JP3102783B2 - 外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰極電子放出素子 - Google Patents
外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰極電子放出素子Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/308—Semiconductor cathodes, e.g. cathodes with PN junction layers
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放出電子による電
子ビームを利用する分野に応用するための電子放出素子
に係り、特に印加された電界により高密度の電子を瞬間
的に放出する冷陰極素子に関するものである。
子ビームを利用する分野に応用するための電子放出素子
に係り、特に印加された電界により高密度の電子を瞬間
的に放出する冷陰極素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にディスプレイ装置として多く利用
する陰極線管（ＣＲＴ）などは、電子が放出される金属
を予熱させた後、電子を放出させる熱陰極を使用する。
これとは異なり、最近は、電子技術及び半導体工程技術
が発達するに伴い、外部から電界を加えて電子放出金属
の仕事関数を下げることにより、予熱をせず短い時間に
電子を放出させる冷陰極に関する研究が盛んに行なわれ
ている。
する陰極線管（ＣＲＴ）などは、電子が放出される金属
を予熱させた後、電子を放出させる熱陰極を使用する。
これとは異なり、最近は、電子技術及び半導体工程技術
が発達するに伴い、外部から電界を加えて電子放出金属
の仕事関数を下げることにより、予熱をせず短い時間に
電子を放出させる冷陰極に関する研究が盛んに行なわれ
ている。
【０００３】図１は、従来の冷陰極素子を示している。
図示のように、従来の冷陰極素子は素子製作の基礎とな
るｐ型基板１１を備えている。このｐ型基板１１上部に
はｐ＋領域１２が形成され、このｐ＋領域１２の周囲に
はｐ＋型領域１２から離隔された状態でｎ＋領域１３が
形成される。以後、ｐ＋領域１２上部には、このｐ＋領
域１２を中心にｎ＋領域１３と連結されたｎ＋＋微細板
チャンネル（shallow channel)１４が形成される。この
ｎ＋＋微細板チャンネル１４はドーピングなどにより電
子を多く含有している。ｎ＋＋微細板チャンネル１４の
上部にはｎ＋＋微細板チャンネル１４上部から一定距離
で離隔されて放出電子が衝突または吸収される陽極２０
が位置する。
図示のように、従来の冷陰極素子は素子製作の基礎とな
るｐ型基板１１を備えている。このｐ型基板１１上部に
はｐ＋領域１２が形成され、このｐ＋領域１２の周囲に
はｐ＋型領域１２から離隔された状態でｎ＋領域１３が
形成される。以後、ｐ＋領域１２上部には、このｐ＋領
域１２を中心にｎ＋領域１３と連結されたｎ＋＋微細板
チャンネル（shallow channel)１４が形成される。この
ｎ＋＋微細板チャンネル１４はドーピングなどにより電
子を多く含有している。ｎ＋＋微細板チャンネル１４の
上部にはｎ＋＋微細板チャンネル１４上部から一定距離
で離隔されて放出電子が衝突または吸収される陽極２０
が位置する。
【０００４】ｐ型基板１１は結晶質の半導体物質を薄く
切って備えたもので、必要に応じて結晶性の良いエピタ
キシャル層を成長させても良い。次いで、不純物を添加
するためのドーピング、リソグラフィー、蒸着及びエッ
チングなどを繰り返してｐ＋領域１２、ｎ＋領域１３及
びｎ＋＋微細板チャンネル１４を順に形成する。ｎ＋＋
微細板チャンネル１４は電子の放出効率を高めるための
領域であって、多数の電子が存在する約３００Å（１０
-10 ｍ）以下の厚さを持つ薄い板状のチャンネルであ
る。併せて、ｐ＋、ｎ＋及びｎ＋＋などにおける“＋”
記号は、半導体材料物質に含まれた不純物濃度を表わ
す。
切って備えたもので、必要に応じて結晶性の良いエピタ
キシャル層を成長させても良い。次いで、不純物を添加
するためのドーピング、リソグラフィー、蒸着及びエッ
チングなどを繰り返してｐ＋領域１２、ｎ＋領域１３及
びｎ＋＋微細板チャンネル１４を順に形成する。ｎ＋＋
微細板チャンネル１４は電子の放出効率を高めるための
領域であって、多数の電子が存在する約３００Å（１０
-10 ｍ）以下の厚さを持つ薄い板状のチャンネルであ
る。併せて、ｐ＋、ｎ＋及びｎ＋＋などにおける“＋”
記号は、半導体材料物質に含まれた不純物濃度を表わ
す。
【０００５】更に、このような従来の電子放出素子にお
