JP7228539B2 - switch device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、スイッチ装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to switching devices.

例えば、スイッチ装置において大電流をスイッチングすることが望まれる。 For example, it is desirable to switch large currents in switching devices.

米国特許出願公開2016/0020057A1号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2016/0020057A1

一実施形態は、大電流をスイッチングできるスイッチ装置を提供する。 One embodiment provides a switch device capable of switching large currents.

一実施形態によれば、一実施形態によれば、スイッチ装置は、B、C、Al、Si、及び、Gaよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1層を含む第1電極と、第1電極から離れた第2電極と、第1電極と第2電極との間に設けられた第1グリッドと、第1グリッドと第2電極との間に設けられた第2グリッドと、を備える。第1電極と第2電極との間に設けられ、アルゴン、ヘリウム、及び、水素の少なくとも1つを含むガスをさらに備える。
According to one embodiment, the switch device comprises a first electrode comprising a first layer comprising at least one selected from the group consisting of B, C, Al, Si, and Ga; , a second electrode remote from the first electrode, a first grid provided between the first electrode and the second electrode, and a second grid provided between the first grid and the second electrode; Prepare. Further provided between the first electrode and the second electrode is a gas containing at least one of argon, helium, and hydrogen.

図1(a)~図1(c)は、実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的断面図である。1(a) to 1(c) are schematic cross-sectional views illustrating the switch device according to the embodiment. 図2は、スイッチ装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。FIG. 2 is a graph diagram illustrating experimental results regarding the switch device. 図3(a)及び図3(b)は、スイッチ装置を例示する模式図である。FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams illustrating switch devices. 図4は、実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的斜視断面図である。FIG. 4 is a schematic perspective cross-sectional view illustrating the switch device according to the embodiment. 図5は、実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the switch device according to the embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the previous figures, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1実施形態)
図1(a)~図1(c)は、実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的断面図である。
図1(a)に示すように、実施形態に係るスイッチ装置110は、容器50、第1電極10、第2電極20、第1グリッド31及び第2グリッド32を含む。
(First embodiment)
1(a) to 1(c) are schematic cross-sectional views illustrating the switch device according to the embodiment.
As shown in FIG. 1( a ), the switch device 110 according to the embodiment includes a container 50 , a first electrode 10 , a second electrode 20 , a first grid 31 and a second grid 32 .

第1電極10は、容器50のなかに設けられる。第1電極10は、第1層15を含む。第1電極10は、ベース部材11を含んでも良い。例えば、ベース部材11の上に、第1層15が設けられる。第1層15は、B、C、Al、Si、及び、Gaよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。1つの例において、第1層15は、ダイヤモンドを含む。例えば、第1層15は、炭素を含む。第1層15は、炭素及びBを含んでも良い。例えば、第1層15は、AlNを含んでも良い。後述するように、第1層15は、複数の結晶粒を含んでも良い。第1層15の少なくとも一部は、アモルファスでも良い。第1層15は、例えば、B、C、Al、Si、及び、Gaよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1元素と、N、O及びPよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第2元素と、を含んでも良い。第1層15は、ワイドバンドギャップ半導体を含んでも良い。 A first electrode 10 is provided in a container 50 . First electrode 10 includes a first layer 15 . The first electrode 10 may include a base member 11 . For example, a first layer 15 is provided on the base member 11 . The first layer 15 contains at least one selected from the group consisting of B, C, Al, Si, and Ga. In one example, first layer 15 comprises diamond. For example, the first layer 15 contains carbon. The first layer 15 may contain carbon and B. For example, the first layer 15 may contain AlN. As will be described later, the first layer 15 may contain multiple crystal grains. At least part of the first layer 15 may be amorphous. The first layer 15 includes, for example, a first element containing at least one selected from the group consisting of B, C, Al, Si, and Ga, and at least one element selected from the group consisting of N, O, and P. and a second element comprising The first layer 15 may contain a wide bandgap semiconductor.

1つの例において、第1層15は、ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体(AlGa1-x-y、0≦x≦1、0≦y≦1)及びアルミナセメント(CaO-Al)からなる群より選ばれる1種以上を含む。1つの例において、第1層15は、ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体(AlGa1-x-y、0≦x≦1、0≦y≦1)及びアルミナセメント(CaO-Al)からなる群より選ばれる1種以上を含む層が積層した構造を含む。ダイヤモンドと窒化物半導体の導電型は、p型又はn型である。アルミナセメントには、FeO、TiOやSiOなどの添加物が含まれていてもよい。ダイヤモンドには、焼結ダイヤモンドが含まれる。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドが含まれる。 In one example, the first layer 15 comprises diamond, graphite, nitride semiconductor ( AlxGayN1 -xy, 0≤x≤1 , 0≤y≤1) and alumina cement (CaO —Al 2 O 3 ). In one example, the first layer 15 comprises diamond, graphite, nitride semiconductor ( AlxGayN1 -xy, 0≤x≤1 , 0≤y≤1) and alumina cement (CaO -Al 2 O 3 ). The conductivity type of diamond and nitride semiconductors is p-type or n-type. The alumina cement may contain additives such as FeO 2 , TiO 2 and SiO 2 . Diamond includes sintered diamond. Diamond includes polycrystalline diamond.

第1電極10は、ベース部材11を含まず第1層15によって第1電極10が構成された形態を含む。 The first electrode 10 includes a form in which the first electrode 10 is configured by the first layer 15 without including the base member 11 .

第2電極20は、容器50のなかに設けられる。第2電極20は、第1電極10から離れる。例えば、第1層15は、ベース部材11と第2電極20との間にある。第1層15と、第2電極20と、の間に、空隙80が設けられる。 A second electrode 20 is provided in the container 50 . The second electrode 20 separates from the first electrode 10 . For example, first layer 15 is between base member 11 and second electrode 20 . A gap 80 is provided between the first layer 15 and the second electrode 20 .

第1電極10から第2電極20への方向をZ軸方向とする。Z軸方向において、第2電極20は、第1層15から離間する。 Let the direction from the first electrode 10 to the second electrode 20 be the Z-axis direction. The second electrode 20 is separated from the first layer 15 in the Z-axis direction.

第1グリッド31は、容器50のなかに設けられる。第1グリッド31は、第1電極10と第2電極20との間に設けられる。第1グリッド31は、第1層15と第2電極20との間に設けられる。 A first grid 31 is provided in the container 50 . A first grid 31 is provided between the first electrode 10 and the second electrode 20 . A first grid 31 is provided between the first layer 15 and the second electrode 20 .

第2グリッド32は、容器50のなかに設けられる。第2グリッド32は、第1グリッド31と第2電極20との間に設けられる。 A second grid 32 is provided within the container 50 . A second grid 32 is provided between the first grid 31 and the second electrode 20 .

スイッチ装置110の使用時において、容器50のなかに、ガス80Gが導入可能である。スイッチ装置110は、ガス80Gを含んでも良い。ガス80Gは、第1電極10と第2電極20との間に設けられる。ガス80Gは、空隙80に充填される。ガス80Gは、例えば、ヘリウム、ネオン、及び、アルゴンの少なくとも1つを含む。1つの例において、ガス80Gは、アルゴンを含む。ガス80Gは、アルゴン及び水素を含んでも良い。 Gas 80G can be introduced into container 50 when switch device 110 is in use. Switch device 110 may include gas 80G. A gas 80 G is provided between the first electrode 10 and the second electrode 20 . A gas 80G fills the gap 80 . Gas 80G includes, for example, at least one of helium, neon, and argon. In one example, gas 80G includes argon. Gas 80G may include argon and hydrogen.

