JP2603233B2 - Optical switching electron-emitting device - Google Patents
Optical switching electron-emitting deviceInfo
- Publication number
- JP2603233B2 JP2603233B2 JP1819187A JP1819187A JP2603233B2 JP 2603233 B2 JP2603233 B2 JP 2603233B2 JP 1819187 A JP1819187 A JP 1819187A JP 1819187 A JP1819187 A JP 1819187A JP 2603233 B2 JP2603233 B2 JP 2603233B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron
- emitting device
- layer
- photoelectric conversion
- junction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光スイッチング電子放出素子に係り、特に光
電変換素子と電子放出素子とから構成され、光照射によ
って電子が放出される光スイッチング電子放出素子に関
する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switching electron-emitting device, and more particularly to an optical switching electron-emitting device that includes a photoelectric conversion device and an electron-emitting device, and emits electrons when irradiated with light. Related to the element.
電子放出素子の一つに金属材料で絶縁層を挾んだ構造
を有するもの（MIM型）がある。One of the electron-emitting devices has a structure in which an insulating layer is sandwiched between metal materials (MIM type).
第３図は、MIM型電子放出素子の一般的な構成を示す
模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a general configuration of a MIM type electron-emitting device.
MIM型の電子放出素子は、同図に示すように、金属M1
上に薄い絶縁層Ｉを介して薄い金属M2が積層形成された
構造を有している。そして、金属M2の仕事関数φｍより
大きな電圧Ｖを金属M1およびM2間に印加することによっ
て、絶縁層Ｉをトンネルした電子のうち真空準位より大
きなエネルギを有するものが金属M2表面から放出され
る。As shown in the figure, the MIM type electron-emitting device
It has a structure in which a thin metal layer M2 is formed with a thin insulating layer I interposed therebetween. Then, by applying a voltage V larger than the work function φm of the metal M2 between the metals M1 and M2, electrons having a higher energy than the vacuum level among electrons tunneling through the insulating layer I are emitted from the surface of the metal M2. .
このような素子で高い電子放出効率を得るためには、
絶縁層Ｉを絶縁破壊を生じない範囲で、また金属M2を電
流が十分流れる範囲で、各々できる限り薄く形成するこ
とが望ましい。In order to obtain high electron emission efficiency with such a device,
It is desirable that the insulating layer I be formed as thin as possible within a range that does not cause dielectric breakdown and within a range where a sufficient current flows through the metal M2.
第４図は、MIM型電子放出素子の概略的断面図であ
る。同図に示すように、電子放出部Ｗでは金属M2が薄く
形成されている。FIG. 4 is a schematic sectional view of a MIM type electron-emitting device. As shown in the drawing, the metal M2 is formed thin in the electron emission portion W.
本発明は上記MIM型電子放出素子によって放出される
電子の量を光によって制御可能であり、且つ積層構造が
可能でコンパクトに設計することのできる光スイッチン
グ電子放出素子を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide an optical switching electron-emitting device in which the amount of electrons emitted by the MIM-type electron-emitting device can be controlled by light, and a stacked structure is possible and can be designed compact. .
本発明の光スイッチング電子放出素子は、少なくとも
−導電型半導体領域と反対導電型半導体領域とを有する
接合型光電変換素子と、この接合型光電変換素子上に設
けられた、導電性材料上に絶縁体を挾んで金属材料が積
層された構造を有し、前記導電材料及び金属材料間に電
圧を印加することで前記金属材料の表面から電子を放出
する電子放出素子とを有することを特徴とする。The light-switching electron-emitting device of the present invention includes a junction-type photoelectric conversion element having at least a semiconductor region of a conductivity type and a semiconductor region of an opposite conductivity type, and an insulating film provided on the junction-type photoelectric conversion element and insulated on a conductive material. An electron-emitting device that has a structure in which a metal material is laminated with a body interposed therebetween and that emits electrons from the surface of the metal material by applying a voltage between the conductive material and the metal material; .
本発明の光スイッチング電子放出素子は、前記の接合
型光電変換素子によって、入射光の光電変換を行い、こ
の力電流を、前記接合型光電変換素子上に設けられた電
子放出素子に注入し、該出力電流に応じた電子を放出さ
せるものである。The light-switching electron-emitting device of the present invention performs photoelectric conversion of incident light by the junction-type photoelectric conversion device, and injects this force current into the electron-emitting device provided on the junction-type photoelectric conversion device. An electron is emitted according to the output current.
