JP2002519814A - 半導体カソードを有する電子管 - Google Patents

半導体カソードを有する電子管

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JP2002519814A
JP2002519814A JP2000556385A JP2000556385A JP2002519814A JP 2002519814 A JP2002519814 A JP 2002519814A JP 2000556385 A JP2000556385 A JP 2000556385A JP 2000556385 A JP2000556385 A JP 2000556385A JP 2002519814 A JP2002519814 A JP 2002519814A
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cathode
electron tube
tube
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フレデリック シー ゲーリング
ロン クローン
ズトフェン トム ファン
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Koninklijke Philips NV
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Philips Electronics NV
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/02Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
    • H01J29/04Cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details 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
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/308Semiconductor cathodes, e.g. cathodes with PN junction layers

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 電子を放出する半導体カソードを備える電子管であって、この半導体カソードは支持体に配されており、該カソードの自由表面(Si)F又はHFのような還元剤表面に面するように、放出源は該カソードの近くに配されている。この放出源は製造プロセスにおいて前記電子管の真空引き中に起こる上昇温度で、F又はHFのような還元剤を放出することができる。そして、これらのF又はHFのような還元剤は、前記カソードの自由表面(Si)を不動態化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持体上に配され、電子を放出する半導体カソードを有する電子管
に関する。
【0002】 該電子管は、ディスプレイ管又は撮像管として使用可能であるが、一方で電子
リソグラフィへの応用又は電子顕微鏡(検査法)に適するように具体的に使用さ
れてもよい。
【0003】
【従来の技術】
上述のタイプの電子管は、米国特許5,444,328号公報に開示されてい
る。いわゆる半導体又は“冷陰極管”では、pn−接合が、電荷担体のアバラン
シェ(avalanche)(雪崩現象)が起こるように逆方向に動作する。結果として
、電極には仕事関数の電圧を超えるような十分なエネルギーが獲得される。電子
の遊離は仕事関数の電圧を減少させる物質の存在によって促進される。
【0004】 Cs(セシウム)は仕事関数の電圧を減少させる物質であり、一方、酸素は仕
事関数の電圧を増加させる物質である。さらに、Csは酸素で汚染されている表
面から酸素をより脱着させる。そのため、カソード(陰極管)表面には清浄さが
重要である。SiO(酸化シリコン)はCsを堆積させる前に、HF(弗化水素
)を用いて、前記Si(シリコン)のカソード表面からエッチング処理で取り除
かれる。しかし、前記電子管の製造工程中に、前記管の真空引きをしなければな
らない。
【0005】 該管の壁から十分な程度になるまで吸着されたガスを急速に除去することがで
きるように、前記管の真空引きの間に温度を上昇させることが必要である。
【0006】 前記工程で真空引きされた多くのガスは、この上昇温度において前記Si陰極
