半導体領域ＱＢ−Ｓｅｍ
に侵入する注入電流の値を制御する（図１９のプロセス”Ｅｘｃ２”）。加速の
後、ＱＢ−Ｓｅｍ領域を通って移動する一方、これらの電子（図１９における電
流Ｉbal ）は表面Ｓ５を経て光放射領域（ＬＥＲ）に侵入し、エネルギーギャッ
プＥg を横断して再結合するプロセスを経てフォトンフラックスを生成する（図
２及び図１９のフロセスＢ、参照）。このフォトンフラックス（カソード・アノ
ードバイアス電圧〜ΔＱ（ｔ）が時間に依存する場合にはこれもまた時変調され
る）は最後に自由空間ＦＳ内に現れる。
【０１１２】 電子注入プロセス”Ｅｘｃ２”が十分に行われ、光放射領域ＬＥＲ（通常は
ドーピングされた高ｐ）が反転分布のために要求される条件を満たす場合、上述
のデバイスは非常に低い電力消費と高い効率を有する準弾道半導体として機能し
、一般的に光ファイバー移送器や遠隔通信器等の光−電気の用途に非常に効率よ
く利用されることができる。
ドーピングされた高ｐ）が反転分布のために要求される条件を満たす場合、上述
のデバイスは非常に低い電力消費と高い効率を有する準弾道半導体として機能し
、一般的に光ファイバー移送器や遠隔通信器等の光−電気の用途に非常に効率よ
く利用されることができる。
【０１１３】 光イメージの検出及び処理（図１９のプロセスＣ） 幾つかの用途においては、プロセス”Ｅｘｃ１”及び／又はプロセス”Ｅｘｃ
２”を経て電子光的に生成される準弾道電流Ｉbal を処理することが必要及び／
又は有利である。この場合、界面Ｓ５、Ｓ３の間の領域が図１９に示されるよう
に準弾道半導体領域ＱＢ−Ｓｅｍを丁度連続したものとなる。アノード領域を移
動した後、これらの準弾道電子は電気光学的に処理されることのできる電子放射
電流Ｉemとして、表面Ｓ４を経て自由空間ＦＳ内に現れる。このタイプのデバイ
スは実施例４ｄにおいて説明される。
２”を経て電子光的に生成される準弾道電流Ｉbal を処理することが必要及び／
又は有利である。この場合、界面Ｓ５、Ｓ３の間の領域が図１９に示されるよう
に準弾道半導体領域ＱＢ−Ｓｅｍを丁度連続したものとなる。アノード領域を移
動した後、これらの準弾道電子は電気光学的に処理されることのできる電子放射
電流Ｉemとして、表面Ｓ４を経て自由空間ＦＳ内に現れる。このタイプのデバイ
スは実施例４ｄにおいて説明される。
【０１１４】 実施例４ｃ クラスＣ；増幅及び不揮発性メモリ 半導体部品又はデバイスのこのクラスにおける本件発明の用途にはバイポーラ
トランジスタやバイポーラ・ユニジャンクショントランジスタが含まれるととも
に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＪＦＥＴ（ジャンクション電界効果トラ
ンジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ
（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、不揮発性メモリデバイスを含む多
くのユニポーラ部品又はユニポーラデバイスが含まれている。特に、このクラス
内の本件発明に関連する用途はトンネル型トランジスタ、ＴＥＤ（遷移電子デバ
イス）及び他の弾道（熱電子）型トランジスタ及び／又はデバイスである。
トランジスタやバイポーラ・ユニジャンクショントランジスタが含まれるととも
に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＪＦＥＴ（ジャンクション電界効果トラ
ンジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ
（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、不揮発性メモリデバイスを含む多
くのユニポーラ部品又はユニポーラデバイスが含まれている。特に、このクラス
内の本件発明に関連する用途はトンネル型トランジスタ、ＴＥＤ（遷移電子デバ
イス）及び他の弾道（熱電子）型トランジスタ及び／又はデバイスである。
【０１１５】 実施例；準弾道トランジスタ 図２０は代表的なプレーナー型の金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦ
ＥＴ）の概略を示す。ソース・ドレイン電極間の電流Ｉd は活性デプレッション
幅Ｗd （Ｖd ）の変化を介して電圧Ｖg によって制御される。”ａ”は半導体Ｓ
ＥＭの基体の電気的に活性な部分、”Ｌ”は導電性チャネルの長さ、”Ｚ”はデ
バイスの幅である。高速性能が必要とされる場合にはチャネル長さを十分に短く
（＜１．５ミクロン）し、ソース・ドレイン間に高い電界が形成される代表的な
操作電圧Ｖdaとする必要がある。電荷（電子）の速度は次に飽和されるようにな
り（移動領域に依存する電界が到達し）、これは上記デバイス操作の速度を制限
する。
ＥＴ）の概略を示す。ソース・ドレイン電極間の電流Ｉd は活性デプレッション
幅Ｗd （Ｖd ）の変化を介して電圧Ｖg によって制御される。”ａ”は半導体Ｓ
ＥＭの基体の電気的に活性な部分、”Ｌ”は導電性チャネルの長さ、”Ｚ”はデ
バイスの幅である。高速性能が必要とされる場合にはチャネル長さを十分に短く
（＜１．５ミクロン）し、ソース・ドレイン間に高い電界が形成される代表的な
操作電圧Ｖdaとする必要がある。電荷（電子）の速度は次に飽和されるようにな
り（移動領域に依存する電界が到達し）、これは上記デバイス操作の速度を制限
する。
【０１１６】 さて、図２０に示されるように、上記ＭＥＳＦＥＴトランジスタの幾何学的な
デザインが説明の簡単化及び明瞭化のために同一に維持される場合においても、
かかるＭＥＳＦＥＴトランジスタが本件発明によって構成されているときには上
述の２つのデザイン上の制約（小さな幾何学的形状及び電子速度の飽和）は存在
しない。デバイスの形態を図２０に示されるように設けると、これは標準的な半
導体基体Ｓｅｍ（図２０参照）を準弾道半導体ＱＢ−Ｓｅｍによって簡単に置き
換えることを含む。
デザインが説明の簡単化及び明瞭化のために同一に維持される場合においても、
かかるＭＥＳＦＥＴトランジスタが本件発明によって構成されているときには上
述の２つのデザイン上の制約（小さな幾何学的形状及び電子速度の飽和）は存在
しない。デバイスの形態を図２０に示されるように設けると、これは標準的な半
導体基体Ｓｅｍ（図２０参照）を準弾道半導体ＱＢ−Ｓｅｍによって簡単に置き
換えることを含む。
【０１１７】 図２０に示され、本件発明によるＭＥＳＦＥＴデバイスは高速応答（高周波数
応答）だけでなく、ソース・ドレイン電流Ｉd が本質的に事件弾道的であること
による非常に低い電力消費によっても特徴づけられる。 ここで強調されるべきことは、図２０に示されるＭＥＳＦＥＴトランジスタの
構造上のデザインは他の多くの増幅デバイス／又はスイッチングデバイスの１つ
にすぎないことである。本件発明の特質に起因し、他の多くの最適なデザインが
可能であり、信頼されるであろう。これらは真空管から幾つかのデザイン的な特
徴を引き出すであろう（例えば、Ｋ．Ｗ．Ｂｏｅｒによる上述の文献１２３７頁
参照）。
応答）だけでなく、ソース・ドレイン電流Ｉd が本質的に事件弾道的であること
による非常に低い電力消費によっても特徴づけられる。 ここで強調されるべきことは、図２０に示されるＭＥＳＦＥＴトランジスタの
構造上のデザインは他の多くの増幅デバイス／又はスイッチングデバイスの１つ
にすぎないことである。本件発明の特質に起因し、他の多くの最適なデザインが
可能であり、信頼されるであろう。これらは真空管から幾つかのデザイン的な特
徴を引き出すであろう（例えば、Ｋ．Ｗ．Ｂｏｅｒによる上述の文献１２３７頁
参照）。
【０１１８】 ＭＥＳＦＥＴトランジスタの場合における上述の説明と同一又は類似の説明が
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、不揮発性メモリＭＯ
ＳＦＥＴ、本件発明にしたがってこのクラスに含まれるその他のデバイスについ
てもある。
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、不揮発性メモリＭＯ
ＳＦＥＴ、本件発明にしたがってこのクラスに含まれるその他のデバイスについ
てもある。
【０１１９】 実施例４ｄ クラスＤ；光学的イメージの検出、形成及び処理 本件発明の２次元的な特質に起因し、大きな面積の光信号の検出、変換及び処
理が可能である。例えば、電磁気学的な放射が起こると、本件発明は多くの方法
に利用されることができる。
理が可能である。例えば、電磁気学的な放射が起こると、本件発明は多くの方法
に利用されることができる。
【０１２０】 記録された電気信号（電気的に記録された光学的イメージ）の２次元イメージ