なお接合型光電変換素子としてPINホトダイオードを
用いれば、ｉ（intrinsic）層の存在により接合容量を
小さくすることができ、且つ高電圧を印加してキャリア
の空乏層走行時間が短縮され、高速動作の優れた光スイ
ッチング電子放出素子とすることができる。If a PIN photodiode is used as the junction type photoelectric conversion element, the junction capacitance can be reduced due to the presence of the i (intrinsic) layer, and a high voltage is applied to reduce the transit time of the depletion layer of the carrier, thereby achieving high speed operation. An excellent optical switching electron-emitting device can be obtained.
また、接合型光電変換素子として、アバランシュ・ホ
トダイオードを用いれば、前記の高速性に加えて、なだ
れ現象による電子増倍作用により、内部増幅作用を有す
る光スイッチング電子放出素子とすることができる。If an avalanche photodiode is used as the junction-type photoelectric conversion element, an optical switching electron-emitting element having an internal amplification effect due to an electron multiplication effect due to an avalanche phenomenon can be obtained in addition to the high speed described above.
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明の光スイッチング電子放出素子の第１
実施例を示す概略的構成図である。FIG. 1 shows a first example of an optical switching electron-emitting device according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing an example.
同図に示すように、本実施例の接合型光電変換素子は
p+層1,i層2,n+層３から構成されるPINホトダイオードで
ある。PINホトダイオードはｉ層２の存在により、接合
容量を小さくすることができ、且つキャリアの空乏層走
行時間を短縮することができる。このPINホトダイオー
ド上には電子放出素子が設けられており、この電子放出
素子は導電層４と、この導電層４上に設けられた厚さ30
〜100Å程度の絶縁層５と、この絶縁層５上に設けられ
た厚さ10〜100Å程度の金属層６とから構成される。As shown in the figure, the junction type photoelectric conversion element of this embodiment is
This is a PIN photodiode composed of a p + layer 1, an i layer 2, and an n + layer 3. The presence of the i-layer 2 in the PIN photodiode can reduce the junction capacitance and shorten the carrier transit time in the depletion layer. An electron-emitting device is provided on the PIN photodiode. The electron-emitting device has a conductive layer 4 and a thickness 30 provided on the conductive layer 4.
It is composed of an insulating layer 5 having a thickness of about 100 ° and a metal layer 6 having a thickness of about 10 to 100 ° provided on the insulating layer 5.
導電層４は、Al等の金属、又はSi等の半導体である。
また、絶縁層５は、導電性材料がAlであればAl2O3、Si
であればSiO2等の酸化絶縁物であることが製造上からも
望ましい。更に、金属層６は、Al、Au又はPt等が用いら
れる。The conductive layer 4 is a metal such as Al or a semiconductor such as Si.
If the conductive material is Al, the insulating layer 5 may be made of Al 2 O 3 or Si.
In this case, an oxide insulator such as SiO 2 is desirable from the viewpoint of manufacturing. Further, for the metal layer 6, Al, Au, Pt, or the like is used.
上記のようなPINホトダイオードと電子放出素子とを
用いた光スイッチング電子放出素子において、p+層１と
n+層３との間に逆バイアス電圧VRを印加してｉ層２のキ
ャリア発生領域を低不純物とし、空乏領域を広げ接合容
量を小さくする。この時、キャリアのほとんどが空乏領
域内で発生し、この空乏領域内の電界によってキャリア
が移動する。さらに、導電性層４と金属層６との間に電
圧をかけると光吸収によって発生したキャリアたる電子
が導電層４に注入され、この注入された電子が加速され
て、金属層６から放出されることとなり、入射光に対応
した電子が放出される。In the optical switching electron-emitting device using the PIN photodiode and the electron-emitting device as described above, the p + layer 1
By applying a reverse bias voltage V R between the n + layer 3 and the n + layer 3, the carrier generation region of the i layer 2 is made low impurity, the depletion region is widened and the junction capacitance is reduced. At this time, most of the carriers are generated in the depletion region, and the carriers move by the electric field in the depletion region. Further, when a voltage is applied between the conductive layer 4 and the metal layer 6, electrons generated as carriers by light absorption are injected into the conductive layer 4, and the injected electrons are accelerated and released from the metal layer 6. As a result, electrons corresponding to the incident light are emitted.
第２図は本発明の光スイッチング電子放出素子の第２
実施例を示す概略的構成図である。なお電子放出素子に
関する説明は前記第１実施例と同一なので説明を省略す
る。FIG. 2 shows the second embodiment of the optical switching electron-emitting device of the present invention.
