JP2636759B2 - 電界放出冷陰極およびその駆動方法 - Google Patents
電界放出冷陰極およびその駆動方法Info
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- JP2636759B2 JP2636759B2 JP30083794A JP30083794A JP2636759B2 JP 2636759 B2 JP2636759 B2 JP 2636759B2 JP 30083794 A JP30083794 A JP 30083794A JP 30083794 A JP30083794 A JP 30083794A JP 2636759 B2 JP2636759 B2 JP 2636759B2
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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、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
とその駆動方法に関する。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
とその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタか
らの電流を引き出す機能ならびに電流制御を持つゲート
電極で構成された微小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極
が提案されている（ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．１２、ｐｐ５２４
８、１９７６））。このような冷陰極は熱陰極と比較し
て高い電流密度が得られ、放出電子の速度分散が小さい
等の利点がある。また、単一の電界放出エミッタと比較
して電流雑音が小さく、低い電圧で動作し、比較的悪い
真空度の環境中でも動作する。
らの電流を引き出す機能ならびに電流制御を持つゲート
電極で構成された微小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極
が提案されている（ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．１２、ｐｐ５２４
８、１９７６））。このような冷陰極は熱陰極と比較し
て高い電流密度が得られ、放出電子の速度分散が小さい
等の利点がある。また、単一の電界放出エミッタと比較
して電流雑音が小さく、低い電圧で動作し、比較的悪い
真空度の環境中でも動作する。
【０００３】このような電子放出冷陰極素子の電流・電
圧特性はエミッタ先端より真空中にトンネル電流として
制御されるため、ファウラノルドハイムの特性を示す。
圧特性はエミッタ先端より真空中にトンネル電流として
制御されるため、ファウラノルドハイムの特性を示す。
【０００４】 Ｉ＝Ａ・ｓ・（Ｆ2 ／φ）ｅｘｐ（−Ｂφ1.5 ／Ｆ） （１） ここで、Ａ、Ｂは定数、φは仕事関数、ｓはエミッショ
ン面積、Ｆは電界で、βを電界集中係数とすると Ｆ＝βＶ （２） となり、βはコーン高さ、開口径、先端半径の関数にな
る。特に先端半径とは反比例の関係にあり、エミッショ
ン電流は大きく依存する。
ン面積、Ｆは電界で、βを電界集中係数とすると Ｆ＝βＶ （２） となり、βはコーン高さ、開口径、先端半径の関数にな
る。特に先端半径とは反比例の関係にあり、エミッショ
ン電流は大きく依存する。
【０００５】微小冷陰極の先端径は数十から数千オング
ストロームであり、製造方法にもよるが先端径は１０％
以上ばらつくと考えられ、従ってエミッション電流も微
小エミッタごとに大きく変化する。
ストロームであり、製造方法にもよるが先端径は１０％
以上ばらつくと考えられ、従ってエミッション電流も微
小エミッタごとに大きく変化する。
【０００６】個々のエミッタのばらつきを抑える方法と
して、エミッタ下部やエミッタ下地に高抵抗層などを導
入して負荷抵抗を挿入する方法が提案されている（スピ
ントら、米国特許公報３，７８９，４７１号、１９７４
年）。
して、エミッタ下部やエミッタ下地に高抵抗層などを導
入して負荷抵抗を挿入する方法が提案されている（スピ
ントら、米国特許公報３，７８９，４７１号、１９７４
年）。
【０００７】また、トランジスタを挿入して帰還効果を
付加した素子も提案されている（特願平５−２７０６３
２号明細書）。
付加した素子も提案されている（特願平５−２７０６３
２号明細書）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】まず負荷抵抗を具備す
