JP2624111B2 - 冷陰極素子 - Google Patents
冷陰極素子Info
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- JP2624111B2 JP2624111B2 JP1131593A JP1131593A JP2624111B2 JP 2624111 B2 JP2624111 B2 JP 2624111B2 JP 1131593 A JP1131593 A JP 1131593A JP 1131593 A JP1131593 A JP 1131593A JP 2624111 B2 JP2624111 B2 JP 2624111B2
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- cold cathode
- substrate
- emitter
- electrode
- heating
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- Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子放出源となる冷陰
極、特に冷陰極を搭載した基板を一時的に発熱させて吸
着ガスを放出させる機能を備えた冷陰極素子に関する。
極、特に冷陰極を搭載した基板を一時的に発熱させて吸
着ガスを放出させる機能を備えた冷陰極素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】加熱せずに真空中に電子を放出できる冷
陰極は、加熱用のヒータ，ヒータ用電源および電力が不
要であるという特徴の他に多くの利点を有する。たとえ
ば、冷陰極を電離真空計の電子放出源に使用すると、フ
ィラメントタイプの従来の電離真空計と比較して、電子
放出源およびその付近の温度上昇が小さいので次に述べ
る吸着ガス放出の問題も少なく、高真空の測定が可能と
なる。
陰極は、加熱用のヒータ，ヒータ用電源および電力が不
要であるという特徴の他に多くの利点を有する。たとえ
ば、冷陰極を電離真空計の電子放出源に使用すると、フ
ィラメントタイプの従来の電離真空計と比較して、電子
放出源およびその付近の温度上昇が小さいので次に述べ
る吸着ガス放出の問題も少なく、高真空の測定が可能と
なる。
【０００３】すなわち、冷陰極の表面にガスが吸着する
と、表面の仕事関数が増加し、放出電流が減少したり、
必要な放出電流を得るのに高い電圧が必要になる等の問
題が生じる。また、冷陰極を高真空計測用電離真空計の
電子放出源に使用した場合、冷陰極付近からの吸着ガス
放出が測定する真空に影響を及ぼすので問題となる。
と、表面の仕事関数が増加し、放出電流が減少したり、
必要な放出電流を得るのに高い電圧が必要になる等の問
題が生じる。また、冷陰極を高真空計測用電離真空計の
電子放出源に使用した場合、冷陰極付近からの吸着ガス
放出が測定する真空に影響を及ぼすので問題となる。
【０００４】したがって、冷陰極の電子放出部から強制
的に吸着ガスを放出させて電子放出部表面を清浄にする
ことは、陰極の性能を最大限に発揮させるために重要で
ある。
的に吸着ガスを放出させて電子放出部表面を清浄にする
ことは、陰極の性能を最大限に発揮させるために重要で
ある。
【０００５】冷陰極の吸着ガス放出方法の一例として、
特開平１−０５４６３９号公報に開示されているように
ゲート電極と同じ平面上にヒータを別途形成し、ヒータ
に電流を流して加熱する方法が提案されている。
特開平１−０５４６３９号公報に開示されているように
ゲート電極と同じ平面上にヒータを別途形成し、ヒータ
に電流を流して加熱する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した方法では加熱
する範囲がヒータ形成領域を中心とするものであり、動
作中に発熱する部分と加熱する部分にはずれがあり、ま
た、熱伝導によって発生した熱の一部は失われるので加
熱効率が低いという課題がある。
する範囲がヒータ形成領域を中心とするものであり、動
作中に発熱する部分と加熱する部分にはずれがあり、ま
た、熱伝導によって発生した熱の一部は失われるので加
熱効率が低いという課題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、電子
放出領域に対応する部分の冷陰極基板を薄くして、熱容
量と熱伝導を小さくして、この部分に電流を流し、動作
中に温度上昇が生じる電子放出領域に極めて近い基板を
局部的に加熱する。
放出領域に対応する部分の冷陰極基板を薄くして、熱容
量と熱伝導を小さくして、この部分に電流を流し、動作
中に温度上昇が生じる電子放出領域に極めて近い基板を
局部的に加熱する。
【０００８】
【作用】この結果、加熱部分が動作中の発熱部分に極め
