JP7234099B2 - 電子放出素子 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電子放出素子に関する。
例えば、入射した光に基づいて電子を放出する電子放出素子がある。電子放出素子において、効率の向上が望まれる。
本発明の実施形態は、効率を向上できる電子放出素子を提供する。
本発明の実施形態によれば、電子放出素子は、第１部材及び第２部材を含む。前記第１部材は、ｎ形の半導体部材を含む。前記第２部材は、ｐ形のダイヤモンド部材を含む。前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含む。
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。
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。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１０は、第１部材１０及び第２部材２０を含む。第１部材１０及び第２部材２０は、例えば、容器１７の中に設けられる。容器１７の中の空間は、例えば、減圧状態に維持可能である。容器１７の中の空間は、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及びラドンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスを含んでも良い。電子放出素子１１０は、容器１７を含んでも良い。
図１は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１０は、第１部材１０及び第２部材２０を含む。第１部材１０及び第２部材２０は、例えば、容器１７の中に設けられる。容器１７の中の空間は、例えば、減圧状態に維持可能である。容器１７の中の空間は、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及びラドンよりなる群から選択された少なくとも１つを含むガスを含んでも良い。電子放出素子１１０は、容器１７を含んでも良い。
第１部材１０は、ｎ形の半導体部材１５を含む。第２部材２０は、ｐ形のダイヤモンド部材２５を含む。ダイヤモンド部材２５は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つのを含む。例えば、第２部材２０に含まれるダイヤモンド部材２５は、Ｂ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含む。
半導体部材１５は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。例えば、第１材料は、ＡｌＧａＮを含む。第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、半導体部材１５は、分極を有する。
例えば、電子放出素子１１０に、光６１が入射する。電子放出素子１１０は、入射した光６１に応じて、電子６２を放出する。例えば、光６１のピーク波長は、３００ｎｍ以下である。例えば、光６１のピーク波長は、２１０ｎｍ以下でも良い。
例えば、電子６２は、第１部材１０の表面から放出される。例えば、第１部材１０は、第１面１１及び第２面１２を含む。第２面１２は、第２部材２０と第１面１１との間にある。例えば、電子６２は、第１面１１から放出される。
例えば、第２部材２０は、第３面２３及び第４面２４を含む。第３面２３は、第４面２４と第１部材１０との間にある。図１の例では、光６１は、第４面２４から第２部材２０に入射する。その光６１に応じた電子６２が第１面１１から放出される。
実施形態においては、例えば、ワイドバンドギャップのｐ形のダイヤモンド部材２５が用いられる。入射した光６１により生じた移動可能な電子が、第１部材１０の表面から、外部領域１８に効率よく放出できる。外部領域１８は、第１部材１０の外部であり、容器１７の中の領域である。実施形態によれば、効率を向上できる電子放出素子が提供できる。電子放出素子１１０は、例えば、フォトカソードである。
例えば、第１参考例のフォトカソードにおいて、ダイヤモンドの表面が水素で終端される。この表面からから電子が放出される。第１参考例においては、表面の水素が離脱する可能性がある。このため、電子を安定して放出することが困難である。第１参考例の寿命は短い。
例えば、第２参考例のフォトカソードにおいて、例えば、Ｃｓを含むＧａＮ層などが用いられる。第２参考例においては、Ｃｓが離脱する可能性がある。このため、電子を安定して放出することが困難である。
例えば、第３参考例のフォトカソードにおいて、例えば、ｐ形のＡｌＧａＮ層と、ｎ形のＧａＮ層と、が組み合わされる。Ａｌ組成比が高いＡｌＧａＮにおいて、ｐ形の不純物（例えばＭｇなど）を高濃度で導入することは、実用的に困難である。第３参考例の構造は、製造が困難である。
これに対して、実施形態においては、例えば、ｎ形のＡｌＧａＮなどの半導体部材１５と、ｐ形のダイヤモンド部材２５と、が用いられる。水素終端またはＣｓなどを含まないため、安定した特性が得られる。実施形態に係る電子放出素子においては、寿命が長い。ｐ形のＡｌＧａＮ層などを用いないため、製造が容易である。ダイヤモンド部材２５は、ｐ形不純物の第１元素を高い濃度で含むことができる。
実施形態においては、例えば、半導体部材１５と、ダイヤモンド部材２５と、の間のバンドエネルギーの差を大きくすることができる。例えば、半導体部材１５のエネルギーを外部領域１８のエネルギーに近づける、または、半導体部材１５のエネルギーを外部領域１８のエネルギーよりも高くすることができる。これにより、半導体部材１５から外部領域１８へ、高い効率で電子を放出できる。
図１に示すように、第２部材２０から第１部材１０への方向を第１方向（Ｚ軸方向）とする。第１方向に沿う第１部材１０の厚さｔ１は、例えば、１０ｎｍ以下である。このような厚さにより、高い効率で、電子６２が放出される。後述するように、第１部材１０は島状でも良い。
第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第２部材２０の厚さｔ２は、例えば、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下である。後述するように、基体により第２部材２０が支持される場合は、第２部材２０の厚さｔ２は、３０ｎｍ以下でも良い。
