JP2891196B2 - 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 - Google Patents
冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/06—Electron or ion guns
- H01J23/075—Magnetron injection guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2225/00—Transit-time tubes, e.g. Klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J2225/34—Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細構造を持ち、
薄膜技術等によって構成される冷陰極を用いて密度変調
電子ビームを形成する冷陰極電子銃、ならびにこの冷陰
極電子銃を用いた陰極線管(CRT)やマイクロ波管な
どの電子ビーム装置に関する。
薄膜技術等によって構成される冷陰極を用いて密度変調
電子ビームを形成する冷陰極電子銃、ならびにこの冷陰
極電子銃を用いた陰極線管(CRT)やマイクロ波管な
どの電子ビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタの
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つ制御電極(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電界放射冷
陰極がC.A.Spindt等によって提案されている
(C.A.Spindt,`A Thin-Film Field-Emission Cathode'J
ournal of Applied Physics,Vol.39,No.7,pp.3504,196
8)。図11(a)はこの電界放射冷陰極の構造を示す一
部破断斜視図であり、図11(b)はこの冷陰極を構成
する一つの微小冷陰極107の断面図である。これらの
図において、101はシリコン基板、102はシリコン
酸化物の絶縁層で、この絶縁層102の上にゲート電極
としての制御電極103が積層されている。絶縁層10
2と制御電極103の一部は除去されて空洞109が形
成され、この空洞109内の前記シリコン基板101の
上面に先端が尖った円錐型のエミッタ104が形成され
ている。これらエミッタ104、制御電極103および
空洞109で微小冷陰極107が形成され、この微小冷
陰極107をアレイ状に並べて平面状の電子放出領域を
持つ冷陰極108が形成される。
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つ制御電極(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電界放射冷
陰極がC.A.Spindt等によって提案されている
(C.A.Spindt,`A Thin-Film Field-Emission Cathode'J
ournal of Applied Physics,Vol.39,No.7,pp.3504,196
8)。図11(a)はこの電界放射冷陰極の構造を示す一
部破断斜視図であり、図11(b)はこの冷陰極を構成
する一つの微小冷陰極107の断面図である。これらの
図において、101はシリコン基板、102はシリコン
酸化物の絶縁層で、この絶縁層102の上にゲート電極
としての制御電極103が積層されている。絶縁層10
2と制御電極103の一部は除去されて空洞109が形
成され、この空洞109内の前記シリコン基板101の
上面に先端が尖った円錐型のエミッタ104が形成され
ている。これらエミッタ104、制御電極103および
空洞109で微小冷陰極107が形成され、この微小冷
陰極107をアレイ状に並べて平面状の電子放出領域を
持つ冷陰極108が形成される。
【0003】ここで、基板101とエミッタ104とは
電気的に接続されており、エミッタ104とゲート電極
103の間には約50Vの電圧が印加される。絶縁層1
02の厚さは約1μm、ゲート電極103の開口径も約
1μmと狭く、エミッタ104の先端は10nm程度と
極めて尖鋭に作られているので、エミッタ104の先端
には強い電界が加わる。この電界が2〜5×107 V/
cm以上になるとエミッタ105の先端から電子が放出
される。このような構造の微小冷陰極を基板101の上
にアレイ状に並べることにより大きな電流を放出する平
面状の陰極(FEA)が構成される。さらに、微細加工
技術を利用して微小冷陰極を高密度に並べれば従来の熱
陰極と比較して陰極電流密度を5から10倍以上にでき
る。
電気的に接続されており、エミッタ104とゲート電極
103の間には約50Vの電圧が印加される。絶縁層1
02の厚さは約1μm、ゲート電極103の開口径も約
1μmと狭く、エミッタ104の先端は10nm程度と
極めて尖鋭に作られているので、エミッタ104の先端
には強い電界が加わる。この電界が2〜5×107 V/
cm以上になるとエミッタ105の先端から電子が放出
される。このような構造の微小冷陰極を基板101の上
にアレイ状に並べることにより大きな電流を放出する平
面状の陰極(FEA)が構成される。さらに、微細加工
技術を利用して微小冷陰極を高密度に並べれば従来の熱
陰極と比較して陰極電流密度を5から10倍以上にでき
る。
【0004】このスピント(Spindt)型冷陰極
は、熱陰極と比較して高い陰極電流密度が得られ、放出
電子の速度分散が小さい等の利点を持つ。また、単一の
電界放射エミッタと比較して電流雑音が小さく、約10
〜数10Vの低い電圧で動作し、比較的悪い真空度の環
境中でも動作する。また、この場合図11(c)に示す
ように、ゲート電極103の上に絶縁層105を介して
集束電極106を積層した微小冷陰極として構成される
こともあり、集束電極106によってエミッタ104か
ら放出された電子の軌道を集束させる。
は、熱陰極と比較して高い陰極電流密度が得られ、放出
電子の速度分散が小さい等の利点を持つ。また、単一の
電界放射エミッタと比較して電流雑音が小さく、約10
〜数10Vの低い電圧で動作し、比較的悪い真空度の環
境中でも動作する。また、この場合図11(c)に示す
ように、ゲート電極103の上に絶縁層105を介して
集束電極106を積層した微小冷陰極として構成される
こともあり、集束電極106によってエミッタ104か
ら放出された電子の軌道を集束させる。
【0005】ところで、この冷陰極を受像管(陰極線
管、CRT)に採用すると、加熱電力が不要であるので
低消費電力で、陰極電流密度が高いので高解像度の表示
装置を実現できる可能性がある。さらに、進行波管(T
WT)やクライスロンなどのマイクロ波管に冷陰極が適
用できれば、冷陰極の特徴を利用して高効率で超小型の
デバイスを実現できる可能性がある。このように、CR
Tやマイクロ波管などの電子ビーム装置にこの冷陰極を
導入する場合、電子ビーム変調周波数の高周波化を図る
ため、ゲートエミッタ間の容量削減が重要であり、この
ために多くの技術が提案されている。
管、CRT)に採用すると、加熱電力が不要であるので
低消費電力で、陰極電流密度が高いので高解像度の表示
装置を実現できる可能性がある。さらに、進行波管(T
WT)やクライスロンなどのマイクロ波管に冷陰極が適
用できれば、冷陰極の特徴を利用して高効率で超小型の
デバイスを実現できる可能性がある。このように、CR
Tやマイクロ波管などの電子ビーム装置にこの冷陰極を
導入する場合、電子ビーム変調周波数の高周波化を図る
ため、ゲートエミッタ間の容量削減が重要であり、この
ために多くの技術が提案されている。
【0006】たとえば、第1の技術として、図12に示