て近く、しかも熱の周辺への伝導が小さく、局部的に加
熱するため、加熱に必要な電力は極めて小さくて良い。
このように加熱効率が良いので、加熱用の電源装置を小
型化，簡易化，低消費電力化することができる。さら
に、高圧電源が不要で、電子衝撃用冷陰極のような吸着
ガス放出のための専用部品を使用する必要がないので、
この冷陰極素子を使用した装置を簡易化することができ
る。
て近く、しかも熱の周辺への伝導が小さく、局部的に加
熱するため、加熱に必要な電力は極めて小さくて良い。
このように加熱効率が良いので、加熱用の電源装置を小
型化，簡易化，低消費電力化することができる。さら
に、高圧電源が不要で、電子衝撃用冷陰極のような吸着
ガス放出のための専用部品を使用する必要がないので、
この冷陰極素子を使用した装置を簡易化することができ
る。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。
する。
【００１０】図１（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の
実施例を示す冷陰極素子の構造断面図および平面図であ
る。図１において、１は基板、２は絶縁層、３は電子を
放出するエミッタ、４はゲート電極、５は電子放出部基
板、６−１，６−２は基板加熱用の電極である。通常の
動作中においては、ゲート電極４には基板１と同電位の
エミッタ３に対し、数１０Ｖの正の電圧が印加されてい
る。エミッタ３の先端は極めて鋭利に形成され、エミッ
タ３の先端とゲート電極４とは極めて近接した位置にあ
るため、エミッタ３の先端には強い電界が加わり、ここ
から電子が放出される。１個のエミッタ３とこの周囲に
あるゲート電極４の開口によって微小冷陰極が構成さ
れ、単一の微小冷陰極あるいは複数の微小冷陰極の集合
が冷陰極となる。
実施例を示す冷陰極素子の構造断面図および平面図であ
る。図１において、１は基板、２は絶縁層、３は電子を
放出するエミッタ、４はゲート電極、５は電子放出部基
板、６−１，６−２は基板加熱用の電極である。通常の
動作中においては、ゲート電極４には基板１と同電位の
エミッタ３に対し、数１０Ｖの正の電圧が印加されてい
る。エミッタ３の先端は極めて鋭利に形成され、エミッ
タ３の先端とゲート電極４とは極めて近接した位置にあ
るため、エミッタ３の先端には強い電界が加わり、ここ
から電子が放出される。１個のエミッタ３とこの周囲に
あるゲート電極４の開口によって微小冷陰極が構成さ
れ、単一の微小冷陰極あるいは複数の微小冷陰極の集合
が冷陰極となる。
【００１１】基板１のうち、エミッタ３の集まった冷陰
極部すなわち電子放出部の裏側はエッチング等の手段に
よって凹部が形成され、電子放出部基板５となる。電子
放出部基板５の厚さは十分薄く作られているので、電極
Ａ ６−１と電極Ｂ ６−２の間に電流を流すと、電子
放出部基板５の部分で発熱する。冷陰極の動作中すなわ
ち冷陰極から電子流を取り出している状態における発熱
のほとんどはエミッタ３の先端のモジュール発熱である
から、この方法で電極Ａ ６−１と電極Ｂ ６−２の間
に電流を流した時に発生する熱は動作中の発熱部に極め
て近い部分で発生する。デバイスあるいは装置の容器内
の真空度は陰極素子を含めて容器内の全ての部品に吸着
されたガスが影響を与えるが、これらに吸着されたガス
は真空デバイスの通常の処理過程において加熱・排気さ
れ、吸着ガスは除去される。特に動作中に温度上昇が伴
い上記の処理のあとにもガス放出の可能性があり、さら
に、表面のガス吸着が電子の放出特性に強く影響する電
子放出部を局部的に加熱し、上記加熱・排気工程中にお
いても他の部分よりも高温に保持することは、高真空な
らびに電子放出特性の維持に極めて有効である。
極部すなわち電子放出部の裏側はエッチング等の手段に
よって凹部が形成され、電子放出部基板５となる。電子
放出部基板５の厚さは十分薄く作られているので、電極
Ａ ６−１と電極Ｂ ６−２の間に電流を流すと、電子
放出部基板５の部分で発熱する。冷陰極の動作中すなわ
ち冷陰極から電子流を取り出している状態における発熱
のほとんどはエミッタ３の先端のモジュール発熱である
から、この方法で電極Ａ ６−１と電極Ｂ ６−２の間
に電流を流した時に発生する熱は動作中の発熱部に極め
て近い部分で発生する。デバイスあるいは装置の容器内
の真空度は陰極素子を含めて容器内の全ての部品に吸着
されたガスが影響を与えるが、これらに吸着されたガス
は真空デバイスの通常の処理過程において加熱・排気さ
れ、吸着ガスは除去される。特に動作中に温度上昇が伴
い上記の処理のあとにもガス放出の可能性があり、さら
に、表面のガス吸着が電子の放出特性に強く影響する電
子放出部を局部的に加熱し、上記加熱・排気工程中にお
いても他の部分よりも高温に保持することは、高真空な
らびに電子放出特性の維持に極めて有効である。