る微小電界放出冷陰極では個々のエミッタばらつきによ
る電流のばらつきを抑制することができる。しかし、抵
抗による電圧ドロップがあり、外部からの電圧は素子＋
抵抗分になり、素子を駆動する電圧よりもかなり大きく
なる。また、トランジスタのような電流の飽和領域がな
いために電流のばらつきはトランジスタを用いた場合よ
りも劣る。
る微小電界放出冷陰極では個々のエミッタばらつきによ
る電流のばらつきを抑制することができる。しかし、抵
抗による電圧ドロップがあり、外部からの電圧は素子＋
抵抗分になり、素子を駆動する電圧よりもかなり大きく
なる。また、トランジスタのような電流の飽和領域がな
いために電流のばらつきはトランジスタを用いた場合よ
りも劣る。
【０００９】またトランジスタを用いた場合、特に飽和
領域を用いれば電流のばらつきは小さくなる。また、冷
陰極のゲート電圧を一定にした状態で、トランジスタの
ゲート電圧により電流量を制御することが可能である。
しかし、冷陰極の電流しきい値は通常３０Ｖ以上であ
り、ゲートの振幅は３０Ｖ以上である。エミッションし
ない場合ではトランジスタのゲート電極に最低でも６０
Ｖ印加される。また冷陰極のゲート電圧を用いてエミッ
ションを制御した場合でも３０Ｖ電圧がかかる可能性が
ある。特に多数コーンを集積した場合、コーンが放電破
壊等により短絡の状態になったときもトランジスタが破
壊されないような設計でなければならない。このような
用途のトランジスタは電界効果型ではドレイン、バイポ
ーラ型ではコレクタに耐圧を持たせた高耐圧トランジス
タとなる。その場合トランジスタのドレイン容量または
コレクタ容量が大きくなり、高周波動作に支障が生じ
る。またトランジスタのサイズも大きくなり、冷陰極と
の一体化が困難になる。
領域を用いれば電流のばらつきは小さくなる。また、冷
陰極のゲート電圧を一定にした状態で、トランジスタの
ゲート電圧により電流量を制御することが可能である。
しかし、冷陰極の電流しきい値は通常３０Ｖ以上であ
り、ゲートの振幅は３０Ｖ以上である。エミッションし
ない場合ではトランジスタのゲート電極に最低でも６０
Ｖ印加される。また冷陰極のゲート電圧を用いてエミッ
ションを制御した場合でも３０Ｖ電圧がかかる可能性が
ある。特に多数コーンを集積した場合、コーンが放電破
壊等により短絡の状態になったときもトランジスタが破
壊されないような設計でなければならない。このような
用途のトランジスタは電界効果型ではドレイン、バイポ
ーラ型ではコレクタに耐圧を持たせた高耐圧トランジス
タとなる。その場合トランジスタのドレイン容量または
コレクタ容量が大きくなり、高周波動作に支障が生じ
る。またトランジスタのサイズも大きくなり、冷陰極と
の一体化が困難になる。
【００１０】本発明の目的は上記従来技術の問題点を鑑
み、電子放出素子を安定して駆動することを可能とする
冷陰極素子とその駆動方法を提供することにある。
み、電子放出素子を安定して駆動することを可能とする
冷陰極素子とその駆動方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は複数のエミッタ
を具備する電界放射冷陰極において、各々のエミッタは
直列に結合された抵抗を有し、かつ１個以上の前記抵抗
が並列に結合されてこれに直列にトランジスタが結合さ
れていることを特徴とする。
を具備する電界放射冷陰極において、各々のエミッタは
直列に結合された抵抗を有し、かつ１個以上の前記抵抗
が並列に結合されてこれに直列にトランジスタが結合さ
れていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】抵抗とトランジスタを直列に接続することによ
り、抵抗に耐圧を持たせる作用を担い、トランジスタに
飽和特性をもたせて、電流制御することにより、トラン
ジスタのドレインまたはコレクタの高耐圧化による欠点
をなくし、小型な素子とすることができる。また、抵抗
および容量を最適化することにより、電力の消費が少な
くしかも高周波動作する装置を提供することができる。
り、抵抗に耐圧を持たせる作用を担い、トランジスタに
飽和特性をもたせて、電流制御することにより、トラン
ジスタのドレインまたはコレクタの高耐圧化による欠点
をなくし、小型な素子とすることができる。また、抵抗
および容量を最適化することにより、電力の消費が少な
くしかも高周波動作する装置を提供することができる。
【００１３】
【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。
【００１４】図１は本発明の一実施例を示す電界放出冷
陰極である。図１において先鋭化されたエミッタ１は基