It is a schematic structure figure showing an example. Note that the description of the electron-emitting device is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
同図に示すように、本実施例の接合型光電変換素子は
n+層７、p-層８、ｐ層９、p-層10、p+層11から形成され
るアバランシュ・ホトダイオードである。アバランシュ
・ホトダイオードはPINダイオードの高速性に加えて、n
+層７から注入された電子がp-層８において高電界で加
速されてなだれ現象を起こし、電子が増倍されることに
よって、内部増幅される素子である。As shown in the figure, the junction type photoelectric conversion element of this embodiment is
This is an avalanche photodiode formed of the n + layer 7, the p − layer 8, the p layer 9, the p − layer 10, and the p + layer 11. Avalanche photodiodes have n speed in addition to the high speed of PIN diodes.
The electron injected from the + layer 7 is accelerated by a high electric field in the p − layer 8 to cause an avalanche phenomenon, and the electrons are multiplied to be internally amplified.
このアバランシュ・ホトダイオード上には前述した電
子放出素子が設けられている。The above-mentioned electron-emitting device is provided on this avalanche photodiode.
このようなアバランシュ・ホトダイオードと電子放出
素子とを用いた光スイッチング電子放出素子において、
p+層11とn+層７との間に逆バイアス電圧VRを印加してp-
層10のキャリア発生領域を空乏層とし、導電層４と金属
層６との間に電圧をかけると光吸収によって発生したキ
ャリアたる電子が、p-層８でなだれ現象によって増倍さ
れて導電層４に注入され、この注入された電子が加速さ
れて、金属層６から放出されることとなり、入射光に対
応した電子が放出される。In an optical switching electron-emitting device using such an avalanche photodiode and an electron-emitting device,
p by applying a reverse bias voltage V R between the p + layer 11 and n + layer 7 -
When a voltage is applied between the conductive layer 4 and the metal layer 6, the electrons as carriers generated by light absorption are multiplied by the avalanche phenomenon in the p − layer 8, and the carrier generation region of the layer 10 is a depletion layer. 4, the injected electrons are accelerated and emitted from the metal layer 6, and electrons corresponding to the incident light are emitted.
以上詳細に説明したように、本発明の光スイッチング
電子放出素子によれば、入射光量に対応した電子を放出
することができ、また接合型光電変換素子と電子放出素
子が積層されて一体化されるのでコンパクトで、高性能
な素子を提供することができる。As described in detail above, according to the optical switching electron-emitting device of the present invention, it is possible to emit electrons corresponding to the amount of incident light, and the junction type photoelectric conversion device and the electron-emitting device are laminated and integrated. Therefore, a compact and high-performance element can be provided.
なお接合型光電変換素子としてPINホトダイオードを
用いれば、ｉ層の存在により接合容量を小さくすること
ができ、且つ高電圧を印加してキャリヤの空乏層走行時
間が短縮され、高速動作の優れた光スイッチング電子放
出素子とすることができる。If a PIN photodiode is used as the junction type photoelectric conversion element, the junction capacitance can be reduced due to the presence of the i-layer, and a high voltage is applied to reduce the transit time of the carrier depletion layer. It can be a switching electron-emitting device.
また、接合型光電変換素子として、アバランシュ・ホ
トダイオードを用いれば、前記の高速性に加えて、なだ
れ現象による電子増倍作用により、内部増幅作用を有す
る光スイッチング電子放出素子とすることができる。If an avalanche photodiode is used as the junction-type photoelectric conversion element, an optical switching electron-emitting element having an internal amplification effect due to an electron multiplication effect due to an avalanche phenomenon can be obtained in addition to the high speed described above.
第１図は本発明の光スイッチング電子放出素子の第１実
施例を示す概略的構成図である。 第２図は本発明の光スイッチング電子放出素子の第２実
施例を示す概略的構成図である。 第３図は、MIM型電子放出素子の一般的な構成を示す模
式図である。 第４図は、MIM型電子放出素子の概略的断面図である。 1,11……p+層、２……ｉ層、3,7……n+層、４……導電
層、５……絶縁層、６……金属層、8,10……p-層、９…
…ｐ層。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the optical switching electron-emitting device of the present invention. FIG. 2 is a schematic structural view showing a second embodiment of the optical switching electron-emitting device of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing a general configuration of a MIM type electron-emitting device. FIG. 4 is a schematic sectional view of a MIM type electron-emitting device. 1,11 ... p + layer, 2 ... i layer, 3,7 ... n + layer, 4 ... conductive layer, 5 ... insulating layer, 6 ... metal layer, 8,10 ... p - layer , 9 ...
