JPH021327B2 - - Google Patents
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- JPH021327B2 JPH021327B2 JP5306681A JP5306681A JPH021327B2 JP H021327 B2 JPH021327 B2 JP H021327B2 JP 5306681 A JP5306681 A JP 5306681A JP 5306681 A JP5306681 A JP 5306681A JP H021327 B2 JPH021327 B2 JP H021327B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/308—Semiconductor cathodes, e.g. cathodes with PN junction layers
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明の技術分野は先行技術で負電子親和装置
として知られている、冷陰極または固体電子放出
装置の分野である。かかる装置に於ては、半導体
の様なデバイス材の物理的特性の結果として電子
が放出される。その様な装置は電子を叩き出すた
めに熱イオン放出を用いる先行技術の電子ソース
につきものの、熱的な問題およびそれに関連する
電気的問題が回避される。
として知られている、冷陰極または固体電子放出
装置の分野である。かかる装置に於ては、半導体
の様なデバイス材の物理的特性の結果として電子
が放出される。その様な装置は電子を叩き出すた
めに熱イオン放出を用いる先行技術の電子ソース
につきものの、熱的な問題およびそれに関連する
電気的問題が回避される。
固体冷陰極ないし電子放出ソースは、先行技術
では、電子を半導体構造中に存在する正孔−電子
対から半導体表面の半導体中の励起電子よりも小
さな仕事関数を持つ物質領域を通つて周囲の真空
中に導びく技術を用いて組立てられていた。仕事
関数の小さな物質は先行技術では負電子親和物質
（低電子親和物質）として知られている。かかる
構造の１つは、米国特許第4040074号明細書中に
見出されるが、この場合は、小さな仕事関数をも
つ物質領域の周りの半導体表面上に配置された絶
縁材を用いて制限領域電子放出が実現されてい
る。もう１つのかかる構造が、Applied Physics
Letters、第20巻第10号、1972年５月15日刊に示
されている。この構造では電流が拡散領域を使用
して装置内の小さな領域に閉じ込められ、次に上
側の異層（heterolayer）から、閉じ込められた
電流の面積と同じ寸法の陰電子親和物質の面積を
通つて放出が起こる。
では、電子を半導体構造中に存在する正孔−電子
対から半導体表面の半導体中の励起電子よりも小
さな仕事関数を持つ物質領域を通つて周囲の真空
中に導びく技術を用いて組立てられていた。仕事
関数の小さな物質は先行技術では負電子親和物質
（低電子親和物質）として知られている。かかる
構造の１つは、米国特許第4040074号明細書中に
見出されるが、この場合は、小さな仕事関数をも
つ物質領域の周りの半導体表面上に配置された絶
縁材を用いて制限領域電子放出が実現されてい
る。もう１つのかかる構造が、Applied Physics
Letters、第20巻第10号、1972年５月15日刊に示
されている。この構造では電流が拡散領域を使用
して装置内の小さな領域に閉じ込められ、次に上
側の異層（heterolayer）から、閉じ込められた
電流の面積と同じ寸法の陰電子親和物質の面積を
通つて放出が起こる。
しかしながら、現在の技術状態では正孔−電子
対の有効発生および放出領域への電子運搬に対す
る制限のために、この種の装置の輝度には限界が
ある。
対の有効発生および放出領域への電子運搬に対す
る制限のために、この種の装置の輝度には限界が
ある。
本発明は電子制限バリアをもつ半導体構造に関
するものである。バリア中に半導体を露出する開
口が設けられており、半導体の露出部分と接触す
る位置には、負電子親和物質が設けられている。
半導体は、長いキヤリア寿命及び拡散長さが付与
されている。
するものである。バリア中に半導体を露出する開
口が設けられており、半導体の露出部分と接触す
る位置には、負電子親和物質が設けられている。
半導体は、長いキヤリア寿命及び拡散長さが付与
されている。
この構造により、半導体で発生した正孔−電子
対からの非平衡電子はバリアによつて撃退され、
再結合が妨げられて負電子親和物質を含む開口に
達するまで半導体中に閉じ込められ、この開口か
ら周囲の環境中に放出される。半導体の「キヤリ
ア寿命」特性が長く、「拡散長さ」特性が長いほ
ど開口に達して周囲の環境中に放出される電子の
量は多くなる。電子が放出されるとき、開口付近
に濃度傾斜が現われ、電子を開口の方向に掃引す
る働きをする。
対からの非平衡電子はバリアによつて撃退され、