すように、エミッタ201を1列に並べ、ゲート電極2
02と、エミッタ201が形成されたカソード電極20
3との交差する面積を削減する技術がある(C.E.Hollan
d et al.,Progress in Field-Emitter Development for
Gigahertz Operation,IVMC'93 Technical Digest,p.14
8-149,1993)。また、第2の技術として、個々のエミッ
タをリング状のゲート電極で囲み、これらを細い配線で
結、中空に浮かした技術がある(H.G.Kosmahl,A Wide-B
andwidth High-Gain Small-Size Distributed Amplifie
r with Field-Emission Triodes(FETRODE's)for the 10
to 300 GHz Frequency Range,IEEE Trans.ED,Vol.36,N
o.11,p.2728-2737,1989.) 。第3の技術として、図13
に示すように、絶縁板301の接地板302とグリッド
303で入力側のマイクロストリップライン304を構
成し、図には表れないエミッタを接地板302からグリ
ッド303に達する高さ程度とし、上側には出力側マイ
クロストリップライン305を構成し、エミッタから放
出れた電子に応じてRF電圧が誘起され、出力を得るマ
イクロストリップ増幅器の技術がある( N.E.McGruer
et al.,Field Emitter Structures in Microwave Gener
ation and Amplification,IVMC'91 Technical Digest,
p.68-70,1991.IEEE Trans.ED,Vol.38,No.3,p.666-671,1
991.)。さらに、第4の技術として、ゲート電極、ボン
ディングパッド、ゲート電極とボンディングパッドとの
間の配線の面積を可能な限り削減し、ボンディングパッ
ドと配線部の絶縁層の厚さを厚くした技術がある。
すように、エミッタ201を1列に並べ、ゲート電極2
02と、エミッタ201が形成されたカソード電極20
3との交差する面積を削減する技術がある(C.E.Hollan
d et al.,Progress in Field-Emitter Development for
Gigahertz Operation,IVMC'93 Technical Digest,p.14
8-149,1993)。また、第2の技術として、個々のエミッ
タをリング状のゲート電極で囲み、これらを細い配線で
結、中空に浮かした技術がある(H.G.Kosmahl,A Wide-B
andwidth High-Gain Small-Size Distributed Amplifie
r with Field-Emission Triodes(FETRODE's)for the 10
to 300 GHz Frequency Range,IEEE Trans.ED,Vol.36,N
o.11,p.2728-2737,1989.) 。第3の技術として、図13
に示すように、絶縁板301の接地板302とグリッド
303で入力側のマイクロストリップライン304を構
成し、図には表れないエミッタを接地板302からグリ
ッド303に達する高さ程度とし、上側には出力側マイ
クロストリップライン305を構成し、エミッタから放
出れた電子に応じてRF電圧が誘起され、出力を得るマ
イクロストリップ増幅器の技術がある( N.E.McGruer
et al.,Field Emitter Structures in Microwave Gener
ation and Amplification,IVMC'91 Technical Digest,
p.68-70,1991.IEEE Trans.ED,Vol.38,No.3,p.666-671,1
991.)。さらに、第4の技術として、ゲート電極、ボン
ディングパッド、ゲート電極とボンディングパッドとの
間の配線の面積を可能な限り削減し、ボンディングパッ
ドと配線部の絶縁層の厚さを厚くした技術がある。
【0007】一方、ゲート−エミッタ間の静電容量に影
響を受けずに高い周波数まで動作させるために次のよう
な技術が提案されている。第1の技術として、図14
(a),(b)に断面図と平面図を示すように、FEA
をマイクロストリップ線路の終端に装着する技術がある
(新井ほか、電界放射冷陰極アレイを用いた高効率マイ
クロ波逓倍増幅器、信学技報、ED93-142,1993-12)。
ここではマイクロストリップ線路401で共振器が構成
されており、共振器の容量部分をFEA402のゲート
−エミッタ間静電容量が担っている。第2の技術とし
て、図15(a),(b)に全体断面図と要部断面図を
示すように、FEA501が入力信号の空洞共振器50
2に納められ、FEA501のエミッタの先端にはゲー
ト−エミッタ間の直流電圧に基づく電界と空洞共振器内
に作られた入力RF信号に基づく電界が重畳されて印加
され、電子のエミッション量を変調する密度変調電子銃
の技術がある(特開平6−349414号公報)。な
お、503は入力端子、504は陽極、VAは陽極電
源、VGEは陰極電源である。さらに、第3の技術とし
て、図16に示すように、エミッタ601から放出され
た電子ビームを入力ストリップ線路602の間を通過さ
せ、その電子ビームを速度変調した後、ドリフト部60
3を走行させて密度変調電子ビームとする技術がある。
なお、同図(a)はクライストロンの構造図、(b)は
電子銃近傍の構造図である(特開平3−187127号
公報)。
響を受けずに高い周波数まで動作させるために次のよう
な技術が提案されている。第1の技術として、図14
(a),(b)に断面図と平面図を示すように、FEA
をマイクロストリップ線路の終端に装着する技術がある
(新井ほか、電界放射冷陰極アレイを用いた高効率マイ
クロ波逓倍増幅器、信学技報、ED93-142,1993-12)。
ここではマイクロストリップ線路401で共振器が構成
されており、共振器の容量部分をFEA402のゲート
−エミッタ間静電容量が担っている。第2の技術とし
て、図15(a),(b)に全体断面図と要部断面図を
示すように、FEA501が入力信号の空洞共振器50
2に納められ、FEA501のエミッタの先端にはゲー
ト−エミッタ間の直流電圧に基づく電界と空洞共振器内
に作られた入力RF信号に基づく電界が重畳されて印加
され、電子のエミッション量を変調する密度変調電子銃
の技術がある(特開平6−349414号公報)。な
お、503は入力端子、504は陽極、VAは陽極電
源、VGEは陰極電源である。さらに、第3の技術とし
て、図16に示すように、エミッタ601から放出され
た電子ビームを入力ストリップ線路602の間を通過さ
せ、その電子ビームを速度変調した後、ドリフト部60
3を走行させて密度変調電子ビームとする技術がある。
なお、同図(a)はクライストロンの構造図、(b)は
電子銃近傍の構造図である(特開平3−187127号
公報)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術において、図12に示した電子ビーム変調構造では一
般の電子ビーム装置特にCRT、TWTやクライストロ
ンで使用されている円形断面の電子ビームを形成するこ
とは不可能であり、これまでの実験結果によるとこの構
造における最高の変調周波数は2GHz程度に制限され
ている。また、図13に示す電子ビーム変調構造におい
ても円形断面の電子ビームを形成する事は極めて困難で
ある。さらに、通常の構造と比較して高いエミッタを高
精度で形成することは製造プロセス上多くの困難があ
り、ある限られた面積内に高密度でこのエミッタを形成
することはさらに困難である。このようにゲート−エミ
ッタ間の静電容量を削減する構造は、一般にエミッタあ
るいはゲートが特殊な構造になり、製造上に問題を残す