容器50は、容器50のなかの空間80Sを気密に保持可能である。容器50のなかの空間80Sの気圧は、例えば、1気圧未満である。空間80Sは、減圧状態を有することができる。 The container 50 can keep the space 80S inside the container 50 airtight. The air pressure of the space 80S inside the container 50 is, for example, less than 1 atmosphere. The space 80S can have a reduced pressure.

容器50は、容器50の中の空間80Sを気密に保持可能な気密容器であることが好ましい。 The container 50 is preferably an airtight container capable of keeping the space 80S inside the container 50 airtight.

図1(a)に示すように、スイッチ装置110は、第1端子T1、第2端子T2、第3端子T3及び第4端子T4を含んでも良い。第1端子T1、第2端子T2、第3端子T3及び第4端子T4は、容器50の外に設けられる。第1端子T1は、第1電極10と電気的に接続される。第2端子T2は、第2電極20と電気的に接続される。第3端子T3は、第1グリッド31と電気的に接続される。第3端子T3は、第2グリッド32と電気的に接続される。 As shown in FIG. 1(a), the switch device 110 may include a first terminal T1, a second terminal T2, a third terminal T3 and a fourth terminal T4. The first terminal T1, the second terminal T2, the third terminal T3 and the fourth terminal T4 are provided outside the container 50. As shown in FIG. The first terminal T1 is electrically connected to the first electrode 10 . The second terminal T2 is electrically connected to the second electrode 20 . A third terminal T3 is electrically connected to the first grid 31 . The third terminal T3 is electrically connected with the second grid 32 .

これらの端子の電位に基づいて、スイッチ装置110において、複数の状態(第1状態及び第2状態など)が設けられる。 A plurality of states (such as a first state and a second state) are provided in the switch device 110 based on the potentials of these terminals.

図1(b)は、第1状態ST1を例示している。第1状態ST1において、第1端子T1が第1電位V1に設定され、第2端子T2が第2電位V2に設定され、第3端子T3が、第3電位V3に設定され、第4端子T4が、第4電位V4に設定される。第2電位V2は、第1電位V1よりも高い。第3電位V3は、第1電位V1と第2電位V2との間である。第4電位V4は、第3電位V3よりも低い。 FIG. 1B illustrates the first state ST1. In the first state ST1, the first terminal T1 is set to the first potential V1, the second terminal T2 is set to the second potential V2, the third terminal T3 is set to the third potential V3, and the fourth terminal T4. is set to the fourth potential V4. The second potential V2 is higher than the first potential V1. The third potential V3 is between the first potential V1 and the second potential V2. The fourth potential V4 is lower than the third potential V3.

第1電位V1は、例えば、負電位またはグランド電位である。第2電位V2は、例えば、正電位である。第3電位V3は、例えば、中間電位である。第4電位V4は、例えば、負電位である。 The first potential V1 is, for example, a negative potential or a ground potential. The second potential V2 is, for example, a positive potential. The third potential V3 is, for example, an intermediate potential. The fourth potential V4 is, for example, a negative potential.

図1(c)は、第2状態ST2を例示している。第2状態ST2において、第1端子T1が第1電位V1に設定され、第2端子T2が第2電位V2に設定され、第3端子T3が第3電位V3に設定され、第4端子T4が第5電位V5に設定される。第5電位V5は、第3電位V3よりも高い。第5電位V5は、例えば、正電位である。 FIG. 1(c) illustrates the second state ST2. In the second state ST2, the first terminal T1 is set to the first potential V1, the second terminal T2 is set to the second potential V2, the third terminal T3 is set to the third potential V3, and the fourth terminal T4 is set to the third potential V3. It is set to the fifth potential V5. The fifth potential V5 is higher than the third potential V3. The fifth potential V5 is, for example, a positive potential.

第1状態ST1において第1端子T1と第2端子T2との間に流れる電流よりも、第2状態ST2において第1端子T1と第2端子T2との間に流れる電流は大きい。 The current flowing between the first terminal T1 and the second terminal T2 in the second state ST2 is larger than the current flowing between the first terminal T1 and the second terminal T2 in the first state ST1.

第1状態ST1は、例えば、非導通状態である。第2状態ST2は、例えば、導通状態である。第1状態ST1は、例えば、高抵抗状態である。第2状態ST2は、例えば、低抵抗状態である。 The first state ST1 is, for example, a non-conducting state. The second state ST2 is, for example, a conducting state. The first state ST1 is, for example, a high resistance state. The second state ST2 is, for example, a low resistance state.

このように、スイッチ装置110において、スイッチ動作が行われる。スイッチ装置110は、例えば、遮断機である。スイッチ装置110は、例えば、大電流用の遮断機である。第1電極10は例えば、陰極である。第2電極20は、例えば陽極である。 In this manner, the switching operation is performed in the switching device 110 . The switch device 110 is, for example, a circuit breaker. The switch device 110 is, for example, a circuit breaker for high current. The first electrode 10 is, for example, a cathode. The second electrode 20 is, for example, an anode.

図1(b)に示すように、第1状態ST1において、第1電極10と第1グリッド31との間の第1空間81に第1プラズマ81Pが生成される。第1状態ST1において、第1グリッド31と第2電極20との間の空間は、絶縁状態である。第1状態ST1において、スイッチ装置110は、非導通状態である。 As shown in FIG. 1B, a first plasma 81P is generated in the first space 81 between the first electrode 10 and the first grid 31 in the first state ST1. In the first state ST1, the space between the first grid 31 and the second electrode 20 is in an insulating state. In the first state ST1, the switch device 110 is non-conducting.

図2(c)に示すように、第2状態ST2において、第1グリッド31と第2グリッド32との間の第2空間82に第2プラズマ82Pが、第2グリッド32と第2電極20との間の第3空間83に第3プラズマ83Pが生成される。これにより、第3空間83は、導通状態となる。第2状態ST2において、第1端子T1と第2端子T2との間は、導通状態となる。 As shown in FIG. 2C, in the second state ST2, the second plasma 82P is generated in the second space 82 between the first grid 31 and the second grid 32, and the second grid 32 and the second electrode 20 A third plasma 83P is generated in the third space 83 between. As a result, the third space 83 becomes conductive. In the second state ST2, a conductive state is established between the first terminal T1 and the second terminal T2.

実施形態においては、第1層15は、B、C、Al、Si、及び、Gaよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1材料を含む。1つの例において、第1層15は、例えば、ダイヤモンドを含む。ダイヤモンドは、例えば、電子親和力が小さい。これにより、第1層15から効率的に電子が放出される。これにより、大電流が得られる。 In embodiments, the first layer 15 includes a first material including at least one selected from the group consisting of B, C, Al, Si, and Ga. In one example, first layer 15 includes, for example, diamond. Diamond, for example, has a low electron affinity. Electrons are thereby efficiently emitted from the first layer 15 . Thereby, a large current can be obtained.

