JP2601464B2 - Electron-emitting device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子放出素子に係り、特に光励起された電子
を放出する電子放出素子に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, and more particularly to an electron-emitting device that emits photoexcited electrons.
電子放出素子としては、従来よりPN接合のなだれ降伏
を用いたもの、PN接合に順バイアスをかけてＰ層に電子
を注入する方式のもの、薄い絶縁層を金属で挟んだ構造
を有するもの（MIM型）、その他に電界放出型や表面伝
導型の素子等が提案されている。As the electron-emitting device, a device using avalanche breakdown of a PN junction, a method of injecting electrons into a P layer by applying a forward bias to a PN junction, and a device having a structure in which a thin insulating layer is sandwiched between metals ( (MIM type), and other devices such as a field emission type and a surface conduction type have been proposed.
第４図（Ａ）は、PN接合に順方向バイアスをかけてＰ
層に電子を注入する方式の電子放出素子の模式的説明図
であり、第４図（Ｂ）は、その概略的な電流−電圧特性
を示すグラフである。FIG. 4 (A) shows that P
FIG. 4B is a schematic explanatory view of an electron-emitting device of a type in which electrons are injected into a layer, and FIG. 4B is a graph showing a schematic current-voltage characteristic.
同図（Ａ）において、PN接合に順方向のバイアス電圧
Ｖを印加すると、同図（Ｂ）に示すような順方向電流Ｉ
が流れ、Ｎ層からＰ層に注入された電子の一部がＰ層表
面から真空中へ放出される。このＰ層表面には、仕事関
数を下げて電子放出量を増加させるためにセシウムCS等
が塗布されている。In FIG. 7A, when a forward bias voltage V is applied to the PN junction, a forward current I as shown in FIG.
Flows, and some of the electrons injected from the N layer into the P layer are released from the surface of the P layer into a vacuum. The P layer surface, cesium C S or the like in order to increase the electron emission by reducing the work function is applied.
第５図はMIM型電子放出素子の概略的構成図、第６図
は表面伝導型電子放出素子の概略的構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a MIM type electron-emitting device, and FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a surface conduction electron-emitting device.
MIM型電子放出素子は、金属電極６、絶縁層７、およ
び薄い金属電極８が積層された構造を有し、電極６およ
び８間に電圧を印加することで薄い電極８側から電子が
放出される。The MIM type electron-emitting device has a structure in which a metal electrode 6, an insulating layer 7, and a thin metal electrode 8 are stacked, and when a voltage is applied between the electrodes 6 and 8, electrons are emitted from the thin electrode 8 side. You.
また、表面伝導型電子放出素子は、絶縁基板９上に電
極10および11が形成され、その間に粗い高抵抗薄膜12が
形成されている。そして、電圧を電極10および11間に印
加することで、高抵抗薄膜12の表面から電子が放出され
る。In the surface conduction electron-emitting device, electrodes 10 and 11 are formed on an insulating substrate 9, and a rough high-resistance thin film 12 is formed between them. Then, by applying a voltage between the electrodes 10 and 11, electrons are emitted from the surface of the high-resistance thin film 12.
しかしながら、従来の電子放出素子は、高いエネルギ
ーの電子を電気的に発生させて放出させる方式であるた
めに、電子放出の制御は電気的に行うことしかできず、
そのために光と電子放出とを関係付けることができなか
った。However, since the conventional electron-emitting device is a method in which high-energy electrons are electrically generated and emitted, control of electron emission can only be performed electrically.
Therefore, light and electron emission could not be related.
本発明の目的は、簡単な構成で集積化が可能であり、
且つ光による電子放出制御が可能な電子放出素子を提供
することにある。An object of the present invention is to enable integration with a simple configuration,
Another object of the present invention is to provide an electron-emitting device capable of controlling electron emission by light.