／信号への逆変換（準弾道半導体電界放射平面ディスプレイ、実施例１参照） ２次元光学的イメージの電気信号への変換（疑似弾道半導体カメラ） ２次元光学的イメージの検出、検出結果の電気的信号の増幅、それに続く２次
元光学的イメージの寸法的拡大、及び２次元光学的イメージの記録。これらのタ
イプの光学的イメージの処理結果は当初の２次元光学的イメージであるが、コン
トラスト又は強度が増幅され、寸法的に拡大されている。
／信号への逆変換（準弾道半導体電界放射平面ディスプレイ、実施例１参照） ２次元光学的イメージの電気信号への変換（疑似弾道半導体カメラ） ２次元光学的イメージの検出、検出結果の電気的信号の増幅、それに続く２次
元光学的イメージの寸法的拡大、及び２次元光学的イメージの記録。これらのタ
イプの光学的イメージの処理結果は当初の２次元光学的イメージであるが、コン
トラスト又は強度が増幅され、寸法的に拡大されている。
【０１２１】 最後の２つの方法は光学的イメージを検出し生成し処理する際に用いられるべ
き電磁気学的な放射の２次元的な検出器アレイの両方である。これは本件発明の
２つの基本的な用途として概ね定義されるべきものを含む。 ａ）準弾道半導体カメラ（２次元光学的イメージ／信号の電気信号屁の連続的
変換） ｂ）２次元光学的イメージ／信号のブライト／コントラストの増幅及び寸法的
拡大のためのシステム
き電磁気学的な放射の２次元的な検出器アレイの両方である。これは本件発明の
２つの基本的な用途として概ね定義されるべきものを含む。 ａ）準弾道半導体カメラ（２次元光学的イメージ／信号の電気信号屁の連続的
変換） ｂ）２次元光学的イメージ／信号のブライト／コントラストの増幅及び寸法的
拡大のためのシステム
【０１２２】 この章においては、ａ）ＱＢ半導体カメラの簡単な説明、ｂ）光学的イメージ
／信号の処理システムの簡単な説明がなされる。明瞭化及び簡単化のため、２つ
の用途は光学的信号が電磁気学的放射のスペクトルに可視部分において光子によ
った形成される２次元光学的イメージの形態をなしていると仮定する。これは勿
論、本件発明が関連する用途及びこのクラスの用途における利用を制限するもの
と考えてはならない。検出／処理されるべき光学的信号は電磁気学的放射のスペ
クトルのたの部分に形成されてもよく及び／又は他の微粒子によって形成されて
もよい。光学的イメージの拡大次元はゼロから３である。最後に、後述されるべ
き本件発明の２つの用途例の特徴は純粋に図示／説明上の目的に寄与し、この分
野における本件発明の関連する要素を制限するとは考えてはならない。
／信号の処理システムの簡単な説明がなされる。明瞭化及び簡単化のため、２つ
の用途は光学的信号が電磁気学的放射のスペクトルに可視部分において光子によ
った形成される２次元光学的イメージの形態をなしていると仮定する。これは勿
論、本件発明が関連する用途及びこのクラスの用途における利用を制限するもの
と考えてはならない。検出／処理されるべき光学的信号は電磁気学的放射のスペ
クトルのたの部分に形成されてもよく及び／又は他の微粒子によって形成されて
もよい。光学的イメージの拡大次元はゼロから３である。最後に、後述されるべ
き本件発明の２つの用途例の特徴は純粋に図示／説明上の目的に寄与し、この分
野における本件発明の関連する要素を制限するとは考えてはならない。
【０１２３】 ａ）準弾道半導体カメラ 図２１は２次元光学的イメージ／信号の検知及び記録のための本件発明による
デバイスの概略を示す。この好ましい実施形態においてＱＢ半導体はカソード１
とアノード４との間に挟まれている。両電極は図５に示されるｘｙパターニング
と類似した方法でパターニングされている。金属電極、ＱＢ半導体及びアノード
はショットキーバリアフォトダイオードの２次元アレイを形成し、ショットキー
バリアフォトダイオードの２次元アレイは図５（ピクセルダイオードｉ，ｊ、ス
イッチオン）に示されるように、個々に及び連続的にアドレス指定できるように
なっている。
デバイスの概略を示す。この好ましい実施形態においてＱＢ半導体はカソード１
とアノード４との間に挟まれている。両電極は図５に示されるｘｙパターニング
と類似した方法でパターニングされている。金属電極、ＱＢ半導体及びアノード
はショットキーバリアフォトダイオードの２次元アレイを形成し、ショットキー
バリアフォトダイオードの２次元アレイは図５（ピクセルダイオードｉ，ｊ、ス
イッチオン）に示されるように、個々に及び連続的にアドレス指定できるように
なっている。
【０１２４】 光学的イメージは表面Ｓ２について形成され、続く方法に対して電気信号を時
間的に連続させるように上記デバイスによって移動されるとともに処理される。
光（光子）を形成する光学的イメージはＲ（赤色）、Ｙ（黄色）及びＢ（青色）
の適切なフィルターを経て図２１に示される上記構造部分に侵入し、カソード・
ＱＢ半導体の境界の構成する領域及びＱＢ半導体デプレッション領域内に吸い込
まれ、このフロセスにおいて多数の電子・ホール対を生成する。
間的に連続させるように上記デバイスによって移動されるとともに処理される。
光（光子）を形成する光学的イメージはＲ（赤色）、Ｙ（黄色）及びＢ（青色）
の適切なフィルターを経て図２１に示される上記構造部分に侵入し、カソード・
ＱＢ半導体の境界の構成する領域及びＱＢ半導体デプレッション領域内に吸い込
まれ、このフロセスにおいて多数の電子・ホール対を生成する。
【０１２５】 カソードストライプ”ｉ”とアノードストライプ”ｊ”との間に適切な電圧を
印加し（図２１において黄色フィルターＹを有するダイオード）、もって特定の
ピクセルダイオード(i,j) をスイッチオンすることにより、生成された準弾道電
子はＱＢ半導体領域ＱＢ−Ｓｅｍ（図２１）内において加速され、必要な場合に
はアバランチェ増幅領域ＡＭＲ（図２１）内において更にアバランチェ増幅され
ることができる。処理結果のパルス電流は次に図２１に示されるピクセル(i,j)
上に衝突する黄色光子の光強度に関連する電気信号を形成する。
印加し（図２１において黄色フィルターＹを有するダイオード）、もって特定の
ピクセルダイオード(i,j) をスイッチオンすることにより、生成された準弾道電
子はＱＢ半導体領域ＱＢ−Ｓｅｍ（図２１）内において加速され、必要な場合に
はアバランチェ増幅領域ＡＭＲ（図２１）内において更にアバランチェ増幅され
ることができる。処理結果のパルス電流は次に図２１に示されるピクセル(i,j)
上に衝突する黄色光子の光強度に関連する電気信号を形成する。
【０１２６】 上記ＱＢデバイス（ＱＢ半導体カメラ）の全体厚さ（Ｄｉｍ２）は数ミリメー
タのレベルにある一方、上記デバイスの活性面積（横方向寸法Ｄｉｍ１）は現在
の技術をもってしては３０センチメートルまでのレベルにある。高い量子効率、
高い寸法分析、高い強度及び構造の簡単さは本件発明によって提案されたデバイ
スの注目すべき特徴である。
タのレベルにある一方、上記デバイスの活性面積（横方向寸法Ｄｉｍ１）は現在
の技術をもってしては３０センチメートルまでのレベルにある。高い量子効率、
高い寸法分析、高い強度及び構造の簡単さは本件発明によって提案されたデバイ
スの注目すべき特徴である。
【０１２７】 ｂ）光学的信号／イメージの処理デバイス 多くの用途（例えば、天体物理学上の赤外線利用視認／イメージ及び他の用途
）においては、高い寸法解析／拡大のため及び／又は抽出され得るスペクトル情
報のため付加的な要求を伴って、非常に弱い２次元光学的イメージを検出し、処
理し及び記録することを要求される場合がある。これらの要求を満足する本件発
明によるデバイスの１つが図２２に概略的に示されている。それは２つ部分から
構成され、部分Ａは２次元光学的イメージ／信号を増幅する部分である一方、部
分Ｂは２次元光学的イメージ／信号に対して寸法的拡大を行う部分である。
）においては、高い寸法解析／拡大のため及び／又は抽出され得るスペクトル情
報のため付加的な要求を伴って、非常に弱い２次元光学的イメージを検出し、処
理し及び記録することを要求される場合がある。これらの要求を満足する本件発
明によるデバイスの１つが図２２に概略的に示されている。それは２つ部分から
構成され、部分Ａは２次元光学的イメージ／信号を増幅する部分である一方、部
分Ｂは２次元光学的イメージ／信号に対して寸法的拡大を行う部分である。
【０１２８】 元の光学的イメージ２５の平面に光学的イメージを形成する入力光子はカソー
ド領域、界面Ｓ２及び図２２に概略的に示されるＱＢ半導体のデプレッション領
域内に吸い込まれ、多数の電子・ホール対を生成する。その数は入力光子のエネ
ルギー（分光情報）と入力光子の数（信号強度情報）とに依存したものである。
元の光学的イメージの平面内に形成された準弾道電子はＱＢ半導体領域ＱＢ−Ｓ
ｅｍ内において加速され（一次増幅）、その特性の理由により、表面Ｓ４を経て