とともにその効果も十分ではない。
術において、図12に示した電子ビーム変調構造では一
般の電子ビーム装置特にCRT、TWTやクライストロ
ンで使用されている円形断面の電子ビームを形成するこ
とは不可能であり、これまでの実験結果によるとこの構
造における最高の変調周波数は2GHz程度に制限され
ている。また、図13に示す電子ビーム変調構造におい
ても円形断面の電子ビームを形成する事は極めて困難で
ある。さらに、通常の構造と比較して高いエミッタを高
精度で形成することは製造プロセス上多くの困難があ
り、ある限られた面積内に高密度でこのエミッタを形成
することはさらに困難である。このようにゲート−エミ
ッタ間の静電容量を削減する構造は、一般にエミッタあ
るいはゲートが特殊な構造になり、製造上に問題を残す
とともにその効果も十分ではない。
【0009】一方、図14に示した電子ビーム変調構造
においては、FEAのゲート−エミッタ間容量がマイク
ロストリップ線路共振器の容量になるため、陰極面積に
比例して容量が増加し、共振周波数帯域が狭くなる。こ
のため、電子ビームとして利用できる最大電流量が制限
され、高出力の応用装置には不利になる。また、図15
に示した電子ビーム変調構造においては、空洞共振器の
機械的な寸法によって、この電子銃を使用する応用装置
が大型になるという問題が生じる。さらに、図16の技
術においては、一定電流量の電子ビームを速度変調し、
さらにドリフト領域を走行させることによって密度変調
の電子ビームに変換するので、十分に密度変調された電
子ビームを得るためにはドリフト領域にはある程度以上
の距離が必要であり、装置が大型化するという問題が生
じる。
においては、FEAのゲート−エミッタ間容量がマイク
ロストリップ線路共振器の容量になるため、陰極面積に
比例して容量が増加し、共振周波数帯域が狭くなる。こ
のため、電子ビームとして利用できる最大電流量が制限
され、高出力の応用装置には不利になる。また、図15
に示した電子ビーム変調構造においては、空洞共振器の
機械的な寸法によって、この電子銃を使用する応用装置
が大型になるという問題が生じる。さらに、図16の技
術においては、一定電流量の電子ビームを速度変調し、
さらにドリフト領域を走行させることによって密度変調
の電子ビームに変換するので、十分に密度変調された電
子ビームを得るためにはドリフト領域にはある程度以上
の距離が必要であり、装置が大型化するという問題が生
じる。
【0010】本発明の目的は、ほぼ20GHz以上まで
の高い周波数で動作することが可能で、かつ構造の小型
化を可能とした冷陰極電子銃と、これを用いた電子ビー
ム装置を実現することである。
の高い周波数で動作することが可能で、かつ構造の小型
化を可能とした冷陰極電子銃と、これを用いた電子ビー
ム装置を実現することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の冷陰極電子銃
は、少なくとも一つの表面が導電性を示す陰極基板と、
この陰極基板上に第1及び第2の絶縁層を介して積層形
成された制御電極および集束電極と、これら集束電極、
制御電極、第1及び第2の各絶縁層にわたって形成され
た空洞と、この空洞内において前記陰極基板上に立設さ
れ、その先端が先鋭化された電子放出電極とを備えてお
り、電子放出電極の先端が制御電極の基板側の面よりも
集束電極側に位置されており、かつ制御電極と集束電極
との間に電子ビーム変調用信号が印加されることを特徴
としている。
は、少なくとも一つの表面が導電性を示す陰極基板と、
この陰極基板上に第1及び第2の絶縁層を介して積層形
成された制御電極および集束電極と、これら集束電極、
制御電極、第1及び第2の各絶縁層にわたって形成され
た空洞と、この空洞内において前記陰極基板上に立設さ
れ、その先端が先鋭化された電子放出電極とを備えてお
り、電子放出電極の先端が制御電極の基板側の面よりも
集束電極側に位置されており、かつ制御電極と集束電極
との間に電子ビーム変調用信号が印加されることを特徴
としている。
【0012】ここで、本発明においては次の構成とする
ことが好ましい。制御電極と集束電極とで分布定数型の
伝送線路が構成される。また、制御電極と前記集束電極
への配線が分布定数型の伝送線路で構成される。さら
に、第2の絶縁層と集束電極との間に、空洞が形成され
た領域を除いて第3の絶縁層が積層形成される。また、
制御電極の上面に、空洞を囲む領域にわたって突起が形
成され、電子放出電極の先端がこの突起の厚さ寸法内に
位置された構成とされる。また、本発明の電子ビーム装
置は、これらの冷陰極電子銃のうちいずれかの冷陰極電
子銃を備え、この冷陰極電子銃で発生された電子ビーム
を用いて各種動作を行わせることを特徴とする。
ことが好ましい。制御電極と集束電極とで分布定数型の
伝送線路が構成される。また、制御電極と前記集束電極
への配線が分布定数型の伝送線路で構成される。さら
に、第2の絶縁層と集束電極との間に、空洞が形成され
た領域を除いて第3の絶縁層が積層形成される。また、
制御電極の上面に、空洞を囲む領域にわたって突起が形
成され、電子放出電極の先端がこの突起の厚さ寸法内に
位置された構成とされる。また、本発明の電子ビーム装
置は、これらの冷陰極電子銃のうちいずれかの冷陰極電
子銃を備え、この冷陰極電子銃で発生された電子ビーム
を用いて各種動作を行わせることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態例を
示す冷陰極電子銃の構造断面図である。同図において、
1は円板状に形成された絶縁基板で、その上に冷陰極2
が搭載されており、絶縁基板1に形成された図には示さ
れない配線により、電圧や入力信号が外部から冷陰極2
に導入される。円環状をした第1電極3、第2電極4は
それぞれ円筒状をした第1絶縁部材5、第2絶縁部材
6、第3絶縁部材7により所要の間隔で絶縁分離されて
配置されており、冷陰極2から取り出した電子を集束
し、かつ加速して電子ビーム8を形成する。これら第
1、第2、第3の各絶縁部材5〜7と絶縁基板1は真空
の外囲器を兼ねている。
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態例を
示す冷陰極電子銃の構造断面図である。同図において、
1は円板状に形成された絶縁基板で、その上に冷陰極2
が搭載されており、絶縁基板1に形成された図には示さ
れない配線により、電圧や入力信号が外部から冷陰極2
に導入される。円環状をした第1電極3、第2電極4は
それぞれ円筒状をした第1絶縁部材5、第2絶縁部材
6、第3絶縁部材7により所要の間隔で絶縁分離されて
配置されており、冷陰極2から取り出した電子を集束
し、かつ加速して電子ビーム8を形成する。これら第
1、第2、第3の各絶縁部材5〜7と絶縁基板1は真空
の外囲器を兼ねている。
【0014】図2は前記冷陰極電子銃の絶縁基板1と冷
陰極2の構成を示す図であり、図3は冷陰極2の要部の
断面図である。前記冷陰極2は図3のように、陰極基板
21、第1絶縁層22、ゲート電極23、第2絶縁層2
4、集束電極25、及び後述するダミーパターン11の
積層構造で構成され、第1絶縁層22、ゲート電極2
3、第2絶縁層24、集束電極25を通して空洞26が
形成され、この空洞26の底となる前記陰極基板21の
上には微小な円錐形のエミッタ27が形成されている。
そして、エミッタ26と陰極基板22とは電気的に接続
されており、この結果、エミッタ27、ゲート電極23
の開口、集束電極25の開口で一つの微小冷陰極28が
構成される。そして、この微小冷陰極28が複数個配列
形成されて電子放出領域10が構成される。
陰極2の構成を示す図であり、図3は冷陰極2の要部の
断面図である。前記冷陰極2は図3のように、陰極基板
21、第1絶縁層22、ゲート電極23、第2絶縁層2
4、集束電極25、及び後述するダミーパターン11の