本発明による電子放出素子は、ストライプ状の透明な
第１電極とストライプ状の第２電極とが対向してマトリ
クス状に配され、該第１の電極と該第２の電極との間で
あって両電極が交差する位置に光電変換領域が各々配置
され、各光電変換領域は絶縁領域により互いに分離され
てなる電子放出素子であって、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して
所望の光電変換領域に電圧を与え且つ該所望の光電変換
領域の第１電極側から光を照射することによって、前記
所望の光電変換領域内に発生した電子を第２電極から放
出する電子放出素子である。In the electron-emitting device according to the present invention, a stripe-shaped transparent first electrode and a stripe-shaped second electrode are arranged in a matrix so as to face each other, and the first electrode is disposed between the first electrode and the second electrode. A photoelectric conversion region is disposed at a position where both electrodes intersect with each other, and each photoelectric conversion region is an electron-emitting device separated from each other by an insulating region, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Is applied to apply a voltage to a desired photoelectric conversion region and irradiate light from the first electrode side of the desired photoelectric conversion region, so that electrons generated in the desired photoelectric conversion region are emitted from the second electrode. Electron emitting device.
本発明はＰ型半導体領域等の光電変換領域と電極だけ
の極めて簡単な構成であり、且つ透明電極側から光を照
射する構成としたために、製造が容易であり、しかも高
集積化が可能である。The present invention has a very simple configuration including only a photoelectric conversion region such as a P-type semiconductor region and an electrode, and is configured to irradiate light from the transparent electrode side. Therefore, manufacturing is easy and high integration is possible. is there.
なお、前記電極に凹部を形成し、この凹部に低仕事関
数材領域を設ければ、低エネルギーで電子放出が可能と
なり、電子放出効率を向上させることができる。If a concave portion is formed in the electrode and a low work function material region is provided in the concave portion, electrons can be emitted with low energy, and the electron emission efficiency can be improved.
また本発明は、前記透明な第１電極と前記第２電極を
複数のストライプ形状のものとし、これをマトリクス状
に配設し、その交差する位置に光電変換領域を形成し、
且つ隣接する光電変換領域間を絶縁領域によって分離す
ることにより、隣接領域へのキャリアの拡散を防止し、
マトリクス領域によって定めた所望の位置からの電子放
出を行うことが可能となる。そして、所望の透明な第１
電極と第２電極とのON−OFF制御又は照射する光のON−O
FF制御により、それぞれのＰ型半導体領域から放出され
る電子を制御することが可能となり、点状，線状，面状
の電子放出源を構成することができる。Further, according to the present invention, the transparent first electrode and the second electrode have a plurality of stripes, are arranged in a matrix, and a photoelectric conversion region is formed at a crossing position thereof.
And by separating the adjacent photoelectric conversion regions by the insulating region, to prevent the diffusion of carriers to the adjacent region,
Electrons can be emitted from a desired position determined by the matrix region. And the desired transparent first
ON-OFF control of electrode and second electrode or ON-O of irradiation light
By the FF control, electrons emitted from each P-type semiconductor region can be controlled, and a point-like, linear, or planar electron emission source can be configured.
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明による電子放出素子の光電変換領域の
一つに着目したときの断面構成を示す模式図である。こ
こでは、光電変換領域をＰ型半導体により構成した場合
について説明するが、他の構成の光電変換領域を用いた
場合でも、素子の構成と動作は以下の説明とほぼ同様に
説明される。FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration when focusing on one of the photoelectric conversion regions of the electron-emitting device according to the present invention. Here, the case where the photoelectric conversion region is formed of a P-type semiconductor will be described. However, even when a photoelectric conversion region having another configuration is used, the configuration and operation of the element will be described in substantially the same manner as described below.
同図において、ITO等の透明電極１上にはＰ型半導体
領域２が形成され、さらに金属電極２が形成されてい
る。この金属電極３には電子放出口が形成されており、
電子放出口のＰ型半導体領域２の表面には、セシウムCs
又はCsO等の仕事関数低下材層４が形成されている。In FIG. 1, a P-type semiconductor region 2 is formed on a transparent electrode 1 such as ITO, and a metal electrode 2 is further formed. The metal electrode 3 has an electron emission port,
On the surface of the P-type semiconductor region 2 of the electron emission port, cesium Cs
Alternatively, a work function lowering material layer 4 such as CsO is formed.