いて、ｎ＋領域１３と陽極２０との間には電圧ＶA が、
ｎ＋領域１３とｐ型基板１１との間には電圧ＶB が印加
される。電圧ＶA は微細板チャンネル１４の表面から電
子を放出させるためのものであって、約４００〜５００
Ｖ程度の高電圧であり、この電圧ＶA は電子放出素子の
特性及び真空度、製作に使われた半導体物質の種類等に
応じて調節できる値である。電圧ＶB はｐ＋領域１２と
ｎ＋＋微細板チャンネル１４により形成されるｐｎ接合
に印加する電圧であって、約５〜１０Ｖ程度である。
いて、ｎ＋領域１３と陽極２０との間には電圧ＶA が、
ｎ＋領域１３とｐ型基板１１との間には電圧ＶB が印加
される。電圧ＶA は微細板チャンネル１４の表面から電
子を放出させるためのものであって、約４００〜５００
Ｖ程度の高電圧であり、この電圧ＶA は電子放出素子の
特性及び真空度、製作に使われた半導体物質の種類等に
応じて調節できる値である。電圧ＶB はｐ＋領域１２と
ｎ＋＋微細板チャンネル１４により形成されるｐｎ接合
に印加する電圧であって、約５〜１０Ｖ程度である。
【０００６】図１に示したように、電圧ＶB がｐ型基板
１１及びｎ＋領域１３を通じて印加されると、ｎ＋＋微
細板チャンネル１４及びｐ＋領域１２におけるｐｎ接合
は逆方向バイアス状態となり、ｎ＋＋微細板チャンネル
１４では電子なだれ降伏現象が発生する。電子なだれ降
伏現象とは、印加された逆バイアス電圧により高濃度に
ドーピングされた半導体物質内で、電子の連鎖的な衝突
によって新しく生成された多数の電子が電流伝導に寄与
する現象である。このように生成された多くの電子は、
ｎ＋＋微細板チャンネル１４の材料である半導体物質の
仕事関数を克服可能なエネルギーを持つように加速され
真空中に放出される。この時、ｎ＋＋微細板チャンネル
１４上部を仕事関数が少ない物質で表面処理する場合、
ｐ型基板１１及びｎ＋領域１３に順方向電圧を印加して
も電子は放出される。
１１及びｎ＋領域１３を通じて印加されると、ｎ＋＋微
細板チャンネル１４及びｐ＋領域１２におけるｐｎ接合
は逆方向バイアス状態となり、ｎ＋＋微細板チャンネル
１４では電子なだれ降伏現象が発生する。電子なだれ降
伏現象とは、印加された逆バイアス電圧により高濃度に
ドーピングされた半導体物質内で、電子の連鎖的な衝突
によって新しく生成された多数の電子が電流伝導に寄与
する現象である。このように生成された多くの電子は、
ｎ＋＋微細板チャンネル１４の材料である半導体物質の
仕事関数を克服可能なエネルギーを持つように加速され
真空中に放出される。この時、ｎ＋＋微細板チャンネル
１４上部を仕事関数が少ない物質で表面処理する場合、
ｐ型基板１１及びｎ＋領域１３に順方向電圧を印加して
も電子は放出される。
【０００７】ところが、前述した従来の冷陰極素子は、
高濃度ドーピング状態を維持させて電子が放出されるｎ
＋＋微細板チャンネル１４を物理的に製作しても、多く
の電子を効率的に放出させるためには、ｎ＋＋微細板チ
ャンネル１４の上部をセシウムＣｓなどのように仕事関
数の小さい物質で表面処理しなければならない。しか
し、かかる表面処理物質は、電子放出の際放出された電
子と共に蒸気化されて蒸発するため、当初の表面処理状
態を維持することは困難である。併せて、ｎ＋＋微細板
チャンネル１４と上部の陽極２０との間には約１０-9〜
１０-11torr の高真空状態を維持しなければならない
が、やはりこれも非常に難しい問題である。
高濃度ドーピング状態を維持させて電子が放出されるｎ
＋＋微細板チャンネル１４を物理的に製作しても、多く
の電子を効率的に放出させるためには、ｎ＋＋微細板チ
ャンネル１４の上部をセシウムＣｓなどのように仕事関
数の小さい物質で表面処理しなければならない。しか
し、かかる表面処理物質は、電子放出の際放出された電
子と共に蒸気化されて蒸発するため、当初の表面処理状
態を維持することは困難である。併せて、ｎ＋＋微細板
チャンネル１４と上部の陽極２０との間には約１０-9〜
１０-11torr の高真空状態を維持しなければならない
が、やはりこれも非常に難しい問題である。
【０００８】更に、前述した従来の冷陰極素子は、素子
全体の面積に比べて電子が放出される部分の面積が小さ
くて、放出される電子の数及び放出面積の利用効率が低
かった。勿論、電子の放出面積を増加させて製作するこ
ともできるが、このような電子放出面積を増加すること
により放出電子の数を増加させることには限界があり、
電子放出効率を増加させるために付加される表面処理及
び真空状態における問題が一層加重されるという問題が
発生する。
全体の面積に比べて電子が放出される部分の面積が小さ
くて、放出される電子の数及び放出面積の利用効率が低
かった。勿論、電子の放出面積を増加させて製作するこ