積層構造で構成され、第1絶縁層22、ゲート電極2
3、第2絶縁層24、集束電極25を通して空洞26が
形成され、この空洞26の底となる前記陰極基板21の
上には微小な円錐形のエミッタ27が形成されている。
そして、エミッタ26と陰極基板22とは電気的に接続
されており、この結果、エミッタ27、ゲート電極23
の開口、集束電極25の開口で一つの微小冷陰極28が
構成される。そして、この微小冷陰極28が複数個配列
形成されて電子放出領域10が構成される。
【0015】前記冷陰極2は、図2のように、前記絶縁
基板1の中心位置に搭載される。前記絶縁基板1および
冷陰極2の上面にわたって前記集束電極25がストリッ
プ状に形成されており、この集束電極25の一部に前記
微小冷陰極28が形成されている。前記集束電極25は
ゲート電極23とで分布定数型伝送線路であるマイクロ
ストリップ線路が形成される。この場合、ゲート電極2
3は接地電極となる。また、前記冷陰極2の上面にはダ
ミーパターン11が形成されている。このダミーパター
ン11は前記集束電極25とともに、電子放出領域10
を中心として点対称に近いパターンとして形成される。
このため、ダミーパターン11と集束電極25とにほぼ
等しい直流電圧が印加されたときには、電子ビームの中
心軸すなわち基板1の平面に垂直で電子放出領域10の
中心を通る軸に対して軸対称性の良い電界を形成する電
極を構成する。なお、第2絶縁層24は、この下に形成
されたゲート電極23と、その上に形成された集束電極
25、ダミーパターン11とを分離する。
基板1の中心位置に搭載される。前記絶縁基板1および
冷陰極2の上面にわたって前記集束電極25がストリッ
プ状に形成されており、この集束電極25の一部に前記
微小冷陰極28が形成されている。前記集束電極25は
ゲート電極23とで分布定数型伝送線路であるマイクロ
ストリップ線路が形成される。この場合、ゲート電極2
3は接地電極となる。また、前記冷陰極2の上面にはダ
ミーパターン11が形成されている。このダミーパター
ン11は前記集束電極25とともに、電子放出領域10
を中心として点対称に近いパターンとして形成される。
このため、ダミーパターン11と集束電極25とにほぼ
等しい直流電圧が印加されたときには、電子ビームの中
心軸すなわち基板1の平面に垂直で電子放出領域10の
中心を通る軸に対して軸対称性の良い電界を形成する電
極を構成する。なお、第2絶縁層24は、この下に形成
されたゲート電極23と、その上に形成された集束電極
25、ダミーパターン11とを分離する。
【0016】さらに、絶縁基板1上には入力ストリップ
12が形成されており、前記集束電極25と接続され、
絶縁基板1の裏面に設けた裏面電極13とともに分布定
数型伝送線路であるマイクロストリップ線路を形成し、
RF信号を外部から導入する。この裏面電極13はゲー
ト電極25と接続されている。同様に絶縁基板1上には
出力ストリップ14が形成されており、前記集束電極2
5に接続されて裏面電極13ともにマイクロストリップ
線路を形成する。この出力ストリップ14の長さは電子
放出領域10からRF信号波長の1/4に設定されてお
り、出力ストリップ14の終端部はコンデンサ15を介
して裏面電極13に接続されており、この結果RF的に
接地されている。なお、16はカソード配線、17はダ
ミー配線で、外部からそれぞれエミッタ27、ダミーパ
ターン11に電圧を供給する配線である。
12が形成されており、前記集束電極25と接続され、
絶縁基板1の裏面に設けた裏面電極13とともに分布定
数型伝送線路であるマイクロストリップ線路を形成し、
RF信号を外部から導入する。この裏面電極13はゲー
ト電極25と接続されている。同様に絶縁基板1上には
出力ストリップ14が形成されており、前記集束電極2
5に接続されて裏面電極13ともにマイクロストリップ
線路を形成する。この出力ストリップ14の長さは電子
放出領域10からRF信号波長の1/4に設定されてお
り、出力ストリップ14の終端部はコンデンサ15を介
して裏面電極13に接続されており、この結果RF的に
接地されている。なお、16はカソード配線、17はダ
ミー配線で、外部からそれぞれエミッタ27、ダミーパ
ターン11に電圧を供給する配線である。
【0017】ここで、前記冷陰極2においては、図4に
その拡大断面図を示すように、陰極基板21上の空洞2
6内に形成されている円錐状のエミッタ27は、その先
端がゲート電極23の下面すなわち第1絶縁層22の上
面よりも集束電極25側に位置している。好ましくは、
エミッタ27の先端はゲート電極23の上面すなわち第
2絶縁層24の下面よりも集束電極25側に突出位置し
ている。
その拡大断面図を示すように、陰極基板21上の空洞2
6内に形成されている円錐状のエミッタ27は、その先
端がゲート電極23の下面すなわち第1絶縁層22の上
面よりも集束電極25側に位置している。好ましくは、
エミッタ27の先端はゲート電極23の上面すなわち第
2絶縁層24の下面よりも集束電極25側に突出位置し
ている。
【0018】また、ここでエミッタ27はタングステン
あるいはモリブデンのような耐熱金属で作られ、ゲート
電極23、集束電極25はタングステン、モリブデン、
ニオブ、タングステンシリサイド等の金属あるいは金属
化合物で作られ、第1、第2絶縁層22,24には例え
ばシリコンの酸化物、シリコンの窒化物の単一あるいは
複合層構造を使用する。ゲート電極23の開口の直径は
約1μm、エミッタ27の高さは約0.5〜1μm、第
1絶縁層22の厚さは約0.4〜0.8μm、第2絶縁
層24の厚さは約1〜3μm、ゲート電極23、集束電
極25の厚さは約0.2μmである。この冷陰極を製作
するには、基本的には文献(Journal ofApplied Physic
s,Vol.39,No.7,pp.3504,1968)等に開示されているよう
に、ゲート電極23、集束電極25と第1及び第2の各
絶縁層22,24に空洞26を形成したのちウエハを回
転させながら斜め方向から犠牲層を堆積し、次にエミッ
タ材料をウエハの真上から堆積すれば良い。
あるいはモリブデンのような耐熱金属で作られ、ゲート
電極23、集束電極25はタングステン、モリブデン、
ニオブ、タングステンシリサイド等の金属あるいは金属
化合物で作られ、第1、第2絶縁層22,24には例え
ばシリコンの酸化物、シリコンの窒化物の単一あるいは
複合層構造を使用する。ゲート電極23の開口の直径は
約1μm、エミッタ27の高さは約0.5〜1μm、第
1絶縁層22の厚さは約0.4〜0.8μm、第2絶縁
層24の厚さは約1〜3μm、ゲート電極23、集束電
極25の厚さは約0.2μmである。この冷陰極を製作
するには、基本的には文献(Journal ofApplied Physic
s,Vol.39,No.7,pp.3504,1968)等に開示されているよう
に、ゲート電極23、集束電極25と第1及び第2の各
絶縁層22,24に空洞26を形成したのちウエハを回
転させながら斜め方向から犠牲層を堆積し、次にエミッ
タ材料をウエハの真上から堆積すれば良い。
【0019】この電子銃を動作させるには、図3に示し
たように、ゲート電極23の電位を基準にして、陰極基
板21に約10〜数10Vの負の直流電圧を印加する。
集束電極25にはゲート電極23を基準として負の電圧
を印加する。RF信号が入力していない時に、ゲート電
極電圧と集束電極電圧を調節して、エミッション電流が
僅かに流れるかあるいはエミッション電流が流れ始める
すぐ前の状態に設定する。一方、RF信号は真空外囲器
(図には示さない)から真空におかれた絶縁基板1上の
入力ストリップ12に伝えられる。入力ストリップ12
は裏面電極13とともにマイクロストリップ線路を形成
しているため、同様にマイクロストリップ線路を形成し
た冷陰極2の集束電極25とゲート電極23に接続され
る。そして、ゲート電極23と集束電極25の間にRF
信号が入力すると、エミッタ27の先端には、エミッタ