【００１２】この実施例の具体例の一例を示すと、基板
１としては厚み４００μｍのシリコンを用い、絶縁層２
として、０．８μ厚のシリコン酸化膜を用いる。エミッ
タ３としてはタングステン，モリブデン，白金等を用
い、高さは０．９μｍである。ゲート電極４としては厚
さ０．２μｍのタングステンまたはモリブデンが用いら
れる。ゲート開口径は１μｍとした。電子放出部基板５
の厚さは１００μｍにし、加熱用電圧を２Ｖ，電流は
０．５Ａとした。
１としては厚み４００μｍのシリコンを用い、絶縁層２
として、０．８μ厚のシリコン酸化膜を用いる。エミッ
タ３としてはタングステン，モリブデン，白金等を用
い、高さは０．９μｍである。ゲート電極４としては厚
さ０．２μｍのタングステンまたはモリブデンが用いら
れる。ゲート開口径は１μｍとした。電子放出部基板５
の厚さは１００μｍにし、加熱用電圧を２Ｖ，電流は
０．５Ａとした。
【００１３】図２は本発明の第２の実施例を示す冷陰極
素子の構造図である。図２において、７は第２の絶縁層
で、８はエミッタ電極である。第２の実施例が第１の実
施例と異なる点は、基板１とエミッタ３が第２の絶縁層
７で分離され、エミッタ３はエミッタ電極８を通して電
圧が印加されることである。このような構造とすること
により加熱用電流端子とエミッタ３の電圧印加端子を分
離でき、装置設計の自由度を確保できる。また、基板１
中を流れる電流で生じる基板１上の電位勾配の影響を完
全に除去できる。
素子の構造図である。図２において、７は第２の絶縁層
で、８はエミッタ電極である。第２の実施例が第１の実
施例と異なる点は、基板１とエミッタ３が第２の絶縁層
７で分離され、エミッタ３はエミッタ電極８を通して電
圧が印加されることである。このような構造とすること
により加熱用電流端子とエミッタ３の電圧印加端子を分
離でき、装置設計の自由度を確保できる。また、基板１
中を流れる電流で生じる基板１上の電位勾配の影響を完
全に除去できる。
【００１４】図３は本発明の第３の実施例を示す冷陰極
素子の構造図である。図３において、９はストッパ層で
ある。第３の実施例が第１の実施例と異なる点は、少な
くとも電子放出部基板５およびその周辺部の不純物濃度
をたとえばボロン等の拡散によって他の基板１の部分と
は変えており、その結果エッチングレートに大きな差を
持たせていることである。このため、基板１のエッチン
グを基板１への不純物拡散の深さで確実に停止させるこ
とができ、電子放出部基板５の厚さを再現性良く制御す
ることができる。この結果、電極Ａ ６−１と電極Ｂ
６−２の間の抵抗のバラツキが小さく抑えられ、基板加
熱に要する電力のバラツキも小さくできる。
素子の構造図である。図３において、９はストッパ層で
ある。第３の実施例が第１の実施例と異なる点は、少な
くとも電子放出部基板５およびその周辺部の不純物濃度
をたとえばボロン等の拡散によって他の基板１の部分と
は変えており、その結果エッチングレートに大きな差を
持たせていることである。このため、基板１のエッチン
グを基板１への不純物拡散の深さで確実に停止させるこ
とができ、電子放出部基板５の厚さを再現性良く制御す
ることができる。この結果、電極Ａ ６−１と電極Ｂ
６−２の間の抵抗のバラツキが小さく抑えられ、基板加
熱に要する電力のバラツキも小さくできる。
【００１５】図４は本発明の第４の実施例を示す冷陰極
素子の構造図である。第４の実施例が第３の実施例と異
なる点は、ストッパ層９とエミッタ３が第２の絶縁層７
で分離され、エミッタ３はエミッタ電極８を通して電圧
が印加されることである。このような構造とすることに
より加熱用電流印加端子とエミッタ８の電圧印加端子を
分離でき、装置設計の自由度を確保できる。また、スト
ッパ層９中を流れる電流で生じるストッパ層９上の電位
勾配の影響を完全に除去できる。 図５は本発明の第５
の実施例を示す冷陰極素子の構造図である。図５におい
て、１０は金属層、１１は第３の絶縁層、１２−１は電
極Ｃ，１２−２は電極Ｄである。第４の実施例が第４の
実施例と異なる点は、ストッパ層９の代りに第３の絶縁
層１１が作られ、エミッタ電極８の代りに金属層１０が
形成され、金属層１０の両端に電極Ｃ １２−１および
電極Ｄ １２−２が作られている点である。金属層１０
はエミッタ３と電気的に接続され、エミッタ３に電圧を
印加するとともに、電極Ｃ１２−１，電極Ｄ １２−２
の間に加熱用の電流を流す。金属層１０はエミッタ３に
電圧を印加するとともに発熱体になる。第３の絶縁層１
１は多孔質のシリコン酸化物であるので、熱の伝導率が
小さく、より効率の良い加熱が可能となる。
素子の構造図である。第４の実施例が第３の実施例と異
なる点は、ストッパ層９とエミッタ３が第２の絶縁層７
で分離され、エミッタ３はエミッタ電極８を通して電圧
が印加されることである。このような構造とすることに
より加熱用電流印加端子とエミッタ８の電圧印加端子を