プレーナー型電子エミッタの基本構造部分（カソード、ＱＢ半導体及びアノード
）から取り除かれる。同時に、それらはまた元の光学的イメージの平面に元の光
学的イメージの電子光学的なイメージを形成する。
ド領域、界面Ｓ２及び図２２に概略的に示されるＱＢ半導体のデプレッション領
域内に吸い込まれ、多数の電子・ホール対を生成する。その数は入力光子のエネ
ルギー（分光情報）と入力光子の数（信号強度情報）とに依存したものである。
元の光学的イメージの平面内に形成された準弾道電子はＱＢ半導体領域ＱＢ−Ｓ
ｅｍ内において加速され（一次増幅）、その特性の理由により、表面Ｓ４を経て
プレーナー型電子エミッタの基本構造部分（カソード、ＱＢ半導体及びアノード
）から取り除かれる。同時に、それらはまた元の光学的イメージの平面に元の光
学的イメージの電子光学的なイメージを形成する。
【０１２９】 この光子が電子に変換され（光子入力、電子・ホール対出力）、一次増幅（Ｑ
Ｂ−Ｓｅｍ領域内における形成された電子の加速）が済むと、表面Ｓ４の平面に
形成された電子・光学的イメージが適切な電子オプティク（ｏｐｔｉｃｓ）（図
示せず）によって更に処理されることができる。加速電極の加速によって更に増
幅され、必要な場合には寸法拡大（電子光学的な一次寸法拡大）を烏滸なことが
できる。
Ｂ−Ｓｅｍ領域内における形成された電子の加速）が済むと、表面Ｓ４の平面に
形成された電子・光学的イメージが適切な電子オプティク（ｏｐｔｉｃｓ）（図
示せず）によって更に処理されることができる。加速電極の加速によって更に増
幅され、必要な場合には寸法拡大（電子光学的な一次寸法拡大）を烏滸なことが
できる。
【０１３０】 この寸法的拡大及び強度増幅のなされた電子光学的イメージは適切な電子シン
チレータ１７によって光学的イメージの二次段階に逆変換される。この二次段階
の光学的イメージの平面２６は最終光学的増幅システム２９の対象平面となり、
元の光学的イメージに対する二次の寸法拡大が確保される。最終の光学的イメー
ジ、即ち部分Ａで信号／強度が増幅され、２９で寸法拡大されたイメージは、次
に最終の光学的イメージの平面上に、適切な光学的記録デバイス（写真プレート
あるいはＣＣＤ）による記録の準備のできたイメージとして形成される。さらに
寸法的拡大を必要とする場合には組立て体全体（部分Ａ及び部分Ｂ）を一次光学
的イメージの平面内において横方向に移動させる。
チレータ１７によって光学的イメージの二次段階に逆変換される。この二次段階
の光学的イメージの平面２６は最終光学的増幅システム２９の対象平面となり、
元の光学的イメージに対する二次の寸法拡大が確保される。最終の光学的イメー
ジ、即ち部分Ａで信号／強度が増幅され、２９で寸法拡大されたイメージは、次
に最終の光学的イメージの平面上に、適切な光学的記録デバイス（写真プレート
あるいはＣＣＤ）による記録の準備のできたイメージとして形成される。さらに
寸法的拡大を必要とする場合には組立て体全体（部分Ａ及び部分Ｂ）を一次光学
的イメージの平面内において横方向に移動させる。
【０１３１】 最後に、デバイスの部分Ａの底部に形成するという基本的なプレーナー型電子
エミッタの特性の理由により、上記プレーナー型電子エミッタは自由空間ＦＳ内
の電子光学的部分とともに分光デバイスとして用いられ、一次光学イメージ内の
光子エネルギースペクトルについての必要な情報を引き出すことができるという
点が指摘されるべきである。
エミッタの特性の理由により、上記プレーナー型電子エミッタは自由空間ＦＳ内
の電子光学的部分とともに分光デバイスとして用いられ、一次光学イメージ内の
光子エネルギースペクトルについての必要な情報を引き出すことができるという
点が指摘されるべきである。
【０１３２】 実施例５．光起電性の用途 準弾道電子の非常に低い非弾性散乱及び再結合率に起因し、本件発明によるシ
ョットキーバリアダイオードは非常に高効率の光子導体であり、光起電力の用途
において利用できることが明白である。本件発明による太陽電池の構造の１つが
図２３に概略的に示されている。
ョットキーバリアダイオードは非常に高効率の光子導体であり、光起電力の用途
において利用できることが明白である。本件発明による太陽電池の構造の１つが
図２３に概略的に示されている。
【０１３３】 上記デバイスはＱＢ半導体層２をカソード１及びアノード２の２つの電極の間
に挟むことによって形成されている。カソードとＱＢ半導体はショットキー整流
接点を形成する一方、、アノードとＱＢ半導体はアーム抵抗接点を形成している
。（ｐ型のＱＢ−Ｓｅｍを用いて）上述のように構成されると、上記デバイス内
の内部電界Ｅ（ｘ）は熱力学的平衡となるように起こる電荷移動によって発生さ
れ、図２３の底部に示されるプロファイルを有することとなる。
に挟むことによって形成されている。カソードとＱＢ半導体はショットキー整流
接点を形成する一方、、アノードとＱＢ半導体はアーム抵抗接点を形成している
。（ｐ型のＱＢ−Ｓｅｍを用いて）上述のように構成されると、上記デバイス内
の内部電界Ｅ（ｘ）は熱力学的平衡となるように起こる電荷移動によって発生さ
れ、図２３の底部に示されるプロファイルを有することとなる。
【０１３４】 太陽光がカソードを経て右側（図２３）から上記デバイス（本件発明による太
陽電池）内に入ると、上記構造内に吸込まれ、１つの入力光子に対して１つの電
子・ホール対をせいせいする。３つの空間的に離れた吸込みプロセスは別々に行
われる。プロセスＤはカソードとＱＢ半導体との界面における電子・ホール対の
生成である。プロセスＥはＱＢ半導体のデプレッション領域内における電子・ホ
ール対の生成であり、最後にプロセスＦはＱＢ半導体のバルク（内部電界がゼロ
であるＱＢ−Ｓｅｍの領域）内における電子・ホール対を生成する光子吸込みプ
ロセスである。ＱＢ半導体内の準弾道軌跡の存在に起因し、ＱＢ半導体のデプレ
ッション領域内において特に生成された電子の大部分はデプレッション領域Ｗd
内に存在する内部電界により、再結合及び／又は非弾性散乱を起こすことなく、
アノードに向けて加速される。この効果は上記太陽電池の量子効率をかなり増大
させる。バルク領域の広がりを最小化し及びカソードの材料（例えば、透明導電
性の酸化スズ）を適切に選択し、もって上記デバイスの構造を最適化することき
により、本件発明による太陽電池は広い活性面積を有する非常に高効率、構造簡
単、高強度の光電気エネルギー変換デバイスとなる。
陽電池）内に入ると、上記構造内に吸込まれ、１つの入力光子に対して１つの電
子・ホール対をせいせいする。３つの空間的に離れた吸込みプロセスは別々に行
われる。プロセスＤはカソードとＱＢ半導体との界面における電子・ホール対の
生成である。プロセスＥはＱＢ半導体のデプレッション領域内における電子・ホ
ール対の生成であり、最後にプロセスＦはＱＢ半導体のバルク（内部電界がゼロ
であるＱＢ−Ｓｅｍの領域）内における電子・ホール対を生成する光子吸込みプ
ロセスである。ＱＢ半導体内の準弾道軌跡の存在に起因し、ＱＢ半導体のデプレ
ッション領域内において特に生成された電子の大部分はデプレッション領域Ｗd
内に存在する内部電界により、再結合及び／又は非弾性散乱を起こすことなく、
アノードに向けて加速される。この効果は上記太陽電池の量子効率をかなり増大
させる。バルク領域の広がりを最小化し及びカソードの材料（例えば、透明導電
性の酸化スズ）を適切に選択し、もって上記デバイスの構造を最適化することき
により、本件発明による太陽電池は広い活性面積を有する非常に高効率、構造簡
単、高強度の光電気エネルギー変換デバイスとなる。
【０１３５】 実施例６．電子冷放射顕微鏡 新品の半導体ウエハーにおける欠陥及び／又は不純物を検査する分野には本件
発発明の非常に重要であるが潜在的な用途であり、ここでは電子冷放射顕微鏡（
ＥＣＥＭ）と呼ぶことにする。
発発明の非常に重要であるが潜在的な用途であり、ここでは電子冷放射顕微鏡（
ＥＣＥＭ）と呼ぶことにする。
【０１３６】 標準的な電子冷放射顕微鏡においては検査されるべき試料が熱電子放射が限界
となるような温度にまで加熱される。これらの電子は表面を経て試料を離れ、続
いて電子光学的に処理され、それが真空中に現れる表面の一部の、高空間解析性
の電子光学的イメージを形成する。しかし、検査試料についての情報は電子顕微
鏡からち取り出すことができるが、材料の表面及び表面直下の単層についてのも
のに限定されてしまう。これは電子の平均自由行程（真空中に十分なエネルギー
が放散される）が極端に小さい（５０オングストローム以下）という条件の下で
検査がなされるのが原因である。
となるような温度にまで加熱される。これらの電子は表面を経て試料を離れ、続
いて電子光学的に処理され、それが真空中に現れる表面の一部の、高空間解析性
の電子光学的イメージを形成する。しかし、検査試料についての情報は電子顕微