27とゲート電極23、集束電極25の間の直流電圧で
作られる直流電界にRF電界が重畳された電界が加えら
れる。
たように、ゲート電極23の電位を基準にして、陰極基
板21に約10〜数10Vの負の直流電圧を印加する。
集束電極25にはゲート電極23を基準として負の電圧
を印加する。RF信号が入力していない時に、ゲート電
極電圧と集束電極電圧を調節して、エミッション電流が
僅かに流れるかあるいはエミッション電流が流れ始める
すぐ前の状態に設定する。一方、RF信号は真空外囲器
(図には示さない)から真空におかれた絶縁基板1上の
入力ストリップ12に伝えられる。入力ストリップ12
は裏面電極13とともにマイクロストリップ線路を形成
しているため、同様にマイクロストリップ線路を形成し
た冷陰極2の集束電極25とゲート電極23に接続され
る。そして、ゲート電極23と集束電極25の間にRF
信号が入力すると、エミッタ27の先端には、エミッタ
27とゲート電極23、集束電極25の間の直流電圧で
作られる直流電界にRF電界が重畳された電界が加えら
れる。
【0020】そして、この第1の実施形態例において
は、エミッタ27の先端がゲート電極23よりも集束電
極25側に近く位置され、かつRF入力信号は素子特性
を損なわずに寸法上の余裕があるゲート電極23と集束
電極25の間に印加され、素子までマイクロストリップ
線路を介して伝送するので、ゲート・エミッタ間の容量
にかかわりなく高周波信号で電子ビームを直接密度変調
することが可能となり、高い周波数特性を実現すること
が出来る。また、ダミーパターンを設けることによっ
て、電子ビームは軸対称性の良好な電界の中で形成され
るので、電子ビームスポットの形状の劣化は少なくで
き、偏向パターンに不要な歪みが重畳されるのを防ぐこ
とができる。このように、本実施形態例に示す冷陰極な
らびに電子銃構造を採用することによって、多くの利点
を同時に実現できる冷陰極電子銃が実現できる。
は、エミッタ27の先端がゲート電極23よりも集束電
極25側に近く位置され、かつRF入力信号は素子特性
を損なわずに寸法上の余裕があるゲート電極23と集束
電極25の間に印加され、素子までマイクロストリップ
線路を介して伝送するので、ゲート・エミッタ間の容量
にかかわりなく高周波信号で電子ビームを直接密度変調
することが可能となり、高い周波数特性を実現すること
が出来る。また、ダミーパターンを設けることによっ
て、電子ビームは軸対称性の良好な電界の中で形成され
るので、電子ビームスポットの形状の劣化は少なくで
き、偏向パターンに不要な歪みが重畳されるのを防ぐこ
とができる。このように、本実施形態例に示す冷陰極な
らびに電子銃構造を採用することによって、多くの利点
を同時に実現できる冷陰極電子銃が実現できる。
【0021】なお、絶縁基板1の上に冷陰極2を取り付
けずに、直接絶縁基板1の上に冷陰極を構成するエミッ
タ27、ゲート電極23、集束電極25およびこれらの
電極と外部接続用端子の間の配線を形成することも可能
である。
けずに、直接絶縁基板1の上に冷陰極を構成するエミッ
タ27、ゲート電極23、集束電極25およびこれらの
電極と外部接続用端子の間の配線を形成することも可能
である。
【0022】図5は本発明の第2の実施形態の冷陰極電
子銃の冷陰極を示しており、同図(a)は平面図、同図
(b)はその中心部の拡大断面図である。この実施形態
にといて前記第1の実施形態例と異なるのは、第3絶縁
層29を追加した点である。すなわち、微小冷陰極28
が形成された電子放出領域10を除いて、集束電極25
の下と第2絶縁層24の上の間に、十分な厚さの第3の
絶縁層29が形成されている。したがって、RF信号は
高周波成分の低下なしに電子放出領域10のゲート電極
23と集束電極25の間に加えられる。電子放出領域1
0のゲート電極23と集束電極25の間は他の部分と比
較して狭くなっているので強いRF電界がエミッタ27
の先端部に形成される。
子銃の冷陰極を示しており、同図(a)は平面図、同図
(b)はその中心部の拡大断面図である。この実施形態
にといて前記第1の実施形態例と異なるのは、第3絶縁
層29を追加した点である。すなわち、微小冷陰極28
が形成された電子放出領域10を除いて、集束電極25
の下と第2絶縁層24の上の間に、十分な厚さの第3の
絶縁層29が形成されている。したがって、RF信号は
高周波成分の低下なしに電子放出領域10のゲート電極
23と集束電極25の間に加えられる。電子放出領域1
0のゲート電極23と集束電極25の間は他の部分と比
較して狭くなっているので強いRF電界がエミッタ27
の先端部に形成される。
【0023】図6は本発明の第3の実施形態の冷陰極電
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板1の上面に、中
心導体が入力ストリップ12、中心導体の両側の接地導
体がゲート配線30で構成された分布定数型伝送路であ
るコプレーナ線路が形成され、入力RF信号はこのコプ
レーナ線路を伝わって冷陰極2のゲート電極23と集束
電極25の間に印加される。ここで、ゲート配線30は
電子放出領域10の両側でゲート電極23に接続されて
いる。また、絶縁基板1には冷陰極2の厚さと同等の段
差が設けられており、ほぼ同一平面上で集束電極25、
ゲート電極23が入力ストリップ12、ゲート配線30
と接続される。なお、図には示さないが、入力RF信号
に対しインピーダンスの整合を図るため、コプレーナ線
路には適切な整合用素子が形成されている。
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板1の上面に、中
心導体が入力ストリップ12、中心導体の両側の接地導
体がゲート配線30で構成された分布定数型伝送路であ
るコプレーナ線路が形成され、入力RF信号はこのコプ
レーナ線路を伝わって冷陰極2のゲート電極23と集束
電極25の間に印加される。ここで、ゲート配線30は
電子放出領域10の両側でゲート電極23に接続されて
いる。また、絶縁基板1には冷陰極2の厚さと同等の段
差が設けられており、ほぼ同一平面上で集束電極25、
ゲート電極23が入力ストリップ12、ゲート配線30
と接続される。なお、図には示さないが、入力RF信号
に対しインピーダンスの整合を図るため、コプレーナ線
路には適切な整合用素子が形成されている。
【0024】図7は本発明の第4の実施形態の冷陰極電
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板1の上面に、中
心導体が入力ストリップ12、接地導体が裏面電極13
で構成されたマイクロストリップ線路が形成され、入力
RF信号はこのマイクロストリップ線路を伝わって冷陰
極2のゲート電極23と集束電極25の間に印加され
る。ここで、ゲート電極23はゲート配線31を介して
裏面電極13に接続されている。また、絶縁基板1には
冷陰極2の厚さと同等の段差が設けられており、ほぼ同
一平面上で集束電極11、ゲート電極23を配線と接続
できる。なお、図には示さないが、RF信号に対し整合
を図るため、マイクロストリップ線路には適切な整合用
素子が形成されている。
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板1の上面に、中
心導体が入力ストリップ12、接地導体が裏面電極13
で構成されたマイクロストリップ線路が形成され、入力
RF信号はこのマイクロストリップ線路を伝わって冷陰
極2のゲート電極23と集束電極25の間に印加され
る。ここで、ゲート電極23はゲート配線31を介して
裏面電極13に接続されている。また、絶縁基板1には
冷陰極2の厚さと同等の段差が設けられており、ほぼ同
一平面上で集束電極11、ゲート電極23を配線と接続
できる。なお、図には示さないが、RF信号に対し整合
を図るため、マイクロストリップ線路には適切な整合用