板上の抵抗層３の上部に位置し、エミッタ１の近傍には
ゲート電極２が配置されている。ここでは模式的に示し
たが、抵抗３はトランジスタ４と直列に接続されてい
る。トランジスタのゲートにはエミッション信号が与え
られる。トランジスタ４により制御された電子は抵抗３
を通り、エミッタ１より正にバイアスされたアノード電
極７に進む。
陰極である。図１において先鋭化されたエミッタ１は基
板上の抵抗層３の上部に位置し、エミッタ１の近傍には
ゲート電極２が配置されている。ここでは模式的に示し
たが、抵抗３はトランジスタ４と直列に接続されてい
る。トランジスタのゲートにはエミッション信号が与え
られる。トランジスタ４により制御された電子は抵抗３
を通り、エミッタ１より正にバイアスされたアノード電
極７に進む。
【００１５】図２はトランジスタおよびトランジスタ＋
抵抗のドレイン電流（Ｉ）およびドレイン電圧（Ｖ）の
動作を示す。（ａ）は従来のトランジスタのみの場合の
Ｉ−Ｖ特性であるが、電流が飽和した領域よりも電圧が
大きくなると（Ｖ＞Ｖ１）、ブレイクダウンをおこし、
電流は素子を壊すほど流れる。一方、（ｂ）は本発明の
トランジスタと抵抗が直列に入った場合であり、トラン
ジスタがブレイクダウンになっても抵抗によりリミット
がかかり、電流はある値（Ｉｂ）になる。このようなト
ランジスタと抵抗を直列につなぎ、抵抗をエミッタに接
続した場合、かりに複数のエミッタ近傍において放電を
起こし、短絡の状態になっても一つのエミッタ部でＩｂ
となる電流は流れるものの、素子全体の破壊には結びび
つかない。一方従来の場合ではＶ１の電圧で素子を破壊
するような電流が流れ、トランジスタを破壊し素子全体
にゲート電圧が十分かからなくなり、エミッションがで
きなくなる。
抵抗のドレイン電流（Ｉ）およびドレイン電圧（Ｖ）の
動作を示す。（ａ）は従来のトランジスタのみの場合の
Ｉ−Ｖ特性であるが、電流が飽和した領域よりも電圧が
大きくなると（Ｖ＞Ｖ１）、ブレイクダウンをおこし、
電流は素子を壊すほど流れる。一方、（ｂ）は本発明の
トランジスタと抵抗が直列に入った場合であり、トラン
ジスタがブレイクダウンになっても抵抗によりリミット
がかかり、電流はある値（Ｉｂ）になる。このようなト
ランジスタと抵抗を直列につなぎ、抵抗をエミッタに接
続した場合、かりに複数のエミッタ近傍において放電を
起こし、短絡の状態になっても一つのエミッタ部でＩｂ
となる電流は流れるものの、素子全体の破壊には結びび
つかない。一方従来の場合ではＶ１の電圧で素子を破壊
するような電流が流れ、トランジスタを破壊し素子全体
にゲート電圧が十分かからなくなり、エミッションがで
きなくなる。
【００１６】図３（ａ）は電界効果型トランジスタと抵
抗および電界放出冷陰極をＳｉ基板上に集積化した断面
図であり、（ｂ）はバイポーラトランジスタと抵抗およ
び電界放出冷陰極を集積化した断面図である。ここでは
抵抗として基板に平行に電流の流れる抵抗層を用い、抵
抗層は多結晶シリコンやアモルファスシリコンを用いて
形成した。トランジスタと抵抗は表面より接続してい
る。抵抗層は多結晶シリコンやアモルファスシリコンを
用いて形成する。この抵抗層のためにトランジスタの構
造は高い耐圧を必要としなくなり、設計に自由度が増
し、その占有面積を縮小することができる。
抗および電界放出冷陰極をＳｉ基板上に集積化した断面
図であり、（ｂ）はバイポーラトランジスタと抵抗およ
び電界放出冷陰極を集積化した断面図である。ここでは
抵抗として基板に平行に電流の流れる抵抗層を用い、抵
抗層は多結晶シリコンやアモルファスシリコンを用いて
形成した。トランジスタと抵抗は表面より接続してい
る。抵抗層は多結晶シリコンやアモルファスシリコンを
用いて形成する。この抵抗層のためにトランジスタの構
造は高い耐圧を必要としなくなり、設計に自由度が増
し、その占有面積を縮小することができる。
【００１７】実施例では基板に平行に電流が流れる抵抗
層を用い、基板にモノリシックにトランジスタを形成し
たものを用いて本発明を説明したが、縦積み構造やマル
チチップ化した場合も適応してよいことは明らかであ
る。
層を用い、基板にモノリシックにトランジスタを形成し
たものを用いて本発明を説明したが、縦積み構造やマル
チチップ化した場合も適応してよいことは明らかであ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば必
ずしも従来のような高耐圧のトランジスタを用いること
がなく、従って小型化し、低容量のトランジスタで駆動
することができる。
ずしも従来のような高耐圧のトランジスタを用いること
がなく、従って小型化し、低容量のトランジスタで駆動