分離でき、装置設計の自由度を確保できる。また、スト
ッパ層９中を流れる電流で生じるストッパ層９上の電位
勾配の影響を完全に除去できる。 図５は本発明の第５
の実施例を示す冷陰極素子の構造図である。図５におい
て、１０は金属層、１１は第３の絶縁層、１２−１は電
極Ｃ，１２−２は電極Ｄである。第４の実施例が第４の
実施例と異なる点は、ストッパ層９の代りに第３の絶縁
層１１が作られ、エミッタ電極８の代りに金属層１０が
形成され、金属層１０の両端に電極Ｃ １２−１および
電極Ｄ １２−２が作られている点である。金属層１０
はエミッタ３と電気的に接続され、エミッタ３に電圧を
印加するとともに、電極Ｃ１２−１，電極Ｄ １２−２
の間に加熱用の電流を流す。金属層１０はエミッタ３に
電圧を印加するとともに発熱体になる。第３の絶縁層１
１は多孔質のシリコン酸化物であるので、熱の伝導率が
小さく、より効率の良い加熱が可能となる。
【００１６】図６は本発明の第６の実施例を示す冷陰極
素子の構造図である。第６の実施例が第５の実施例と異
なる点は、金属層１０とエミッタ３が第２の絶縁層７で
分離され、エミッタ３はエミッタ電極８を通して電圧が
印加されることである。このような構造により、加熱用
電流印加端子とエミッタ８の電圧印加端子を分離でき、
装置設計の自由度を確保できる。また、金属層１０中に
流す電流で生じる金属層１０上の電位勾配の影響を完全
に除去できる。したがって、金属層１０を加熱に最も適
した形状に形成することができる。
素子の構造図である。第６の実施例が第５の実施例と異
なる点は、金属層１０とエミッタ３が第２の絶縁層７で
分離され、エミッタ３はエミッタ電極８を通して電圧が
印加されることである。このような構造により、加熱用
電流印加端子とエミッタ８の電圧印加端子を分離でき、
装置設計の自由度を確保できる。また、金属層１０中に
流す電流で生じる金属層１０上の電位勾配の影響を完全
に除去できる。したがって、金属層１０を加熱に最も適
した形状に形成することができる。
【００１７】なお、基板１０あるいは基板上の電極を加
熱するだけではなく、ゲート電極４の加熱を組み合わせ
ても同等以上の効果が得られることは明らかである。
熱するだけではなく、ゲート電極４の加熱を組み合わせ
ても同等以上の効果が得られることは明らかである。
【００１８】また、実施例では電子放出源として電界放
出型の冷陰極を示したが、周知のＭＩＭ型，ＰＮ接合型
等の冷陰極素子にも適用可能であることは明らかであ
る。
出型の冷陰極を示したが、周知のＭＩＭ型，ＰＮ接合型
等の冷陰極素子にも適用可能であることは明らかであ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の陰極素子
においては、動作中に陰極素子を加熱する必要がないた
め、加熱用の電力消費がない。また、吸着ガス放出のた
めの消費電力を大幅に削減できる。たとえば、この冷陰
極素子を電離真空計に適用した場合、従来のフィラメン
トタイプの電子放出源と比較して、動作中の消費電力は
５０Ｗが０Ｗになり、吸着ガス放出動作中の消費電力は
５０Ｗが約５Ｗになる。また、冷陰極素子の動作中にも
吸着ガスの放出が抑圧され、この冷陰極素子を使用した
装置の真空度を十分高く保つことができる。このため、
たとえば、この冷陰極素子を電離真空計に適用した場
合、従来のフィラメントタイプの電子放出源比較して、
測定上限が２桁以上改善される可能性がある。
においては、動作中に陰極素子を加熱する必要がないた
め、加熱用の電力消費がない。また、吸着ガス放出のた
めの消費電力を大幅に削減できる。たとえば、この冷陰
極素子を電離真空計に適用した場合、従来のフィラメン
トタイプの電子放出源と比較して、動作中の消費電力は
５０Ｗが０Ｗになり、吸着ガス放出動作中の消費電力は
５０Ｗが約５Ｗになる。また、冷陰極素子の動作中にも
吸着ガスの放出が抑圧され、この冷陰極素子を使用した
装置の真空度を十分高く保つことができる。このため、
たとえば、この冷陰極素子を電離真空計に適用した場
合、従来のフィラメントタイプの電子放出源比較して、
測定上限が２桁以上改善される可能性がある。
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例を示す冷陰極素
子の構造断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図。
子の構造断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す冷陰極素子の構造
断面図。
断面図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す冷陰極素子の構造
断面図。
断面図。
【図４】本発明の第４の実施例を示す冷陰極素子の構造
断面図。
断面図。
【図５】本発明の第５の実施例を示す冷陰極素子の構造