管の表面を再び酸化させうる(例えば、HO、CO...等)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のことが考慮されなかったり、相反することが行われたならば
、前記管の動作中、カソードの放出が期待しているよりも低くなってしまうもの
であろうという認識に基づくものである。
【0008】 結果として、前記管が加熱している間(例えば、真空引きの間)に露出された
(Si)カソードの表面の望ましくない酸化が減少するように具現化された半導
体カソードを有する電子管を提供することが本発明の目的である。
【0009】 この目的は、冒頭の段落で述べられたタイプの電子管であって、放出源が好適
には前記カソードの(Siの)自由表面に面するように配される。この放出源は
、該放出源が上昇温度において還元剤を発生することができるような電子管によ
って達成される。還元剤は、ここでは、上昇温度で(真空引きの場合のように)
前記Si表面を不動態化(不活性化)することを可能とし、又は該Si表面で形
成された酸素化合物を除去することさえ可能とするガス分子を意味すると考慮さ
れるべきである。この工程は、前記カソードの製造する際に実行される工程のス
テップと比較することができる。この工程では、HFの水溶液の蒸気と窒素ガス
との混合の気体が外部から前記管へと吹き込まれ、前記カソード表面を覆うよう
にして拡散され、このようにして、前記Si表面を水素原子又はフッ素原子によ
って不動態化させる。これらの原子は、該表面のSi原子の自由結合の位置を支
配し、これによって例えば、酸素又は水蒸気による酸化を防いでいる。真空引き
の際中は、このような不動態化の工程(ガスフロー、いわゆるHFガスのジェッ
トを使う工程)は実行不可能であることは明らかであろう。この理由のために、
本発明は上昇温度で還元剤を放出することが可能な放出源を提供する。真空引き
の間の温度は、一般には20℃乃至400℃の範囲をとり、さらに特には、20
℃乃至340℃の範囲をとる。
【0010】 好適には、前記還元剤はフッ素又はフッ素化合物を有する。
【0011】 上昇温度で、フッ素又はフッ素化合物(例えばHF)を放出できる物質は、例
えばマコール(macor(商標名))である。使用可能な、相応しい他の物質は、
ホウケイ酸塩のガラス又は上昇温度でフッ素を放出することが可能な他のガラス
である。
【0012】 代替可能な実施例に拠れば、前記放出源は還元剤を有する母体(マトリックス
)であってもよく、該還元剤は放出速度が減速するような態様で容易に放出可能
である。結果として、分子は、全体の真空引きの工程の間は自由に振る舞う。前
記母体は、例えば、カリウム臭化物のペレットであってもよい。このペレットを
製造するために、前記還元剤と混合されたカリウム臭化物が、ペレットへと圧縮
(成形)される。
【0013】 前記還元剤は、支持体に備えられるかどうかにより、択一的に、前記カソード
の近くに配されるセルにスクリーン印刷されるようにしてもよい。
【0014】 本発明の以上の及び他の見地は以下に記載された実施例から明らかになり、該
実施例を参照して明瞭になるであろう。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、電子管1、この場合、画像ディスプレイへ使用のための陰極線管を概
念的に示している。この電子管1は、ディスプレイ窓2、コーン3、及び端壁5
を持つ端部4から構成される。この内部の表面は、該端壁5の位置で、支持体6
を具備する。この支持体6上で、この実施例においては、放出表面8を有する1
つ又はそれ以上の半導体カソード(pn−エミッタ)が配置されている。この半
導体カソードは米国特許5,444,328号公報に述べられているようなアバ
ランシェ・ブレークダウンタイプ(avalanche breakdown type)である。
【0016】 端部4には、グリッド電極9、10、及びさらなる偏向電極11が配置されて
いる。前記陰極線管はさらに前記ディスプレイ窓の位置で蛍光体スクリーン12
を含んでいる。例えば、シャドウマスクのような、このような陰極線管の部分を
形成する他の要素は、簡潔のために、図1には示されていない。特に、該カソー
ドと加速電極との間の電気的接続のために、前記端壁5にはフィードスルー(fe
edthroughs)13が備えられており、このフィードスルー13を介して、これら
の要素のための接続用配線が接続ピンへ電気的に接続されている。
【0017】 酸素とオゾンとの混合ガスが、加熱されたカソード表面にわたって該管の内部
で吹き付けられ、例えば前記管の前のSi表面が真空引きされる。この工程ステ