することができる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】（ａ）従来のトランジスタのみの電流電圧特性
図である。（ｂ）本発明のトランジスタおよび抵抗を具
備したときの電流電圧特性図である。
図である。（ｂ）本発明のトランジスタおよび抵抗を具
備したときの電流電圧特性図である。
【図３】（ａ）電界効果トランジスタを用い、モノリシ
ック化した場合の本発明の実施例を示す図である。
（ｂ）バイポーラトランジスタを用い、モノリシック化
した場合の本発明の実施例を示す図である。
ック化した場合の本発明の実施例を示す図である。
（ｂ）バイポーラトランジスタを用い、モノリシック化
した場合の本発明の実施例を示す図である。
１ エミッタ ２ ゲート電極 ３ 抵抗 ４ トランジスタ ５ 基板 ６ エミッション信号 ７ アノード電極 ８ ソース電極 ９ ゲート電極 １０ ドレイン電極 １１ エミッタ電極 １２ ベース電極 １３ コレクタ電極
Claims (2)
- 【請求項１】複数のエミッタを具備する電界放射冷陰極
において、各々のエミッタは直列に結合された抵抗を有
し、かつ１個以上の前記抵抗が並列に結合されてこれに
直列にトランジスタが結合されていることを特徴とする
電界放出冷陰極。 - 【請求項２】 トランジスタのブレイクダウン電圧をＶ
ｂ、素子の最大駆動電圧をＶ１としたとき、Ｖ１＞Ｖｂ
の条件を満たす電圧で駆動することを特徴とする請求項
１記載の電界放出冷陰極の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30083794A JP2636759B2 (ja) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | 電界放出冷陰極およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30083794A JP2636759B2 (ja) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | 電界放出冷陰極およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162005A JPH08162005A (ja) | 1996-06-21 |
| JP2636759B2 true JP2636759B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=17889714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30083794A Expired - Fee Related JP2636759B2 (ja) | 1994-12-05 | 1994-12-05 | 電界放出冷陰極およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2636759B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3026484B2 (ja) * | 1996-08-23 | 2000-03-27 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極 |
| JP2001100692A (ja) * | 1999-09-28 | 2001-04-13 | Nec Mitsubishi Denki Visual Systems Kk | 電界放射発光装置 |
| JP2007227076A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Dialight Japan Co Ltd | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2656843B2 (ja) * | 1990-04-12 | 1997-09-24 | 双葉電子工業株式会社 | 表示装置 |
| JP2626276B2 (ja) * | 1991-02-06 | 1997-07-02 | 双葉電子工業株式会社 | 電子放出素子 |
-
1994
- 1994-12-05 JP JP30083794A patent/JP2636759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08162005A (ja) | 1996-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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