このような構成の電子放出素子において、透明電極１
側からＰ型半導体領域２に光（ｈυ）を照射し、透明電
極１及び金属電極３に金属電極３を高電位とする電圧を
印加すると、ｈυ≧Eg（Egは半導体のバンドギャップ）
であれば、電子は光によって伝導帯に励起され、電界に
よって加速されて仕事関数低下材層４表面から放出され
る。このとき、仕事関数低下材層４によって、実質的な
仕事関数はＰ型半導体領域２の伝導帯レベルより低い状
態、すなわち負の電子親和力（NEA）状態となっている
ので、高い電子放出効率を達成できる。In the electron-emitting device having such a configuration, the transparent electrode 1
When the P-type semiconductor region 2 is irradiated with light (hυ) from the side and a voltage is applied to the transparent electrode 1 and the metal electrode 3 to make the metal electrode 3 high, hυ ≧ Eg (Eg is the band gap of the semiconductor).
If so, the electrons are excited into the conduction band by light, accelerated by the electric field, and emitted from the surface of the work function lowering material layer 4. At this time, the substantial work function is lower than the conduction band level of the P-type semiconductor region 2 by the work function lowering material layer 4, that is, a negative electron affinity (NEA) state. Can be achieved.
なお、光が照射されても透明電極１と電極３との間に
電圧が印加されなければ電子放出が行われず、電圧が印
加されていても光が照射されなければ電子放出は行われ
ないので、Ｐ型半導体領域２に印加される電圧又は照射
される光ｈυを制御することによって、電子放出量の制
御を行うことができる。Note that even if light is applied, no electron emission is performed unless a voltage is applied between the transparent electrode 1 and the electrode 3, and even if a voltage is applied, no electron emission is performed unless light is applied. The amount of electron emission can be controlled by controlling the voltage applied to the P-type semiconductor region 2 or the applied light hυ.
なお、印加される電圧と照射される光ｈυとを組合せ
て電子放出量の制御を行ってもよい。Note that the amount of electron emission may be controlled by combining the applied voltage and the irradiated light h 光.
第２図は本発明の構成部分の機能を説明するための模
式図である。なお、本図は機能の説明の便宜のために示
したものであり、電極はマトリクス状に配されて示され
ていない。なお、第１図に示した構成部材と同一部材に
ついては同一番号を付する。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the functions of the components of the present invention. Note that this drawing is shown for convenience of explanation of the function, and the electrodes are not shown arranged in a matrix. The same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
同図に示すように、透明電極１上にＰ型半導体領域２
を光不透過材料の絶縁領域５を介して複数並設した後、
電極３を設け、さらに各々のＰ型半導体領域２に対応し
て仕事関数低下材層４を設ける。As shown in FIG. 1, a P-type semiconductor region 2 is formed on a transparent electrode 1.
Are arranged side by side via the insulating region 5 made of a light-impermeable material,
An electrode 3 is provided, and a work function lowering material layer 4 is provided corresponding to each P-type semiconductor region 2.
なお、図２において、一つの光電変換領域に対応する
構成は、第１図に示したものであり、Ｐ型半導体領域２
である複数の光電変換領域を絶縁領域５によって相互に
分離している。この絶縁領域の存在により、一つの光電
変換領域で発生した電子は、隣接の光電変換領域に拡散
せず、所望の位置から電子放出を行うことが可能とな
る。In FIG. 2, the configuration corresponding to one photoelectric conversion region is that shown in FIG.
Are separated from each other by the insulating region 5. Due to the presence of the insulating region, electrons generated in one photoelectric conversion region do not diffuse to an adjacent photoelectric conversion region, and can emit electrons from a desired position.
このような構成の電子放出素子の透明電極１と電極３
の間に電極３が高電位となるように電圧Ｖを印加し、所
望のＰ型半導体領域２に光を照射すると、光が照射され
たＰ型半導体領域２上の仕事関数低下材層４のみから電
子が放出される。したがって各々のＰ型半導体領域２に
入射する光をON−OFF制御することによって各電子放出
源を独立駆動することができ、点状，線状の電子放出源
を構成することができる。The transparent electrode 1 and the electrode 3 of the electron-emitting device having such a configuration.
When a voltage V is applied so that the electrode 3 has a high potential during the irradiation, and light is irradiated to a desired P-type semiconductor region 2, only the work function lowering material layer 4 on the P-type semiconductor region 2 to which the light has been irradiated. The electrons are emitted from. Therefore, each of the electron emission sources can be driven independently by ON-OFF control of the light incident on each of the P-type semiconductor regions 2, and a point-like or linear electron emission source can be formed.