ともできるが、このような電子放出面積を増加すること
により放出電子の数を増加させることには限界があり、
電子放出効率を増加させるために付加される表面処理及
び真空状態における問題が一層加重されるという問題が
発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した問題
点を解決するために案出されたもので、その目的は基板
上部に単数または複数の活性領域が形成されるように製
作し、特に外部から電界を印加して電気的に発生させた
反転層で微細板チャンネルを形成し、この微細板チャン
ネルにおいてショットキー効果及び電子なだれ降伏特性
が発生するように駆動することにより、高密度の電子が
放出される、外部電界を利用して電子放出を活性化させ
た冷陰極電子放出素子を提供することである。
点を解決するために案出されたもので、その目的は基板
上部に単数または複数の活性領域が形成されるように製
作し、特に外部から電界を印加して電気的に発生させた
反転層で微細板チャンネルを形成し、この微細板チャン
ネルにおいてショットキー効果及び電子なだれ降伏特性
が発生するように駆動することにより、高密度の電子が
放出される、外部電界を利用して電子放出を活性化させ
た冷陰極電子放出素子を提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、反転層である微細板
チャンネルを物理的に形成するが、このような微細板チ
ャンネルの下部に多数の活性領域が位置するように製作
することにより、多数の活性領域により高密度の電子を
放出させる、外部電界を利用して電子放出を活性化させ
た冷陰極電子放出素子を提供することである。
チャンネルを物理的に形成するが、このような微細板チ
ャンネルの下部に多数の活性領域が位置するように製作
することにより、多数の活性領域により高密度の電子を
放出させる、外部電界を利用して電子放出を活性化させ
た冷陰極電子放出素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の目的を
達成するための外部電界を利用して電子放出を活性化さ
せた冷陰極電子放出素子は、前記電子放出素子の基礎と
なるｐ型の基板と；所定の配列状態を持つように前記基
板上部に形成された少なくとも一つのｐ型の活性領域
と；前記活性領域から離隔されるように前記活性領域周
囲に、前記活性領域を囲むように前記基板上部に形成さ
れたｎ型の接触領域と；前記接触領域と電気的に絶縁さ
れた状態で前記接触領域上部に形成されたゲート領域を
含み、前記ゲート領域及び前記基板間に加えられた電圧
により、前記活性領域の上部を中心にｎ型の反転領域が
電気的に形成されることを特徴とする。
達成するための外部電界を利用して電子放出を活性化さ
せた冷陰極電子放出素子は、前記電子放出素子の基礎と
なるｐ型の基板と；所定の配列状態を持つように前記基
板上部に形成された少なくとも一つのｐ型の活性領域
と；前記活性領域から離隔されるように前記活性領域周
囲に、前記活性領域を囲むように前記基板上部に形成さ
れたｎ型の接触領域と；前記接触領域と電気的に絶縁さ
れた状態で前記接触領域上部に形成されたゲート領域を
含み、前記ゲート領域及び前記基板間に加えられた電圧
により、前記活性領域の上部を中心にｎ型の反転領域が
電気的に形成されることを特徴とする。
【００１２】前述した本発明の他の目的を達成するため
の外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰極電
子放出素子は、前記電子放出素子の基礎となるｐ型の基
板と；前記基板上部に形成された少なくとも二つ以上の
ｐ型の活性領域と；前記活性領域から離隔されるように
前記活性領域の周囲で、前記活性領域を囲むように前記
基板上部に形成されたｎ型の接触領域と；前記活性領域
の上部を中心に前記接触領域に連結されたｎ型の反転領
域を含むことにより形成される。
の外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰極電
子放出素子は、前記電子放出素子の基礎となるｐ型の基
板と；前記基板上部に形成された少なくとも二つ以上の
ｐ型の活性領域と；前記活性領域から離隔されるように
前記活性領域の周囲で、前記活性領域を囲むように前記
基板上部に形成されたｎ型の接触領域と；前記活性領域
の上部を中心に前記接触領域に連結されたｎ型の反転領
域を含むことにより形成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は反転層の特性を示す微細
板チャンネルの製作及び発生過程、及びこの反転層の下
部に形成される単数または複数の活性領域の構造に特徴
がある。すなわち、第１構造は電子放出素子を動作する