第1材料は、例えば、ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体(AlGa1-x-y、0≦x≦1、0≦y≦1)、焼結ダイヤモンド及びアルミナセメント(CaO-Al)からなる群より選ばれる1種以上を含む。第1材料は、例えば、ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体(AlGa1-x-y、0≦x≦1、0≦y≦1)、焼結ダイヤモンド及びアルミナセメント(CaO-Al)からなる群より選ばれる1種以上で構成された層が1層の構造又はダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体(AlGa1-x-y、0≦x≦1、0≦y≦1)、焼結ダイヤモンド及びアルミナセメント(CaO-Al)からなる群より選ばれる1種以上で構成された層を2層以上積層させた積層体を含む。 The first material is, for example, diamond, graphite, nitride semiconductor (Al x Ga y N 1-xy, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1), sintered diamond and alumina cement (CaO —Al 2 O 3 ). The first material is, for example, diamond, graphite, nitride semiconductor (Al x Ga y N 1-xy, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1), sintered diamond and alumina cement (CaO -Al 2 O 3 ), a single-layer structure or a diamond, graphite, nitride semiconductor (Al x Ga y N 1-xy, 0 ≤ (x≦1, 0≦y≦1), sintered diamond, and alumina cement (CaO—Al 2 O 3 ). .

窒化物半導体と酸化物半導体も電子親和力が小さいため、大電流をスイッチングする観点からこれらの材料も好ましい。焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンドを主体とするため、電子親和力が小さい。また、黒鉛は、熱伝導率の高さと化学結合の強固さによる熱的安定性により好ましい。また、アルミナセメントの電子化物は電子親和力が小さいため好ましい。 Nitride semiconductors and oxide semiconductors also have low electron affinities, so these materials are also preferable from the viewpoint of switching large currents. Since sintered diamond is mainly composed of diamond, it has low electron affinity. Graphite is also preferable due to its high thermal conductivity and thermal stability due to its strong chemical bond. Electrolyzed alumina cement is preferable because of its low electron affinity.

電子を放出する第1材料は、第1電極10から第2電極20に効率的に電子を放出させる観点から、第1層15の第2電極20を向く表面に設けられている。電子を放出する第1材料は、第1電極10から第2電極20に効率的に電子を放出させる観点から、第1層15の第2電極20を向く面の全面に設けられている。 The first material that emits electrons is provided on the surface of the first layer 15 facing the second electrode 20 from the viewpoint of efficiently emitting electrons from the first electrode 10 to the second electrode 20 . The first material that emits electrons is provided on the entire surface of the first layer 15 facing the second electrode 20 from the viewpoint of efficiently emitting electrons from the first electrode 10 to the second electrode 20 .

例えば、第1電極10が導電性の液体を含む第1参考例がある。例えば、第1電極10が低融点の金属を含む第2参考例がある。これらの場合には、動作時に、第1電極10の表面において良好な平坦性が得られる。これにより、比較的安定な動作を得やすいと考えられる。しかしながら、これらの参考例においては、スイッチングできる電流が小さい。 For example, there is a first reference example in which the first electrode 10 contains a conductive liquid. For example, there is a second reference example in which the first electrode 10 contains a metal with a low melting point. In these cases, good flatness is obtained on the surface of the first electrode 10 during operation. It is believed that this makes it easier to obtain relatively stable operation. However, in these reference examples, the current that can be switched is small.

これに対して、実施形態においては、第1電極10の第1層15は、上記の第1材料を含む。第1層15は、低い電子親和力を有する。これにより、第1層15からの電子が効率的に放出される。これにより、大電流を安定してスイッチングすることができる。実施形態によれば、大電流をスイッチングできるスイッチ装置が提供できる。 In contrast, in embodiments, the first layer 15 of the first electrode 10 comprises the first material described above. The first layer 15 has a low electron affinity. Thereby, electrons from the first layer 15 are efficiently emitted. Thereby, a large current can be stably switched. According to the embodiments, it is possible to provide a switch device capable of switching a large current.

例えば、スイッチ装置110において、動作中に電流が流れる。この電流により陰極(例えば、第1電極10)がエッチングされる可能性がある。実施形態においては、第1層15が上記の材料を含むことで、第1層15は、安定である。例えば、動作中における第1層15のエッチングが抑制できる。例えば、長い寿命が得られる。 For example, in switch device 110, current flows during operation. This current can etch the cathode (eg, the first electrode 10). In embodiments, the first layer 15 is stable because the first layer 15 contains the above materials. For example, etching of the first layer 15 during operation can be suppressed. For example, longer life is obtained.

第1材料を含む第1層15は、エッチング耐性が高いため、スイッチング動作中にエッチングされ難い。そのため、実施形態のスイッチ装置110は、長期間にわたって、動作が安定する。 Since the first layer 15 containing the first material has high etching resistance, it is difficult to etch during the switching operation. Therefore, the switch device 110 of the embodiment can stably operate for a long period of time.

第1層15に含まれる上記の第1材料の熱伝導率は、高い。これにより、第1層15の温度が上昇することが抑制される。例えば、過度な温度上昇が抑制できる。例えば、アーク放電の発生が抑制できる。これにより、安定した動作が得られる。 The thermal conductivity of the first material included in the first layer 15 is high. This suppresses the temperature rise of the first layer 15 . For example, excessive temperature rise can be suppressed. For example, the occurrence of arc discharge can be suppressed. This provides stable operation.

第1層15を第1電極10に用いることで、第1層15の温度上昇を抑制することができる。第1層15の温度が上昇すると、スイッチ動作可能なグロー放電した状態から、電流が遮断できないアーク放電をする状態に移行しやすい。第1層15の温度上昇を抑制することで、アーク放電を抑制し、安定したグロー放電が可能となって、動作が安定した信頼性の高いスイッチ装置110を提供することができる。 By using the first layer 15 for the first electrode 10, the temperature rise of the first layer 15 can be suppressed. When the temperature of the first layer 15 rises, it is likely to shift from a glow discharge state in which switch operation is possible to an arc discharge state in which the current cannot be interrupted. By suppressing the temperature rise of the first layer 15, arc discharge is suppressed, stable glow discharge is possible, and the switch device 110 with stable operation and high reliability can be provided.

以下、スイッチ装置に関する実験結果の例について説明する。
図2は、スイッチ装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。
図2の横軸は、第2状態ST2において第1端子T1と第2端子T2との間に流れる電流Ic(A)である。縦軸は、第1端子T1と第2端子T2との間の電圧Vs(V)である。
An example of experimental results regarding the switch device will be described below.
FIG. 2 is a graph diagram illustrating experimental results regarding the switch device.
The horizontal axis of FIG. 2 represents the current Ic (A) flowing between the first terminal T1 and the second terminal T2 in the second state ST2. The vertical axis is the voltage Vs (V) between the first terminal T1 and the second terminal T2.

実験は、第1端子T1と第2端子T2の間にソースメーターを接続し、電流源から流れ出す電流Icを時間とともに増加させながら同時に電圧Vsを測定しすることで、電流Icと電圧Vsの関係を取得した。 In the experiment, a source meter was connected between the first terminal T1 and the second terminal T2, and the relationship between the current Ic and the voltage Vs was measured by increasing the current Ic flowing from the current source over time while simultaneously measuring the voltage Vs. obtained.