鏡からち取り出すことができるが、材料の表面及び表面直下の単層についてのも
のに限定されてしまう。これは電子の平均自由行程（真空中に十分なエネルギー
が放散される）が極端に小さい（５０オングストローム以下）という条件の下で
検査がなされるのが原因である。
【０１３７】 本件発明による実験的方法では電子は表面Ｓ３を経て試料（図２４のＱＢ−Ｓ
ｅｍ領域）を離れ、表面Ｓ２で上記ＱＢ半導体に注入され、従って電子は試料内
の準弾性軌跡の全部に沿って試料の状態についての情報を運ぶこととなる。いか
なる欠陥又は欠点（これちは１、２及び／又は３つであろうが、次元によってこ
となる）も準弾性軌跡からの電子の散乱（続いて熱化）を好き起こす。これは電
子光学的イメージ平面における投影タイプのコントラストを形成する。
ｅｍ領域）を離れ、表面Ｓ２で上記ＱＢ半導体に注入され、従って電子は試料内
の準弾性軌跡の全部に沿って試料の状態についての情報を運ぶこととなる。いか
なる欠陥又は欠点（これちは１、２及び／又は３つであろうが、次元によってこ
となる）も準弾性軌跡からの電子の散乱（続いて熱化）を好き起こす。これは電
子光学的イメージ平面における投影タイプのコントラストを形成する。
【０１３８】 本件発明による電子冷放射顕微鏡の好ましい実施形態の１つが図２４に概略的
に示されている。この場合においても本件発明の基本構造（カソード、ＱＢ半導
体及びアノード、図１、２参照）がまた保持され、上記基本構造が検査されるべ
き試料について形成される。さらに、ＱＢ半導体の表面Ｓ２、Ｓ３に対面する金
属電極は必ずしも必要なく、ＱＢ半導体内には十分な強度の電界が形成され、電
子が表面Ｓ２を経てＱＢ半導体内に注入されることがてきる。かかる構造におい
ては製品不良の検査プロセスが非接触で行える。これらの注入された電子は真っ
直ぐな準弾道軌跡に沿って移動し、これらは欠陥、不純物、欠点及び／又は不完
全部分荷よって偏向されず、ＱＢ半導体の表面Ｓ３をへて真空中に現れる。これ
ら電子の表面濃度、エネルギー及び現れる角度は表面Ｓ２、準弾道軌跡に沿った
。へ半導体のバルク及び表面Ｓ３と相互関係のある疑似弾道電子に正確に関連す
る変数（量）である。
に示されている。この場合においても本件発明の基本構造（カソード、ＱＢ半導
体及びアノード、図１、２参照）がまた保持され、上記基本構造が検査されるべ
き試料について形成される。さらに、ＱＢ半導体の表面Ｓ２、Ｓ３に対面する金
属電極は必ずしも必要なく、ＱＢ半導体内には十分な強度の電界が形成され、電
子が表面Ｓ２を経てＱＢ半導体内に注入されることがてきる。かかる構造におい
ては製品不良の検査プロセスが非接触で行える。これらの注入された電子は真っ
直ぐな準弾道軌跡に沿って移動し、これらは欠陥、不純物、欠点及び／又は不完
全部分荷よって偏向されず、ＱＢ半導体の表面Ｓ３をへて真空中に現れる。これ
ら電子の表面濃度、エネルギー及び現れる角度は表面Ｓ２、準弾道軌跡に沿った
。へ半導体のバルク及び表面Ｓ３と相互関係のある疑似弾道電子に正確に関連す
る変数（量）である。
【０１３９】 電子は表面Ｓ４の部分３２を経て現れると、次に標準的な電子オプティックス
３４によって処理され、電子光学的イメージの平面３０に上記一部の高空間解析
性の電子光学的イメージ３３を形成する。
３４によって処理され、電子光学的イメージの平面３０に上記一部の高空間解析
性の電子光学的イメージ３３を形成する。
【０１４０】 高精度ｘｙステージにＱＢ半導体を設置することにより、ウエハー全体が代表
的な走査型電子顕微鏡の標準的な倍率である１０ないし５０オングストローム以
下まで検査されることができる。
的な走査型電子顕微鏡の標準的な倍率である１０ないし５０オングストローム以
下まで検査されることができる。
【０１４１】 実施例７．電子ビームソース 本件発明（プレーナー型電子エミッタ）は上記発明の２次元的特性を必要とし
及び／又は有益な用途を本質的に目標としているか、本件発明の特性（低電力消
費、構造簡単、高い電界電流密度、室温操作性）は標準的な電子ビームソースの
構造に本件発明を利用することを非常に魅力的にさせる。ポイント化され、パタ
ーン化された準プレーナー型及び一般的な形状の電子ソースは簡単に製造でき、
ここでは”冷ショットキーカソード”という。これらは代表的には陰極線管（Ｃ
ＲＴ）、Ｘ線管、蒸着、及び溶接、イメージ化処理及び他の可能な電子ビーム用
途のための電子銃をふくむ電子顕微鏡の電子ソースとして利用できる。
及び／又は有益な用途を本質的に目標としているか、本件発明の特性（低電力消
費、構造簡単、高い電界電流密度、室温操作性）は標準的な電子ビームソースの
構造に本件発明を利用することを非常に魅力的にさせる。ポイント化され、パタ
ーン化された準プレーナー型及び一般的な形状の電子ソースは簡単に製造でき、
ここでは”冷ショットキーカソード”という。これらは代表的には陰極線管（Ｃ
ＲＴ）、Ｘ線管、蒸着、及び溶接、イメージ化処理及び他の可能な電子ビーム用
途のための電子銃をふくむ電子顕微鏡の電子ソースとして利用できる。
【０１４２】 これらの用途の全ては公知であり、先行技術との関係において述べられ、本件
発明の一部の用途として考えられるので、詳細な説明は省略する。
発明の一部の用途として考えられるので、詳細な説明は省略する。
【図１】 印加される外部電位がゼロであるときの、本件発明による電子エ
ネルギーバンドを簡略化して示す概略図である。
ネルギーバンドを簡略化して示す概略図である。
【図２】 限界の外部電位であるときの、本件発明による電子エネルギーバ
ンドを簡略化して示す概略図である。
ンドを簡略化して示す概略図である。
【図３】 本件発明によるプレーナー型電子エミッターの基本的な構造を簡
略化した例の示す図である。
略化した例の示す図である。
【図４】 平面ディスプレイがパターン化された電極及び発光体を示し、後
者がＱＢ半導体基体とアノードとの間に配置されている場合における概略側面を
示す図である。
者がＱＢ半導体基体とアノードとの間に配置されている場合における概略側面を
示す図である。
【図５】 図４の平面図である。
【図６】 図４の平面ディスプレイの他の実施形態であって、アノードの後
に発光体を配置した例を示す図である。
に発光体を配置した例を示す図である。
【図７】 図４の平面ディスプレイの更に他の実施形態であって、電子加速
電極を設け、電子加速電極の後に発光体を配置した例を示す図である。
電極を設け、電子加速電極の後に発光体を配置した例を示す図である。
【図８】 電子吸込み材料のテンプレートがＱＢ半導体とアノードの間に配
置され、電子加速電極が付加され、露光されるべき基体が電子加速電極の前に配
置されている、プレーナー型電子ビームリソグラフィのための先行技術のプレー
ナー型電子エミッタを示す側面図である。
置され、電子加速電極が付加され、露光されるべき基体が電子加速電極の前に配
置されている、プレーナー型電子ビームリソグラフィのための先行技術のプレー
ナー型電子エミッタを示す側面図である。
【図９】 図８の他の実施形態であって、露光されるべき基体が電子加速電
極の後であって真空の外方に配置される一方、ＱＢ半導体及び電極の全構造部分
が真空中に配置された例を示す図である。
極の後であって真空の外方に配置される一方、ＱＢ半導体及び電極の全構造部分
が真空中に配置された例を示す図である。
【図１０】 図８と等価な図であって、本件発明によるプレーナー型の準弾
道電子エミッタを示す図である。
道電子エミッタを示す図である。
【図１１】 プレーナー型電子ビームリソグラフィにプレーナー型準弾道電
子エミッターを実装するための開口を示す概略図である。
子エミッターを実装するための開口を示す概略図である。
【図１２】 図１１の開口の写真を示す図である。
【図１３】 図１０で述べた可能なテンプレートを１例を示す図である。
【図１４】 プレーナー型電子ビームリソグラフィによって作製された構造
を示す走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
を示す走査型電子顕微鏡写真を示す図である。
【図１５】 ２次元発光パネルにおける内部形態を示す立体図である。
【図１６】 図１５の外部形態を示す立体図である。
【図１７】 ２次元発光パネルにおける他の内部形態を示す図である。
【図１８】 本件発明による典型的な高速プレーナー型ショットキーバリア
ダイオードを示す概略図である。
ダイオードを示す概略図である。
【図１９】 光検出・光放射デバイスの実施形態における電子エネルギーバ
ンドを簡略化して示す概略図である。
ンドを簡略化して示す概略図である。
【図２０】 典型的なプレーナー型の金属・半導体電界効果トランジスタ（
ＭＥＦＥＴ）を示す概略図である。
ＭＥＦＥＴ）を示す概略図である。
