JP3184296B2 - 強誘電体冷陰極 - Google Patents
強誘電体冷陰極Info
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- JP3184296B2 JP3184296B2 JP13322892A JP13322892A JP3184296B2 JP 3184296 B2 JP3184296 B2 JP 3184296B2 JP 13322892 A JP13322892 A JP 13322892A JP 13322892 A JP13322892 A JP 13322892A JP 3184296 B2 JP3184296 B2 JP 3184296B2
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- ferroelectric material
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
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- H01J2201/306—Ferroelectric cathodes
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子ビームを放出する強
誘電体冷陰極に関するものである。
誘電体冷陰極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の電子ビームを放出する強誘
電体冷陰極であり、例えばＨ．Ｇｕｎｄｅｌ等によって
報告されたものである。（ジャーナル オブ アプライ
ド フィジックス ６９（２），Ｐｐ９７５’９１）４
１は第１の電極、４２は強誘電体、４３は第２の櫛形電
極である。
電体冷陰極であり、例えばＨ．Ｇｕｎｄｅｌ等によって
報告されたものである。（ジャーナル オブ アプライ
ド フィジックス ６９（２），Ｐｐ９７５’９１）４
１は第１の電極、４２は強誘電体、４３は第２の櫛形電
極である。
【０００３】以上のように構成された従来の強誘電体冷
陰極に於いて、第１の電極４１と第２の櫛形電極４３の
間に交番電界を印加すると強誘電体４２内部に印加され
た電界を打ち消すような向きに分極が生じ、この分極が
印加交番電界の変化に伴って反転する際に第２の櫛形電
極４３の近傍に存在する電子をクーロン力により弾き飛
ばし電子放出を行う。
陰極に於いて、第１の電極４１と第２の櫛形電極４３の
間に交番電界を印加すると強誘電体４２内部に印加され
た電界を打ち消すような向きに分極が生じ、この分極が
印加交番電界の変化に伴って反転する際に第２の櫛形電
極４３の近傍に存在する電子をクーロン力により弾き飛
ばし電子放出を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、第２の櫛形電極４３の近傍に存在する電
子の供給減は、周囲の電離したガスや第２の櫛形電極４
３から浸みだした電子と考えられているが、不明確であ
り制御も難しいので電子放出特性の安定した実用的な電
子放出源としては使えないという問題点を有していた。
更に、飛び出した電子の一部は第２の櫛形電極４３に吸
収されてしまい電子放出の効率が落ちるという問題点も
有していた。
うな構成では、第２の櫛形電極４３の近傍に存在する電
子の供給減は、周囲の電離したガスや第２の櫛形電極４
３から浸みだした電子と考えられているが、不明確であ
り制御も難しいので電子放出特性の安定した実用的な電
子放出源としては使えないという問題点を有していた。
更に、飛び出した電子の一部は第２の櫛形電極４３に吸
収されてしまい電子放出の効率が落ちるという問題点も
有していた。
【０００５】本発明はかかる点に鑑み、実用的な電子放
出源としての強誘電体冷陰極を提供することを目的とす
る。
出源としての強誘電体冷陰極を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、強誘電体
と、前記強誘電体の一方の面に形成された第１の電極
と、前記強誘電体の他方の面に形成された櫛型構造をし
た第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極間に
交番電界を印加する手段とを有すると共に、前記強誘電
体の前記第２の電極が形成された側の表面層とその他の
部分の抵抗率が異なっている事を特徴とした強誘電体冷
陰極である。
と、前記強誘電体の一方の面に形成された第１の電極
と、前記強誘電体の他方の面に形成された櫛型構造をし
た第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極間に
交番電界を印加する手段とを有すると共に、前記強誘電
体の前記第２の電極が形成された側の表面層とその他の
部分の抵抗率が異なっている事を特徴とした強誘電体冷
陰極である。
【０００７】第２の発明は、強誘電体と、前記強誘電体
の一方の面に形成された第１の電極と、前記強誘電体の
他方の面に形成された櫛型構造をした第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極間に交番電界を印加する
