JPH01209643A - 電子ビーム発生装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子ビーム発生装置の駆動方法に関し、特に固
体電子ビーム発生装置を用いた電子ビーム発生装置の駆
動方法に関するものである。

［従来の技術］ 固体電子ビーム発生装置として、半導体中に形成された
異種接合に電界を印加して半導体表面から外部に電子ビ
ームを放出させる装置が知られている。

例えば特公昭５４−３０２７４号公報には、ＡρＰとＧ
ａＰの混晶に形成したｎ−ｐ接合に順方向電圧を印加し
てＰ型領域の表面から電子を放出させる装置が開示され
ている。特開昭５４−１１１２７２号公報には半導体表
面の絶縁層に設けた開口内に少くとも一部を露出させた
ｐ−ｎ接合に逆方向電圧を印加し、かつ開口の縁まで絶
縁層に加速電極を設けている固体電子ビーム発生装置が
、また特開昭５ｆ（−１５５２９号公報には、半導体表
面の絶縁層に設けた開口部の縁部に加速電極を設け、開
口内で半導体表面に平行に伸長しているｐ−ｎ接合に逆
方向電圧を加えて半導体外部に電子を放出させる半導体
装置が開示され、またこれら特開昭５４−１１１２７２
号公報、特開昭５１３−１５５２９号公報にはそれぞれ
半導体基板上に集積された電子ビーム発生装置が開示さ
れている。また特開昭５７−３８５２８号公報には、ｐ
−ｎ接合に順方向バイアス電圧をかけて半導体表面から
電子を放出させる素子を半導体基板上に集積させたマル
チ冷電子放出陰極が開示されている。

これらの、固体電子ビーム発生装置は、小型でかつｐ−
ｎ接合に印加する電圧により電子放出を変調できる等の
多くの利点を有する。小型化できる利点をいかし、複数
個の電子ビームを配置した装置が考えられるが、その電
子ビーム発生装置を駆動するための配線が複雑になり問
題点となっていた。

一方、Ｄ、　Ｊ、　Ｂａｒｔｅｌｉｎｇ、　Ｊ、　Ｌ、
　Ｍａｉｌ、　Ｎ、　Ｉ。

Ｍｅｙｅｒ　らは、Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　Ｖｏｌ、　
１３０　Ｎｕｍｂｅｒ　３（１９６３）　９７２〜９８
５の中で、ｐ−ｎ接合に逆方向電圧を印加し、電子なだ
れを起こし、電子を発生させる場合、Ｐ型頭域に光を照
射し、電子を励起し、駆動することもできると報告して
いる。しかし、前記励起用の光は、電子ビーム放出側か
ら入射しており、電子ビーム上大きな制約となっていた
。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述した従来例の欠点を除去し、多電子ビー
ムの駆動を複雑な配線を行なわずに実行できる方法を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］このような目
的を達成するために、本発明の多電子ビーム発生装置の
駆動方法は、基板上に設けられた下部電極と該電極上に
輻射線の照射により電気的に高抵抗状ｊｌＨから低抵抗
状ＩＥへ遷移する複数の光スイッチング領域に区分され
た光スイッチング層と該スイッチング層の上に絶縁性薄
膜、さらに上部電極を積層した多電子ビーム発生装置の
下部電極と上部電極との間に電圧を印加しておき、基板
側から光を入射して光入射領域の反対側の電極面から電
子ビームを発生させることを特徴とする。

本発明によれば光により、多電子ビーム発生装置のアド
レスを行なうことにより、電子ビーム発生用の配線がき
わめて単純化され、また非接触で電子ビームを駆動でき
る。またさらに前記光スイッチング特性にメモリ効果を
付与することも可能で機能性に優れている 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明が対象とす２多電子ビーム発生装置の断
面を示す図である。第１図において、ｌは光スイッチン
グ特性を示す半導体層で、例えば光導電性を示すアモル
ファスシリコン（ａ−９ｉ）。

ＣｄＳｅ、　ＣｄＳ、　ＺｎＳ等の薄膜を用いることが
できる。

２は絶縁性薄膜で、該絶縁性薄膜に均一な電界が印加さ
れるようにパターニングした導電層３を本実施例におい
ては設けている。４は下部電極で５ｎ０２．　ＩＴＯな
どからなる透明電極が好ましいが、Ａｉｌ、　Ａｕ、　
Ｐｔなどの金属を半透明状に蒸着した金属電極等も用い
ることができる。５は上部電極、６は絶縁層例えば５ｎ
０２等、７は電子加速用電極である。

次に、本発明の素子の動作原理について説明する。本素
子は、駆動回路ＤＣにより、上部・下部電極間に順バイ
アスが印加されている。この印加電圧は、ＨＩＭ構造部
（３／２／４で構成）から電子放出が生じ始めるしきい
値電圧よりやや高くセットされている。第１図に示す如
く、基板８側から入射した光りは、下部電極４を透過し
、半導体層１を低抵抗状態にスイッチする。その結果素
子に印加されている電界がＨＩＭ構造部に全て印加され
るようになり、絶縁性薄膜２をトンネルした電子は上部
電極を通りぬけ、さらに加速電極により生じる電界によ
り加速され電子ビームＥＢが放出される。

しかし絶縁性薄膜のポテンシャル障壁を電子がトンネル
できる長さは非常に短いため、絶縁性１１ル１１りはＩ
ｔｆｌＦｌ膜であること、即ちその膜厚が数Ａ−数百人
の範囲、好ましくは２００Ａ以下、更に好ましくは１０
０　Ａ以下であり５Ａ以上である。更に係る絶縁性薄膜
面内及び膜厚方向の均質性の有無は、素子特性及びその
安定性に著しい影響を与えるので注意を要する。

本発明の好ましい具体例における絶縁性薄膜の最適成膜
法としてＬＢ法を挙げることができる。

このＬＢ法によれば、１分子中に疎水性部位と親水性部
位とを有する有機化合物の単分子膜、またはその累積膜
を任意の電極上乃至は任意の電極を含む任意の基板上に
容易に形成することができ、分子長オーダーの膜厚を有
し、かつ大面績に亘って均一、均質な有機超薄膜を安定
に供給することができる。

ＬＢ法は、分子内に親木性部位と疎水性部位とを有する
構造に於いて両者のバランス（両親媒性のバランス）が
適度に保たれている時、分子は水面上で親木基を下に向
けて単分子の層になることを利用して単分子膜またはそ
の累積膜を作成する方法である。

疎水性部位を構成する基としては、一般に広く知られて
いる飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環芳香族基及び
鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げられる。これ
らは各々単独またはその複数が組み合わされて疎水性部
分を構成する。一方親木性部分の構成要素として最も代
表的なものは、例えばカルボキシル基、エステル基、酸
アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、スルホニル基、
＋）ンｍ）Ｓ、７ミ／２Ｌ’　（１，２，３及び４級）
等の親木基を挙げる事ができる。

これらの疎水性基と親木性基をバランスよく併有する分
子であれば、水面上で単分子膜を形成することが可能で
ある。一般的にはこれらの分子は絶縁性の単分子膜を形
成し、よって単分子累積膜も絶縁性を示すことから本発
明に対し極めて好適な材料といえる。−例としては下記
の如き分子を挙げることができる。

（１）π電子準位を有する分子 フタロシアニン、テトラフェニルポルフィリン等のポル
フィリン骨格を有する色素、スクアリリウム基及びクロ
コニックメチン基を結合鎖としてもつアズレン系色素及
びキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等
の２ケの含窒素複素環、スクアリリウム基及びクロコニ
ックメチンノ、（により結合したシアニン系類似の色素
、またはシアニン色素、アントラセン、ピレン等の縮合
多環芳香族及び芳香環乃至複素環化合物が縮合した鎖状
化合物など。

（２）高分子化合物 ポリイミド誘導体、ポリアミツタ酸誘導体、ポリアミド
誘導体各種フマル酸共重合体、各種マレイン酸共重合体
、ポリアクリル酸誘導体、各種アクリル酸共重合体、ポ
リジアセチレン誘導体、各種ビニル化合物２合成ポリペ
プチド類、バクテリオロドプシンやチトクロームＣの如
き生体高分子化合物など。

（３）脂肪酸類 長鎖アルキル基を有するカルボン酸及びカルボン酸塩乃
至はこれらのフッ素置換体、少なくとも一本の長鎖アル
キル基を有するエステル、スルホン酸及びこれの塩、リ
ン酸及びこれの塩乃至はこれらのフッ素置換体など。

これらの化合物の内、特に耐熱性の観点からは高分子化
合物の利用或いはフタロシアニン笠の大環状化合物の使
用が望ましく、殊にポリイミド類、ポリアクリル酸類、
各種フマル酸共重合体。

或いは各種マレイン酸共重合体等の高分子材料を使用す
れば係る耐熱性に優れるばかりでなく１層当りの膜厚を
５Ａ程度にできる。

本発明では、上記以外でもＬＨ法に適している材料であ
れば本発明に好適なのは言うまでもない、また薄く均一
な膜が形成できればＬＢ法以外の方法、例えば蒸着法、
分子線エピタキシー、電解重合法等も適用可能である。

またさらには有機に限らず無機材料で形成されてもよい
。

一方、導電性材料および電極材料も高い伝導性を有する
ものであれば良く、例えばＡｕ、　Ｐｔ、　Ａｇ。

Ｐｄ、　ＡＰ、　Ｉｎ、　Ｓｎ、　Ｐｂなどの金属やこ
れらの合金例えばＬａＢ６．Ｔｉｅ、さらにはグラファ
イトやシリサイド、またさらにはＩＴＯなどの導電性酸
化物を始めとして数多くの材料が挙げられ、これらの本
発明への適用が考えられる。但し、ここで注意を要する
のは本発明におけるＨＩＭ構造作成において該ＬＢ膜上
の電極形成の際、ＬＢ層に損傷を与えてはならず、その
ためには高温（＞１００°Ｃ）を要する製造或いは処理
工程を避ける。

またさらには、トンネル電子を上部電極外へ取り出すた
めには電極の厚さは５００八以下が好ましく、更には２
００八以下が好適である。

以上、述べてきた材料を用いて本発明の素子は従来公知
の薄膜技術を用いて作製できる。

電子ビーム発生素子としては、第２図に示すものでもよ
い。第２図に示す素子は、下部電極４と導電層３の間に
配置した絶縁性薄膜、導電性薄膜（または゛ト導電性薄
膜）と絶縁性薄膜からなる交互積層構造体とが設けられ
た光スイッチング部位を有することが異なるが、動作原
理は第１図に示した素子と同様である。本素子の場合、
光スイッチング部位の０Ｎ１０ＦＦ比が１０６程度と高
く、ＯＮ状態での電流値を高くとることができるため、
電子ビームの電流値も高くすることが可能である。

［実施例］ 以下、本発明の実施例の一つについて第３図を用いて説
明する０本実施例は、第１図または第２図で説明した光
電子ビーム変換素子をマトリックス状に配置したもの（
ＷＥＢ！Ｊ）である。従来、この光電子ビーム変換素子
を複数個集積化し、各々を独立に駆動する場合、各素子
への配線が複雑になり、これが高集積化をはばむ原因と
なっていた。

本素子の場合、複数個の光電子ビーム変換素子ＭＥＢＳ
は光入力側に共通の下部電極４が設けられ、一方、電子
ビーム出射側に共通の上部電極５が設けられているだけ
でそれぞれ電子ビーム源に対応した中間電極としてのパ
ターニングされた導電層の設けられた開口部１２が設け
られている。共通の下部電極４と共通上部電極５との間
に導電層と上部電極とで構成されたに■翼構造部位より
電子放出が起こる電圧よりわずかに大きい電圧が印加さ
れており、各電子ビームの放出は、その電子ビーム源に
対応した基板側に光が入力された時生じるようになって
いる。第３図に示す如く、光Ｌｌｌが入射した電子ビー
ム発生素子から電子ビームＥＢＩＩが、同様に光Ｌｍｎ
に対して電子ビームＥＢｔｎが放出される。

［発明の効果］ 以上説明したように、光により、多電子ビーム発生装置
のアドレスを行なうことにより、電子ビーム発生用の配
線がきわめて単純化され、また非接触で電子ビームを駆
動できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム発生素子の断面図、第２図は他の電
子ビーム発生素子の断面図、第３図は本発明の実施例を
示す斜視図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に設けられた下部電極と、該電極上に輻射
   線の照射により電気的高抵抗状態から低抵抗状態へ遷移
   する複数の光スイッチング領域に区分された光スイッチ
   ング層と該スイッチング層上に絶縁性薄膜、さらに上部
   電極を積層した多電子ビーム発生装置の、前記下部電極
   と前記上部電極との間に電圧を印加しておき、前記下部
   電極側から光を入射して光入射領域の反対側の電極面か
   ら電子ビームを発生させることを特徴とする電子ビーム
   発生装置の駆動方法。
2. （２）前記基板および前記下部電極が輻射線に対し、透
   明あるいは半透明である特許請求の範囲第１項記載の電
   子ビーム発生装置の駆動方法。