断面図。
断面図。
【図６】本発明の第６の実施例を示す冷陰極素子の構造
断面図。
断面図。
１ 基板 ２ 絶縁層 ３ エミッタ ４ ゲート電極 ５ 電子放出部基板 ６−１ 電極Ａ ６−２ 電極Ｂ ７ 第２の絶縁層 ８ エミッタ電極 ９ ストッパ層 １０ 金属層 １１ 第３の絶縁層 １２−１ 電極Ｃ １２−２ 電極Ｄ
Claims (4)
- 【請求項１】 厚さ方向に少なくとも２種類の不純物濃
度の層で構成された基板と、前記基板の上に形成された
冷陰極で構成され、前記基板の前記冷陰極が形成された
部分の厚さを端部より薄くしたことを特徴とする冷陰極
素子。 - 【請求項２】 前記基板表面上に絶縁層が形成され、か
つ前記冷陰極に接触するように金属層が前記絶縁層と前
記冷陰極との間に形成されていることを特徴とする請求
項１記載の冷陰極素子。 - 【請求項３】 導電性を持つ基板と、前記基板の上に形
成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された第２の
金属層と、前記第２の金属層の上に形成された冷陰極で
構成され、前記基板の前記冷陰極が形成された部分の厚
さを端部より薄くしたことを特徴とする冷陰極素子。 - 【請求項４】 前記第２の金属層の上に第２の絶縁層が
形成され、かつ前記冷陰極に接触するように第３の金属
層が前記第２の絶縁層と前記冷陰極との間に形成されて
いることを特徴とする請求項３記載の冷陰極素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1131593A JP2624111B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 冷陰極素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1131593A JP2624111B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 冷陰極素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06223705A JPH06223705A (ja) | 1994-08-12 |
| JP2624111B2 true JP2624111B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=11774588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1131593A Expired - Lifetime JP2624111B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 冷陰極素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2624111B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3156755B2 (ja) * | 1996-12-16 | 2001-04-16 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極装置 |
| JPH1196892A (ja) | 1997-09-17 | 1999-04-09 | Nec Corp | フィールドエミッタ |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5150648A (ja) * | 1974-10-30 | 1976-05-04 | Hitachi Ltd | |
| JPS5335363A (en) * | 1976-09-13 | 1978-04-01 | Hitachi Ltd | Field radiation type cathode |
| JP2607251B2 (ja) * | 1987-08-26 | 1997-05-07 | 松下電工株式会社 | 電界放射陰極 |
| JPH0487135A (ja) * | 1990-07-27 | 1992-03-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子放出素子およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-01-27 JP JP1131593A patent/JP2624111B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06223705A (ja) | 1994-08-12 |
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