時に印加する電界により電気的に反転層を発生させ動作
させる特徴があり、この反転層の下部には一つまたは多
数の活性領域が位置する構造に製作される。更に、他の
構造は、電子放出素子を製作する時に反転層は物理的に
形成させるが、この反転層の下部に多数の活性領域が位
置するように製作することにより、電子放出効率を向上
させた構造である。
板チャンネルの製作及び発生過程、及びこの反転層の下
部に形成される単数または複数の活性領域の構造に特徴
がある。すなわち、第１構造は電子放出素子を動作する
時に印加する電界により電気的に反転層を発生させ動作
させる特徴があり、この反転層の下部には一つまたは多
数の活性領域が位置する構造に製作される。更に、他の
構造は、電子放出素子を製作する時に反転層は物理的に
形成させるが、この反転層の下部に多数の活性領域が位
置するように製作することにより、電子放出効率を向上
させた構造である。
【００１４】以下、添付した図面を参照して本発明の望
ましい実施例を詳述する。図２は本発明の第１実施例に
よる、外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰
極電子放出素子の構造図であり、図３は該冷陰極電子放
出素子の動作を説明するために電源印加方法を示す図で
ある。図２に示した冷陰極電子放出素子は、素子製作の
基礎となるｐ型基板５１上部に一つのＰ＋活性領域５２
を形成し、このｐ＋活性領域５２の周囲にはｎ＋接触領
域５３を形成する。次いで、ｐ＋活性領域５２の上部が
開放されるように絶縁層５４を形成し、この絶縁層５４
の上部にはゲート層５５を形成する。ゲート層５５の上
部から一定距離で離隔された位置には、放出された電子
のビームが一定の方向性を持つように陽極の衝突吸収部
６０が形成される。
ましい実施例を詳述する。図２は本発明の第１実施例に
よる、外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰
極電子放出素子の構造図であり、図３は該冷陰極電子放
出素子の動作を説明するために電源印加方法を示す図で
ある。図２に示した冷陰極電子放出素子は、素子製作の
基礎となるｐ型基板５１上部に一つのＰ＋活性領域５２
を形成し、このｐ＋活性領域５２の周囲にはｎ＋接触領
域５３を形成する。次いで、ｐ＋活性領域５２の上部が
開放されるように絶縁層５４を形成し、この絶縁層５４
の上部にはゲート層５５を形成する。ゲート層５５の上
部から一定距離で離隔された位置には、放出された電子
のビームが一定の方向性を持つように陽極の衝突吸収部
６０が形成される。
【００１５】図３は図２の冷陰極電子放出素子を動作さ
せるために電源印加方法を示す図である。電圧ＶA 及び
電圧ＶB は前述した通りであり、電圧ＶG はゲート層５
５とｎ＋接触領域５３間に印加されるもので、約３００
Ｖ程度である。この電圧ＶGは電子放出素子を製作する
時に物理的に形成させた従来の微細板チャンネルのよう
なチャンネルを電気的に発生させるために使用され、こ
の電圧ＶG を調節することにより電気的な微細板チャン
ネルから放出される電子のビームを効果的に制御するこ
とができる。更に、電圧ＶG も電気的な反転層５８の効
果的な発生及び放出電子の効率的な制御のために調整可
能な電圧である。
せるために電源印加方法を示す図である。電圧ＶA 及び
電圧ＶB は前述した通りであり、電圧ＶG はゲート層５
５とｎ＋接触領域５３間に印加されるもので、約３００
Ｖ程度である。この電圧ＶGは電子放出素子を製作する
時に物理的に形成させた従来の微細板チャンネルのよう
なチャンネルを電気的に発生させるために使用され、こ
の電圧ＶG を調節することにより電気的な微細板チャン
ネルから放出される電子のビームを効果的に制御するこ
とができる。更に、電圧ＶG も電気的な反転層５８の効
果的な発生及び放出電子の効率的な制御のために調整可
能な電圧である。
【００１６】本実施例の冷陰極電子放出素子において、
ゲート層５５とｐ型基板５１間の総電位差（ＶG ＋
ＶB ）は、ｐ＋活性領域５２とこのｐ＋活性領域５２の
周囲の基板５１のｐ型領域、及びｎ＋接触領域５３の半
導体物性的特性を変化させてｎ＋＋反転層５８を発生さ
せる。図４及び図５は本発明の第２実施例による冷陰極
電子放出素子を示すものである。図４は基板上部に複数
のｐ＋活性領域を形成させ、このようなｐ＋活性領域の
上部に微細板チャンネルを物理的に形成させた構造の冷
陰極電子放出素子を示したものであり、図５はｐ型基板
上部に複数のｐ＋活性領域を形成させて外部から電界を
印加して電気的に微細板チャンネルを発生させる冷陰極
電子放出素子を示したものである。
ゲート層５５とｐ型基板５１間の総電位差（ＶG ＋