再結合が妨げられて負電子親和物質を含む開口に
達するまで半導体中に閉じ込められ、この開口か
ら周囲の環境中に放出される。半導体の「キヤリ
ア寿命」特性が長く、「拡散長さ」特性が長いほ
ど開口に達して周囲の環境中に放出される電子の
量は多くなる。電子が放出されるとき、開口付近
に濃度傾斜が現われ、電子を開口の方向に掃引す
る働きをする。
この構造は、このようにして半導体中のエネル
ギーを基本的に単一エネルギーの電子ビーム・ソ
ースに転換する。この電子ビームは、精密に偏向
及び集束させて、高輝度電子ソース、デジタル通
信並びに計器及びブラウン管表示電子ソースなど
の装置に使用することができる。
ギーを基本的に単一エネルギーの電子ビーム・ソ
ースに転換する。この電子ビームは、精密に偏向
及び集束させて、高輝度電子ソース、デジタル通
信並びに計器及びブラウン管表示電子ソースなど
の装置に使用することができる。
構造の各要素は、組合さつて働らき誘電キヤリ
ア電流に放出領域よりも大きな領域が与えられ、
放出される電流の密度がより大きくなる条件を実
現する。
ア電流に放出領域よりも大きな領域が与えられ、
放出される電流の密度がより大きくなる条件を実
現する。
第１図を参照すると、良好な電子寿命及び良好
な拡散長さという特性をもつ半導体装置本体１が
示されている。
な拡散長さという特性をもつ半導体装置本体１が
示されている。
半導体本体上に層２が塗布され電子を半導体材
料に閉じ込めるように働らくバリア３を半導体本
体１と共に形成している。このバリアは、電子の
流れを妨げ界面でのキヤリアの再結合を阻止す
る。バリア３を形成する層２は、同じ物質中でド
ーピング・レベルの差がある、原子的に互換性の
領域としてもよく、また異接合ないし電子反発界
面を形成するより大きなバンド・ギヤツプをもつ
別の半導体材料としてもよい。バリアの高さは無
視できる数の電子しか、バリアを乗越えるに充分
な熱エネルギーをもてないようなものにすべきで
ある。先行技術での測定水準KTの４倍の大きさ
で充分である。ただしＫは、ボルツマン定数、Ｔ
は絶対温度である。
料に閉じ込めるように働らくバリア３を半導体本
体１と共に形成している。このバリアは、電子の
流れを妨げ界面でのキヤリアの再結合を阻止す
る。バリア３を形成する層２は、同じ物質中でド
ーピング・レベルの差がある、原子的に互換性の
領域としてもよく、また異接合ないし電子反発界
面を形成するより大きなバンド・ギヤツプをもつ
別の半導体材料としてもよい。バリアの高さは無
視できる数の電子しか、バリアを乗越えるに充分
な熱エネルギーをもてないようなものにすべきで
ある。先行技術での測定水準KTの４倍の大きさ
で充分である。ただしＫは、ボルツマン定数、Ｔ
は絶対温度である。
半導体の一部を露出する開口４が設けられてお
り、そこから電子が周囲の環境中に逃げる。漏出
電子６によつて、半導体１中で開口４の付近で濃
度勾配が形成され、それが電子を開口４の方へ移
動させる働きをする。
り、そこから電子が周囲の環境中に逃げる。漏出
電子６によつて、半導体１中で開口４の付近で濃
度勾配が形成され、それが電子を開口４の方へ移
動させる働きをする。
開口４中に露出された結晶１の表面は、並列に
働らいて負電子親和表面をもたらし開口４中の結
晶１の露出表面に達した全ての電子が矢印６で示
すような単一エネルギー性電子として環境中に放
出されるようにする物質５で覆われている。
働らいて負電子親和表面をもたらし開口４中の結
晶１の露出表面に達した全ての電子が矢印６で示
すような単一エネルギー性電子として環境中に放
出されるようにする物質５で覆われている。
第２図には、バリア３が、半導体本体１の全体
の周りに拡がり、物質５を含む開口４が、半導体
１の全体にとつて電子が開口４に達するような電
子径路が物質中にできるように配置されている、
構造が図示してある。このような構造は最大の輝
度及び最も有効な電子ソースをもたらすものであ
る。電子放出装置については輝度の語を、１ステ
ラジアン当り１立方センチメートル当りの強度と
定義することができる。
の周りに拡がり、物質５を含む開口４が、半導体
１の全体にとつて電子が開口４に達するような電
子径路が物質中にできるように配置されている、
構造が図示してある。このような構造は最大の輝
度及び最も有効な電子ソースをもたらすものであ
る。電子放出装置については輝度の語を、１ステ
ラジアン当り１立方センチメートル当りの強度と
定義することができる。
第３図には、第２図についてのエネルギー準位
図が図示してあるが、これは構造中のキヤリアに
対するエネルギーの影響の指標となるものであ
る。第３図において、伝導帯は開口４の領域を除
き、層２によつて覆われている全ての領域よりも
高い。その結果電子制限バリアとなる。良好なバ
リアの高さは少なくとも4KTである。
図が図示してあるが、これは構造中のキヤリアに
対するエネルギーの影響の指標となるものであ
る。第３図において、伝導帯は開口４の領域を除
き、層２によつて覆われている全ての領域よりも
高い。その結果電子制限バリアとなる。良好なバ
リアの高さは少なくとも4KTである。
半導体本体１、層２及びバリア３の構造は次の
ようにして製造することができる。１例として磁
化ガリウム結晶中で、同じ伝導性をもつ異なるド
ーピングによつてバリア３を実現する場合には、
本体１は1016／cm3にドープし、バリア層は108〜
109／cm3にドープする。より大きなバンド・ギヤ
ツプ（禁止帯幅）を層２に与えることによつてバ
リア３を実現しようとする第二の場合には２つの
実例がある。第１の例では本体を砒化ガリウム結
晶とし、層２は原子的に互換性の砒化リン化イン
ジウムの本体１上にリン化インジウムの層２を作
つて、界面にバリア３を形成することができる。
ようにして製造することができる。１例として磁
化ガリウム結晶中で、同じ伝導性をもつ異なるド
ーピングによつてバリア３を実現する場合には、
本体１は1016／cm3にドープし、バリア層は108〜
109／cm3にドープする。より大きなバンド・ギヤ
ツプ（禁止帯幅）を層２に与えることによつてバ
リア３を実現しようとする第二の場合には２つの
実例がある。第１の例では本体を砒化ガリウム結
晶とし、層２は原子的に互換性の砒化リン化イン
ジウムの本体１上にリン化インジウムの層２を作
つて、界面にバリア３を形成することができる。
第１図及び第２図の構造により、半導体本体１
中で発生した正孔−電子対からの電子は半導体中
に閉じ込められ、矢印７のように移動して垂孔４
の所で露出表面に対し、そこで負電子親和物質５
がそれを環境中に放出するように働らく。電子は
基本的に単一エネルギーとして放出されるが、こ
れを矢印６として概略的に示してある。拡散距離
内にある全ての電子は、キヤリア寿命の間に開口
４まで移動することができるが、それに加えて出
発した電子は半導体本体１中に濃度勾配を形成
し、それが電子を矢印７の方向に治つて開口４の
方へと移動させる働きをする。
中で発生した正孔−電子対からの電子は半導体中
に閉じ込められ、矢印７のように移動して垂孔４
の所で露出表面に対し、そこで負電子親和物質５
がそれを環境中に放出するように働らく。電子は
基本的に単一エネルギーとして放出されるが、こ
れを矢印６として概略的に示してある。拡散距離
内にある全ての電子は、キヤリア寿命の間に開口
４まで移動することができるが、それに加えて出
発した電子は半導体本体１中に濃度勾配を形成
し、それが電子を矢印７の方向に治つて開口４の
方へと移動させる働きをする。
半導体１中で発生した正孔−電子対からの電子
は、バリア３によつて撃退され、先行技術の構造
では限界であつた半導体本体１と外側層の界面で
の再結合が本発面の構造によつて妨げられる。
は、バリア３によつて撃退され、先行技術の構造
では限界であつた半導体本体１と外側層の界面で
の再結合が本発面の構造によつて妨げられる。
次に第４図には該構造から電子を放出する働き
をするエネルギー準位の指標であるエネルギー準
位図が図示してある。4KTと記したバリアは、
開口４以外の個所でキヤリアを閉じ込める働きを
する。開口領域４では半導体本体１のフエルミ準
位と伝導体の間のエネルギー差よりも小さな仕事
関数をもつ負電子親和物質５に対する要件は「作
業関数」特性φSが半導体本体１の伝導体のエネル
ギー準位Ec−フエルミ・エネルギー準位Efよりも
小さいことである。この関数を式で表わすと、方
程式１となる。
をするエネルギー準位の指標であるエネルギー準
位図が図示してある。4KTと記したバリアは、
開口４以外の個所でキヤリアを閉じ込める働きを
する。開口領域４では半導体本体１のフエルミ準
位と伝導体の間のエネルギー差よりも小さな仕事
関数をもつ負電子親和物質５に対する要件は「作
業関数」特性φSが半導体本体１の伝導体のエネル
ギー準位Ec−フエルミ・エネルギー準位Efよりも
小さいことである。この関数を式で表わすと、方
程式１となる。
方程式１ Ec−Ef＞φS
電子は負電子親和物質５中を通過するため、厚
さが単層コーテイングのオーダーとなることがし
ばしばである。
さが単層コーテイングのオーダーとなることがし
ばしばである。
部材１として選択される半導体材料は、単結晶
性Ｐ伝導型砒化ガリウムとすることができ、また
バリア層材料２は、エピタキシヤルＰ伝導型砒化
ガリウム・アルミニウムとすることができ、これ
らは大きさが約4KTのヘテロＰ−Ｐ接合バリア
３を形成する。孔４は、直径１ミクロンとし、負
電子親和物質５として酸化セシウムを含むように
することができる。
性Ｐ伝導型砒化ガリウムとすることができ、また
バリア層材料２は、エピタキシヤルＰ伝導型砒化
ガリウム・アルミニウムとすることができ、これ
らは大きさが約4KTのヘテロＰ−Ｐ接合バリア
３を形成する。孔４は、直径１ミクロンとし、負
電子親和物質５として酸化セシウムを含むように
することができる。
次に第５図を参照すると、本発明の構造は、集
積回路技術を用いて製造することができる。その
場合、本体１は半導体結晶であり、頂面と底面に
バリア物質２がついている。技術において標準的
な半導体ウエハを使用して、広い面積のバリア３
を頂面及び面に形成することができる。更に、
個々の装置を絶縁するものとして示してある物質
２Ａは、本発明によれば、拡散ドーピングまたは
イオン注入ドーピングあるいはバンド・ギヤツプ
がより大きな物質とすることができる。
積回路技術を用いて製造することができる。その
場合、本体１は半導体結晶であり、頂面と底面に
バリア物質２がついている。技術において標準的
な半導体ウエハを使用して、広い面積のバリア３
を頂面及び面に形成することができる。更に、
個々の装置を絶縁するものとして示してある物質
２Ａは、本発明によれば、拡散ドーピングまたは
イオン注入ドーピングあるいはバンド・ギヤツプ
がより大きな物質とすることができる。
第５図の構造はバリア層材料２として砒化ガリ
ウム・アルミニウムなどの物質を使用し、半導体
本体１として単結晶性砒化ガリウムを使用して、
バリア３に対する異接合をエピタキシヤルに成長
させることによつて製造できる。絶縁バリア２Ａ
は、イオン注入または適当なレベルのドーピング
によつて実現できる。
ウム・アルミニウムなどの物質を使用し、半導体
本体１として単結晶性砒化ガリウムを使用して、
バリア３に対する異接合をエピタキシヤルに成長
させることによつて製造できる。絶縁バリア２Ａ
は、イオン注入または適当なレベルのドーピング
によつて実現できる。
次に層２中に望みの数の開口４を標準的フオト
リソグラフイ技術によつて実現することができ
る。孔４を備えたバリア物質２の形成が完了する
と、標準的蒸着技術によつて孔４を負電子親和物
質５で充填する。負電子親和物質の若干の例は酸
化セシウム、フツ化セシウム及び酸化ルビジウム
である。
リソグラフイ技術によつて実現することができ
る。孔４を備えたバリア物質２の形成が完了する
と、標準的蒸着技術によつて孔４を負電子親和物
質５で充填する。負電子親和物質の若干の例は酸
化セシウム、フツ化セシウム及び酸化ルビジウム
である。
次に第６図には、半導体本体１中の正孔−電子
対が光照射によつて発生する本発明の装置の図が
示してある。バリア層材料２が開口４を除いて半
導体本体１を取囲んでおり、開口４は、本体１の
表面と接触して負電子親和物質５を含んでいる。
電気的接触のために抵抗の小さい領域８には、外
側電極９がついている。電池１０が、真空など周
りの環境中で半導体１とグリツド１１の間に帯電
をもたらしている。放出された電子は矢印６で示
してある。
対が光照射によつて発生する本発明の装置の図が
示してある。バリア層材料２が開口４を除いて半
導体本体１を取囲んでおり、開口４は、本体１の
表面と接触して負電子親和物質５を含んでいる。
電気的接触のために抵抗の小さい領域８には、外
側電極９がついている。電池１０が、真空など周
りの環境中で半導体１とグリツド１１の間に帯電
をもたらしている。放出された電子は矢印６で示
してある。
操作にあたつては、半導体１に光１２を照射す
ると、正孔−電子対が発生する。光の波長はバリ
ア物質２を透過し、本体１中で、吸収されて正孔
−電子対を形成する値である。正孔は、物質２及
び外側回路中を移動する多数キヤリアであり、一
方電子はバリア３によつて撃退される。これらの
条件の下で、正孔は電極９の方向に移動し、電子
は開口４へと移動して放出される。
ると、正孔−電子対が発生する。光の波長はバリ
ア物質２を透過し、本体１中で、吸収されて正孔
−電子対を形成する値である。正孔は、物質２及
び外側回路中を移動する多数キヤリアであり、一
方電子はバリア３によつて撃退される。これらの
条件の下で、正孔は電極９の方向に移動し、電子
は開口４へと移動して放出される。
光１２が広帯域ソースである場合は、装置は、
層２のバンド・ギヤツプより小さく本体１のバン
ド・ギヤツプより大きいかまたはそれに等しい光
学エネルギーに対してのみ電子を放出するが、そ
の時に帯域通過フイルターとして働くように装置
のパラメータを選択することができる。
層２のバンド・ギヤツプより小さく本体１のバン
ド・ギヤツプより大きいかまたはそれに等しい光
学エネルギーに対してのみ電子を放出するが、そ
の時に帯域通過フイルターとして働くように装置
のパラメータを選択することができる。
ある実施例では、半導体本体は、ドーピング・
レベルが約1016のＰ伝導型砒化ガリウム結晶であ
る。層２は、ドーピング・レベルが約1016以上の
Ｐ伝導型砒化ガリウム・アルミニウムである。層
８はドーピング・レベルが1019以上のより高伝導
性のP+砒化ガリウムである。負電子親和物質５
は酸化セシウムである。半導体本体の幅は50ミク
ロンまでの付近、厚さは２ミクロン前後、孔４の
寸法は１ミクロン前後またはそれ以上である。
レベルが約1016のＰ伝導型砒化ガリウム結晶であ
る。層２は、ドーピング・レベルが約1016以上の
Ｐ伝導型砒化ガリウム・アルミニウムである。層
８はドーピング・レベルが1019以上のより高伝導
性のP+砒化ガリウムである。負電子親和物質５
は酸化セシウムである。半導体本体の幅は50ミク
ロンまでの付近、厚さは２ミクロン前後、孔４の
寸法は１ミクロン前後またはそれ以上である。
次に第７図を参照する。電気的注入によつて正
孔−電子対を発生するように適合させた本発明の
構造の図が示してある。
孔−電子対を発生するように適合させた本発明の
構造の図が示してある。
第７図の構造において、半導体本体１が、逆の
伝導型の異物質基板１３上に配置され、基板１３
中で形成された電子が半導体本体１中に噴射でき
るようになつている。バリア層材料２は半導体本
体１と同じ伝導型であるが、物質１３と同じ異物
質からできている。次に物質１３が金属接点９を
もつ高伝導性基板８上に配置され、電池１４を用
いて接点１５及びバリア層材料２の上部の上の金
属層１６によつて構造に電位差が付与される。バ
リア層材料２の上部及び金属層１６には、酸化セ
シウムの負電子親和物質５を含む開口４がついて
いる。第２の電池１７が接点１５から真空環境中
のグリツド電極１１への電位差をもたらしてい
る。
伝導型の異物質基板１３上に配置され、基板１３
中で形成された電子が半導体本体１中に噴射でき
るようになつている。バリア層材料２は半導体本
体１と同じ伝導型であるが、物質１３と同じ異物
質からできている。次に物質１３が金属接点９を
もつ高伝導性基板８上に配置され、電池１４を用
いて接点１５及びバリア層材料２の上部の上の金
属層１６によつて構造に電位差が付与される。バ
リア層材料２の上部及び金属層１６には、酸化セ
シウムの負電子親和物質５を含む開口４がついて
いる。第２の電池１７が接点１５から真空環境中
のグリツド電極１１への電位差をもたらしてい
る。
操作に際しては第７図に示した構造が領域13か
ら領域１中に電子を噴射しており、これらの電子
は、バリア層材料２と半導体１の間のバリア３に
よつて撃退され唯一の漏出点は負電子親和物質５
中を通つて単一エネルギー性電子６として真空中
に出て、集電グリツド１１に衝突するだけとな
る。
ら領域１中に電子を噴射しており、これらの電子
は、バリア層材料２と半導体１の間のバリア３に
よつて撃退され唯一の漏出点は負電子親和物質５
中を通つて単一エネルギー性電子６として真空中
に出て、集電グリツド１１に衝突するだけとな
る。
満足できる構造は、約1016にドープされた半導
体１に対してＰ型砒化ガリウム、約1018にドープ
された領域13に対してはｎ型砒化ガリウム・アル
ミニウム、約1018にドープされた領域８に対して
はｎ型砒化ガリウムを含むものである。金−亜鉛
合金の金属抵抗接点１６が領域２の上方に設けら
れている。半導体１の幅は、約50ミクロン乃至そ
れ以下、厚さは約１ミクロン、開口４の直径は１
ミクロン前後乃至それ以上である。
体１に対してＰ型砒化ガリウム、約1018にドープ
された領域13に対してはｎ型砒化ガリウム・アル
ミニウム、約1018にドープされた領域８に対して
はｎ型砒化ガリウムを含むものである。金−亜鉛
合金の金属抵抗接点１６が領域２の上方に設けら
れている。半導体１の幅は、約50ミクロン乃至そ
れ以下、厚さは約１ミクロン、開口４の直径は１
ミクロン前後乃至それ以上である。
本発明の構造は、本体中の電子が発生する領域
が電子がそこを通つて放出される領域よりも大き
いという条件を実現するように働く。その結果、
2000amp（またはwatt）／cm2、または10マイクロ
アンペア／平方ミクロンの励起準位が達成できる
高効率の装置がもたらされる。
が電子がそこを通つて放出される領域よりも大き
いという条件を実現するように働く。その結果、
2000amp（またはwatt）／cm2、または10マイクロ
アンペア／平方ミクロンの励起準位が達成できる
高効率の装置がもたらされる。
本発明の装置の効率を既存の装置と比較すると
以下のようになる。第１図についてバリア３の領
域が電子が形成されることのできる「ポンプ領
域」（Ap）とも呼べる領域であるとし、開口４の
領域が「放出領域」（Ae）であるとする。装置に
おいて放出される電子６（Ｊ）の電流密度（単位
Ａ／cm2）は、形成された電子の電流密度乃至ポン
プ電流密度（Jp）及び放出される電流密度（Je）
から構成されることになる。先行技術による全て
の場合には、放出電流密度Jeは必ずポンプ電流密
度Jpより小さいかまたは等しい。これらの条件の
下で、第１図の放出電流６（Ie）は方程式２のよ
うに表わすことができる。
以下のようになる。第１図についてバリア３の領
域が電子が形成されることのできる「ポンプ領
域」（Ap）とも呼べる領域であるとし、開口４の
領域が「放出領域」（Ae）であるとする。装置に
おいて放出される電子６（Ｊ）の電流密度（単位
Ａ／cm2）は、形成された電子の電流密度乃至ポン
プ電流密度（Jp）及び放出される電流密度（Je）
から構成されることになる。先行技術による全て
の場合には、放出電流密度Jeは必ずポンプ電流密
度Jpより小さいかまたは等しい。これらの条件の
下で、第１図の放出電流６（Ie）は方程式２のよ
うに表わすことができる。
方程式２ Ie(6)＝Je・Ae
ある種の先行技術のようにAe＝Apと開口４の
領域がバリア領域３全体を覆つている条件の下で
は、開口４から出る拡散などのあらゆる形の内部
損失によつて効率が低下する。この場合、 方程式３ Ie≦Ip 方程式４ Je≦Jp AeがAp′よりも小さい条件の下では放出電流Ie
(6)はポンプ電流（Jp）とAeのApに対する比の積
となるはずである。この場合、表面再結合によつ
て効率が低下する。この場合、 方程式５ Je≦Jp また放出電流Ieは方程式６で表わされるように
ポンプ電流密度×面積比よりも小さいかまたは等
しい。
領域がバリア領域３全体を覆つている条件の下で
は、開口４から出る拡散などのあらゆる形の内部
損失によつて効率が低下する。この場合、 方程式３ Ie≦Ip 方程式４ Je≦Jp AeがAp′よりも小さい条件の下では放出電流Ie
(6)はポンプ電流（Jp）とAeのApに対する比の積
となるはずである。この場合、表面再結合によつ
て効率が低下する。この場合、 方程式５ Je≦Jp また放出電流Ieは方程式６で表わされるように
ポンプ電流密度×面積比よりも小さいかまたは等
しい。
方程式６ Ie≦Ip・Ae／Ap
先行技術によるあらゆる構造では、放出電流密
度乃至輝度はポンプ電流密度ならびに装置の変換
効率による制限を受けている。
度乃至輝度はポンプ電流密度ならびに装置の変換
効率による制限を受けている。
それとは対照的に、本発明の条件の下では、放
出開口４（Ae）は、ポンプ領域（Ap）よりも小
さく、全ての内部損失は、バリヤ層２及びバリヤ
によつて制御されており、従つて放出電流を方程
式７で表わすことができる。
出開口４（Ae）は、ポンプ領域（Ap）よりも小
さく、全ての内部損失は、バリヤ層２及びバリヤ
によつて制御されており、従つて放出電流を方程
式７で表わすことができる。
方程式７ Je＝JpAp／Ae
Apが側面10ミクロン、円形Aeが半径１ミクロ
ンで、キヤリア寿命がApp.phys.Letters49（12）、
1978年12月号で定められたように50ミクロンの
1016中にドープされた砒化ガリウムの実例構造で
は、輝度の改良はAp／Ae＝2500となるはずであ
る。
ンで、キヤリア寿命がApp.phys.Letters49（12）、
1978年12月号で定められたように50ミクロンの
1016中にドープされた砒化ガリウムの実例構造で
は、輝度の改良はAp／Ae＝2500となるはずであ
る。
以上、半導体中で発生した正孔−電子対からの
電子がバリアによつて撃退され、閉じ込められて
負電子親和物質中を通つて放出され、電子がそこ
から放出される領域よりも広い領域で発生するよ
うになる構造について説明した。
電子がバリアによつて撃退され、閉じ込められて
負電子親和物質中を通つて放出され、電子がそこ
から放出される領域よりも広い領域で発生するよ
うになる構造について説明した。
第１図は本発明の各要素の概略図である。第２
図はバリアの拡張を示す本発明の図である。第３
図は装置本体のエネルギー準位図である。第４図
は放出領域に関するエネルギー準位図である。第
５図は集積回路における本発明の製造を示す概略
図である。第６図は、照射による正孔−電子対の
発生に関する本発明の概略図である。第７図は電
子噴射による正孔−電子対の発生に関する本発明
の概略図である。 １……半導体本体、２……バリア層、３……バ
リア、４……開口、５……負電子親和物質、６…
…漏出電子。
図はバリアの拡張を示す本発明の図である。第３
図は装置本体のエネルギー準位図である。第４図
は放出領域に関するエネルギー準位図である。第
５図は集積回路における本発明の製造を示す概略
図である。第６図は、照射による正孔−電子対の
発生に関する本発明の概略図である。第７図は電
子噴射による正孔−電子対の発生に関する本発明
の概略図である。 １……半導体本体、２……バリア層、３……バ
リア、４……開口、５……負電子親和物質、６…
…漏出電子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｐ型半導体において励起された非平衡キヤリ
アとして存在する電子が上記Ｐ型半導体の限られ
た表面領域から低電子親和性物質を通して放出さ
れる電子放出装置であつて、 上記限られた表面領域の周囲の上記Ｐ型半導体
の表面領域上に電子流に対するＰ型バリアを設け
たことを特長とする電子放出装置。 ２ 上記Ｐ型バリアの高さが少なくとも4KTで
ある特許請求の範囲第１項記載の電子放出装置。 ３ 上記Ｐ型半導体が砒化ガリウムである特許請
求の範囲第１項記載の電子放出装置。 ４ 上記Ｐ型バリアを形成する層が砒化ガリウ
ム・アルミニウムである特許請求の範囲第１項記
載の電子放出装置。 ５ 上記Ｐ型半導体が砒化リン化インジウムであ
り、上記Ｐ型を形成する層がリン化インジウムで
ある特許請求の範囲第１項記載の電子放出装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/155,729 US4352117A (en) | 1980-06-02 | 1980-06-02 | Electron source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5713647A JPS5713647A (en) | 1982-01-23 |
| JPH021327B2 true JPH021327B2 (ja) | 1990-01-11 |
Family
ID=22556567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5306681A Granted JPS5713647A (en) | 1980-06-02 | 1981-04-10 | Electron emitting unit |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4352117A (ja) |
| EP (1) | EP0041119B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5713647A (ja) |
| DE (1) | DE3167275D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0692904A2 (en) | 1994-07-15 | 1996-01-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Equipment with scanning type carrier |
| WO1999016098A1 (fr) * | 1997-09-24 | 1999-04-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | Surface photoelectrique de semi-conducteur |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2109159B (en) * | 1981-11-06 | 1985-05-30 | Philips Electronic Associated | Semiconductor electron source for display tubes and other equipment |
| GB2109160B (en) * | 1981-11-06 | 1985-05-30 | Philips Electronic Associated | Semiconductor electron source for display tubes and other equipment |
| GB8333130D0 (en) * | 1983-12-12 | 1984-01-18 | Gen Electric Co Plc | Semiconductor devices |
| DE3538175C2 (de) * | 1984-11-21 | 1996-06-05 | Philips Electronics Nv | Halbleiteranordnung zum Erzeugen eines Elektronenstromes und ihre Verwendung |
| NL8500413A (nl) * | 1985-02-14 | 1986-09-01 | Philips Nv | Electronenbundelapparaat met een halfgeleider electronenemitter. |
| NL8600675A (nl) * | 1986-03-17 | 1987-10-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenstroom. |
| DE3751781T2 (de) * | 1986-08-12 | 1996-10-17 | Canon Kk | Festkörper-Elektronenstrahlerzeuger |
| DE3752064T2 (de) * | 1986-09-11 | 1997-11-06 | Canon Kk | Elektronenemittierendes Element |
| US5304815A (en) * | 1986-09-11 | 1994-04-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emission elements |
| US5136212A (en) * | 1988-02-18 | 1992-08-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emitting device, electron generator employing said electron emitting device, and method for driving said generator |
| EP0329432B1 (en) * | 1988-02-18 | 1996-05-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emitter |
| US5359257A (en) * | 1990-12-03 | 1994-10-25 | Bunch Kyle J | Ballistic electron, solid state cathode |
| JP2700065B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1998-01-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光電面，その光電面を製造する方法およびその光電面を用いた光電変換管 |
| US5336902A (en) * | 1992-10-05 | 1994-08-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor photo-electron-emitting device |
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| JP5083874B2 (ja) * | 2007-07-06 | 2012-11-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電子源 |
Citations (1)
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| JPS4830177A (ja) * | 1971-08-20 | 1973-04-20 |
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| GB1476471A (en) * | 1975-01-16 | 1977-06-16 | Standard Telephones Cables Ltd | Gallium arsenide photocathodes |
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| US4040074A (en) * | 1976-03-22 | 1977-08-02 | Hamamatsu Terebi Kabushiki Kaisha | Semiconductor cold electron emission device |
| US4040080A (en) * | 1976-03-22 | 1977-08-02 | Hamamatsu Terebi Kabushiki Kaisha | Semiconductor cold electron emission device |
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-
1980
- 1980-06-02 US US06/155,729 patent/US4352117A/en not_active Expired - Lifetime
-
1981
- 1981-04-10 JP JP5306681A patent/JPS5713647A/ja active Granted
- 1981-04-10 EP EP81102748A patent/EP0041119B1/en not_active Expired
- 1981-04-10 DE DE8181102748T patent/DE3167275D1/de not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4830177A (ja) * | 1971-08-20 | 1973-04-20 |
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| WO1999016098A1 (fr) * | 1997-09-24 | 1999-04-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | Surface photoelectrique de semi-conducteur |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0041119A1 (en) | 1981-12-09 |
| JPS5713647A (en) | 1982-01-23 |
| DE3167275D1 (en) | 1985-01-03 |
| EP0041119B1 (en) | 1984-11-21 |
| US4352117A (en) | 1982-09-28 |
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