素子が形成されている。
【0025】図8は本発明の第5の実施形態の冷陰極電
子銃の陰極電子放出部の拡大断面図である。ゲート電極
23の上にはゲート電極突起32が形成されているとこ
ろが前記第1の実施形態の陰極電子放出部とは構成が相
違している。このゲート電極突起32はゲート電極23
の上に、ゲート電極23の開口を取り囲むように環状に
形成されており、ゲート電極23と電気的に接続されて
同じ電位とされている。そして、エミッタ27の先端
は、ゲート電極突起32の最上位面すなわちゲート電極
突起32の集束電極25側の面と、ゲート電極突起32
の最下位面すなわちゲート電極23との界面との間に位
置されることが望ましい。このゲート電極突起32は、
ゲート電極23と集束電極25の間のRF電界には影響
を与えずに、互いに隣接するエミッタ27の先端の電位
によって、エミッタ先端電界が低下するのを防止する。
子銃の陰極電子放出部の拡大断面図である。ゲート電極
23の上にはゲート電極突起32が形成されているとこ
ろが前記第1の実施形態の陰極電子放出部とは構成が相
違している。このゲート電極突起32はゲート電極23
の上に、ゲート電極23の開口を取り囲むように環状に
形成されており、ゲート電極23と電気的に接続されて
同じ電位とされている。そして、エミッタ27の先端
は、ゲート電極突起32の最上位面すなわちゲート電極
突起32の集束電極25側の面と、ゲート電極突起32
の最下位面すなわちゲート電極23との界面との間に位
置されることが望ましい。このゲート電極突起32は、
ゲート電極23と集束電極25の間のRF電界には影響
を与えずに、互いに隣接するエミッタ27の先端の電位
によって、エミッタ先端電界が低下するのを防止する。
【0026】図9は本発明の第6の実施形態を示してお
り、冷陰極を電子源として使用した電子ビーム装置とし
て構成されたCRT(受像管)の断面図である。ガラス
外囲器41の中に、冷陰極2、第1集束電極42、第2
集束電極43、第3集束電極44で構成された電子銃4
5が配設されており、冷陰極2のカソード電極、第1集
束電極42、第2集束電極43、第3集束電極44およ
び陽極48にそれぞれ直流定電圧電源51〜56からの
直流電圧が供給される。電子ビーム電流を変調する信号
は増幅器50から、冷陰極2に印加される。冷陰極2か
ら放出された電子は集束、かつ加速されて電子ビーム4
6が形成される。電子ビーム46は偏向ヨーク47に加
えられた電流波形に応じて偏向され、蛍光体49を衝撃
する。この実施形態に示すCRTでは、電子ビーム46
を高い周波数で密度変調することが可能になり、歪みの
ない電子ビームを形成できるので、解像度が良好で、ス
クリーンに表示できる画素数を多く出来る利点がある。
さらに、ヒータ電力が不要であるので消費電力が小さい
等の利点を持つ。
り、冷陰極を電子源として使用した電子ビーム装置とし
て構成されたCRT(受像管)の断面図である。ガラス
外囲器41の中に、冷陰極2、第1集束電極42、第2
集束電極43、第3集束電極44で構成された電子銃4
5が配設されており、冷陰極2のカソード電極、第1集
束電極42、第2集束電極43、第3集束電極44およ
び陽極48にそれぞれ直流定電圧電源51〜56からの
直流電圧が供給される。電子ビーム電流を変調する信号
は増幅器50から、冷陰極2に印加される。冷陰極2か
ら放出された電子は集束、かつ加速されて電子ビーム4
6が形成される。電子ビーム46は偏向ヨーク47に加
えられた電流波形に応じて偏向され、蛍光体49を衝撃
する。この実施形態に示すCRTでは、電子ビーム46
を高い周波数で密度変調することが可能になり、歪みの
ない電子ビームを形成できるので、解像度が良好で、ス
クリーンに表示できる画素数を多く出来る利点がある。
さらに、ヒータ電力が不要であるので消費電力が小さい
等の利点を持つ。
【0027】図10は本発明の第7の実施形態を示して
おり、冷陰極を使用した電子ビーム装置として構成され
た代表的なマイクロ波管であるTWT(進行波管)の断
面図である。冷陰極61から放出された電子は、電子銃
62で作られた静電界と磁石63で作られた磁界で集束
され、所定形状の電子ビーム64に形成される。電子ビ
ーム64は内径が1mm以下の低速波回路であるらせん
65の中を通り抜け、コレクタ66で捕捉される。冷陰
極に印加された入力RF信号は密度変調した電子ビーム
64を作り、この電子ビーム64は螺旋65の中を通過
する間に螺旋65との相互作用により螺旋65にRF信
号を誘起し、さらにこれを増幅して出力信号を作る。螺
旋65にRF信号を入力する従来のTWTでは、螺旋部
分において、はじめに入力RF信号で電子ビームを速度
変調し、螺旋内を電子ビームがドリフトしながら電子が
局部的に集合して密度変調された電子ビームになり、さ
らにこの密度変調された電子ビームが螺旋との相互作用
で入力RFシリコンが増幅される。これに対しこの実施
形態では、電子ビームの速度変調、ドリフトの部分が不
要になり、電子銃において十分に変調係数の大きな密度
変調電子ビームが作られるため、螺旋の長さを大幅に短
縮でき、TWTは大幅に小型化できる。さらに、冷陰極
からは電流密度の高い電子ビームが形成できるため、R
F−DC変換効率の高いTWTが実現できる。
おり、冷陰極を使用した電子ビーム装置として構成され
た代表的なマイクロ波管であるTWT(進行波管)の断
面図である。冷陰極61から放出された電子は、電子銃
62で作られた静電界と磁石63で作られた磁界で集束
され、所定形状の電子ビーム64に形成される。電子ビ
ーム64は内径が1mm以下の低速波回路であるらせん
65の中を通り抜け、コレクタ66で捕捉される。冷陰
極に印加された入力RF信号は密度変調した電子ビーム
64を作り、この電子ビーム64は螺旋65の中を通過
する間に螺旋65との相互作用により螺旋65にRF信
号を誘起し、さらにこれを増幅して出力信号を作る。螺
旋65にRF信号を入力する従来のTWTでは、螺旋部
分において、はじめに入力RF信号で電子ビームを速度
変調し、螺旋内を電子ビームがドリフトしながら電子が
局部的に集合して密度変調された電子ビームになり、さ
らにこの密度変調された電子ビームが螺旋との相互作用
で入力RFシリコンが増幅される。これに対しこの実施
形態では、電子ビームの速度変調、ドリフトの部分が不
要になり、電子銃において十分に変調係数の大きな密度
変調電子ビームが作られるため、螺旋の長さを大幅に短
縮でき、TWTは大幅に小型化できる。さらに、冷陰極
からは電流密度の高い電子ビームが形成できるため、R
F−DC変換効率の高いTWTが実現できる。
【0028】なお、この第7の実施形態では低速波回路
として螺旋を用いたTWTの例を示しているが、螺旋に
限らず、結合空洞やリングループ等のTWTにも適用で
きる。さらに、TWTにかぎらずクライストロンやジャ
イロトロンのようなマイクロ波管に本発明の冷陰極を適
用しても、その利点を活用することができる。
として螺旋を用いたTWTの例を示しているが、螺旋に
限らず、結合空洞やリングループ等のTWTにも適用で
きる。さらに、TWTにかぎらずクライストロンやジャ
イロトロンのようなマイクロ波管に本発明の冷陰極を適
用しても、その利点を活用することができる。
【0029】ここで、本発明においては、絶縁基板1の
代わりに、金属あるいは半導体基板の上に絶縁層を積層
した基板を使用しても、前記各実施形態で説明したもの
と同等の冷陰極ならびに電子銃を構成できることは明ら
かである。
代わりに、金属あるいは半導体基板の上に絶縁層を積層
した基板を使用しても、前記各実施形態で説明したもの
と同等の冷陰極ならびに電子銃を構成できることは明ら
かである。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、陰極基
板に絶縁層を介して制御電極と集束電極を積層し、これ
らに設けた空洞内に電子放出電極を形成し、しかもこの