ＶB ）は、ｐ＋活性領域５２とこのｐ＋活性領域５２の
周囲の基板５１のｐ型領域、及びｎ＋接触領域５３の半
導体物性的特性を変化させてｎ＋＋反転層５８を発生さ
せる。図４及び図５は本発明の第２実施例による冷陰極
電子放出素子を示すものである。図４は基板上部に複数
のｐ＋活性領域を形成させ、このようなｐ＋活性領域の
上部に微細板チャンネルを物理的に形成させた構造の冷
陰極電子放出素子を示したものであり、図５はｐ型基板
上部に複数のｐ＋活性領域を形成させて外部から電界を
印加して電気的に微細板チャンネルを発生させる冷陰極
電子放出素子を示したものである。
【００１７】図４の冷陰極電子放出素子は、図示のよう
に、素子製作のためのｐ型基板５１の上部に一定間隔と
形態を持つように多数のｐ＋活性領域５２を平行した形
態に形成し、このような多数のｐ＋活性領域５２の周囲
に電源を印加するためのｎ＋接触領域５３を形成する。
そして、ｐ＋活性領域５２の上部を中心にｎ＋接触領域
５３と連結されるように、ドーピングなどの方法でｎ＋
＋反転層の微細板チャンネル５８を物理的に形成する。
更に、微細板チャンネル５８及びｎ＋接触領域５３と絶
縁されるように絶縁層５４を形成し、この絶縁層５４の
上部にゲート層５５を各々形成させ、且つゲート層５５
から所定空間だけ離隔されるように衝突吸収部６０を形
成する。
に、素子製作のためのｐ型基板５１の上部に一定間隔と
形態を持つように多数のｐ＋活性領域５２を平行した形
態に形成し、このような多数のｐ＋活性領域５２の周囲
に電源を印加するためのｎ＋接触領域５３を形成する。
そして、ｐ＋活性領域５２の上部を中心にｎ＋接触領域
５３と連結されるように、ドーピングなどの方法でｎ＋
＋反転層の微細板チャンネル５８を物理的に形成する。
更に、微細板チャンネル５８及びｎ＋接触領域５３と絶
縁されるように絶縁層５４を形成し、この絶縁層５４の
上部にゲート層５５を各々形成させ、且つゲート層５５
から所定空間だけ離隔されるように衝突吸収部６０を形
成する。
【００１８】図４に示された冷陰極電子放出素子の構造
は、ｐ＋活性領域５２の上部にｎ＋＋反転層の微細板チ
ャンネル５８が物理的に形成されているので、絶縁層５
４及びゲート層５５のいずれも省略した構造で製作する
ことができる。前述のように、図５の冷陰極電子放出素
子は、複数のｐ＋活性領域５２の上部に外部からの電界
を印加してｎ＋＋反転層の微細板チャンネル５８を形成
させた構造の冷陰極電子放出素子である。従って、図４
の構造とは異なり、図５の電子放出素子は、製作の際、
ｎ＋＋反転層５８を物理的に形成させない。更に、図５
の電子放出素子は図４の構造と類似しているが、各ｐ＋
活性領域５２の間に絶縁層５４’及びゲート層５５’が
形成されている。すなわち、ｎ＋＋反転層の微細板チャ
ンネルが外部電界（電圧）により効果的に発生できるよ
うに、各々のｐ＋活性領域の上部が開放された形態をと
っている。
は、ｐ＋活性領域５２の上部にｎ＋＋反転層の微細板チ
ャンネル５８が物理的に形成されているので、絶縁層５
４及びゲート層５５のいずれも省略した構造で製作する
ことができる。前述のように、図５の冷陰極電子放出素
子は、複数のｐ＋活性領域５２の上部に外部からの電界
を印加してｎ＋＋反転層の微細板チャンネル５８を形成
させた構造の冷陰極電子放出素子である。従って、図４
の構造とは異なり、図５の電子放出素子は、製作の際、
ｎ＋＋反転層５８を物理的に形成させない。更に、図５
の電子放出素子は図４の構造と類似しているが、各ｐ＋
活性領域５２の間に絶縁層５４’及びゲート層５５’が
形成されている。すなわち、ｎ＋＋反転層の微細板チャ
ンネルが外部電界（電圧）により効果的に発生できるよ
うに、各々のｐ＋活性領域の上部が開放された形態をと
っている。
【００１９】図４及び図５に示した電子放出素子の電源
印加方法は、前述したことと同様であり、図４の構造に
おいて、絶縁層５４及びゲート層５５のいずれも省略さ
れた形態に電子放出素子が製作された場合には、ゲート
層５５に印加する電圧ＶG を省略する。前記のような図
４及び図５の電子放出素子の動作は、図３で説明したこ
とと類似する。特に、多数のｐ＋活性領域５２が形成さ
れていることにより、電子放出素子が動作する時に物理
的または電気的な微細板チャンネルには高濃度の電子が
存在するようになる。これにより電子放出の効率が一層
増加される特性があり、印加される電圧の大きさをある
程度減少させる効果もある。
印加方法は、前述したことと同様であり、図４の構造に
おいて、絶縁層５４及びゲート層５５のいずれも省略さ
れた形態に電子放出素子が製作された場合には、ゲート
層５５に印加する電圧ＶG を省略する。前記のような図
４及び図５の電子放出素子の動作は、図３で説明したこ