手段と、前記第１の電極と前記第２の電極間に間欠的に
前記強誘電体の絶縁破壊電圧以上の電圧を印加する手段
とを有する事を特徴とした強誘電体冷陰極である。
の一方の面に形成された第１の電極と、前記強誘電体の
他方の面に形成された櫛型構造をした第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極間に交番電界を印加する
手段と、前記第１の電極と前記第２の電極間に間欠的に
前記強誘電体の絶縁破壊電圧以上の電圧を印加する手段
とを有する事を特徴とした強誘電体冷陰極である。
【０００８】第３の発明は、強誘電体と、前記強誘電体
の一方の面に形成された第１の電極と、前記強誘電体の
他方の面に形成された櫛型構造をした第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極間に交番電界を印加する
手段とを有するとともに、前記第２の電極を分割し、分
割した電極間に電位差を与えることを特徴とした強誘電
体冷陰極である。
の一方の面に形成された第１の電極と、前記強誘電体の
他方の面に形成された櫛型構造をした第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極間に交番電界を印加する
手段とを有するとともに、前記第２の電極を分割し、分
割した電極間に電位差を与えることを特徴とした強誘電
体冷陰極である。
【０００９】第４の発明は、強誘電体と、前記強誘電体
の一方の面に形成された第１の電極と、前記強誘電体の
他方の面に形成された櫛型構造をした第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極間に交番電界を印加する
手段と、前記第２の電極表面を覆うように形成された絶
縁膜と、前記絶縁膜上に形成されかつその電位が前記第
２の電極のそれよりも低い第３の電極とを有してなるこ
とを特徴とする強誘電体冷陰極である。
の一方の面に形成された第１の電極と、前記強誘電体の
他方の面に形成された櫛型構造をした第２の電極と、前
記第１の電極と前記第２の電極間に交番電界を印加する
手段と、前記第２の電極表面を覆うように形成された絶
縁膜と、前記絶縁膜上に形成されかつその電位が前記第
２の電極のそれよりも低い第３の電極とを有してなるこ
とを特徴とする強誘電体冷陰極である。
【００１０】
【作用】本発明の第１の作用は強誘電体表面層近傍の抵
抗率を制御することにより、電極から強誘電体への電子
供給量を制御すると共に、電極の極性が反転したときに
浸みだした電子が電極に戻る時間を分極反転の時間より
も長くすることにより安定な電子放出を行う。
抗率を制御することにより、電極から強誘電体への電子
供給量を制御すると共に、電極の極性が反転したときに
浸みだした電子が電極に戻る時間を分極反転の時間より
も長くすることにより安定な電子放出を行う。
【００１１】本発明の第２の作用は電極間に間欠的に強
誘電体の絶縁破壊電圧以上の電圧を印加することによ
り、強誘電体中に電流を流し印加電圧が絶縁破壊電圧よ
りも低くなったときに強誘電体内に残った電子を電子供
給源として利用するものである。
誘電体の絶縁破壊電圧以上の電圧を印加することによ
り、強誘電体中に電流を流し印加電圧が絶縁破壊電圧よ
りも低くなったときに強誘電体内に残った電子を電子供
給源として利用するものである。
【００１２】本発明の第３の作用は強誘電体の一方の面
に設けられた櫛形構造をした電極を分割し電極間に電位
差を与えることにより強誘電体表面上で沿面放電を生じ
させ電圧が低くなったときに表面に残った電子を電子供
給源として利用するものである。
に設けられた櫛形構造をした電極を分割し電極間に電位
差を与えることにより強誘電体表面上で沿面放電を生じ
させ電圧が低くなったときに表面に残った電子を電子供
給源として利用するものである。
【００１３】本発明の第４の作用は強誘電体から飛び出
した電子よりも電極の電位を低くすることにより電子が
電極に吸収されることを防止するものである。
した電子よりも電極の電位を低くすることにより電子が
電極に吸収されることを防止するものである。
【００１４】
【実施例】（実施例１） 図１は本発明の第１の実施例に於ける強誘電体冷陰極の
構成図を示すものである。１は第１の電極であり例えば
強誘電体２にスパッタ等により成膜されている。２は強
誘電体であり例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、
ＰＬＺＴ（ （Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）Ｂａｔ
ＩＯ3等である。強誘電体２内部には不純物（例えばＳ
ｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ等）を導入したり、結晶
成長中の温度や圧力等の条件を変えることにより、結晶
欠陥が生じている。３は第２の電極であり、櫛形構造に
なっており、接地されている。４は絶縁膜であり酸化シ
リコン等の膜である。５は絶縁膜４上に設けられた第３