【図２１】 ２次元光信号又はイメージを検出し記録するための本件発明に
よるデバイスを示す概略図である。
よるデバイスを示す概略図である。
【図２２】 ２次元光信号又はイメージの処理デバイスの実施形態を示す概
略図である。
略図である。
【図２３】 本件発明による太陽電池の構造の１例をにおけるエネルギー概
略図である。
略図である。
【図２４】 電子冷放射顕微鏡（ＥＣＥＭ）の実施形態を示す概略図である
。
。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年７月１７日（２０００．７．１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 63/06 Ｈ０１Ｊ 63/08 63/08 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ａ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０１Ｊ 1/30 Ｍ 33/00 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (71)出願人 ウラディミル・コラリク Ｖｌａｄｉｍｉｒ ＫＯＬＡＲＩＫ チェッコ621 00ブルノ、ジェクナ32番 (72)発明者 ペトル・ヴィスコル デンマーク、デーコー−4174イストルッ プ、スキョレネスヴァイ17番 (72)発明者 ニールス・オレ・ニールセン デンマーク、デーコー−8600シルケボア、 セルトネルスヴァイ７番 (72)発明者 アルミン・デロング チェッコ602 00ブルノ、カルヴォドワ25 番 (72)発明者 ウラディミル・コラリク チェッコ621 00ブルノ、ジェクナ32番 Ｆターム(参考） 5C030 CC02 5C031 DD17 DD19 5C036 EE01 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH04 5C039 MM01 MM09
Claims (64)
- 【請求項１】 第１、第２の表面を備える要素であって、第１の表面が第１
の電荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように設
けられ、第１の表面が第２の表面に対して実質的に平行をなし、上記要素が材料
又は材料系内における電子散乱を減少するように設けられた材料又は材料系によ
って構成され、第１又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記
要素と、 上記要素の少なくとも一部を横断して電界を与える手段であって、上記要素の
第１の表面に第１の電荷を与える手段と、第２の表面に第２の電荷を与え、第２
の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１又は第２の表面に対して実質的に
垂直な方向に移動するようになした手段とから構成された上記手段とを備えたこ
とを特徴とする物。 - 【請求項２】 材料又は材料系が、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカー
バイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジウ
ム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるいは
それらの組合せ等の半導体材料によって構成されている請求項１記載の物。 - 【請求項３】 材料又は材料系はドーパントを材料又は材料系に所定のドー
パントレベルになるようにドーピングすることによっ製作されている請求項１又
は２記載の物。 - 【請求項４】 ドーパントが、リン、リチウム、アンチモニ、砒素、ボロン
、アルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム、ビスマス、シリコン、ゲル
マニウム、硫黄、スズ、テルル、セレン、カーボン、ベリリウム、マグネシウム
、亜鉛、カドミウム又はそれらの組み合わせからなる請求項３記載の物。 - 【請求項５】 所定のドーピングレベルが１×１０18ｃｍ-3よりも小さい、
例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×１
０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さい請求項３記載の物。 - 【請求項６】 第１の表面に第１の電荷を与える手段は少なくとも一部を導
電性の材料又は材料系で構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の物
。 - 【請求項７】 第２の表面に第２の電荷を与える手段は少なくとも一部が導
電性の材料又は材料系で構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の物
。 - 【請求項８】 少なくとも部分的に導電性を有する第１の材料又は材料系は
各々が第１、第２の表面を有する薄層によって構成され、第２の表面は操作上、
電荷リザーバの第１の端子に接続され、第１の表面は要素の材料又は材料系の第
１の表面に直接に接続されている請求項６記載の物。 - 【請求項９】 少なくとも部分的に導電性を有する第２の材料又は材料系は
各々が第１、第２の表面を有する薄層によって構成され、第１の表面は操作上、
電荷リザーバの第２の端子に接続され、第２の表面は要素の材料又は材料系の第
２の表面に直接に接続されている請求項７記載の物。 - 【請求項１０】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピングした高ドーピ
ング半導体材料で構成されている請求項６ないし９のいずれかに記載の物。 - 【請求項１１】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金、クロム、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ス
トロンチウム、インジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フラ
ンシウム又はユーロピウムあるいはこれらの組合せから構成されている請求項１
０記載の物。 - 【請求項１２】 電子が準弾道電子である請求項１ないし１１のいずれに記
載の物。 - 【請求項１３】 第１のタイプの電子を与える方法であって、その方法が、 第１、第２の表面を有する要素を与える手順であって、第１の表面が第１の電
荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように設けら
れ、第１の表面が第２の表面に対して実質的に平行をなし、上記要素が材料又は
材料系内における電子散乱を減少するように設けられ、第１又は第２の表面に対
して垂直な所定の結晶方位を有するところの上記手順と、 上記要素の第１の表面に第１の電荷を与える手段を設ける手順と、 上記要素の第２の表面に第２の電荷を与える手段を設ける手順であって、第２
の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１又は第２の表面に対して実質的に
垂直な方向に移動するようになした手段を設ける上記手順と、を備えたことを特
徴とする方法。 - 【請求項１４】 材料又は材料系が、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカ
ーバイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジ
ウム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるい
はそれらの組合せ等の半導体材料によって構成されている請求項１３記載の方法
。 - 【請求項１５】 材料又は材料系はドーパントを材料又は材料系に所定のド
ーパントレベルになるようにドーピングすることによって製作されている請求項
１３又は１４記載の方法。 - 【請求項１６】 ドーパントが、リン、リチウム、アンチモニ、砒素、ボロ
ン、アルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム、ビスマス、シリコン、ゲ
ルマニウム、硫黄、スズ、テルル、セレン、カーボン、ベリリウム、マグネシウ
ム、亜鉛、カドミウム又はそれらの組み合わせからなる請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 所定のドーピングレベルが１×１０18ｃｍ-3よりも小さい
、例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×