とと類似する。特に、多数のｐ＋活性領域５２が形成さ
れていることにより、電子放出素子が動作する時に物理
的または電気的な微細板チャンネルには高濃度の電子が
存在するようになる。これにより電子放出の効率が一層
増加される特性があり、印加される電圧の大きさをある
程度減少させる効果もある。
【００２０】ゲート層５５から離隔されている衝突吸収
部６０は、電子の放出効率を高め、放出電子による電子
ビームが方向性を持つようにする。本実施例の冷陰極電
子放出素子を利用して画面表示装置を製作する場合、コ
レクターとして使用される衝突吸収部６０には蛍光物質
が塗布され画面が形成される。また、バンドギャップエ
ネルギーが大きくて仕事関数が小さな物質でｐ＋活性領
域５２上部を表面処理する場合、電子放出効率が増加す
る。
部６０は、電子の放出効率を高め、放出電子による電子
ビームが方向性を持つようにする。本実施例の冷陰極電
子放出素子を利用して画面表示装置を製作する場合、コ
レクターとして使用される衝突吸収部６０には蛍光物質
が塗布され画面が形成される。また、バンドギャップエ
ネルギーが大きくて仕事関数が小さな物質でｐ＋活性領
域５２上部を表面処理する場合、電子放出効率が増加す
る。
【００２１】本実施例の冷陰極電子放出素子は、電子放
出の効率を増加させるために、ｐ＋活性領域５２、絶縁
層５４及びゲート層５５を多様な形状で製作することが
できる。すなわち、ｐ＋活性領域５２が四角状態であれ
ば、この周囲に形成されるｎ＋接触領域５３は効率的な
動作のためにある程度似たような形状に製作されるわけ
であり、絶縁層５４及びゲート層５５も似たような形状
に製作されることにより、多様な形状に製作することが
できる。
出の効率を増加させるために、ｐ＋活性領域５２、絶縁
層５４及びゲート層５５を多様な形状で製作することが
できる。すなわち、ｐ＋活性領域５２が四角状態であれ
ば、この周囲に形成されるｎ＋接触領域５３は効率的な
動作のためにある程度似たような形状に製作されるわけ
であり、絶縁層５４及びゲート層５５も似たような形状
に製作されることにより、多様な形状に製作することが
できる。
【００２２】図６は図４及び図５に示された冷陰極電子
放出素子の動作特性に係わる等価回路図である。ダイオ
ードＤｚはｎ＋＋反転層の微細板チャンネル５８及び複
数のｐ＋活性領域５２により形成される多数のｐｎ接合
等価ダイオードを示し、抵抗Ｒｂは各ｐｎ接合が示す等
価抵抗を表わす。図示のように、微細板チャンネル５８
及び複数のｐ＋活性領域５２によるｐｎ接合における動
作は、一つの等価ダイオードＤｚ及び一つの等価抵抗Ｒ
ｂによる多数の直列連結形態が並列連結されたような動
作特性を表わす。従って、冷陰極電子放出素子全体の動
作抵抗は極めて小さく、これにより電子の放出効率は一
層増加する。また、製造過程及び動作過程における誤り
により幾つかのｐ＋活性領域５２が活性化されなくても
他のｐ＋活性領域５２が動作するので、電子放出素子の
効率がやや減少するだけで全体的な動作には大きな影響
は及ばない。従って、前述のように、本発明は単数また
は複数の活性領域と、外部電界により反転層の微細板チ
ャンネルを形成させて動作させることにより、高密度の
電子を放出させることが可能になる。
放出素子の動作特性に係わる等価回路図である。ダイオ
ードＤｚはｎ＋＋反転層の微細板チャンネル５８及び複
数のｐ＋活性領域５２により形成される多数のｐｎ接合
等価ダイオードを示し、抵抗Ｒｂは各ｐｎ接合が示す等
価抵抗を表わす。図示のように、微細板チャンネル５８
及び複数のｐ＋活性領域５２によるｐｎ接合における動
作は、一つの等価ダイオードＤｚ及び一つの等価抵抗Ｒ
ｂによる多数の直列連結形態が並列連結されたような動
作特性を表わす。従って、冷陰極電子放出素子全体の動
作抵抗は極めて小さく、これにより電子の放出効率は一
層増加する。また、製造過程及び動作過程における誤り
により幾つかのｐ＋活性領域５２が活性化されなくても
他のｐ＋活性領域５２が動作するので、電子放出素子の
効率がやや減少するだけで全体的な動作には大きな影響
は及ばない。従って、前述のように、本発明は単数また
は複数の活性領域と、外部電界により反転層の微細板チ
ャンネルを形成させて動作させることにより、高密度の
電子を放出させることが可能になる。
【００２３】
【発明の効果】前述のように、本発明による冷陰極電子
放出素子は、外部電界による反転層で高密度の電子を瞬
間的に放出させるので、予熱が不要であり、また、下部
基板またはその背面に、論理回路、記憶素子、電源印加
などのための回路を共に形成させて動作させる場合、動
作効率が増加し素子の軽薄短小化及び高機能化が可能で
あり、更に、ＣＲＴ（陰極線管）、ＦＥＤ（Field Emis