電子放出電極の鋭利な先端を、制御電極の基板側の面よ
りも集束電極側に位置させ、かつ制御電極と集束電極と
の間に電子ビーム変調用信号を印加しているので、制御
電極や電子放出電極に特殊な構造を採用せずに高い周波
数で密度変調した電子ビームを形成することができる。
したがって、本発明の冷陰極電子銃を用いて電子ビーム
装置を構成すれば、消費電力が小さく、小型の電子ビー
ム装置が実現できる。例えば、CRTに採用すれば、解
像度が良好で、スクリーンに表示できる画素数が多く、
消費電力の小さいディスプレイ装置を実現することがで
きる。また、TWT、クライストロンなどのマイクロ波
管に採用すれば、動作周波数が高く、DC−RF変換効
率が高く、消費電力が小さく、超小型のマイクロ波増幅
装置やマイクロ波発振装置が実現できる。
板に絶縁層を介して制御電極と集束電極を積層し、これ
らに設けた空洞内に電子放出電極を形成し、しかもこの
電子放出電極の鋭利な先端を、制御電極の基板側の面よ
りも集束電極側に位置させ、かつ制御電極と集束電極と
の間に電子ビーム変調用信号を印加しているので、制御
電極や電子放出電極に特殊な構造を採用せずに高い周波
数で密度変調した電子ビームを形成することができる。
したがって、本発明の冷陰極電子銃を用いて電子ビーム
装置を構成すれば、消費電力が小さく、小型の電子ビー
ム装置が実現できる。例えば、CRTに採用すれば、解
像度が良好で、スクリーンに表示できる画素数が多く、
消費電力の小さいディスプレイ装置を実現することがで
きる。また、TWT、クライストロンなどのマイクロ波
管に採用すれば、動作周波数が高く、DC−RF変換効
率が高く、消費電力が小さく、超小型のマイクロ波増幅
装置やマイクロ波発振装置が実現できる。
【図1】本発明の冷陰極電子銃の基本構成を示す断面図
である。
である。
【図2】本発明における冷陰極の要部の斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における冷陰極の要部
の断面図である。
の断面図である。
【図4】本発明の第1の実施形態における冷陰極の要部
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態における冷陰極の平面
図とその断面図である。
図とその断面図である。
【図6】本発明の第3の実施形態における冷陰極の斜視
図である。
図である。
【図7】本発明の第4の実施形態における冷陰極の斜視
図である。
図である。
【図8】本発明の第5の実施形態における冷陰極の要部
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図9】本発明の第6の実施形態のCRTの断面図であ
る。
る。
【図10】本発明の第7の実施形態のTWTの断面図で
ある。
ある。
【図11】従来のスピント型冷陰極の一部を破断した斜
視図と断面図である。
視図と断面図である。
【図12】従来の他の例の冷陰極の斜視図である。
【図13】従来のさらに他の例の冷陰極の断面図であ
る。
る。
【図14】従来の電子銃の構造を示す断面図と平面図で
ある。
ある。
【図15】従来の密度変調電子銃の断面図とその一部の
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図16】従来のクライストロンの断面図と要部の拡大
斜視図である。
斜視図である。
1 絶縁基板 2 冷陰極 11 ダミーパターン 12 入力ストリップ 13 裏面電極 14 出力ストリップ 21 陰極基板 23 ゲート電極 25 集束電極 27 エミッタ
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも一つの表面が導電性を示す陰
極基板と、この陰極基板上に第1及び第2の絶縁層を介
して積層形成された制御電極および集束電極と、これら
集束電極、制御電極、第1及び第2の各絶縁層にわたっ
て形成された空洞と、この空洞内において前記陰極基板
上に立設され、その先端が先鋭化された電子放出電極と
を備え、前記電子放出電極の先端が前記制御電極の基板
側の面よりも前記集束電極側に位置されており、かつ前
記制御電極と集束電極との間に電子ビーム変調用信号が
印加されることを特徴とする冷陰極電子銃。 - 【請求項2】 前記制御電極と前記集束電極とで分布定
数型の伝送線路が構成される請求項1の冷陰極電子銃。 - 【請求項3】 前記制御電極と前記集束電極への配線が
分布定数型の伝送線路で構成されている請求項1または
2の冷陰極電子銃。 - 【請求項4】 前記第2の絶縁層と集束電極との間に、
前記空洞が形成された領域を除いて第3の絶縁層が積層
形成されている請求項1の冷陰極電子銃。 - 【請求項5】 前記制御電極の上面に、前記空洞を囲む
領域にわたって突起が形成され、前記電子放出電極の先
端がこの突起の厚さ寸法内に位置されてなる請求項1な
いし4のいずれかの冷陰極電子銃。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかの冷陰
極電子銃を備え、この冷陰極電子銃で発生された電子ビ
ームを用いて各種動作を行わせることを特徴とする電子
ビーム装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23059796A JP2891196B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
DE69700313T DE69700313T2 (de) | 1996-08-30 | 1997-08-28 | Feldemissions-Elektronenkanone mit Kaltkathode |
EP97114932A EP0827175B1 (en) | 1996-08-30 | 1997-08-28 | Field-emission cold-cathode electron gun |
US08/920,508 US5986388A (en) | 1996-08-30 | 1997-08-29 | Field-emission cold-cathode electron gun having emitter tips between the top surface of gate electrode and focusing electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23059796A JP2891196B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1074445A JPH1074445A (ja) | 1998-03-17 |
JP2891196B2 true JP2891196B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=16910246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23059796A Expired - Lifetime JP2891196B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5986388A (ja) |
EP (1) | EP0827175B1 (ja) |
JP (1) | JP2891196B2 (ja) |
DE (1) | DE69700313T2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3156763B2 (ja) * | 1997-08-12 | 2001-04-16 | 日本電気株式会社 | 冷陰極搭載電子管の電極電圧印加方法および装置 |