の電極であり、接地電位よりも低い電位になっている。
構成図を示すものである。１は第１の電極であり例えば
強誘電体２にスパッタ等により成膜されている。２は強
誘電体であり例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、
ＰＬＺＴ（ （Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）Ｂａｔ
ＩＯ3等である。強誘電体２内部には不純物（例えばＳ
ｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ等）を導入したり、結晶
成長中の温度や圧力等の条件を変えることにより、結晶
欠陥が生じている。３は第２の電極であり、櫛形構造に
なっており、接地されている。４は絶縁膜であり酸化シ
リコン等の膜である。５は絶縁膜４上に設けられた第３
の電極であり、接地電位よりも低い電位になっている。
【００１５】以上のように構成された第１の実施例の強
誘電体冷陰極について、以下その動作を説明する。第１
の電極１に交番電界を印加する第１の電極１が正極性に
なった時に第２の電極３から強誘電体２の結晶欠陥を通
じて電子が強誘電体２の表面に供給される。供給された
電子は強誘電体２の分極により、表面近傍にトラップさ
れる。次に第１の電極１が負極性になるとトラップされ
ていた電子は第２の電極３に戻ろうとするが電子の移動
よりも速く強誘電体２の分極が反転し表面近傍にトラッ
プされていた電子がクーロン力により弾き飛ばされ、電
子放出が行われる。第２の電極３は絶縁膜４に覆われて
おり、絶縁膜４上には接地電位よりも低い電位を持つ第
３の電極５があるので放出電子は第２の電極３および第
３の電極５に吸収されることなく飛び出すことになるの
で電流量を多くすることができる。交番電界が正負反転
する毎に上記のサイクルが行われ、安定した電子放出が
行われることになる。
誘電体冷陰極について、以下その動作を説明する。第１
の電極１に交番電界を印加する第１の電極１が正極性に
なった時に第２の電極３から強誘電体２の結晶欠陥を通
じて電子が強誘電体２の表面に供給される。供給された
電子は強誘電体２の分極により、表面近傍にトラップさ
れる。次に第１の電極１が負極性になるとトラップされ
ていた電子は第２の電極３に戻ろうとするが電子の移動
よりも速く強誘電体２の分極が反転し表面近傍にトラッ
プされていた電子がクーロン力により弾き飛ばされ、電
子放出が行われる。第２の電極３は絶縁膜４に覆われて
おり、絶縁膜４上には接地電位よりも低い電位を持つ第
３の電極５があるので放出電子は第２の電極３および第
３の電極５に吸収されることなく飛び出すことになるの
で電流量を多くすることができる。交番電界が正負反転
する毎に上記のサイクルが行われ、安定した電子放出が
行われることになる。
【００１６】以上のように第１の実施例によれば、結晶
欠陥を導入した強誘電体を用いることにより安定した電
子放出源としての強誘電体冷陰極を得ることができる。
更に第３の電極を接地電位よりも負電位にすることによ
り、放出する電流量を多くすることができる。なお、上
記実施例に於いて強誘電体に結晶欠陥を導入して表面層
の抵抗率を制御する代わりに強誘電体２の表面にセシウ
ム等の仕事関数の低い物質を島状に成膜することによ
り、強誘電体表面層の抵抗率を制御すると共に、電子放
出量を多くする事ができる。
欠陥を導入した強誘電体を用いることにより安定した電
子放出源としての強誘電体冷陰極を得ることができる。
更に第３の電極を接地電位よりも負電位にすることによ
り、放出する電流量を多くすることができる。なお、上
記実施例に於いて強誘電体に結晶欠陥を導入して表面層
の抵抗率を制御する代わりに強誘電体２の表面にセシウ
ム等の仕事関数の低い物質を島状に成膜することによ
り、強誘電体表面層の抵抗率を制御すると共に、電子放
出量を多くする事ができる。
【００１７】（実施例２） 図２は本発明の第２の実施例に於ける強誘電体冷陰極の
構成を示す図である。２１は第１の電極であり、２２は
強誘電体であり実施例１に述べたものと同様の材料から
なる。２３は第２の電極であり、１μｍラインアンドス
ペースの櫛形電極構造になっている。上記のように構成
された強誘電体冷陰極について、以下その動作を説明す
る。まず、第１の電極２１と第２の電極２３の間に強誘
電体２２の絶縁破壊電圧以上の電圧、即ち電界強度にし
て１０ＭＶ／cm程度を印加すると強誘電体２２中を電流
が流れる。次に電圧を下げていくと強誘電体２２は再び
絶縁物となり、この時、強誘電体２２内部に存在する電
子はトラップされる。次に第１の電極２１と第２の電極
２３間に交番電界を印加すると強誘電体内部にトラップ
されていた余剰電子は強誘電体２２の分極の効果により
放出される。以上のように第１の電極２１と第２の電極
２３間に交番電界に加えて間欠的に絶縁破壊電圧以上の
電圧を印加する事により、効果的に強誘電体２２に電子
を供給することができる。
構成を示す図である。２１は第１の電極であり、２２は
強誘電体であり実施例１に述べたものと同様の材料から
なる。２３は第２の電極であり、１μｍラインアンドス