sion Display; 電界放出表示装置）、マイクロ波素子、
電子ビームリトグラフィ、レーザー、光センサなどの広
範囲な分野に応用することができる等の効果がある。
放出素子は、外部電界による反転層で高密度の電子を瞬
間的に放出させるので、予熱が不要であり、また、下部
基板またはその背面に、論理回路、記憶素子、電源印加
などのための回路を共に形成させて動作させる場合、動
作効率が増加し素子の軽薄短小化及び高機能化が可能で
あり、更に、ＣＲＴ（陰極線管）、ＦＥＤ（Field Emis
sion Display; 電界放出表示装置）、マイクロ波素子、
電子ビームリトグラフィ、レーザー、光センサなどの広
範囲な分野に応用することができる等の効果がある。
【図１】従来の冷陰極素子を説明するための図である。
【図２】本発明の電界により反転層を形成する冷陰極電
子放出素子の構造図である。
子放出素子の構造図である。
【図３】本冷陰極電子放出素子の動作を説明するための
電源印加方法を示す図である。
電源印加方法を示す図である。
【図４】本発明による冷陰極電子放出素子の一例示図で
ある。
ある。
【図５】本発明による冷陰極電子放出素子の一例示図で
ある。
ある。
【図６】図４及び図５に示した冷陰極電子放出素子の動
作特性を示す等価回路図である。
作特性を示す等価回路図である。
５１ ｐ型基板 ５２ ｐ＋活性領域 ５３ ｎ＋接触領域 ５４ 絶縁層 ５５ ゲート層 ５８ ｎ＋＋反転層 ６０ 衝突吸収部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/308 H01J 29/04 H01J 31/12
Claims (11)
- 【請求項１】 電子を放出させるための冷陰極電子放出
素子において、 前記電子放出素子の基礎となるｐ型の基板と、 所定の配列形態を持つように前記基板上部に形成された
少なくとも一つのｐ型の活性領域と、 前記活性領域から離隔されるように前記活性領域の周囲
で、前記活性領域を囲むように前記基板上部に形成され
たｎ型の接触領域と、 前記接触領域と電気的に絶縁された状態で前記接触領域
上部に形成されたゲート領域とを含み、 前記ゲート領域及び前記基板間に加えられた電圧によ
り、前記活性領域の上部を中心にｎ型の反転領域が電気
的に形成される冷陰極電子放出素子。 - 【請求項２】 前記ｐ型の活性領域は、前記電子の放出
効率を増加させる構造で配列されることを特徴とする請
求項１に記載の冷陰極電子放出素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型の活性領域は、前記活性領域の
上部を、電子の放出効率を増加させるための物質で表面
処理することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電子
放出素子。 - 【請求項４】 前記電子放出素子は、前記ゲート領域上
部から一定距離で離隔されるように形成され、前記放出
された電子が衝突するか吸収される衝突吸収層を更に含
む請求項１に記載の冷陰極電子放出素子。 - 【請求項５】 前記衝突吸収層は、その表面を蛍光物質
で塗布することを特徴とする請求項４に記載の冷陰極電
子放出素子。 - 【請求項６】 電子を放出させるための冷陰極電子放出
素子において、 前記電子放出素子の基礎となるｐ型の基板と、 前記基板上部に形成された少なくとも二つ以上のｐ型の
活性領域と、 前記活性領域から離隔されるように前記活性領域の周囲
で、前記活性領域を囲むように前記基板上部に形成され
たｎ型の接触領域と、 前記活性領域の上部を中心に前記接触領域に連結された
ｎ型の反転領域を含む冷陰極電子放出素子。 - 【請求項７】 前記ｐ型の活性領域は、前記電子の放出
効率を増加させる構造で配列されることを特徴とする請
求項６に記載の冷陰極電子放出素子。 - 【請求項８】 前記ｐ型の活性領域は、前記活性領域の
上部を、電子の放出効率を増加させるための物質で表面
処理することを特徴とする請求項６に記載の冷陰極電子
放出素子。 - 【請求項９】 前記電子放出素子は、前記活性領域の上
部から一定距離で離隔されるように形成され、前記放出
された電子が衝突するか吸収される衝突吸収層を更に含
む請求項６に記載の冷陰極電子放出素子。 - 【請求項１０】 前記衝突吸収層は、その表面を蛍光物
質で塗布することを特徴とする請求項９に記載の冷陰極
電子放出素子。 - 【請求項１１】 前記電子放出素子は前記接触領域と電
気的に絶縁された状態で前記接触領域上部に形成された
ゲート領域を更に含む請求項６に記載の冷陰極電子放出
素子。
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|---|---|---|---|