図2には、第1試料SP1、第2試料SP2及び第3試料SP3に関する結果が例示されている。第1試料SP1においては、第1層15は、ダイヤモンドである。第2試料SP2においては、第1層15は、AlGaNである。第3試料SP3においては、第1層15は、Moである。これらの試料において、第1電極10と第2電極20との間の距離は、10mmである。容器50の空間80Sに、アルゴン及び水素を含むガス80Gが充填される。アルゴン及び水素の合計の量に対する水素の量は、1%である。容器50のなかの圧力は、1Torrである。 FIG. 2 illustrates results for the first sample SP1, the second sample SP2, and the third sample SP3. In the first sample SP1, the first layer 15 is diamond. In the second sample SP2, the first layer 15 is AlGaN. In the third sample SP3, the first layer 15 is Mo. In these samples, the distance between the first electrode 10 and the second electrode 20 is 10 mm. A space 80S of the container 50 is filled with a gas 80G containing argon and hydrogen. The amount of hydrogen relative to the total amount of argon and hydrogen is 1%. The pressure in vessel 50 is 1 Torr.

第1~第3試料SP1~SP3において、電圧Vsを増大すると、電流Icが増大する。それぞれの試料において高い電流の領域においても、第1層15からのグロー放電が得られる。 In the first to third samples SP1 to SP3, increasing the voltage Vs increases the current Ic. A glow discharge from the first layer 15 is obtained even in the region of high current in each sample.

このように、第1層15がAlGaNである第2試料SP2において、Moを第1層15に用いた場合よりも大電流のスイッチングが可能である。第1層15がダイヤモンドである第1試料SP1において、Moを第1層15に用いた場合よりも大電流のスイッチングが可能である。 Thus, in the second sample SP2 in which the first layer 15 is AlGaN, switching of a larger current is possible than in the case of using Mo for the first layer 15 . In the first sample SP1 in which the first layer 15 is diamond, switching of a larger current is possible than in the case of using Mo for the first layer 15 .

図2に示すように、それぞれの試料において、比較的低い電流Icの領域において、電圧Vsが実質的にフラットな領域がある。この領域における電圧Vsが小さいときに、低い損失が得られる。図2に示すように、第1試料SP1におけるこの電圧Vsは、第3試料SP3におけるこの電圧よりも小さい。このことは、第1試料SP1において、第3試料SP3よりも小さい損失が得られることに対応する。図2に示すように、第2試料SP2におけるこの電圧Vsは、第1試料SP1におけるこの電圧よりも小さい。このことは、第2試料SP2において、第1試料SP1よりも小さい損失が得られること対応する。 As shown in FIG. 2, in each sample there is a region where the voltage Vs is substantially flat in the region of relatively low current Ic. Low losses are obtained when the voltage Vs in this region is small. As shown in FIG. 2, this voltage Vs on the first sample SP1 is smaller than this voltage on the third sample SP3. This corresponds to the fact that the loss of the first sample SP1 is smaller than that of the third sample SP3. As shown in FIG. 2, this voltage Vs on the second sample SP2 is smaller than this voltage on the first sample SP1. This corresponds to the fact that a smaller loss is obtained in the second sample SP2 than in the first sample SP1.

このように、第1試料SP1及び第2試料SP2において、第3試料SP3よりも大きい電圧が得られる。このことは、第1試料SP1及び第2試料SP2における第1層15が、上記の第1材料を含むことに起因していること考えられる。 Thus, a higher voltage is obtained in the first sample SP1 and the second sample SP2 than in the third sample SP3. It is considered that this is because the first layer 15 in the first sample SP1 and the second sample SP2 contains the above first material.

例えば、第1層15(例えば、第1材料)の電子親和力は、3eV以下である。これにより、第1層15からの電子が放出されやすくなる。第1層15(例えば、第1材料)の電子親和力は、負でも良い。 For example, the electron affinity of the first layer 15 (eg, first material) is 3 eV or less. This facilitates the emission of electrons from the first layer 15 . The electron affinity of the first layer 15 (eg, first material) may be negative.

例えば、第1層15(例えば、第1材料)のバンドギャップは、2eV以上である。これにより、小さい電子親和力が得やすくなる。第1層15は、例えば、ワイドバンドギャップ半導体を含んでも良い。 For example, the bandgap of the first layer 15 (eg, first material) is 2 eV or more. This makes it easier to obtain a small electron affinity. The first layer 15 may contain, for example, a wide bandgap semiconductor.

第1層15の厚さt15(図1(a)参照)は、例えば、0.1μm以上5mm以下であることが好ましい。第1層15において、高い均一性が得やすい。安定した特性が得やすい。厚さt15は、Z軸方向に対して垂直な方向に沿う第1層15の長さである。 A thickness t15 (see FIG. 1A) of the first layer 15 is preferably, for example, 0.1 μm or more and 5 mm or less. High uniformity can be easily obtained in the first layer 15 . Easy to obtain stable characteristics. The thickness t15 is the length of the first layer 15 along the direction perpendicular to the Z-axis direction.

第1層15が炭素(例えば、ダイヤモンド)を含む場合、第1層15の表面は、水素で終端されていても良い。これにより、例えば、電子親和力をより低くすることができる。 When the first layer 15 contains carbon (for example, diamond), the surface of the first layer 15 may be terminated with hydrogen. This allows, for example, a lower electron affinity.

例えば、第1層15は、第1面15fを含む。第1面15fは、第2電極20に対向する。第1面15fは、第1グリッド31に対向する。第1面15fは、水素を含んでも良い。これにより、例えば、電子親和力をより低くすることができる。 For example, first layer 15 includes first surface 15f. The first surface 15 f faces the second electrode 20 . The first surface 15 f faces the first grid 31 . The first surface 15f may contain hydrogen. This allows, for example, a lower electron affinity.

グロー放電を安定化させるために、第1層15の方面(第1面15f)の結晶面(第2電極20側を向く面)は、結晶面が揃っていることが好ましい。結晶面がランダムであるとグロー放電の安定性にばらつきが生じてしまう。 In order to stabilize the glow discharge, it is preferable that the crystal planes (the planes facing the second electrode 20 side) of the first layer 15 (the first plane 15f) are aligned. If the crystal planes are random, the stability of glow discharge will vary.

図3(a)及び図3(b)は、スイッチ装置を例示する模式図である。
これらの図は、第1層15の表面(第1面15f)の電子顕微鏡写真像を基に描かれた模式的平面図である。図3(a)は、試料SP11に対応する。図3(b)は、試料SP12に対応する。これらの試料において、第1層15はダイヤモンドである。これらの試料において、第1層15の形成条件が互いに異なる。試料SP11においては、(100)面が優勢の形成条件で第1層15が形成される。試料SP12においては、(111)面が優勢の形成条件で第1層15が形成される。例えば、試料SP11の形成における温度は、試料SP12の形成における温度よりも高い。例えば、試料SP11の形成における原料ガス中の炭素濃度は、試料SP12の形成における原料ガス中の炭素濃度よりも低い。
FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams illustrating switch devices.
These figures are schematic plan views drawn based on an electron micrograph image of the surface (first surface 15f) of the first layer 15. FIG. FIG. 3(a) corresponds to the sample SP11. FIG. 3(b) corresponds to sample SP12. In these samples, the first layer 15 is diamond. These samples differ from each other in the formation conditions of the first layer 15 . In the sample SP11, the first layer 15 is formed under formation conditions in which the (100) plane is dominant. In the sample SP12, the first layer 15 is formed under formation conditions in which the (111) plane is dominant. For example, the temperature in forming the sample SP11 is higher than the temperature in forming the sample SP12. For example, the carbon concentration in the source gas for forming the sample SP11 is lower than the carbon concentration in the source gas for forming the sample SP12.