１０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さい請求項１８記載の方
法。 - 【請求項１８】 第１の表面に第１の電荷を与える手段は少なくとも一部を
導電性の材料又は材料系で構成されている請求項１３ないし１７のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項１９】 第２の表面に第２の電荷を与える手段は少なくとも一部が
導電性の材料又は材料系で構成されている請求項１３ないし１７のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項２０】 少なくとも部分的に導電性を有する第１の材料又は材料系
は各々が第１、第２の表面を有する薄層によって構成され、第２の表面は操作上
、電荷リザーバの第１の端子に接続され、第１の表面は要素の材料又は材料系の
第１の表面に直接に接続されている請求項１８記載の方法。 - 【請求項２１】 少なくとも部分的に導電性を有する第２の材料又は材料系
は各々が第１、第２の表面を有する薄層によって構成され、第１の表面は操作上
、電荷リザーバの第２の端子に接続され、第２の表面は要素の材料又は材料系の
第２の表面に直接に接続されている請求項１９記載の方法。 - 【請求項２２】 電荷リザーバの第１、第２の端子間に電位差が２Ｖ以上で
ある請求項２０又は２１記載の方法。 - 【請求項２３】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピングした高ドーピ
ング半導体材料で構成されている請求項１８ないし２１のいずれかに記載の方法
。 - 【請求項２４】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金、クロム、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ス
トロンチウム、インジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フラ
ンシウム又はユーロピウムあるいはこれらの組合せから構成されている請求項２
３記載の方法。 - 【請求項２５】 電子が準弾道電子である請求項１３ないし２４のいずれに
記載の方法。 - 【請求項２６】 上記物を製造する方法であって、その方法が、 第１、第２の表面を有する半導体材料又は材料系を設ける手順であって、第２
の表面が第１の表面に対して実質的に平行をなし、半導体材料又は材料系が第１
又は第２の表面に対して垂直な所定の結晶方位を有する上記半導体材料又は材料
系を設ける上記手順と、 表面粗さを減少させるように第１、第２の表面を表面処理する手順と、 材料又は材料系内における電子散乱を減少させるような所定のドーピングレベ
ル返られるようにドーパントを半導体材料又は材料系にドーピングする手順と、 少なくとも一部に導電性を有する第１の材料又は材料系を設ける手順であって
、上記第１の材料又は材料系が第１、第２の表面を有する層を形成し、第２の表
面が操作上は電荷リザーバの第１の端子に接続され、第１の表面が要素の材料又
は材料系の第１の表面に直接的に接続されるところの材料又は材料系を設ける上
記手順と、 少なくとも一部に導電性を有する第２の材料又は材料系を設ける手順であって
、上記第２の材料又は材料系が第１、第２の表面を有する層を形成し、第１の表
面が操作上は電荷リザーバの第２の端子に接続され、第２の表面が要素の材料又
は材料系の第２の表面に直接的に接続されるところの材料又は材料系を設ける上
記手順と、 を備えたことを特徴とする方法。 - 【請求項２７】 半導体材料がシリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイ
ド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジウム、
砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるいはそれ
らの組合せによって構成されている請求項２６記載の方法。 - 【請求項２８】 所定の結晶方位は＜１１１＞、＜１１０＞又は＜１００＞
方位である請求項２６又は２７記載の方法。 - 【請求項２９】 表面処理が光学的研磨である請求項２６ないし２８のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項３０】 ドーパントがリチウム、リン、アンチモニ、砒素、ボロン
、アルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム又はこれらの組合せから構成
されている請求項２６ないし２９のいずれかに記載の方法。 - 【請求項３１】 所定のドーピングレベルが１×１０18ｃｍ-3よりも小さい
、 例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×１
０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さい請求項２６ないし３０
のいずれ かに記載の方法。 - 【請求項３２】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピングした高ドーピ
ング半導体材料で構成されている請求項２６ないし３１のいずれかに記載の方法
。 - 【請求項３３】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金、クロム、プラチナ、アルミニウム、銅又はこれらの組合せから構成
されている請求項３２記載の方法。 - 【請求項３４】 請求項１ないし１２のいずれかに記載の物であって、電子
に露光されると複数の波長の光を放射するように設けられた材料の層であって、
その材料の層が要素の第１、第２の表面に対して実質的に平行をなす平面におい
て１又は複数の表面要素を有する２次元マトリックスを定義し、各表面要素が所
定の波長の光を放射するように設けられているところの上記物と、 ２次元マトリックス内の１又は複数の表面要素に電子を選択的に調べる手段と
、を備えたことを特徴とする平面ディスプレイ。 - 【請求項３５】 複数の波長を放射する材料の層は適切な発光体又は規格の
カラーテレビジョンの蛍光体で構成されている請求項３４記載の平面ズィプレイ
。 - 【請求項３６】 放射光は少なくとも３色に対応する少なくとも３つの波長
で構成される請求項３４又は３５記載の平面ティスプレイ。 - 【請求項３７】 色彩が層から放射された少なくとも３色を組み合わせから
演繹される請求項３６記載の平面ディスプレイ。 - 【請求項３８】 放射光の波長は赤色、黄色、青色又は赤色、緑色、青色に
相当する請求項３４ないし３７のいずれかに記載の平面ディスプレイ。 - 【請求項３９】 電子が準弾道電子である請求項３４ないい３８のいずれか
に記載の平面ディスプレイ。 - 【請求項４０】 選択的手段は第１、第２の表面に対して実質的に平行をな
す平面において２次元マトリックスの制御可能なマトリックス要素を定義するよ
うなパターンで構成され、上記パターンは少なくとも一部が導電性を有する材料
又は材料系によって構成される請求項３４ないし３９のいずれかに記載の平面デ
ィスプレイ。 - 【請求項４１】 フィルムを第１のタイプの複数の電子に曝す方法であって
、その方法が、 第１、第２の表面を有する第１の要素を設ける手順であって、第１の表面が第
１の電荷を保持するように設けられ、第２の表面が第２の電荷を保持するように
設けられ、上記要素が材料又は材料系内における電子散乱を減少するように設け
られた材料又は材料系によって構成され、第１又は第２の表面に対して垂直な所
定の結晶方位を有する上記要素を設ける手順と、 第２の要素がフィルムに保持するように設けられて第１のタイプの複数の電子
に曝されるところの上記第２の要素を設ける手順と、 パターン化された吸込み層を設ける手順であって、上記吸込み層がパターンに
よって決まる位置において第１の要素を経て移動する電子を吸込みするように設
けられた所の上記吸込み層を設ける上記手順と、 第１の要素の第１の表面に第１の電荷を与える手順と、 第１の要素の第２の表面に第２の電荷を与える手順であって、第２の電荷が第
２のタイプの電子が第１の表面から第２の表面に向けて移動するように第１の電
荷と比較して逆の極性であるところの上記第２の電荷を与える上記手順と、 第２の電荷と同じ極性を有する第３の電荷を第２の表面に与える手順と、 を備えたことを特徴とする方法。 - 【請求項４２】 材料又は材料系が、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカ
ーバイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジ
ウム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるい
はそれらの組合せ等の半導体材料によって構成されている請求項４１記載の方法
。 - 【請求項４３】 材料又は材料系はドーパントを材料又は材料系に所定のド
ーパントレベルになるようにドーピングすることによっ製作されている請求項４
１又は４２記載の方法。 - 【請求項４４】 ドーパントが、リン、リチウム、アンチモニ、砒素、ボロ
ン、アルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム、ビスマス、シリコン、ゲ
ルマニウム、硫黄、スズ、テルル、セレン、カーボン、ベリリウム、マグネシウ
ム、亜鉛、カドミウム又はそれらの組み合わせからなる請求項４３記載の方法。 - 【請求項４５】 所定のドーピングレベルが１×１０18ｃｍ-3よりも小さい
、 例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×１
０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さい請求項４３記載の方法
。 - 【請求項４６】 第１の電荷が電荷リザーバの第１の端子から第１の要素の
第１の表面に与えられる請求項４１ないし４５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項４７】 第２の電荷が電荷リザーバの第２の端子から第１の要素の
第２の表面に与えられる請求項４１ないし４５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項４８】 第３の電荷が電荷リザーバの第３の端子から第２の要素に
与えられる請求項４１ないし４４のいずれかに記載の方法。 - 【請求項４９】 電荷リザーバの第１、第２の端子間に電位差が２Ｖ以上で
ある請求項４６又は４７記載の方法。 - 【請求項５０】 第２の要素は金属又はシリコン、ゲルマニウム、シリコン
カーバイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化イン
ジウム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンある
いはそれらの組合せ等の半導体材料から構成される請求項４１ないし４９のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項５１】 フィルムがレジストからなる請求項４１ないし５０のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項５２】 第２のタイプの電子が準弾道電子である請求項４１ないし
５１のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５３】 第１、第２の表面領域を有する要素であって、第１の表面
領域が第１の電荷を保持するように設けられ、第２の表面領域が第２の電荷を保
持するように設けられ、上記要素が材料又は材料系内における電子散乱を減少す
るように設けられた材料又は材料系によって構成され、第１又は第２の表面に対
して垂直な所定の結晶方位を有する上記要素と、 上記要素の少なくとも一部を横断して電界を与える手段であって、上記手段が
、上記要素の第１の表面領域に第１の電荷を与える手段と、上記要素の第２の表
面領域に第２の電荷を与え、第２の電荷が第１の電荷と異なっていて電子が第１
の表面領域と第２の表面領域との間を電子が移動するようになした手段と、 を備えたことを特徴とする物。 - 【請求項５４】 材料又は材料系が、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカ
ーバイド、砒化ガリウム、燐化イリジウム、アンチモンインジウム、砒化インジ
ウム、砒化アルミニウム、テルル化亜鉛、窒化シリコン又は窒化シリコンあるい
はそれらの組合せ等の半導体材料によって構成されている請求項５３記載の物。 - 【請求項５５】 材料又は材料系はドーパントを材料又は材料系に所定のド
ーパントレベルになるようにドーピングすることによっ製作されている請求項５
３又は５４記載の物。 - 【請求項５６】 ドーパントが、リン、リチウム、アンチモニ、砒素、ボロ
ン、アルミニウム、タンタル、ガリウム、インジウム、ビスマス、シリコン、ゲ
ルマニウム、硫黄、スズ、テルル、セレン、カーボン、ベリリウム、マグネシウ
ム、亜鉛、カドミウム又はそれらの組み合わせからなる請求項５５記載の物。 - 【請求項５７】 所定のドーピングレベルが１×１０18ｃｍ-3よりも小さい
、 例えば１×１０16ｃｍ-3よりも小さい、１×１０14ｃｍ-3よりも小さい、１×１
０13ｃｍ-3よりも小さい、１×１０12ｃｍ-3よりも小さい請求項５５記載の物。 - 【請求項５８】 第１の表面に第１の電荷を与える手段は少なくとも一部を
導電性の材料又は材料系で構成されている請求項５３ないし５７のいずれかに記
載の物。 - 【請求項５９】 第２の表面に第２の電荷を与える手段は少なくとも一部が
導電性の材料又は材料系で構成されている請求項５３ないし５７のいずれかに記
載の物。 - 【請求項６０】 少なくとも部分的に導電性を有する第１の材料又は材料系
は各々が第１、第２の表面を有する薄層によって構成され、第２の表面は操作上
、電荷リザーバの第１の端子に接続され、第１の表面は要素の材料又は材料系の
第１の表面に直接に接続されている請求項５８記載の物。 - 【請求項６１】 少なくとも部分的に導電性を有する第２の材料又は材料系
は各々が第１、第２の表面を有する薄層によって構成され、第１の表面は操作上
、電荷リザーバの第２の端子に接続され、第２の表面は要素の材料又は材料系の
第２の表面に直接に接続されている請求項５９記載の物。 - 【請求項６２】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金属又は１×１０17ｃｍ-3を越える高レベルでドーピングした高ドーピ
ング半導体材料で構成されている請求項５７ないし６０のいずれかに記載の物。 - 【請求項６３】 少なくとも部分的に導電性を有する第１、第２の材料又は
材料系は金、クロム、プラチナ、アルミニウム、銅、セシウム、ルビジウム、ス
トロンチウム、インジウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテリウム、フラ
ンシウム又はユーロピウムあるいはこれらの組合せから構成されている請求項６
１記載の物。 - 【請求項６４】 電子が準弾道電子である請求項５３ないし６３のいずれに
記載の物。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW497278B (en) * | 2000-03-24 | 2002-08-01 | Japan Science & Tech Corp | Method for generating trajectory electron, trajectory electron solid state semiconductor element |
| US7129626B2 (en) * | 2001-03-20 | 2006-10-31 | Copytele, Inc. | Pixel structure for an edge-emitter field-emission display |
| US6643248B2 (en) * | 2001-04-16 | 2003-11-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Data storage device |
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| EP1801842A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Device for generating X-rays and use of such a device |
| JP2007194087A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子放出装置およびその製造方法 |
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| WO2011079434A1 (zh) * | 2009-12-29 | 2011-07-07 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 场致发射白光的装置 |