なお前述したように、各々のＰ型半導体領域に入射す
る光を一定とし、電極３を各々のＰ型半導体領域２ごと
に分離して設け、印加される電圧ＶをON−OFF制御し
て、各電子放出源を独立駆動してもよい（この場合は電
極３が分離されているので、後述する本発明の電子放出
素子の一列分の素子構成に対応する。）。また印加され
る電圧Ｖと照射される光ｈυとを組合せてON−OFF制御
を行ってもよい。As described above, the light incident on each P-type semiconductor region is kept constant, the electrodes 3 are provided separately for each P-type semiconductor region 2, and the applied voltage V is ON-OFF controlled. Each electron emission source may be driven independently (in this case, since the electrodes 3 are separated, this corresponds to an element configuration for one row of an electron emission element of the present invention described later). Further, the ON-OFF control may be performed by combining the applied voltage V and the irradiated light h #.
第３図は本発明の電子放出素子の実施例の動作を説明
するための概略図である。なお、電子放出素子の構成は
電極３がマトリクス配線のために各光電変換領域ごとに
分離されている点を除き第２図に示した構成と同様であ
るので詳細説明は省略する。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the embodiment of the electron-emitting device of the present invention. The structure of the electron-emitting device is the same as the structure shown in FIG. 2 except that the electrodes 3 are separated for each photoelectric conversion region for matrix wiring, and therefore, detailed description is omitted.
同図に示すように、本実施例においては透明電極11〜
14と電極31〜34とをマトリクス状に交差させ、それぞれ
の交差点の位置に前述したＰ型半導体領域２（図中不図
示）を設ける。トランジスタT21〜T24トランジスタT11
〜T14とを制御し、透明電極11〜14を時間順次でライン
選択し、電極31〜34の所望のものを選択して電圧を印加
することで、所望の光電変換領域に電圧を印加すること
が可能となる。これに、光による制御を加えることで、
所望の電子放出を得ることができる。As shown in the figure, in the present embodiment, the transparent electrodes 11 to
1 4 and the electrode 3 1 to 3 4 are crossed in a matrix form, provided the respective P-type semiconductor region and above the position of the intersection 2 (figure not shown). Transistors T 21 to T 24 Transistor T 11
Controls and through T 14, and the line select transparent electrodes 1 1 to 1 4 in time sequence, and selects a desired electrode 3 1 to 3 4 by applying a voltage, a desired photoelectric conversion region A voltage can be applied. By adding light control to this,
Desired electron emission can be obtained.
つまり、Ｐ型半導体領域２に入射する光をON−OFF制
御又は／及び印加される電圧ＶをON−OFF制御すること
によって点状，線状，面状の電子放出源を構成すること
ができる。That is, a point-like, linear, or planar electron emission source can be configured by ON-OFF control of light incident on the P-type semiconductor region 2 and / or ON-OFF control of the applied voltage V. .
以上詳細に説明したように、本発明の電子放出素子に
よれば、光スイッチ動作等の光による電子放出制御を達
成行うことができる。また光電変換領域と電極だけの極
めて簡単な構成であり、且つ透明電極側から光を照射す
る構成としたために、製造が容易であって、高集積化が
可能であり、光電変換領域を複数個配列したマルチ電子
放出素子等に好適に用いられる。As described in detail above, according to the electron-emitting device of the present invention, it is possible to achieve electron emission control by light such as an optical switch operation. In addition, since it has a very simple configuration including only the photoelectric conversion region and the electrode and is configured to irradiate light from the transparent electrode side, it is easy to manufacture, can be highly integrated, and has a plurality of photoelectric conversion regions. It is suitably used for an arrayed multiple electron-emitting device and the like.
また透明な第１電極と第２電極とをマトリクス状に配
設し、その交差する位置に前記光電変換領域を形成し且
つ隣接する光電変換領域間に絶縁領域を設けることによ
り、所望の前記透明電極と前記電極とのON−OFF制御又
は照射する光のON−OFF制御により、それぞれの光電変
換領域から放出される電子を制御することが可能とな
り、点状，線状，面状の電子放出源を構成することがで
きる。Further, the transparent first electrode and the second electrode are arranged in a matrix, the photoelectric conversion region is formed at a position where the first electrode and the second electrode intersect, and an insulating region is provided between the adjacent photoelectric conversion regions, so that the desired transparent electrode is provided. By the ON-OFF control of the electrode and the electrode or the ON-OFF control of the irradiation light, it is possible to control the electrons emitted from each photoelectric conversion region, and to emit the point-like, linear, and planar electron emission. The source can be configured.