ペースの櫛形電極構造になっている。上記のように構成
された強誘電体冷陰極について、以下その動作を説明す
る。まず、第１の電極２１と第２の電極２３の間に強誘
電体２２の絶縁破壊電圧以上の電圧、即ち電界強度にし
て１０ＭＶ／cm程度を印加すると強誘電体２２中を電流
が流れる。次に電圧を下げていくと強誘電体２２は再び
絶縁物となり、この時、強誘電体２２内部に存在する電
子はトラップされる。次に第１の電極２１と第２の電極
２３間に交番電界を印加すると強誘電体内部にトラップ
されていた余剰電子は強誘電体２２の分極の効果により
放出される。以上のように第１の電極２１と第２の電極
２３間に交番電界に加えて間欠的に絶縁破壊電圧以上の
電圧を印加する事により、効果的に強誘電体２２に電子
を供給することができる。
【００１８】（実施例３） 以下本発明の第３の実施例について図面を参照しなが
ら、説明する。
ら、説明する。
【００１９】図３に於いて３１は第１の電極であり、３
２は強誘電体であり実施例１に述べたものと同様の材料
からなる。３３ａ，３３ｂは第２の電極であり、電極３
３ｂは接地されている。
２は強誘電体であり実施例１に述べたものと同様の材料
からなる。３３ａ，３３ｂは第２の電極であり、電極３
３ｂは接地されている。
【００２０】上記のように構成された強誘電体冷陰極に
ついて、以下その動作を説明する。まず、第１の電極３
１と第２の電極３３ａ間に電界を印加すると強誘電体３
２中に分極が生じるがこの時第２の電極３３ａと同３３
ｂ間には沿面放電が生じ強誘電体３２表面を電流が流れ
る。次に第２の電極３３ａの電位が接地電位に近づくと
沿面放電は消滅しこの際、強誘電体３２表面に電子がト
ラップされる。次に逆極性の電圧を第１の電極３１と第
２の電極３３ａの間に印加すると強誘電体３２内部の分
極が逆転し表面にトラップされていた電子はクーロン力
により弾き飛ばされ、電子放出が生じる。
ついて、以下その動作を説明する。まず、第１の電極３
１と第２の電極３３ａ間に電界を印加すると強誘電体３
２中に分極が生じるがこの時第２の電極３３ａと同３３
ｂ間には沿面放電が生じ強誘電体３２表面を電流が流れ
る。次に第２の電極３３ａの電位が接地電位に近づくと
沿面放電は消滅しこの際、強誘電体３２表面に電子がト
ラップされる。次に逆極性の電圧を第１の電極３１と第
２の電極３３ａの間に印加すると強誘電体３２内部の分
極が逆転し表面にトラップされていた電子はクーロン力
により弾き飛ばされ、電子放出が生じる。
【００２１】以上のように第２の電極を分割し双方の電
位を異ならせることにより、強誘電体表面に電子供給を
行い、安定した特性の強誘電体冷陰極を得ることができ
る。
位を異ならせることにより、強誘電体表面に電子供給を
行い、安定した特性の強誘電体冷陰極を得ることができ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明の第１の発明によれ
ば、表面層の抵抗率を制御した強誘電体を電極でサンド
イッチ構造にすることにより、安定した電子放出特性の
強誘電体冷陰極を得ることができる。
ば、表面層の抵抗率を制御した強誘電体を電極でサンド
イッチ構造にすることにより、安定した電子放出特性の
強誘電体冷陰極を得ることができる。
【００２３】また、本発明の第２の発明によれば、強誘
電体中にリーク電流を流して電子を供給することによ
り、安定した電子放出特性の強誘電体冷陰極を得ること
ができる。
電体中にリーク電流を流して電子を供給することによ
り、安定した電子放出特性の強誘電体冷陰極を得ること
ができる。
【００２４】また、本発明の第３の発明によれば、強誘
電体表面だけに沿面放電を生じさせるので、強誘電体に
ダメージを与えることなく電子を供給することができ
る。
電体表面だけに沿面放電を生じさせるので、強誘電体に
ダメージを与えることなく電子を供給することができ
る。
【００２５】また、本発明の第４の発明によれば、強誘
電体表面から放出された電子が電極に吸収されることな
く出てくるので、電流量を多く取れる。
電体表面から放出された電子が電極に吸収されることな
く出てくるので、電流量を多く取れる。
【図１】本発明の第１の実施例に於ける強誘電体冷陰極
の構成図
の構成図
【図２】本発明の第２の実施例に於ける強誘電体冷陰極
の構成図
の構成図
【図３】本発明の第３の実施例に於ける強誘電体冷陰極
の構成図
の構成図
【図４】従来の強誘電体冷陰極の構成図
１ 第１の電極 ２ 強誘電体 ３ 第２の電極 ４ 絶縁膜 ５ 第３の電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−312738（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/312
Claims (4)
- 【請求項１】 強誘電体と、前記強誘電体の一方の面に
形成された第１の電極と、前記強誘電体の他方の面に形
成された櫛型構造をした第２の電極と、前記第１の電極
と前記第２の電極間に交番電界を印加する手段とを有す
ると共に、前記強誘電体の前記第２の電極が形成された
側の表面層とその他の部分の抵抗率が異なっている事を