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| KR4929/1998 | 1998-02-18 | ||
| KR4047/1998 | 1998-02-18 | ||
| KR1019980004929A KR100354532B1 (ko) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 복수방출부 냉음극소자 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11312457A JPH11312457A (ja) | 1999-11-09 |
| JP3102783B2 true JP3102783B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3339499A Expired - Fee Related JP3102783B2 (ja) | 1998-02-11 | 1999-02-10 | 外部電界を利用して電子放出を活性化させた冷陰極電子放出素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3102783B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO1999049492A1 (en) * | 1998-03-21 | 1999-09-30 | Korea Advanced Institute Of Science & Technology | Line field emitter display |
| KR100730165B1 (ko) | 2005-11-21 | 2007-06-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 발광 소자 및 이를 이용한 평판 디스플레이 장치 |
| JP4795915B2 (ja) * | 2006-11-09 | 2011-10-19 | 日本電信電話株式会社 | 電子放出素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB2090053B (en) * | 1980-12-19 | 1984-09-19 | Philips Electronic Associated | Mesfet |
| JP3353943B2 (ja) * | 1992-06-01 | 2002-12-09 | モトローラ・インコーポレイテッド | 反転モード電子放出器 |
| JP3142388B2 (ja) * | 1992-09-16 | 2001-03-07 | 富士通株式会社 | 陰極装置 |
| DE69316960T2 (de) * | 1992-11-12 | 1998-07-30 | Koninkl Philips Electronics Nv | Elektronenröhre mit Halbleiterkathode |
| 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 |
| US5631196A (en) * | 1994-07-18 | 1997-05-20 | Motorola | Method for making inversion mode diamond electron source |
| KR100194668B1 (ko) * | 1995-12-05 | 1999-07-01 | 윤종용 | 전력용 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 |
| JPH1012166A (ja) | 1996-06-26 | 1998-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電界放出型画像表示装置及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP3339499A patent/JP3102783B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-02-11 US US09/248,122 patent/US6340859B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11312457A (ja) | 1999-11-09 |
| US6340859B1 (en) | 2002-01-22 |
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