なお、前記電極に凹部を形成し、この凹部に低仕事関
数材領域を設ければ、低エネルギーで電子放出が可能と
なり、電子放出効率を向上させることができる。If a concave portion is formed in the electrode and a low work function material region is provided in the concave portion, electrons can be emitted with low energy, and the electron emission efficiency can be improved.
第１図は本発明による電子放出素子の基本構成を示す概
略的断面図である。 第２図は本発明の構成部分の機能を説明するための模式
図である。 第３図は本発明の電子放出素子の実施例の動作を説明す
るための概略図である。 第４図（Ａ）は、PN接合に順方向バイアスをかけてＰ層
に電子を注入する方式の電子放出素子の模式的説明図で
あり、第４図（Ｂ）は、その概略的な電流−電圧特性を
示すグラフである。 第５図はMIM型電子放出素子の概略的構成図である。 第６図は表面伝導型電子放出素子の概略的構成図であ
る。 1,11〜14…導明電極、２…Ｐ型半導体領域、3,31〜34…
金属電極、４…仕事関数低下材層、５…絶縁領域。FIG. 1 is a schematic sectional view showing the basic structure of an electron-emitting device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the functions of the components of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the embodiment of the electron-emitting device of the present invention. FIG. 4A is a schematic explanatory view of an electron-emitting device of a type in which a forward bias is applied to a PN junction to inject electrons into a P layer, and FIG. -It is a graph which shows a voltage characteristic. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a MIM type electron-emitting device. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a surface conduction electron-emitting device. 1,1 1 to 1 4 ... lighting electrode, 2 ... P-type semiconductor region, 3,3 1 to 3 4 ...
Metal electrode, 4 ... work function lowering material layer, 5 ... insulating region.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅田 正夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 下田 勇 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 奥貫 昌彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−141235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−91926（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−8256（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭47−33537（ＪＰ，Ｂ１) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masao Suga 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Isamu 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inside (72) Inventor Masahiko Okunuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-63-141235 (JP, A) JP-A-63-91926 (JP) , A) JP-B-47-8256 (JP, B1) JP-B-47-33537 (JP, B1)
Claims (3)
プ状の第２電極とが対向してマトリクス状に配され、該
第１の電極と該第２の電極との間であって両電極が交差
する位置に光電変換領域が各々配置され、各光電変換領
域は絶縁領域により互いに分離されてなる電子放出素子
であって、 前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して所
望の光電変換領域に電圧を与え且つ該所望の光電変換領
域の第１電極側から光を照射することによって、前記所
望の光電変換領域内に発生した電子を第２電極から放出
する電子放出素子。1. A first transparent stripe-shaped electrode and a second stripe-shaped electrode are arranged in a matrix opposing each other, and both electrodes are provided between the first electrode and the second electrode. Photoelectric conversion regions are respectively arranged at positions where they intersect, each of the photoelectric conversion regions is an electron-emitting device separated from each other by an insulating region, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Electron emission for emitting electrons generated in the desired photoelectric conversion region from the second electrode by applying a voltage to the desired photoelectric conversion region and irradiating light from the first electrode side of the desired photoelectric conversion region. element.
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子放出
素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said photoelectric conversion region is made of a P-type semiconductor.
該凹部に仕事関数低下領域を設けたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は第２項に記載の電子放出素子。3. A concave portion is provided in an electron emitting portion of the second electrode,
3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a work function lowering region is provided in the concave portion.
Priority Applications (4)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL184549C (en) * | 1978-01-27 | 1989-08-16 | Philips Nv | SEMICONDUCTOR DEVICE FOR GENERATING AN ELECTRON POWER AND DISPLAY DEVICE EQUIPPED WITH SUCH A SEMICONDUCTOR DEVICE. |
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1986
- 1986-12-16 JP JP29768386A patent/JP2601464B2/en not_active Expired - Fee Related
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