| UA111585C2 (uk) * | 2010-01-08 | 2016-05-25 | Трай Альфа Енерджи, Інк. | Перетворення високоенергетичних фотонів в електрику |
| CN102243967B (zh) * | 2011-05-25 | 2013-05-22 | 西安交通大学 | 基于多孔介电材料薄膜的弹道场发射显示器件阴极的制备方法 |
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| GB2531326B (en) * | 2014-10-16 | 2020-08-05 | Adaptix Ltd | An X-Ray emitter panel and a method of designing such an X-Ray emitter panel |
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| US10825939B2 (en) | 2016-01-07 | 2020-11-03 | The Research Foundation For The State University Of New York | Selenium photomultiplier and method for fabrication thereof |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4683399A (en) | 1981-06-29 | 1987-07-28 | Rockwell International Corporation | Silicon vacuum electron devices |
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| NL8400297A (nl) | 1984-02-01 | 1985-09-02 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenbundel. |
| NL8600675A (nl) | 1986-03-17 | 1987-10-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenstroom. |
| US4823004A (en) | 1987-11-24 | 1989-04-18 | California Institute Of Technology | Tunnel and field effect carrier ballistics |
| EP0367195A3 (en) * | 1988-10-31 | 1991-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Mim cold-cathode electron emission elements and methods of manufacture thereof |
| EP0713237B1 (en) | 1989-09-04 | 2000-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emission element and method of manufacturing the same |
| US5229682A (en) | 1989-12-18 | 1993-07-20 | Seiko Epson Corporation | Field electron emission device |
| NL9000297A (nl) | 1990-02-08 | 1991-09-02 | Philips Nv | Ladingsgekoppelde inrichting. |
| JPH0425175A (ja) | 1990-05-21 | 1992-01-28 | Canon Inc | ダイオード |
| US5212426A (en) | 1991-01-24 | 1993-05-18 | Motorola, Inc. | Integrally controlled field emission flat display device |
| ATE155610T1 (de) | 1991-02-20 | 1997-08-15 | Canon Kk | Halbleiter-elektronenemissionseinrichtung |
| JP3126158B2 (ja) * | 1991-04-10 | 2001-01-22 | 日本放送協会 | 薄膜冷陰極 |
| US5536193A (en) | 1991-11-07 | 1996-07-16 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method of making wide band gap field emitter |
| US5686791A (en) | 1992-03-16 | 1997-11-11 | Microelectronics And Computer Technology Corp. | Amorphic diamond film flat field emission cathode |
| US5463275A (en) | 1992-07-10 | 1995-10-31 | Trw Inc. | Heterojunction step doped barrier cathode emitter |
| EP0597537B1 (en) | 1992-11-12 | 1998-02-11 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electron tube comprising a semiconductor cathode |
| DK146692D0 (da) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | Petr Viscor | Fremgangsmaade og apparat til bestemmelse af karakteristiske elektriske materialeparametre for halvledende materialer |
| EP0601637B1 (en) | 1992-12-08 | 1999-10-27 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Cathode ray tube comprising a semiconductor cathode |
| US5340997A (en) | 1993-09-20 | 1994-08-23 | Hewlett-Packard Company | Electrostatically shielded field emission microelectronic device |
| CH689190A5 (fr) | 1993-10-19 | 1998-11-30 | Hans Ulrich Meyer | Instrument de mesure de longueurs ou d'angles. |
| US5528103A (en) | 1994-01-31 | 1996-06-18 | Silicon Video Corporation | Field emitter with focusing ridges situated to sides of gate |
| US5631196A (en) | 1994-07-18 | 1997-05-20 | Motorola | Method for making inversion mode diamond electron source |
| US5729094A (en) * | 1996-04-15 | 1998-03-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Energetic-electron emitters |
| US5712490A (en) | 1996-11-21 | 1998-01-27 | Itt Industries, Inc. | Ramp cathode structures for vacuum emission |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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