図3(a)に示すように、試料SP11においては、ダイヤモンドの(100)面は、第1面15fに沿う。例えば、ダイヤモンドの結晶粒15gの1つの面(四角形面)は、第1面15fに沿う。この場合、第1面15fの微細な構造の表面は、Z軸方向に対して実質的に垂直である。 As shown in FIG. 3A, in the sample SP11, the (100) plane of diamond is along the first plane 15f. For example, one face (rectangular face) of the diamond crystal grain 15g is along the first face 15f. In this case, the surface of the fine structure of the first surface 15f is substantially perpendicular to the Z-axis direction.

ダイヤモンドの(100)面が第1面15fに沿うとは、例えば、第1層15の第2電極20側を向く第1面15fにおいて、1μm以上で矩形の結晶面((100)面)の割合(第2電極20を向く結晶面が1μm以上で矩形である結晶数の割合)が80%以上であることとする。上記観点から第1層15の第2電極20側を向く第1面15fにおいて、3μm以上で矩形の結晶面の割合が80%以上であることが好ましい。第1層15の表面を顕微鏡で観察することで、第1面15fにおける1μm以上(3μm以上)で矩形の結晶面の割合を求めることができる。例えば、第1層15の中央の1mm×1mmの領域を観察して第1面15fの結晶面を評価することが好ましい。第1面15fが図3(a)のような結晶面であると、1μm以上(3μm以上)で矩形の結晶面((100)面)の割合は、100%である。結晶面の評価は、他の結晶が第2電極20側に重なっていない最表面の結晶を観察して行なう。 The (100) plane of diamond along the first plane 15f means, for example, that the first plane 15f of the first layer 15 facing the second electrode 20 has a rectangular crystal plane ((100) plane) of 1 μm 2 or more. ratio (the ratio of the number of crystals whose crystal plane facing the second electrode 20 is 1 μm 2 or more and is rectangular) is 80% or more. From the above point of view, it is preferable that the first surface 15f of the first layer 15 facing the second electrode 20 has a rectangular crystal plane of 3 μm 2 or more and a ratio of 80% or more. By observing the surface of the first layer 15 with a microscope, the ratio of rectangular crystal planes of 1 μm 2 or more (3 μm 2 or more) in the first surface 15f can be obtained. For example, it is preferable to observe a 1 mm×1 mm region in the center of the first layer 15 to evaluate the crystal plane of the first surface 15f. If the first face 15f is a crystal face as shown in FIG. 3A, the ratio of the rectangular crystal face ((100) face) of 1 μm 2 or more (3 μm 2 or more) is 100%. The evaluation of the crystal plane is performed by observing the outermost crystal that does not overlap with other crystals on the second electrode 20 side.

第1層15が窒化物半導体である場合、グロー放電の安定化と大電流特性の観点から窒化物半導体のc面が第1面15fに沿っていることが好ましい。窒化物半導体のc面が第1面15fに沿うとは、例えば、第1層15の第2電極20側を向く第1面15fにおいて、1μm以上で六角形の結晶面(c面)の割合(第2電極20を向く結晶面が1μm以上で六角形である結晶数の割合)が80%以上であることとする。上記観点から第1層15の第2電極20側を向く第1面15fにおいて、3μm以上で六角形の結晶面の割合が80%以上であることが好ましい。第1層15の表面を顕微鏡で観察することで、第1面15fにおける1μm以上(3μm以上)で六角形の結晶面の割合を求めることができる。例えば、第1層15の中央の1mm×1mmの領域を観察して第1面15fの結晶面を評価することが好ましい。結晶面の評価は、他の結晶が第2電極20側に重なっていない最表面の結晶を観察して行なう。 When the first layer 15 is a nitride semiconductor, the c-plane of the nitride semiconductor is preferably along the first surface 15f from the viewpoint of glow discharge stabilization and large current characteristics. That the c-plane of the nitride semiconductor is along the first plane 15f means, for example, that the first plane 15f of the first layer 15 facing the second electrode 20 has a hexagonal crystal plane (c-plane) of 1 μm 2 or more. The ratio (the ratio of the number of crystals whose crystal faces facing the second electrode 20 are 1 μm 2 or more and have a hexagonal shape) is 80% or more. From the above point of view, it is preferable that the first surface 15f of the first layer 15 facing the second electrode 20 has a size of 3 μm 2 or more and a ratio of hexagonal crystal planes of 80% or more. By observing the surface of the first layer 15 with a microscope, the ratio of hexagonal crystal planes of 1 μm 2 or more (3 μm 2 or more) in the first surface 15f can be obtained. For example, it is preferable to observe a 1 mm×1 mm region in the center of the first layer 15 to evaluate the crystal plane of the first surface 15f. The evaluation of the crystal plane is performed by observing the outermost crystal that does not overlap with other crystals on the second electrode 20 side.

図3(b)に示すように、試料SP12においては、ダイヤモンドの(111)面を含む四面体の結晶粒15gが得られる。ここの場合、第1面15fの微細な構造の表面は、Z軸方向に対して傾斜する。 As shown in FIG. 3B, in sample SP12, 15 g of tetrahedral crystal grains containing the (111) plane of diamond are obtained. In this case, the surface of the fine structure of the first surface 15f is inclined with respect to the Z-axis direction.

第1面15fが図3(a)のような結晶面であると、1μm以上で矩形の結晶面((100)面)の割合は、0%である。 If the first plane 15f is a crystal plane as shown in FIG. 3A, the ratio of the crystal plane ((100) plane) having a rectangular shape of 1 μm 2 or more is 0%.

試料SP11における第1面15fの微細な構造の表面凹凸は、試料SP12における第1面15fの微細な構造の表面凹凸よりも小さい。試料SP11における第1面15fは、試料SP12における第1面15fのよりも平坦である。 The surface unevenness of the fine structure of the first surface 15f of the sample SP11 is smaller than the surface unevenness of the fine structure of the first surface 15f of the sample SP12. The first surface 15f of the sample SP11 is flatter than the first surface 15f of the sample SP12.

試料SP11においては、試料SP12よりも、第1層15の表面(第1面15f)は、安定である。より安定な特性が得られる。 In the sample SP11, the surface of the first layer 15 (first surface 15f) is more stable than in the sample SP12. More stable characteristics can be obtained.

試料SP11の第1面15fは、平坦な矩形面で構成されているため、第1面15fに鋭利な部分が少なく、第1面15fの全体から電子が放出されるためグロー放電が安定する。しかし、試料SP12の第1面15fは、頂面が小さな矩形面で実質的に四角錐様の結晶で構成されているため電子の放出が局所的に集中してグロー放電からアーク放電に移行しやすい。エッチング耐性の観点からも電子の放出が局所的に集中しにくい試料SP11を第1層15に用いたスイッチ装置110が好ましい。 Since the first surface 15f of the sample SP11 is a flat rectangular surface, there are few sharp portions on the first surface 15f, and electrons are emitted from the entire first surface 15f, thereby stabilizing glow discharge. However, since the first surface 15f of the sample SP12 has a small rectangular top surface and is substantially composed of square pyramid-like crystals, the emission of electrons is locally concentrated and shifts from glow discharge to arc discharge. Cheap. Also from the viewpoint of etching resistance, the switch device 110 using the sample SP11 from which electron emission is difficult to concentrate locally as the first layer 15 is preferable.

