JP3501019B2 - 冷陰極電子源 - Google Patents

冷陰極電子源

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JP3501019B2 JP17304699A JP17304699A JP3501019B2 JP 3501019 B2 JP3501019 B2 JP 3501019B2 JP 17304699 A JP17304699 A JP 17304699A JP 17304699 A JP17304699 A JP 17304699A JP 3501019 B2 JP3501019 B2 JP 3501019B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電子源に関
し、特に同平面型冷陰極電子源の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の冷陰極電子源の典型的な構
造の概略を示す斜視図である。金属あるいは半導体から
なる基板41上に絶縁体層42を設け、更にその上部に
表面金属層43が形成されている。
【0003】金属あるいは半導体基板41と上部の金属
層43との間に引き出しバイアス電源49により電圧を
印加して金属層43から電子を引き出す。このように、
金属基板−絶縁体−表面金属あるいは半導体基板−絶縁
体−表面金属の材料構成からなる電子源は平面状の電子
源を得ることができる点で有用である。
【0004】特開平6−162918号公報(以下、公
知例1とする)には、電子放出表面となる表面金属層を
単結晶Auで形成して、Au膜中を通過する電子の散乱
を抑制し電子放出電流を増加させるとともに、表面の凹
凸による電子放出の不均一を防止する方法が開示されて
いる。
【0005】また、特開平6−177020号公報(以
下、公知例2とする)には、MIM構造の薄膜冷陰極の
絶縁薄膜に単結晶あるいは高配向アルミニウム酸化膜を
用いた構造が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】公知例1では、電子放
出表面となる表面金属層に単結晶Auを用いることで、
電子放出電流の増加あるいは電子放出の不均一の抑制と
いった効果を得ている。
【0007】しかし、この単結晶Auは金錯体溶液中の
金錯体を分解処理する方法により形成されているため、
単結晶Auを形成する際の核形成が基板表面材料に強く
依存し、絶縁体上に直接形成するのが困難であったり、
核となる材料を予め形成してからAuを成長させる工夫
が必要であったりする。
【0008】これは、電子源の形成工程を複雑にするば
かりでなく、電子の放出面形状等の構造の設計自由度を
制限するという問題がある。
【0009】次に、公知例2では、GaAs(001)
基板上にAlを室温〜400℃の基板温度、10-9To
rrの真空雰囲気、0.05nm/sの蒸着速度、の条
件下で200nm付着して単結晶Al成長させ、更にこ
の単結晶Alの表面に陽極酸化法によりあるいは10-2
Torr程度の減圧酸素中で300から600℃の低温
で加熱して単結晶あるいは単結晶に近い高配向膜のAl
23 膜を形成した後、このAl23 膜の上に10n
mのAu膜を上部電極(表面金属)として抵抗加熱蒸着
法で形成したMIM構造の薄膜冷陰極が開示されてい
る。
【0010】この公知例2では、絶縁体に単結晶あるい
は高配向膜のAl23 膜を用いることでエネルギの揃
った単色の電子線が得られているが、電子放出表面とな
る表面金属層を単結晶化することが困難であり、電子放
出効率に限界がある。
【0011】本発明の目的は、金属基板−絶縁体−表面
金属あるいは半導体基板−絶縁体−表面金属の材料構成
からなる電子源において、表面金属及び絶縁体に互いに
格子整合した単結晶材料を用いることで、放出電子のエ
ネルギの制御、あるいはそのバラツキ幅を低減するとと
もに、放出効率の向上した冷陰極電子源を提供すること
にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の冷陰極電子源
は、金属又は半導体からなる基板の上に第1の絶縁膜と
第1の金属膜とが前記基板側からこの順序で積層されて
おり、前記第1の絶縁膜と前記第1の金属膜とはいずれ
も単結晶で且つ互いに格子整合しており、更に前記第1
の金属膜が真空中に電子を放出する表面電極を構成し
且つ前記第1の金属膜が単結晶CoSi からなり、前
記第1の絶縁膜が単結晶CaF からなることを特徴と
する。このとき、基板と第1の絶縁膜とが格子整合して
いることが望ましい。
【0013】
【0014】 また、本発明の他の冷陰極電子源は、金
属又は半導体からなる基板の上に第2の絶縁膜,第2の
金属膜,第1の絶縁膜及び第1の金属膜が前記基板側か
らこの順序で積層されており、(a)前記第1の絶縁膜
及び前記第1の金属膜はいずれも単結晶で且つ互いに格
子整合しており、(b)前記第1の金属膜が表面電極を
構成する表面金属膜であり、(c)前記第2の絶縁膜及
び前記第2の金属膜は結晶であり、且つ前記第1の金属
膜が単結晶CoSi からなり、前記第1の絶縁膜が単
結晶CaF からなる、ことを特徴ととしている。
【0015】 このとき、第2の金属膜が量子井戸層を
形成していることがより望ましい。
【0016】このとき、第1の金属膜にシート抵抗低減
用の低抵抗膜をこの第1の金属膜の電子放出面側あるい
はその裏面側に電気的に導通するように付加してもよ
い。
【0017】また、第1の金属膜の電子放出面側表面を
平坦にすることもできる。
【0018】
【0019】従って、本発明の冷陰極電子源は、表面電
極を構成する第1の金属膜を含めて格子整合した材料系
で電子源が構成されているので、電子放出効率を向上さ
せながら放出電子のエネルギのバラツキ幅を狭くするこ
とが可能になっている。
【0020】また、第1の絶縁膜、第1の金属膜をエピ
タキシャル成長により成膜できるので、層構造を簡便に
作製でき、更に電子の放出面形状等の構造の設計自由度
が向上する。
【0021】また、第2の金属膜を用いて電子源に量子
井戸層を導入することで、第2の金属膜に電極を導入
し、量子井戸層の電位を調整することが可能になること
から放出電子のエネルギの制御も可能となっている。
【0022】
【発明の実施の形態】次に、添付した図面を参照して、
本発明の実施形態を以下に詳述する。尚,図1から図3
において共通する要素はできるだけ同じ参照符号を用い
て説明を簡略化する。
【0023】まず、本発明の第1の実施形態の冷陰極電
子源を説明する。
【0024】図1は、本発明の第1の実施形態の冷陰極
電子源の概略構造を示す斜視図である。
【0025】図1を参照すると、基板1としてシリコン
ウェハを用い、この基板1上に第1の絶縁膜2及び上部
電極となる第1の金属膜3としてそれぞれ2nmから1
0nm程度の膜厚のCaF2 層と1nmから10nm程
度の膜厚のCoSi2 層をこの順序でエピタキシャル成
長により堆積する。このとき、第1の絶縁膜2であるC
aF2 層は基板1であるシリコンウェハと、また第1の
金属膜3であるCoSi2 層は第1の絶縁膜2であるC
aF2 層とそれぞれ格子整合した結晶構造で堆積する。
【0026】次に、第1の金属膜3であるCoSi2
の上部に、それぞれの膜厚が5〜30nm及び100〜
500nm程度のTi/Ptを用いてシート抵抗低減用
の低抵抗膜5をリフトオフ法により形成する。TiはC
oSi2 との密着性を向上させるために設ける。Ptが
実際に抵抗を低減する役割を果たす。これにより、上部
電極にバイアス電圧を印加する際のシート抵抗を低減す
ることができる。
【0027】引き出しバイアス電源11により、基板1
と表面電極を構成する第1の金属膜3であるCoSi2
層との間にバイアス電圧を印加して、低抵抗膜5である
Ti/Ptが存在しない部分から電子を真空中へ放出さ
せる。
【0028】本実施形態の冷陰極電子源は、上述のとお
り第1の絶縁膜2に基板1であるシリコンウェハと格子
整合するCaF2 層を用い、表面電極を構成する第1の
金属膜3に第1の絶縁膜2であるCaF2 層と格子整合
するCoSi2 層を用いることで、第1の絶縁膜2,第
1の金属膜3の形成にエピタキシャル成長を用いること
ができ、膜厚の均一性に優れた膜構造を容易に得ること
ができる。
【0029】シート抵抗低減用の低抵抗膜5は特に単結
晶金属である必要はなく、表面電極を構成する第1の金
属膜3と直接接触し形成され、十分な膜厚を有していれ
ばよい。Ti/Ptの他に例えば、Cr/Auなども用
いることができる。
【0030】尚、低抵抗膜5は金属に限る必要はない。
例えばポリシリコン膜のような導電性のある半導体膜で
も、上部電極のシート抵抗が十分小さくなるように断面
積を大きくすればよい。
【0031】次に、本発明の第2の実施形態の冷陰極電
子源を説明する。
【0032】図2は、第2の実施形態の冷陰極電子源の
概略構造を模式的に示す斜視図である。
【0033】図2を参照すると、本実施形態の冷陰極電
子源は基板1として用いるシリコンウェハのシート抵抗
低減用の低抵抗膜25を付加する部分に予めエッチング
加工等により溝が形成されており、この溝部分を含めた
基板1全面に第1の絶縁膜2としてCaF2 層がエピタ
キシャル成長により堆積されている。
【0034】次いで低抵抗膜25であるTi/Ptをリ
フトオフ法により溝部分にのみ残して形成して基板21
の表面が平面になるようにし、その上に第1の金属膜3
としてCoSi2 層をエピタキシャル成長により堆積し
ている。
【0035】この構成により、本実施形態の冷陰極電子
源は、最終的に得られる電子放出面を平坦にすることが
できる。
【0036】本実施形態の冷陰極電子源は、上述の材料
構成に限定されることなく、最終的に冷陰極電子源の表
面が平坦になり、且つ表面電極である第1の金属膜3あ
るいはシート抵抗低減用の低抵抗膜25と基板1との間
に第1の絶縁膜2を挟む構造になり、且つ溝以外の部分
では第1の絶縁膜2と第1の金属膜3とが接している構
造であればよい。
【0037】次に、本発明の第3の実施形態の冷陰極電
子源を説明する。
【0038】図3は、第3の実施形態の冷陰極電子源の
概略構造を模式的に示す斜視図である。
【0039】図3を参照すると、本実施形態の冷陰極電
子源は、基板1の上に、第2の絶縁膜6,第2の金属膜
7,第1の絶縁膜2及び第1の金属膜3がこの順序で堆
積されている。具体的には、基板1にシリコンウェハ
を、第1の絶縁膜2と第1の絶縁膜6にCaF2 層を、
第1の金属膜3と第2の金属膜7にCoSi2 層をそれ
ぞれ用いている。更に、第1の実施形態の場合と同様に
第1の金属膜3の上に、Ti/Ptを用いてシート抵抗
低減用の低抵抗膜4がリフトオフ法により形成されてい
る。
【0040】本実施形態では、CoSi2 層を第2の金
属膜7に、CaF2 層を第1の絶縁膜2と第2の絶縁膜
6にそれぞれ用いたことで、第2の金属膜7に量子井戸
層が形成されている。
【0041】量子井戸構造中では、エネルギ準位が量子
化され、電子の進行方向のエネルギのバラツキを狭める
ことができる。第2の金属膜7で構成される量子井戸層
を用いることで、第2の金属膜7に電極を導入し、制御
バイアス電源12により第2の金属膜7の所望の電圧を
印加することで量子井戸層の電位を調整することがで
き、放出電子のエネルギの制御を行うことができる。
【0042】尚、第2の絶縁膜6,第2の金属膜7及び
第1の絶縁膜2は上述の材料に限定されることなく、そ
れぞれに良好な結晶構造を有し且つ互いに格子整合する
材料を選択することにより第2の金属膜7に量子井戸層
が形成される。
【0043】
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明の冷陰極電子
源は、第1の金属膜(表面金属)及び第1の絶縁膜(絶
縁体)に互いに格子整合した結晶構造の単結晶材料を用
いることで、電子放出効率を向上させながら放出電子の
エネルギのバラツキ幅を抑制できるという効果得られ
る。
【0044】また、第1の絶縁膜、第1の金属膜をエピ
タキシャル成長により成膜できるので、層構造を簡便に
作製でき、更に構造(例えば、電子放出面形状等)の設
計自由度が向上するという効果が得られる。
【0045】更に、第2の金属膜を用いて電子源に量子
井戸層を導入するとともに、第2の金属膜に電極を導入
して量子井戸層の電位を調整することで、放出電子のエ
ネルギを制御することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の冷陰極電子源の概略
構造を示す斜視図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の冷陰極電子源の概略
構造を示す斜視図である。
【図3】本発明の第3の実施形態の冷陰極電子源の概略
構造を示す斜視図である。
【図4】従来の冷陰極電子源の概略構造を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
1 基板 2 第1の絶縁膜 3 第1の金属膜 4,5,25 低抵抗膜 6 第2の絶縁膜 7 第2の金属膜 11 引き出しバイアス電源 12 制御バイアス電源 41 金属あるいは半導体からなる基板 42 絶縁体層 43 表面金属層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−57619(JP,A) 特開 平4−286828(JP,A) 特開 平2−170327(JP,A) 田原薫他,トンネル陰極の電子放射高 効率化の一考察,第45回応用物理学関係 連合講演会予稿集,日本,1998年 3月 28日,第2分冊,pp.705,29a−Y K−1 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 1/312 H01J 9/02 H01J 29/04 H01J 31/12 JICSTファイル(JOIS)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属又は半導体からなる基板の上に第1
    の絶縁膜と第1の金属膜とが前記基板側からこの順序で
    積層されており、前記第1の絶縁膜と前記第1の金属膜
    とはいずれも単結晶で且つ互いに格子整合しており、更
    に前記第1の金属膜が真空中に電子を放出する表面電極
    を構成し、且つ前記第1の金属膜が単結晶CoSi
    らなり、前記第1の絶縁膜が単結晶CaF からなる
    とを特徴とする冷陰極電子源。
  2. 【請求項2】 基板と第1の絶縁膜とが格子整合してい
    る請求項に記載の冷陰極電子源。
  3. 【請求項3】 金属又は半導体からなる基板の上に第2
    の絶縁膜,第2の金属膜,第1の絶縁膜及び第1の金属
    膜が前記基板側からこの順序で積層されており、(a)
    前記第1の絶縁膜及び前記第1の金属膜はいずれも単結
    晶で且つ互いに格子整合しており、(b)前記第1の金
    属膜が表面電極を構成する表面金属膜であり、(c)前
    記第2の絶縁膜及び前記第2の金属膜は結晶であり、且
    つ前記第1の金属膜が単結晶CoSiからなり、前記
    第1の絶縁膜が単結晶CaFからなる、ことを特徴と
    する冷陰極電子源。
  4. 【請求項4】 第2の金属膜が量子井戸層を形成してい
    る請求項に記載の冷陰極電子源。
  5. 【請求項5】 表面電極を構成する第1の金属膜に着接
    する低抵抗膜を更に有する請求項1乃至のいずれか1
    項に記載の冷陰極電子源。
  6. 【請求項6】 第1の金属膜の電子放出面の反対裏面側
    に低抵抗膜を有する請求項記載の冷陰極電子源。
  7. 【請求項7】 第1の金属膜の電子放出面側に低抵抗膜
    を有する請求項記載の冷陰極電子源。
  8. 【請求項8】 第1の金属膜の電子放出面側表面が平坦
    である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の冷陰極電
    子源。
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WO2006126383A1 (ja) * 2005-05-24 2006-11-30 Konica Minolta Holdings, Inc. 電界放出型電子源及びその製造方法
JP7272641B2 (ja) * 2019-05-08 2023-05-12 国立研究開発法人産業技術総合研究所 電子放出素子及び電子顕微鏡

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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田原薫他,トンネル陰極の電子放射高効率化の一考察,第45回応用物理学関係連合講演会予稿集,日本,1998年 3月28日,第2分冊,pp.705,29a−YK−1

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