ップは、前記カソード表面から炭化水素を取り除くために実行される。その後す
ぐに、水素弗化物、水蒸気、及び窒素ガスの混合ガスが、前記カソードにわたっ
て吹き付けられる。この工程のステップは、前記カソードの表面から前記Si酸
化物層を取り除く役目を果たす。両ステップ共、前記管の真空引き後に良好なカ
ソードからの放出を達成するのに必要である。前記Si酸化物がHFガスのエッ
チング剤により取り除かれつつあるときに、前記Si表面は水素原子とフッ素原
子とにより“不動態化”される。これらの原子は前記表面のSi原子の自由結合
位置を支配する。これによって、該ガスエッチングの処理の後で、例えば酸素又
は水蒸気によって酸化物が除去される。水素による不動態化は好適である。なぜ
ならば、フッ素を使用する不動態化よりも高い温度で安定した状態を維持するか
らである。
【0018】 図2は、本発明による実施可能な電子管の一部の実施可能な構造を示している
。スカート形状となるように具現化されている第一のグリッド9の内部には、前
記半導体カソード7を支持する支持体6が存在している。前記支持体6は接続要
素15を介して前記グリッド9に接続されている。第二のグリッド10ばかりで
なく該グリッド9はクランプ要素16により、より大きなアセンブリの中に固定
されている。当該装置はさらに第一のCs源18、この例ではセシウム−クロメ
ート用ディスペンサを有する。このセシウム−クロメート用ディスペンサと前記
カソードとの両方が接続用配線19を介して互いに電気的に接触している。他の
電気的接触(例えば前記グリッド9と10)は、平明のために図2には示されて
いない。
【0019】 冒頭の段落で既に議論したように、前記電子管が作動している間は、前記第一
の放出源18からのCsは前記半導体カソードの仕事関数を低減するために蒸発
(蒸気化)される。有効寿命の間でCsは消費される。このことは様々な要因に
貢献されうる。
【0020】 例えば、Csは、酸化しつつあるガス(例えば、水蒸気、酸素ガス、二酸化炭
素ガス)の存在(それが使用される環境においては)に敏感である。さらに、C
sはそれが迅速に蒸発するような高い蒸気圧を持っている。前記カソードの消散
の結果として、その温度は上昇し、Csが消費される。さらに、ESD(Elect
ron Stimulated Desorption)が発生する。すなわち、前記カソードにより放
出された電子は、Csの脱着を特に僅かに酸化された表面から誘導する。このよう
なCsの消失は、その有効寿命の過程で前記陰極の電子放出係数を減少させ、こ
の有効寿命を実質的に短くさせる。Csを使用するための本質的な条件は、Csが
堆積されるべきSi表面を、制御することである。
【0021】 上述したように、本発明は、前記管の真空引きの間に前記シリコン表面の酸化
反応を妨ぐ手段を提供する。この目的のために、上昇温度(真空引中)で還元剤
を放出する放出源17は、特に、フッ素又はフッ素化合物が前記カソードの近く
に配されている。実施例では、前記放出源17は、前記カソード8の自由表面と
対向する位置に配置された第一のグリッド9の側に固定されているマコー(商標
名)の部分、例えばストリップ又はリングである。この代わりに、ホウケイ酸塩
のガラスを前記管の一部において又はその一部のために使用することも可能であ
る。
【0022】 マコー(Macor)(商標名)はコーニング社(Corning)の機械加工可能なガ
ラス状セラミックである。したがって、標準的な金属加工の道具を用いて最終的
な状態に加工できる。母材となるガラスは、フッ素リッチの豊富な液体粒子(dr
oplets)を含む重く位相分離された白色のオパールガラスである。825℃まで
続けて加熱した場合、マイカ相のフルオロフォルゴパイト((KMg)AlSi 10)の板状結晶が形成される。この結果物は、脆性のガラス母材(マ
トリックス)で分散された2次元のマイカ結晶がしっかりと(高度に)重なりあ
ったアレイからなる微細構造である。
【0023】 「還元剤」という語句は、増大温度で真空引きの間に前記シリコンの表面を再
不動態化することができる、又は前記シリコンの表面に形成された酸素化合物を
再び除去することさえできる、ガス分子を意味すると解釈すべきである。
【0024】 (いくつかの)試験が、前記マコー(商標名)を配した後でより高いレベルに
前記カソードの放出が増加したことを示す該カソードと面するようにHFガスの
フローの中で配されたセラミックのマコー(商標名)を基にして行われた。この
ことは次のように説明することができる。すなわち、前記(温度)真空引きプロ
セスの間、前記真空引きプロセスの間に前記カソードの面を不動態化したり、還
元したりするフッ素化合物が放出される。