第1層15の第1面15fは、(100)面に沿うことが好ましい。より安定な特性が得られる。 The first surface 15f of the first layer 15 is preferably along the (100) plane. More stable characteristics can be obtained.

以下、第1層15がダイヤモンドである場合の、第1層15のX線回折特性の例について、説明する。 An example of X-ray diffraction characteristics of the first layer 15 when the first layer 15 is diamond will be described below.

例えば、ダイヤモンドの第1層15のX線回折において、角度2θが約41.9度のピークは、(111)面の結晶に対応する。角度2θが約75.3度のピークは、(220)面の結晶に対応する。角度2θが約91.5度のピークは、(311)面の結晶に対応する。角度2θが約119.5度のピークは、(400)面の結晶に対応する。 For example, in the X-ray diffraction of the diamond first layer 15, the peak at an angle 2θ of about 41.9 degrees corresponds to the (111) plane crystal. The peak at an angle 2θ of about 75.3 degrees corresponds to the (220) face of the crystal. The peak at an angle 2θ of about 91.5 degrees corresponds to a (311) plane crystal. The peak at an angle 2θ of about 119.5 degrees corresponds to a (400) plane crystal.

実施形態において、例えば、第1層15のX線回折において、(400)面の結晶に対応する約119.5度のピークが得られる。第1層15の厚さ方向の深い位置においては、種々の方位の結晶が存在しても良い。このため、他の方位に対応するピークも生じても良い。例えば、実施形態において、例えば、X線回折の角度2θが119°以上120°以下において第1層15から得られる第1強度の第1ピークは、角度2θが41.5°以上42.5°以下において第1層15から得られる第2強度の第2ピークの0.2倍以上である。例えば、安定した特性が得やすい。 In embodiments, for example, the X-ray diffraction of the first layer 15 yields a peak at about 119.5 degrees, corresponding to a (400) plane crystal. Crystals of various orientations may exist at deep positions in the thickness direction of the first layer 15 . Therefore, peaks corresponding to other orientations may also occur. For example, in the embodiment, the first peak of the first intensity obtained from the first layer 15 when the angle 2θ of X-ray diffraction is 119° or more and 120° or less is 41.5° or more and 42.5° or more. It is 0.2 times or more the second peak of the second intensity obtained from the first layer 15 below. For example, it is easy to obtain stable characteristics.

実施形態において、第1層15は、例えば、複数の結晶粒15g(図3(a)参照)を含む。複数の結晶粒15gの1つの大きさ(図3(a)に示す長さd15)は、例えば、0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。これにより、安定した特性が得やすくなる。 In the embodiment, the first layer 15 includes, for example, a plurality of crystal grains 15g (see FIG. 3(a)). The size of one of the plurality of crystal grains 15g (length d15 shown in FIG. 3A) is preferably, for example, 0.1 μm or more and 100 μm or less. This makes it easier to obtain stable characteristics.

第1層15は、例えば、ベース部材11の上に、上記の第1材料を含む原料を用いた気相成長などにより形成できる。ベース部材11は、例えば、Mo、W、Nb、Ta、Si及びCuよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2電極20は、例えば、Ni、Cr、Mo、Cu、Ag、Au、Fe、Ir及びPtよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第1グリッド31及び第2グリッド32は、例えば、メッシュ状またはストライプ状である。第1グリッド31及び第2グリッド32には任意の構成が適用できる。 The first layer 15 can be formed, for example, on the base member 11 by vapor deposition using a raw material containing the first material. The base member 11 contains, for example, at least one selected from the group consisting of Mo, W, Nb, Ta, Si and Cu. The second electrode 20 contains, for example, at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, Mo, Cu, Ag, Au, Fe, Ir and Pt. The first grid 31 and the second grid 32 are, for example, mesh-like or stripe-like. Any configuration can be applied to the first grid 31 and the second grid 32 .

ベース部材11には、熱伝導性に優れた第1材料を用いることができる。 A first material having excellent thermal conductivity can be used for the base member 11 .

(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。
図4は、実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的斜視断面図である。
図5は、実施形態に係るスイッチ装置を例示する模式的断面図である。
図4に示すように実施形態に係るスイッチ装置120は、第1電極10、第2電極20、第1グリッド31及び第2グリッド32を含む。第2実施形態のスイッチ装置120は、同軸上に第1電極10、第2電極20、第1グリッド31及び第2グリッド32が配置されていること以外は、基本的に第1実施形態のスイッチ装置110と共通する。第1実施形態のスイッチ装置110と第2実施形態のスイッチ装置120で共通する事項については、その説明を省略する。
(Second embodiment)
The second embodiment is a modification of the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic perspective cross-sectional view illustrating the switch device according to the embodiment.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the switch device according to the embodiment.
As shown in FIG. 4 , the switch device 120 includes a first electrode 10 , a second electrode 20 , a first grid 31 and a second grid 32 . The switch device 120 of the second embodiment is basically the same as the switch of the first embodiment except that the first electrode 10, the second electrode 20, the first grid 31 and the second grid 32 are coaxially arranged. Common with device 110 . Descriptions of items common to the switch device 110 of the first embodiment and the switch device 120 of the second embodiment will be omitted.

スイッチ装置120は、第2電極20を中心に、第2グリッド32、第1グリッド31、第1電極10の順に外側に配置されている。第1電極10は、スイッチ装置120の容器50である。 The switch device 120 is arranged outside in the order of the second grid 32 , the first grid 31 , and the first electrode 10 with the second electrode 20 at the center. The first electrode 10 is the container 50 of the switch device 120 .

第1端子T1、第2端子T2、第3端子T3及び第4端子T4は図示していないが、例えば、第1端子T1は、第1電極10と電気的に接続され、第2端子T2は、第2電極20と電気的に接続され、第3端子T3は、第1グリッド31と電気的に接続され、第3端子T3は、第2グリッド32と電気的に接続される。 Although the first terminal T1, the second terminal T2, the third terminal T3, and the fourth terminal T4 are not shown, for example, the first terminal T1 is electrically connected to the first electrode 10, and the second terminal T2 is , the second electrode 20 , the third terminal T<b>3 is electrically connected to the first grid 31 , and the third terminal T<b>3 is electrically connected to the second grid 32 .