図２は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式図である。
図２は、電子放出素子１１０のエネルギーバンドのプロファイルを例示している。図２の横軸は、Ｚ軸方向である。縦軸は、エネルギーＥｇである。図２には、価電子帯のエネルギーＥｖと、伝導帯のエネルギーＥｃと、が示されている。図２に示すように、第２部材２０における、エネルギーＥｖ及びエネルギーＥｃは、第１部材１０と第２部材２０との間の界面の近傍で大きく曲がる。光６１が入射したときに、電子６２は、第２部材２０から第１部材１０への向きに効率良く移動できる。例えば、電子６２は、外部領域１８のエネルギーレベルＶａｃを越えて、第１部材１０から外部領域１８に放出される。ホール６３は、第１部材１０から第２部材２０への向きに移動する。実施形態においては、高い効率で電子を放出できる。
図２は、電子放出素子１１０のエネルギーバンドのプロファイルを例示している。図２の横軸は、Ｚ軸方向である。縦軸は、エネルギーＥｇである。図２には、価電子帯のエネルギーＥｖと、伝導帯のエネルギーＥｃと、が示されている。図２に示すように、第２部材２０における、エネルギーＥｖ及びエネルギーＥｃは、第１部材１０と第２部材２０との間の界面の近傍で大きく曲がる。光６１が入射したときに、電子６２は、第２部材２０から第１部材１０への向きに効率良く移動できる。例えば、電子６２は、外部領域１８のエネルギーレベルＶａｃを越えて、第１部材１０から外部領域１８に放出される。ホール６３は、第１部材１０から第２部材２０への向きに移動する。実施形態においては、高い効率で電子を放出できる。
実施形態において、第１部材１０は、多結晶を含んでも良い。例えば、半導体部材１５は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つの多結晶を含んでも良い。例えば、半導体部材１５の製造が容易である。半導体部材１５及び第１部材１０は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、ＭＢＥ（Molecular Beam Eepitaxy）、スパッタ、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＰＬＤ（Physical Vapor Deposition)、または、ＡＬＤ（Atomic layer deposition）などの方法により形成されても良い。
実施形態において、第２部材２０は、ダイヤモンドの多結晶を含んでも良い。第２部材２０は、グラファイトを含んでも良い。これにより、第２部材２０の製造が容易になる。
電子放出素子１１０においては、第２部材２０は、第１部材１０と接する。後述するように、第２部材２０と第１部材１０との間に、別の部材が設けられても良い。
実施形態において、半導体部材１５が上記の第１材料（ＡｌＧａＮなど）を含む場合、半導体部材１５におけるｎ形の不純物の濃度は、例えば、１×１０１６／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。このような濃度において、特に高い効率での電子の放出が得られる。
実施形態において、半導体部材１５は、上記の第１材料（ＡｌＧａＮ）を含むことが好ましい。これにより、例えば、大きな分極が得られる。半導体部材１５が上記の第１材料を含むことで、例えば、高いｎ形キャリア濃度が得られる。高い効率が得やすい。
実施形態において、半導体部材１５は、上記の第２材料（ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つ）を含むことが好ましい。これにより、例えば、大きな分極が得られる。半導体部材１５が上記の第２材料を含むことで、例えば、高いｎ形キャリア濃度が得られる。高い効率が得やすい。
図３は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図３に示すように、電子放出素子１１０において、光６１が第１面１１から第２部材２０に入射しても良い。この場合も、光６１に応じた電子６２が第１面１１から放出される。図３においては、容器１７が省略されている。
図３に示すように、電子放出素子１１０において、光６１が第１面１１から第２部材２０に入射しても良い。この場合も、光６１に応じた電子６２が第１面１１から放出される。図３においては、容器１７が省略されている。
図４は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図４に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１１において、半導体部材１５は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。半導体部材１５は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮを含む。
図４に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１１において、半導体部材１５は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。半導体部材１５は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮを含む。
半導体部材１５は、第１領域１５ａ及び第２領域１５ｂを含む。第２領域１５ｂは、第２部材２０と第１領域１５ａとの間にある。第２領域１５ｂにおけるＡｌの組成比は、第１領域１５ａにおけるＡｌの組成比よりも高い。例えば、第１領域１５ａは、ｎ形のＡｌＧａＮである。例えば、第２領域１５ｂは、ｎ形のＡｌＮである。第１領域１５ａと第２領域１５ｂとの間の境界は、明確でも良く、不明確でも良い。
図５は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図５に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１２において、半導体部材１５は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。半導体部材１５は、第１領域１５ａ及び第２領域１５ｂを含む。半導体部材１５におけるＡｌ組成比が、段階的または連続的に、第２面１２から第１面１１への向きに低下しても良い。
図５に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１２において、半導体部材１５は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。半導体部材１５は、第１領域１５ａ及び第２領域１５ｂを含む。半導体部材１５におけるＡｌ組成比が、段階的または連続的に、第２面１２から第１面１１への向きに低下しても良い。
電子放出素子１１１及び１１２において、例えば、半導体部材１５とダイヤモンド部材２５との間に形成される空乏領域を低減することができる。
図６は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図６に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１３は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、基体５０を含む。第２部材２０は、基体５０と第１部材１０との間に設けられる。基体５０は、例えば、基板である。
図６に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１３は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、基体５０を含む。第２部材２０は、基体５０と第１部材１０との間に設けられる。基体５０は、例えば、基板である。
基体５０の厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、例えば、５ｎｍ以上１０００μｍ以下である。基体５０は、第２部材２０及び第１部材１０を支持可能である。基体５０が設けられる場合、第２部材２０の厚さは、例えば、３０ｎｍ以下でも良い。基体５０により第２部材２０が支持されるため、安定した第２部材２０が得やすくなる。第２部材２０を低コストで得ることができる。
基体５０は、光透過性を有しても良い。例えば、光６１は、基体５０を介して、第２部材２０に入射できる。基体５０は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＭｇＯよりなる群から選択された少なくとも１つなどを含む。
図７は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図７に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１４において、第１部材１０は、島状である。例えば、複数の島状の第１部材１０の間において、第２部材２０の表面が露出しも良い。電子放出素子１１４においては、安定した第１部材１０を容易に得ることができる。例えば、第１部材１０を低いコストで得ることができる。
図７に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１４において、第１部材１０は、島状である。例えば、複数の島状の第１部材１０の間において、第２部材２０の表面が露出しも良い。電子放出素子１１４においては、安定した第１部材１０を容易に得ることができる。例えば、第１部材１０を低いコストで得ることができる。
図８は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図８に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１５は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、第３部材３０を含む。第３部材３０は、第２部材２０と第１部材１０との間に設けられる。第３部材３０は、例えば、ＳｉＣを含む。このＳｉＣは、ｐ形である。電子放出素子１１５においては、例えば、４００ｎｍ程度までの長波長の光の吸収が得られ、電子放出を得ることができる。
図８に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１５は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、第３部材３０を含む。第３部材３０は、第２部材２０と第１部材１０との間に設けられる。第３部材３０は、例えば、ＳｉＣを含む。このＳｉＣは、ｐ形である。電子放出素子１１５においては、例えば、４００ｎｍ程度までの長波長の光の吸収が得られ、電子放出を得ることができる。
第３部材３０（ＳｉＣ）のＺ軸方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。厚さが５ｎｍ以上のときに、例えば、４００ｎｍ程度までの長波長光を吸収することが容易になる。厚さが１００ｎｍ以下のときに、例えば、第２部材２０から第１部材１０への電子の輸送が容易になる。
図９は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図９に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１６は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、第３部材３０を含む。第３部材３０は、第２部材２０と第１部材１０との間に設けられる。
図９に示すように、実施形態に係る電子放出素子１１６は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、第３部材３０を含む。第３部材３０は、第２部材２０と第１部材１０との間に設けられる。
電子放出素子１１６において、第１部材１０に含まれる半導体部材１５は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含む。半導体部材１５は、例えば、ｎ形のＡｌＧａＮを含む。
第３部材３０は、例えば、Ｉｎ及びＧａと、窒素と、を含む。第３部材３０は、例えば、ＩｎＧａＮを含む。このＩｎＧａＮは、例えば、ｐ形である。電子放出素子１１６においては、例えば、可視光も吸収し、電子放出を得ることができる。
電子放出素子１１６において、第３部材３０（例えば、ｐ形のＩｎＧａＮ）のＺ軸方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。厚さが５ｎｍ以上のときに、例えば、可視光を吸収することが容易になる。厚さが１００ｎｍ以下のときに、例えば、第３部材３０の結晶性を維持することが容易になる。
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１０に示すように、実施形態に係る電子放出素子１２０は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、発光部７０をさらに含む。第２部材２０は、発光部７０と第１部材１０との間に設けられる。
図１０は、第２実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１０に示すように、実施形態に係る電子放出素子１２０は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、発光部７０をさらに含む。第２部材２０は、発光部７０と第１部材１０との間に設けられる。
発光部７０から光６１が放出される。光６１は、第２部材２０に入射する。第１部材１０から光６１に応じた電子６２が放出される。例えば、発光部７０は、所望のタイミングで所望の強度の光６１を出射可能である。例えば、所望のタイミングで所望の量の電子を第１部材１０から放出されることができる。
発光部７０は、例えば、ＬＥＤ（light emitting diode）、または、ＬＤ（Laser Diode）を含む。
図１１は、第２実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１１に示すように、実施形態に係る電子放出素子１２１は、第１部材１０、第２部材２０及び発光部７０に加えて、第４部材４０をさらに含む。第４部材４０は、発光部７０と第２部材２０との間にある。第４部材４０は、例えば、基体として機能しても良い。例えば、第４部材４０は、第２部材２０及び第１部材１０を支持しても良い。
図１１に示すように、実施形態に係る電子放出素子１２１は、第１部材１０、第２部材２０及び発光部７０に加えて、第４部材４０をさらに含む。第４部材４０は、発光部７０と第２部材２０との間にある。第４部材４０は、例えば、基体として機能しても良い。例えば、第４部材４０は、第２部材２０及び第１部材１０を支持しても良い。
第４部材４０は、例えば、光透過性を有する。発光部７０から放出された光６１は、第４部材４０を通過して第２部材２０に入射する。光６１に応じた電子６２が第１部材１０から放出される。電子放出素子１２１において、第４部材４０は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＭｇＯよりなる群から選択された少なくとも１つなどを含む。
図１２は、第２実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、実施形態に係る電子放出素子１２２は、第１部材１０、第２部材２０及び発光部７０に加えて、第４部材４０をさらに含む。第４部材４０は、発光部７０と第２部材２０との間にある。
図１２に示すように、実施形態に係る電子放出素子１２２は、第１部材１０、第２部材２０及び発光部７０に加えて、第４部材４０をさらに含む。第４部材４０は、発光部７０と第２部材２０との間にある。
電子放出素子１２２において、第４部材４０は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つ（例えばダイヤモンド部材４５）を含む。第４部材４０のダイヤモンド部材４５における不純物の濃度は、第２部材２０のダイヤモンド部材２５に含まれる不純物の濃度よりも低い。
例えば、第２部材２０に含まれるダイヤモンド部材２５は、Ｂ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含む。１つの例において、第４部材４０に含まれるダイヤモンド部材４５は第１元素を含まない。別の例において、第４部材４０に含まれるダイヤモンド部材４５における第１元素の濃度は、第２部材２０に含まれるダイヤモンド部材２５における第１元素の濃度よりも低い。電子放出素子１２２においては、例えば、高品質なダイヤモンド部材２５及び４５が得られる。
電子放出素子１２２において、第４部材４０のＺ軸方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上１ｍｍ以下である。厚さが５ｎｍ以上のときに、例えば、発光部７０とダイヤモンド部材２５とを電気的に絶縁することが容易になる。厚さが１ｍｍ以下のときに、例えば、ダイシング（分断）などの加工が容易になる。
（第３実施形態）
図１３は、第３実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１３に示すように、実施形態に係る電子放出素子１３０は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、電極７５をさらに含む。例えば、電極７５の電位を制御することで、第１部材１０から放出された電子６２を取り出し易くすることができる。電極７５の電位を制御することで、電子６２を加速することができる。電極７５は、第１実施形態または第２実施形態に係る任意の構成に設けることができる。
図１３は、第３実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１３に示すように、実施形態に係る電子放出素子１３０は、第１部材１０及び第２部材２０に加えて、電極７５をさらに含む。例えば、電極７５の電位を制御することで、第１部材１０から放出された電子６２を取り出し易くすることができる。電極７５の電位を制御することで、電子６２を加速することができる。電極７５は、第１実施形態または第２実施形態に係る任意の構成に設けることができる。
図４～図１３においては、容器１７が省略されている。電子放出素子１１１～１１６、１２０～１２２及び１３０は、容器１７を含んでも良い。
実施形態は、以下の構成（例えば、技術案）を含んでも良い。
（構成１）
ｎ形の半導体部材を含む第１部材と、
ｐ形のダイヤモンド部材を含む第２部材であって、前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、前記第２部材と、
を備え、
前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含む、電子放出素子。
（構成１）
ｎ形の半導体部材を含む第１部材と、
ｐ形のダイヤモンド部材を含む第２部材であって、前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、前記第２部材と、
を備え、
前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含む、電子放出素子。
（構成２）
入射した光に応じて電子を放出する、構成１記載の電子放出素子。
入射した光に応じて電子を放出する、構成１記載の電子放出素子。
（構成３）
前記光のピーク波長は、３００ｎｍ以下である、構成２記載の電子放出素子。
前記光のピーク波長は、３００ｎｍ以下である、構成２記載の電子放出素子。
（構成４）
前記光のピーク波長は、２１０ｎｍ以下である、構成２記載の電子放出素子。
前記光のピーク波長は、２１０ｎｍ以下である、構成２記載の電子放出素子。
（構成５）
前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
前記電子は、前記第１面から放出される、構成２～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
前記電子は、前記第１面から放出される、構成２～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成６）
前記半導体部材は、前記第１材料、前記第２材料及び前記第３材料よりなる群から選択された前記少なくとも１つの多結晶を含む、構成１～５のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記半導体部材は、前記第１材料、前記第２材料及び前記第３材料よりなる群から選択された前記少なくとも１つの多結晶を含む、構成１～５のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成７）
前記第２部材は、ダイヤモンドの多結晶を含む、構成１～６のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記第２部材は、ダイヤモンドの多結晶を含む、構成１～６のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成８）
前記第２部材から前記第１部材への第１方向に沿う前記第１部材の厚さは、１０ｎｍ以下である、構成１～７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記第２部材から前記第１部材への第１方向に沿う前記第１部材の厚さは、１０ｎｍ以下である、構成１～７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成９）
前記第２部材から前記第１部材への第１方向に沿う前記第２部材の厚さは、３０ｎｍ以下である、構成１～７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記第２部材から前記第１部材への第１方向に沿う前記第２部材の厚さは、３０ｎｍ以下である、構成１～７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１０）
前記半導体部材は、分極を有する、構成１～９のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記半導体部材は、分極を有する、構成１～９のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１１）
基体をさらに備え、
前記第２部材は、前記基体と前記第１部材との間に設けられた、構成１～１０のいずれか１つに記載の電子放出素子。
基体をさらに備え、
前記第２部材は、前記基体と前記第１部材との間に設けられた、構成１～１０のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１２）
前記半導体部材は、前記第１材料を含み、
前記第１材料は、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣの少なくともいずれかを含む、構成１～１１のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記半導体部材は、前記第１材料を含み、
前記第１材料は、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣの少なくともいずれかを含む、構成１～１１のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１３）
前記半導体部材は、Ａｌ及びＧａよりなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記半導体部材は、
第１領域及び第２領域を含み、
前記第２領域は、前記第２部材と前記第１領域との間にあり、
前記第２領域におけるＡｌの組成比は、前記第１領域におけるＡｌの組成比よりも高い、構成１～１１のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記半導体部材は、Ａｌ及びＧａよりなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記半導体部材は、
第１領域及び第２領域を含み、
前記第２領域は、前記第２部材と前記第１領域との間にあり、
前記第２領域におけるＡｌの組成比は、前記第１領域におけるＡｌの組成比よりも高い、構成１～１１のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１４）
前記第２部材は、前記第１部材と接する、構成１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記第２部材は、前記第１部材と接する、構成１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１５）
第３部材をさらに備え、
前記第３部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に設けられ、
前記第３部材は、ＳｉＣを含む、構成１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。
第３部材をさらに備え、
前記第３部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に設けられ、
前記第３部材は、ＳｉＣを含む、構成１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１６）
第３部材をさらに備え、
前記第３部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に設けられ、
前記半導体部材は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第３部材は、Ｉｎ及びＧａと、窒素と、を含む、構成１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。
第３部材をさらに備え、
前記第３部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に設けられ、
前記半導体部材は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第３部材は、Ｉｎ及びＧａと、窒素と、を含む、構成１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１７）
前記第１部材は、島状である、構成１～１６のいずれか１つに記載の電子放出素子。
前記第１部材は、島状である、構成１～１６のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１８）
発光部をさらに備え、
前記第２部材は、前記発光部と前記第１部材との間に設けられた、構成１～１７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
発光部をさらに備え、
前記第２部材は、前記発光部と前記第１部材との間に設けられた、構成１～１７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
（構成１９）
光透過性の第４部材をさらに備え、
前記第４部材は、前記発光部と前記第２部材との間にある、構成１８記載の電子放出素子。
光透過性の第４部材をさらに備え、
前記第４部材は、前記発光部と前記第２部材との間にある、構成１８記載の電子放出素子。
（構成２０）
前記第４部材はダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２部材に含まれる前記ダイヤモンド部材は、Ｂ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含み、
前記第４部材に含まれる前記ダイヤモンド部材は前記第１元素を含まない、または、前記第４部材に含まれる前記ダイヤモンド部材における前記第１元素の濃度は、前記第２部材に含まれる前記ダイヤモンド部材における前記第１元素の濃度よりも低い、構成１９記載の電子放出素子。
前記第４部材はダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２部材に含まれる前記ダイヤモンド部材は、Ｂ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含み、
前記第４部材に含まれる前記ダイヤモンド部材は前記第１元素を含まない、または、前記第４部材に含まれる前記ダイヤモンド部材における前記第１元素の濃度は、前記第２部材に含まれる前記ダイヤモンド部材における前記第１元素の濃度よりも低い、構成１９記載の電子放出素子。
（構成２１）
前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
光が前記第１面から前記第２部材に入射し、
前記光に応じた電子が前記第１面から放出される、構成１記載の電子放出素子。
前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
光が前記第１面から前記第２部材に入射し、
前記光に応じた電子が前記第１面から放出される、構成１記載の電子放出素子。
（構成２２）
前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
前記第２部材は、第３面及び第４面を含み、
前記第３面は、前記第４面と前記第１部材との間にあり、
光が前記第４面から前記第２部材に入射し、
前記光に応じた電子が前記第１面から放出される、構成１記載の電子放出素子。
前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
前記第２部材は、第３面及び第４面を含み、
前記第３面は、前記第４面と前記第１部材との間にあり、
光が前記第４面から前記第２部材に入射し、
前記光に応じた電子が前記第１面から放出される、構成１記載の電子放出素子。
実施形態によれば、効率を向上できる電子放出素子が提供できる。
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、電子放出素子に含まれる第１部材、第２部材、第３部材、第４部材、基体及び電極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。
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。
その他、本発明の実施の形態として上述した電子放出素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電子放出素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
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。
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れる。
１０…第１部材、 １１、１２…第１、第２面、 １５…半導体部材、 １５ａ、１５ｂ…第１、第２領域、 １７…容器、 １８…外部領域、 ２０…第２部材、 ２３、２４…第３、第４面、 ２５…ダイヤモンド部材、 ３０…第３部材、 ４０…第４部材、 ４５…ダイヤモンド部材、 ５０…基体、 ６１…光、 ６２…電子、 ６３…ホール、 ７０…発光部、 ７５…電極、 １１０～１１６、１２０～１２２、１３０…電子放出素子、 Ｅｃ、Ｅｇ、Ｅｖ…エネルギー、 Ｖａｃ…エネルギーレベル、 ｔ１、ｔ２…厚さ
Claims (19)
- ｎ形の半導体部材を含む第１部材と、
ｐ形のダイヤモンド部材を含む第２部材であって、前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、前記第２部材と、
を備え、
前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記半導体部材は、Ａｌ及びＧａよりなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記半導体部材は、
第１領域及び第２領域を含み、
前記第２領域は、前記第２部材と前記第１領域との間にあり、
前記第２領域におけるＡｌの組成比は、前記第１領域におけるＡｌの組成比よりも高い、電子放出素子。 - ｎ形の半導体部材を含む第１部材と、
ｐ形のダイヤモンド部材を含む第２部材であって、前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、前記第２部材と、
第３部材と、
を備え、
前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に設けられ、
前記第３部材は、ＳｉＣを含む、電子放出素子。 - ｎ形の半導体部材を含む第１部材と、
ｐ形のダイヤモンド部材を含む第２部材であって、前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、前記第２部材と、
第３部材と、
を備え、
前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に設けられ、
前記半導体部材は、Ａｌ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第３部材は、Ｉｎ及びＧａと、窒素と、を含む、電子放出素子。 - ｎ形の半導体部材を含む第１部材と、
ｐ形のダイヤモンド部材を含む第２部材であって、前記ダイヤモンド部材は、ダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、前記第２部材と、
発光部と、
光透過性の第４部材と、
を備え、
前記半導体部材は、第１材料、第２材料及び第３材料よりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１材料は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選択された少なくとも１つと、窒素と、を含み、
前記第２材料は、ＺｎＯ及びＺｎＭｇＯからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３材料は、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＮａｘＷＯ３、Ｚｎ２Ｏ３、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５及びＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２部材は、前記発光部と前記第１部材との間に設けられ、
前記第４部材は、前記発光部と前記第２部材との間にある、電子放出素子。 - 前記第４部材はダイヤモンド及びグラファイトよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２部材に含まれる前記ダイヤモンド部材は、Ｂ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つの第１元素を含み、
前記第４部材に含まれる前記ダイヤモンド部材は前記第１元素を含まない、または、前記第４部材に含まれる前記ダイヤモンド部材における前記第１元素の濃度は、前記第２部材に含まれる前記ダイヤモンド部材における前記第１元素の濃度よりも低い、請求項４記載の電子放出素子。 - 入射した光に応じて電子を放出する、請求項１～５のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記光のピーク波長は、３００ｎｍ以下である、請求項６記載の電子放出素子。
- 前記光のピーク波長は、２１０ｎｍ以下である、請求項６記載の電子放出素子。
- 前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
前記電子は、前記第１面から放出される、請求項６～８のいずれか１つに記載の電子放出素子。 - 前記半導体部材は、多結晶を含み、
前記多結晶は、前記第１材料、前記第２材料及び前記第３材料よりなる群から選択された前記少なくとも１つを含む、請求項１～９のいずれか１つに記載の電子放出素子。 - 前記第２部材は、ダイヤモンドの多結晶を含む、請求項１～１０のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記第２部材から前記第１部材への第１方向に沿う前記第１部材の厚さは、１０ｎｍ以下である、請求項１～１１のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記第２部材から前記第１部材への第１方向に沿う前記第２部材の厚さは、３０ｎｍ以下である、請求項１～１１のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記半導体部材は、分極を有する、請求項１～１３のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 基体をさらに備え、
前記第２部材は、前記基体と前記第１部材との間に設けられた、請求項１～１４のいずれか１つに記載の電子放出素子。 - 前記半導体部材は、前記第１材料を含み、
前記第１材料は、Ｍｇ、Ｚｎ及びＣの少なくともいずれかを含む、請求項１～１５のいずれか１つに記載の電子放出素子。 - 前記第１部材は、島状である、請求項１～１６のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
光が前記第１面から前記第２部材に入射し、
前記光に応じた電子が前記第１面から放出される、請求項１～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。 - 前記第１部材は、第１面及び第２面を含み、
前記第２面は、前記第２部材と前記第１面との間にあり、
前記第２部材は、第３面及び第４面を含み、
前記第３面は、前記第４面と前記第１部材との間にあり、
光が前記第４面から前記第２部材に入射し、
前記光に応じた電子が前記第１面から放出される、請求項１～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。
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