US6441543B1 (en) * | 1998-01-30 | 2002-08-27 | Si Diamond Technology, Inc. | Flat CRT display that includes a focus electrode as well as multiple anode and deflector electrodes |
JP3101713B2 (ja) * | 1999-02-22 | 2000-10-23 | 東北大学長 | 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置 |
JP2000243305A (ja) * | 1999-02-24 | 2000-09-08 | Nec Corp | 電界放射冷陰極電子銃及びこれを用いたマイクロ波管 |
US6255768B1 (en) * | 1999-07-19 | 2001-07-03 | Extreme Devices, Inc. | Compact field emission electron gun and focus lens |
US6580211B1 (en) * | 2000-03-09 | 2003-06-17 | Si Diamond Technology, Inc. | Triode assembly for carbon cold cathode |
EP1249855B1 (en) * | 2001-04-09 | 2008-07-09 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Device and method for controlling focussed electron beams |
US6858455B2 (en) * | 2001-05-25 | 2005-02-22 | Ut-Battelle, Llc | Gated fabrication of nanostructure field emission cathode material within a device |
KR100519754B1 (ko) * | 2003-01-13 | 2005-10-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이중 게이트 구조를 가진 전계방출소자 및 그 제조방법 |
FR2875946A1 (fr) * | 2004-09-30 | 2006-03-31 | Thomson Licensing Sa | Structure de triode pour canon a electrons de tube a rayons cathodiques |
JP4829604B2 (ja) * | 2005-12-06 | 2011-12-07 | 日本放送協会 | 冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイ |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4780684A (en) * | 1987-10-22 | 1988-10-25 | Hughes Aircraft Company | Microwave integrated distributed amplifier with field emission triodes |
JPH03161379A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-11 | Fujitsu Ltd | プリンタの駆動力伝達装置 |
GB2238651A (en) * | 1989-11-29 | 1991-06-05 | Gen Electric Co Plc | Field emission devices. |
FR2669465B1 (fr) * | 1990-11-16 | 1996-07-12 | Thomson Rech | Source d'electrons et procede de realisation. |
US5191217A (en) * | 1991-11-25 | 1993-03-02 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for field emission device electrostatic electron beam focussing |
JPH07107829B2 (ja) * | 1993-06-08 | 1995-11-15 | 日本電気株式会社 | 密度変調電子銃とこれを用いたマイクロ波管 |
FR2709206B1 (fr) * | 1993-06-14 | 2004-08-20 | Fujitsu Ltd | Dispositif cathode ayant une petite ouverture, et son procédé de fabrication. |
US5363021A (en) * | 1993-07-12 | 1994-11-08 | Cornell Research Foundation, Inc. | Massively parallel array cathode |
US5559389A (en) * | 1993-09-08 | 1996-09-24 | Silicon Video Corporation | Electron-emitting devices having variously constituted electron-emissive elements, including cones or pedestals |
JP2861755B2 (ja) * | 1993-10-28 | 1999-02-24 | 日本電気株式会社 | 電界放出型陰極装置 |
FR2737041A1 (fr) * | 1995-07-07 | 1997-01-24 | Nec Corp | Canon a electrons pourvu d'une cathode froide a emission de champ |
US5578900A (en) * | 1995-11-01 | 1996-11-26 | Industrial Technology Research Institute | Built in ion pump for field emission display |
JP2910837B2 (ja) * | 1996-04-16 | 1999-06-23 | 日本電気株式会社 | 電界放出型電子銃 |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP23059796A patent/JP2891196B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-08-28 DE DE69700313T patent/DE69700313T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-28 EP EP97114932A patent/EP0827175B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-29 US US08/920,508 patent/US5986388A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5986388A (en) | 1999-11-16 |
EP0827175B1 (en) | 1999-07-07 |
DE69700313T2 (de) | 2000-02-03 |
EP0827175A1 (en) | 1998-03-04 |
DE69700313D1 (de) | 1999-08-12 |
JPH1074445A (ja) | 1998-03-17 |
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