第1電極10は、第2電極20、第1グリッド31及び第2グリッド32を収容する容器50である。第1電極10は、内壁側に第1層15が配置されている。第1層15に含まれる第1材料は、熱伝導性に優れるため第1電極10は、第1層15で構成されている形態と、内壁側に第1層15及び外壁側にベース部材11で構成されている形態の両方を含む。 The first electrode 10 is a container 50 that houses the second electrode 20 , first grid 31 and second grid 32 . A first layer 15 is arranged on the inner wall side of the first electrode 10 . Since the first material contained in the first layer 15 has excellent thermal conductivity, the first electrode 10 may be configured with the first layer 15 on the inner wall side and the base member 11 on the outer wall side. including both forms consisting of

第2実施形態のベース部材11は、容器50としての耐圧性と熱伝導性の両方を備えていることが好ましい。耐圧性と熱伝導性の両方を備え、第1電極10の外壁を構成するベース部材11としては、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体及びアルミナセメントからなる群より選ばれる1種以上を含む。耐圧性と熱伝導性の両方を備え、第1電極10の外壁を構成するベース部材11としては、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体及びアルミナセメントからなる群より選ばれる1種以上で構成された層が1層の構造又は焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、黒鉛(グラファイト)、窒化物半導体及びアルミナセメントからなる群より選ばれる1種以上で構成された層を2層以上積層させた積層体を含む。 The base member 11 of the second embodiment preferably has both pressure resistance and thermal conductivity as the container 50 . The base member 11, which has both pressure resistance and thermal conductivity and constitutes the outer wall of the first electrode 10, is selected from the group consisting of sintered diamond, polycrystalline diamond, graphite, nitride semiconductor, and alumina cement. Includes one or more The base member 11, which has both pressure resistance and thermal conductivity and constitutes the outer wall of the first electrode 10, is selected from the group consisting of sintered diamond, polycrystalline diamond, graphite, nitride semiconductor, and alumina cement. 2 layers composed of one or more layers selected from the group consisting of sintered diamond, polycrystalline diamond, graphite, nitride semiconductors, and alumina cement It includes laminates that are laminated with more than one layer.

第2電極20を中心に、第2グリッド32、第1グリッド31及び第1電極10が同心円を描くように配置されていると、対称性が良いため、大電流特性に優れ、かつ、グロー放電が安定する。 When the second grid 32, the first grid 31, and the first electrode 10 are arranged so as to draw concentric circles with the second electrode 20 as the center, the symmetry is good, so that large current characteristics are excellent and glow discharge is achieved. stabilizes.

同軸構造を採用することで、均一な電界によって意図しない放電を防止することができ、スイッチ装置120の信頼性が向上する。 By adopting the coaxial structure, unintended discharge can be prevented by a uniform electric field, and the reliability of the switch device 120 is improved.

同軸構造を採用することで、容器50の内壁全体を陰極にできるため、陰極である第1電極10の面積比率が大きくなり、より多くの電流をスイッチすることに適している。 By adopting the coaxial structure, the entire inner wall of the container 50 can be used as a cathode, so the area ratio of the first electrode 10, which is the cathode, is increased, making it suitable for switching a larger amount of current.

同軸構造を採用することで、陽極である第2電極20に向かって電界が増大するため、電子なだれを促進することができ、電流増幅効果が大きくなる。 By adopting the coaxial structure, the electric field increases toward the second electrode 20, which is the anode, so electron avalanche can be promoted and the current amplification effect is increased.

同軸構造を採用することで、陰極付近では相対的に電界が弱まり、陰極に衝突する陽イオンの運動エネルギーが小さくなり、陰極のダメージを抑制し長寿命化する。 By adopting a coaxial structure, the electric field is relatively weakened near the cathode, and the kinetic energy of positive ions colliding with the cathode is reduced, which suppresses damage to the cathode and extends its life.

第1電極10の製造方法として、一例を挙げると、円筒形のベース材料11の内側にフィラメントを貼り、炭素源を供給し熱CVDでベース材料11の内側に第1層15としてダイヤモンド膜を形成する方法がある。 As an example of the manufacturing method of the first electrode 10, a filament is attached inside a cylindrical base material 11, a carbon source is supplied, and a diamond film is formed as a first layer 15 inside the base material 11 by thermal CVD. There is a way.

実施形態によれば、大電流をスイッチングできるスイッチ装置が提供できる。 According to the embodiments, it is possible to provide a switch device capable of switching a large current.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、スイッチ装置に含まれる電極、第1層、グリッド及び容器などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the invention is not limited to these specific examples. For example, a person skilled in the art can carry out the present invention in the same manner by appropriately selecting the specific configuration of each element such as the electrode, the first layer, the grid, and the container included in the switch device from the range known to those skilled in the art. As long as the effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Any combination of two or more elements of each specific example within the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention.

その他、本発明の実施の形態として上述したスイッチ装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのスイッチ装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, based on the switch device described above as an embodiment of the present invention, all switch devices that can be implemented by those skilled in the art by appropriately modifying the design also belong to the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention. .

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, within the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various modifications and modifications, and it is understood that these modifications and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

10…第1電極、 11…ベース部材、 15…第1層、 15f…第1面、 15g…結晶粒、 20…第2電極、 31…第1グリッド、 32…第2グリッド、 50…容器、 80…空隙、 80G…ガス、 80S…空間、 81~83…第1~第3空間、 81P~83P…第1~第3プラズマ、 110…スイッチ装置、 Ic…電流、 SP1~SP3…第1~第3試料、 SP11、SP12…試料、 ST1、ST2…第1、第2状態、 T1~T4…第1~第4端子、 V1~V5…第1~第5電位、 Vs…電圧、 d15…長さ、 t15…厚さ Reference Signs List 10 First electrode 11 Base member 15 First layer 15f First surface 15g Crystal grain 20 Second electrode 31 First grid 32 Second grid 50 Container 80 Gap 80G Gas 80S Space 81 to 83 First to third spaces 81P to 83P First to third plasma 110 Switch device Ic Current SP1 to SP3 First to Third sample SP11, SP12 Sample ST1, ST2 First and second states T1 to T4 First to fourth terminals V1 to V5 First to fifth potentials Vs Voltage d15 Length t15...thickness

Claims (20)