特徴とする強誘電体冷陰極。 - 【請求項２】 強誘電体と、前記強誘電体の一方の面に
形成された第１の電極と、前記強誘電体の他方の面に形
成された櫛型構造をした第２の電極と、前記第１の電極
と前記第２の電極間に交番電界を印加する手段と、前記
第１の電極と前記第２の電極間に間欠的に前記強誘電体
の絶縁破壊電圧以上の電圧を印加する手段とを有する事
を特徴とする強誘電体冷陰極。 - 【請求項３】 強誘電体と、前記強誘電体の一方の面に
形成された第１の電極と、前記強誘電体の他方の面に形
成された櫛型構造をした第２の電極と、前記第１の電極
と前記第２の電極間に交番電界を印加する手段とを有す
るとともに、前記第２の電極を分割し、分割した電極間
に電位差を与えることを特徴とする強誘電体冷陰極。 - 【請求項４】 強誘電体と、前記強誘電体の一方の面に
形成された第１の電極と、前記強誘電体の他方の面に形
成された櫛型構造をした第２の電極と、前記第１の電極
と前記第２の電極間に交番電界を印加する手段と、前記
第２の電極表面を覆うように形成された絶縁膜と、前記
絶縁膜上に形成されかつその電位が前記第２の電極のそ
れよりも低い第３の電極とを有してなる強誘電体冷陰
極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13322892A JP3184296B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 強誘電体冷陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13322892A JP3184296B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 強誘電体冷陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05325777A JPH05325777A (ja) | 1993-12-10 |
| JP3184296B2 true JP3184296B2 (ja) | 2001-07-09 |
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ID=15099728
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13322892A Expired - Fee Related JP3184296B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 強誘電体冷陰極 |
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|---|---|---|---|---|
| FR2718567B1 (fr) * | 1994-04-12 | 1996-05-24 | Hans Karl Otto Riege | Cathode ferroélectrique pour la production d'électrons et son procédé de fabrication. |
| JPH0990882A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-04-04 | Komatsu Ltd | 発光表示素子 |
| KR100369066B1 (ko) * | 1995-12-29 | 2003-03-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | 강유전성에미터를적용한음극구조체및이를적용한전자총과음극선관 |
| US6936972B2 (en) | 2000-12-22 | 2005-08-30 | Ngk Insulators, Ltd. | Electron-emitting element and field emission display using the same |
| WO2003073458A1 (fr) | 2002-02-26 | 2003-09-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Dispositif d'emission d'electrons, procede d'activation d'un dispositif d'emission d'electrons, afficheur et procede d'activation d'un afficheur |
| US6897620B1 (en) | 2002-06-24 | 2005-05-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Electron emitter, drive circuit of electron emitter and method of driving electron emitter |
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