【0025】 真空引き中の温度は一般に20乃至340℃の範囲をとる。
【0026】 図3は、いわゆるアバランシェ冷陰極部(AC−カソード)の構造の概念的な
断面図である。このカソードはpn−接続を持つSi基板20を有する。この基
板の“自由”表面(この表面で電子の放出が起こる)に平面的電子−光学的なシ
ステム21が備わっている。そしてこのシステム21は絶縁層22によって前記
基板から分離されている。前記カソードはさらに前記電子−光学的システム用の
励起電圧を発生する第一の手段及びビデオ信号に関連した電圧を印加する第二の
手段を含む。
【0027】 勿論のことであるが、本発明はここで記載された実施例に限定されず、本発明
の範囲内で多くの変形例を当業者は実施可能である。例えば、シリコンを必ずし
も半導体の構造体のために使用する必要はない。その代わり、シリコン−カーバ
イドのような他の半導体材料、又はガリウムヒ化物のようなA−B化合物を
使用することも可能である。p型の領域19、50及n型の領域31、31’、
51が多くの箇所で接触しうる。このことにより、これらの領域を、必要に応じ
て、サブ領域に細分化することができる。このことは、接続用導体上に高電圧を
用いて接続するのに有効である。負電子親和力(NEA−カソード)の原理又は
フィールドエミッタ(field emitters)によるカソードの動作のような、異な
る動作原理を持つ半導体カソードを使用することもできる。さらに、カソードは
必ずしも真空の空間の中に収容する必要もなく、その代わりに、保護用不活性ガ
スを含む空間の中に配備してもよい。このことに関連して、「保護用不活性ガス
」の語句は、上述したように、電子衝撃(electron bombardment)を効率的に
増加させる効果については全く又はほんの少しの効果しかもたないガスと解釈す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従う電子管を示す図である。
【図2】 図1の一部を概念的に示す図である。
【図3】 pn−エミッタ(アバランシェ冷陰極管)の概念的な断面図である。
【符号の説明】
6 支持体 7 カソード 8 放出表面 9 グリッド電極 10 グリッド電極 15 接続要素 16 クランプ要素 17 放出源 18 セシウム源 19 接続用配線
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/48 H01J 1/30 S (71)出願人 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands (72)発明者 ファン ズトフェン トム オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン 6 Fターム(参考) 5C012 AA01 AA03 PP10 5C031 DD15 DD17 5C041 AA02 AB03 AC45 AD10 AE01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持体上に配され、電子を放出する半導体カソードを有する
    電子管において、放出源が該カソードの近くに配され、該放出源が上昇温度にお
    いて還元剤を放出することができることを特徴とする電子管。
  2. 【請求項2】 前記放出源が前記カソードの自由表面に面するように配され
    ていることを特徴とする請求項1に記載の電子管。
  3. 【請求項3】 前記還元剤がフッ素又はフッ素化合物を有することを特徴と
    する請求項1に記載の電子管。
  4. 【請求項4】 前記放出源がマコー(商標名)を有することを特徴とする請
    求項1に記載の電子管。
  5. 【請求項5】 前記放出源がガラス材を有することを特徴とする請求項1に
    記載の電子管。
  6. 【請求項6】 前記ガラスがホウケイ酸塩ガラスを有することを特徴とする
    請求項5に記載の電子管。
  7. 【請求項7】 前記カソードがシリコンの自由表面を持つことを特徴とする
    請求項5に記載の電子管。
JP2000556385A 1998-06-25 1999-06-07 半導体カソードを有する電子管 Withdrawn JP2002519814A (ja)

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EP98202113 1998-06-25
EP98202113.1 1998-06-25
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