B、C、Al、Si、及び、Gaよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1層を含む第1電極と、
前記第1電極から離れた第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1グリッドと、
前記第1グリッドと前記第2電極との間に設けられた第2グリッドと、
を備え
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、アルゴン、ヘリウム、及び、水素の少なくとも1つを含むガスをさらに備えたスイッチ装置。
a first electrode including a first layer including at least one selected from the group consisting of B, C, Al, Si, and Ga;
a second electrode remote from the first electrode;
a first grid provided between the first electrode and the second electrode;
a second grid provided between the first grid and the second electrode;
with
A switch device provided between the first electrode and the second electrode and further comprising a gas containing at least one of argon, helium and hydrogen.
前記第1層は、ダイヤモンド、黒鉛、窒化物半導体及びアルミナセメントからなる群より選ばれる1種以上を含む請求項1記載のスイッチ装置。 2. The switch device according to claim 1, wherein said first layer contains at least one selected from the group consisting of diamond, graphite, nitride semiconductor and alumina cement. B、C、Al、Si、及び、Gaよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1層を含む第1電極と、
前記第1電極から離れた第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1グリッドと、
前記第1グリッドと前記第2電極との間に設けられた第2グリッドと、
を備え、
前記第1層は、ダイヤモンド、窒化物半導体及びアルミナセメントからなる群より選ばれる1種以上を含むスイッチ装置。
a first electrode including a first layer including at least one selected from the group consisting of B, C, Al, Si, and Ga;
a second electrode remote from the first electrode;
a first grid provided between the first electrode and the second electrode;
a second grid provided between the first grid and the second electrode;
with
The switch device, wherein the first layer contains at least one selected from the group consisting of diamond, nitride semiconductor and alumina cement.
前記第1層は、複数の結晶粒を含む、請求項3に記載のスイッチ装置。 4. The switch device of claim 3, wherein said first layer comprises a plurality of grains. 前記複数の結晶粒の1つの大きさは、0.1μm以上100μm以下である、請求項4記載のスイッチ装置。 5. The switch device according to claim 4, wherein the size of one of said plurality of crystal grains is 0.1 [mu]m or more and 100 [mu]m or less. 前記第1層は、前記第2電極に対向する第1面を含み、
前記第1面は、水素を含む、請求項3~5のいずれか1つに記載のスイッチ装置。
the first layer includes a first surface facing the second electrode;
The switch device according to any one of claims 3 to 5, wherein said first surface comprises hydrogen.
前記第1層は、前記第2電極に対向する第1面を含み、
前記第1面は、ダイヤモンドを含み、
前記第1面の前記ダイヤモンドは、(100)面に沿う、請求項3~6のいずれか1つに記載のスイッチ装置。
the first layer includes a first surface facing the second electrode;
the first surface comprises diamond;
The switch device according to any one of claims 3 to 6, wherein said diamond of said first face is along a (100) plane.
X線回折の角度2θが119°以上120°以下において前記第1層から得られる第1強度の第1ピークは、前記角度2θが41.5°以上42.5°以下において前記第1層から得られる第2強度の第2ピークの0.2倍以上である、請求項7のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 The first peak of the first intensity obtained from the first layer when the angle 2θ of X-ray diffraction is 119° or more and 120° or less is obtained from the first layer when the angle 2θ is 41.5° or more and 42.5° or less. 8. Switching device according to any one of the preceding claims, wherein the second intensity obtained is at least 0.2 times the second peak. 前記第1層は、前記第2電極に対向する第1面を含み、
前記第1面は、AlGa1-x-yを含み、
AlGa1-x-yのxは、0≦x≦1を満たし、
AlGa1-x-yのyは、0≦y≦1を満たし、
前記第1面のAlGa1-x-yはc面に沿う、請求項1~6のいずれか1ついに記載のスイッチ装置。
the first layer includes a first surface facing the second electrode;
the first surface comprises Al x Ga y N 1-xy ;
x of Al x Ga y N 1-xy satisfies 0≦x≦1,
y of Al x Ga y N 1-xy satisfies 0≦y≦1,
The switch device according to any one of claims 1 to 6, wherein the Al x Ga y N 1-xy of said first plane is along the c-plane.
前記第1層の電子親和力は、3eV以下である、請求項1~9のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 The switch device according to any one of claims 1 to 9, wherein the electron affinity of said first layer is 3 eV or less. 前記第1層のバンドギャップは、2eV以上である、請求項1~10のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 The switch device according to any one of claims 1 to 10, wherein the bandgap of said first layer is 2 eV or more. 前記第1層の厚さは、0.1μm以上5mm以下である、請求項1~11のいずれか1つに記載のスイッチ装置。 The switch device according to any one of claims 1 to 11, wherein the first layer has a thickness of 0.1 µm or more and 5 mm or less. 前記第1電極と電気的に接続された第1端子と、
前記第2電極と電気的に接続された第2端子と、
前記第1グリッドと電気的に接続された第3端子と、
前記第2グリッドと電気的に接続された第4端子と、
第1状態において前記第1端子と前記第2端子との間に流れる電流よりも、第2状態において前記第1端子と前記第2端子との間に流れる電流は大きく、
前記第1状態において、前記第1端子が第1電位に設定され、前記第2端子が前記第1電位よりも高い第2電位に設定され、前記第3端子が前記第1電位と前記第2電位との間の第3電位に設定され、前記第4端子が前記第3電位よりも低い第4電位に設定され、
前記第2状態において、前記第1端子が前記第1電位に設定され、前記第2端子が前記第2電位に設定され、前記第3端子が前記第3電位に設定され、前記第4端子が前記第3電位よりも高い第5電位に設定される、請求項1~12のいずれか1つに記載のスイッチ装置。
a first terminal electrically connected to the first electrode;
a second terminal electrically connected to the second electrode;
a third terminal electrically connected to the first grid;
a fourth terminal electrically connected to the second grid;
the current flowing between the first terminal and the second terminal in the second state is larger than the current flowing between the first terminal and the second terminal in the first state;
In the first state, the first terminal is set to a first potential, the second terminal is set to a second potential higher than the first potential, and the third terminal is set to the first potential and the second potential. and the fourth terminal is set to a fourth potential lower than the third potential,
In the second state, the first terminal is set to the first potential, the second terminal is set to the second potential, the third terminal is set to the third potential, and the fourth terminal is set to the third potential. The switch device according to any one of claims 1 to 12, which is set to a fifth potential higher than said third potential.
前記第1状態において、前記第1電極と前記第1グリッドとの間の第1空間に第1プラズマが生成される、請求項13記載のスイッチ装置。 14. The switch device of claim 13, wherein in said first state a first plasma is generated in a first space between said first electrode and said first grid. 前記第2状態において、前記第1グリッドと前記第2グリッドとの間の第2空間に第2プラズマが生成される、請求項13又は14記載のスイッチ装置。 15. Switching device according to claim 13 or 14, wherein in said second state a second plasma is generated in a second space between said first grid and said second grid. 前記第2状態において、前記第2グリッドと前記第2電極との間の第3空間に第3プラズマが生成される、請求項15記載のスイッチ装置。 16. The switch device of claim 15, wherein in said second state a third plasma is generated in a third space between said second grid and said second electrode. 容器を更に備え、
前記第1電極、前記第2電極、前記第1グリッド及び前記第2グリッドは前記容器内に設けられる請求項1~16のいずれか1つに記載のスイッチ装置。
further comprising a container,
The switch device according to any one of claims 1 to 16, wherein said first electrode, said second electrode, said first grid and said second grid are provided within said container.
容器を更に備え、
前記第1電極、前記第2電極、前記第1グリッド及び前記第2グリッドは前記容器内に設けられ、
前記容器は、密閉容器であり、
前記第1端子、前記第2端子、前記第3端子及び前記第4端子は、前記容器の外に設けられる請求項13~16のいずれか1つに記載のスイッチ装置。
further comprising a container,
the first electrode, the second electrode, the first grid and the second grid are provided in the container;
The container is a closed container,
The switch device according to any one of claims 13 to 16, wherein the first terminal, the second terminal, the third terminal and the fourth terminal are provided outside the container.
前記第1電極は、前記第2電極、前記第1グリッド及び前記第2グリッドを収容する容器であり、
前記第2電極を中心に同軸上に前記第1電極、第1グリッド及び前記第2グリッドが配置され、
前記第1電極の前記第2電極を向く内壁に前記第1層が設けられている請求項1~16のいずれか1つに記載のスイッチ装置。
The first electrode is a container that houses the second electrode, the first grid and the second grid,
The first electrode, the first grid and the second grid are arranged coaxially around the second electrode,
The switch device according to any one of claims 1 to 16, wherein the first layer is provided on an inner wall of the first electrode facing the second electrode.
前記第1電極の前記第1層側とは反対側の外壁は、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、黒鉛、窒化物半導体及びアルミナセメントからなる群より選ばれる1種以上を含む請求項19に記載のスイッチ装置。 20. The outer wall of the first electrode on the side opposite to the first layer side contains one or more selected from the group consisting of sintered diamond, polycrystalline diamond, graphite, nitride semiconductor and alumina cement according to claim 19. switch device.
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