... p layer.
───────────────────────────────────────────────────── 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63−150829（ＪＰ，Ａ) 実公 昭47−33537（ＪＰ，Ｙ１) ──────────────────────────────────────────────────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 (72) Inventor Masahiko Okunuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-63-141235 (JP, A) JP-A-63-150829 (JP) , A) Jikken 47-33537 (JP, Y1)
Claims (3)
型半導体領域とを有する接合型光電変換素子と、 この接合型光電変換素子上に設けられた、導電性材料上
に絶縁体を挟んで金属材料が積層された構造を有し、前
記導電材料及び金属材料間に電圧を印加することで前記
金属材料の表面から電子を放出する電子放出素子とを有
する光スイッチング電子放出素子。1. A junction-type photoelectric conversion element having at least one semiconductor region of a first conductivity type and a semiconductor region of an opposite conductivity type, and a metal provided on said junction-type photoelectric conversion device with an insulator interposed between conductive materials. An electron-emitting device having a structure in which materials are stacked, and an electron-emitting device which emits electrons from a surface of the metal material by applying a voltage between the conductive material and the metal material.
ードである特許請求の範囲第１項記載の光スイッチング
電子放出素子。2. The light-switching electron-emitting device according to claim 1, wherein said junction type photoelectric conversion device is a PIN photodiode.
ホトダイオードである特許請求の範囲第１項記載の光ス
イッチング電子放出素子。3. The method according to claim 1, wherein the junction type photoelectric conversion element is an avalanche type.
2. The light-switching electron-emitting device according to claim 1, which is a photodiode.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1819187A JP2603233B2 (en) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | Optical switching electron-emitting device |
| DE19873752064 DE3752064T2 (en) | 1986-09-11 | 1987-09-10 | Electron emitting element |
| EP87113260A EP0259878B1 (en) | 1986-09-11 | 1987-09-10 | Electron emission element |
| US08/094,404 US5304815A (en) | 1986-09-11 | 1993-07-21 | Electron emission elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1819187A JP2603233B2 (en) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | Optical switching electron-emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63187670A JPS63187670A (en) | 1988-08-03 |
| JP2603233B2 true JP2603233B2 (en) | 1997-04-23 |
Family
ID=11964729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1819187A Expired - Fee Related JP2603233B2 (en) | 1986-09-11 | 1987-01-30 | Optical switching electron-emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2603233B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5108369B2 (en) * | 2007-05-07 | 2012-12-26 | 富士フイルム株式会社 | Image sensor manufacturing method and image sensor drive method |
-
1987
- 1987-01-30 JP JP1819187A patent/JP2603233B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63187670A (en) | 1988-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4683399A (en) | Silicon vacuum electron devices | |
| US6346700B1 (en) | Delta-doped hybrid advanced detector for low energy particle detection | |
| US4829355A (en) | Photocathode having internal amplification | |
| US3585439A (en) | A camera tube with porous switching layer | |
| US3150282A (en) | High efficiency cathode structure | |
| GB2032175A (en) | Semiconductor optical device | |
| JPH0645633A (en) | Semiconductor optical switch and its driving method | |
| US4525731A (en) | Semiconductor conversion of optical-to-electrical energy | |
| JP2603233B2 (en) | Optical switching electron-emitting device | |
| JPS609671B2 (en) | Light-ignited thyristor | |
| JPS6017956A (en) | Radiation resistant semiconductor element | |
| US3329823A (en) | Solid state thin film photosensitive device with tunnel barriers | |
| EP0718865A3 (en) | Photomultiplier having a photocathode comprised of semiconductor material | |
| JPS5846185B2 (en) | charge coupled device | |
| CA1157136A (en) | Light-activated p-i-n switch | |
| US4595939A (en) | Radiation-controllable thyristor with multiple, non-concentric amplified stages | |
| US4462019A (en) | Photosensitive semiconductor resistor | |
| US4531143A (en) | Laser activated MTOS microwave device | |
| JP2601462B2 (en) | Photoexcited electron-emitting device | |
| JPS623987B2 (en) | ||
| JP2663384B2 (en) | Cold cathode vacuum tube | |
| JP2670557B2 (en) | Avalanche photodiode | |
| JPS6329428B2 (en) | ||
| JP2796601B2 (en) | Avalanche photodiode | |
| JPH0539638Y2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |