JP5083874B2 - 電子源 - Google Patents
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Description
(A) 陰極材料とその処理(仕事関数が決まる)
(B) 陰極温度Tc
(C) 陰極前面での電界強度Ec
(D) 真空の質(表面状態すなわち仕事関数を左右する)
である。
D. Takeuchi, et al., APL, 86, 152103 (2005) T. Yamada, et al., APL, 87, 234107 (2005) D. Takeuchi, et al.: phys. stat. sol. (a) 203, 3100 (2006) S. Koizumi, et. al.: Science 292, 1899 (2001) T. Makino, et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 44, L1190 (2005) T. Makino, et al., 45, L1042 (2006) A. Fujii, et. al., J. Lumin., 94-95, 355 (2001) K. Horiuchi, et. al., Jpn. J. Appl. Phys., 36, L1505 (1997) M. Nagai, et. al., Phys. Rev. Lett., 68, 081202R (2003)
また、本発明は、励起子の束縛エネルギーが高い半導体材料がダイヤモンドであり、基板上にp型半導体層と、前記p型半導体層に接して形成されたn型半導体層とを備え、前記p型半導体層とn型半導体層との界面を活性領域とし、その活性領域が負の電子親和力表面を有し、前記p型半導体層とn型半導体層のうちのいずれか一つ、あるいは両方が間接遷移型半導体で構成されており、前記p型半導体層とn型半導体層のそれぞれに接して、あるいは低抵抗層を介して形成した電極から構成されていることを特徴とする電子源である。
さらに、本発明においては、基板、低抵抗層、p型半導体層、活性層、n型半導体層をダイヤモンドとすることができる。
また、本発明は、p型半導体層とn型半導体層と活性層がマイクロ波プラズマCVD法により形成されたダイヤモンドとすることができる。
さらに、本発明においては、活性領域あるいは活性層がアンドープダイヤモンドで構成することができる。
さらに、本発明においては、電子源の活性領域あるいは活性層を構成するアンドープダイヤモンド中のホウ素濃度およびリン濃度が1 x 1015 cm-3以下とすることができる。
また、本発明は、電子源のアンドープダイヤモンドで構成された活性領域あるいは活性層の膜厚が100nm以下とすることができる。
また、本発明は、電子源の活性領域あるいは活性層が、メタンと水素と酸素とを原料ガスとするマイクロ波プラズマCVD法により形成することができる。
さらに、本発明においては、電子源のp型半導体層を基板であるダイヤモンド単結晶{001}表面、単結晶{111}表面、単結晶{011}に形成されていることを特徴としている。
しかし、励起子を構成している電子正孔対は空間的に近接しているので、間接遷移型半導体であっても、直接再結合して発光する確率が大きくなる。すなわち、τrが短くなる。実際、自由電子正孔対の再結合を発光機構とする典型的な間接遷移型半導体のτrは100 〜 1000μs程度であるが、励起子状態からの再結合を発光機構とするダイヤモンドでは、は2μs程度と、2桁短いことが報告されている(非特許文献7)。これが、ダイヤモンドが他の間接遷移型半導体と比較して大きい内部量子効率ηintを持っている理由の一つである。
上記の実施の形態を踏まえつつ、以下に本発明の実施例を示し、さらに詳細に説明する。
1 ダイヤモンドNEA電子源
2 p型単結晶ダイヤモンド基板
3 アンドープダイヤモンド半導体層
4 n型ダイヤモンド半導体層
5 電極
6 ダイヤモンドNEA電子放出面
7 コレクタ電極
1 ダイヤモンドNEA電子源
2 電気伝導性を持たない単結晶基板ダイヤモンド
3 p+型ダイヤモンド半導体層
4 p型ダイヤモンド半導体層
5 アンドープダイヤモンド半導体層
6 n型ダイヤモンド半導体層
7 ダイヤモンドNEA電子放出面
8 電極
9 コレクタ電極
1 ダイヤモンドNEA電子源
2 電気伝導性を持たない単結晶基板ダイヤモンド
3 p+型ダイヤモンド半導体層
4 p型ダイヤモンド半導体層
5 ダイヤモンド半導体pn接合空乏層(励起子活性層)
6 n型ダイヤモンド半導体層
7 ダイヤモンドNEA電子放出面
8 電極
9 コレクタ電極
Claims (13)
- p型半導体層と、前記p型半導体層に接して形成された励起子の束縛エネルギーが高い間接遷移型半導体で構成された活性層と、前記活性層に接して形成されたn型半導体層とを備え、その活性層が、先鋭部を有しない負の電子親和力表面を有しており、前記p型半導体層とn型半導体層のそれぞれに接して、あるいは低抵抗層を介して形成した電極から構成されていることを特徴とする電子源。
- 基板上に低抵抗層を形成し、さらに、低抵抗層の一部に、p型半導体層と、前記p型半導体層に接して形成された励起子の束縛エネルギーが高い間接遷移型半導体で構成された活性層と、前記活性層に接してn型半導体層が形成された構造を備え、その活性層が負の電子親和力表面を有しており、n型半導体層と低抵抗層の一部に接して、あるいは低抵抗層を介して形成した電極から構成されていることを特徴とする電子源。
- 前記p型半導体層、前記n型半導体層が逆の構造である請求項1又は2に記載の電子源。
- 前記励起子の束縛エネルギーが高い間接遷移型半導体が、ダイヤモンドである請求項1から3のいずれかに記載の電子源。
- 前記基板、前記p型半導体層、前記n型半導体層がダイヤモンドである請求項1から4のいずれかに記載の電子源。
- 前記低抵抗層がダイヤモンドである請求項1から5のいずれかに記載の電子源。
- 前記p型半導体層と前記n型半導体層と前記活性層がマイクロ波プラズマCVD法により形成されたダイヤモンドであることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の電子源。
- 前記活性層がアンドープダイヤモンドで構成されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の電子源。
- 前記p型半導体層がホウ素ドープダイヤモンドで構成されており、前記n型半導体層がリンドープダイヤモンドで構成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の電子源。
- 前記活性層を構成するアンドープダイヤモンド中のホウ素濃度およびリン濃度が、1×10 15 cm-3以下であることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の電子源。
- 前記活性層が、メタンと水素と酸素とを原料ガスとするマイクロ波プラズマCVD法により形成されることを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載の電子源。
- 前記活性層が、水素終端ダイヤモンド表面により形成されることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載の電子源。
- 前記活性層が、水酸基終端ダイヤモンド表面により形成されることを特徴とする、請求項1から12のいずれかに記載の電子源。
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