JPH04330781A - Selective growth method - Google Patents

Selective growth method

Info

Publication number
JPH04330781A
JPH04330781A JP1472791A JP1472791A JPH04330781A JP H04330781 A JPH04330781 A JP H04330781A JP 1472791 A JP1472791 A JP 1472791A JP 1472791 A JP1472791 A JP 1472791A JP H04330781 A JPH04330781 A JP H04330781A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
tip
electrodes
electrons
material layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1472791A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Ugajin
宇賀神 隆一
Akira Ishibashi
晃 石橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP1472791A priority Critical patent/JPH04330781A/en
Priority to US07/819,492 priority patent/US5204588A/en
Priority to EP92100459A priority patent/EP0495436B1/en
Priority to DE69224922T priority patent/DE69224922T2/en
Priority to KR1019920000370A priority patent/KR920015620A/en
Priority to US07/957,530 priority patent/US5332952A/en
Publication of JPH04330781A publication Critical patent/JPH04330781A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To make it possible to manufacture easily a high-efficiency electron emission source and to make it possible to form easily a thin wire of a structure, wherein the part excluding the support parts of the wire floats in the air, and of a fine diameter. CONSTITUTION:Sharp-pointed electrodes 1 and 2 are formed and a voltage is applied between these electrodes 1 and 2 in an atmosphere containing a gaseous raw material to cause discharge, whereby electrons are made to emit from the tip of the electrode 1. These electrons collide with the electrode 2, whereby decomposition of the molecules of the raw material adsorbed on the surface of this electrode 2 is generated. Thereby, a substance layer 4 is selectively grown on the tip part of this electrode 2.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、選択成長方法に関し
、例えば高効率の電子放出源の製造に適用して好適なも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a selective growth method, and is suitable for use, for example, in manufacturing highly efficient electron emission sources.

【0002】0002

【従来の技術】真空マイクロエレクトロニクスにおいて
は、高効率の電子放出源や、支持部を除いた部分が宙に
浮いた構造の微細径の細線などを形成する必要がある。
2. Description of the Related Art In vacuum microelectronics, it is necessary to form highly efficient electron emission sources and thin wires with minute diameters in which the portions excluding the supporting portions are suspended in the air.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】電子放出源の高効率化
については、電子放出源の先端を鋭く尖らせる努力がな
されているが、それだけでは十分な高効率化を図ること
は困難である。そこで、電子放出源の先端部にセシウム
(Cs)などを選択的に成長させることにより電子の放
出効率を高くする試みがなされている。このような選択
成長を行う方法としては、電子放出源の先端部の表面に
Csを含む原料などを吸着させた状態で外部からこの先
端部に電子ビームを照射する方法が考えられる。しかし
、例えば図7に示すように、外部から見えない場所に電
子放出源があるような場合には、この方法を用いること
は困難である。すなわち、図7において、符号101は
半絶縁性ヒ化ガリウム(GaAs)基板、102はn型
GaAs層を示す。符号103、104は電子放出源を
示す。この場合、これらの電子放出源103、104は
、n型GaAs層102の表面から見てかなり深い所に
あるので、外部からこれらの電子放出源103、104
の先端部に電子ビームを照射することは困難であり、従
ってこれらの電子放出源103、104の先端部にCs
層を選択的に成長させることは困難である。
In order to improve the efficiency of an electron emission source, efforts have been made to sharpen the tip of the electron emission source, but it is difficult to achieve a sufficiently high efficiency with this alone. Therefore, attempts have been made to increase the electron emission efficiency by selectively growing cesium (Cs) or the like on the tip of the electron emission source. A conceivable method for performing such selective growth is to irradiate the tip of an electron emission source with an electron beam from the outside with a raw material containing Cs adsorbed onto the surface of the tip. However, it is difficult to use this method when the electron emission source is located in a location that cannot be seen from the outside, as shown in FIG. 7, for example. That is, in FIG. 7, reference numeral 101 indicates a semi-insulating gallium arsenide (GaAs) substrate, and reference numeral 102 indicates an n-type GaAs layer. Reference numerals 103 and 104 indicate electron emission sources. In this case, since these electron emission sources 103 and 104 are located at a considerable depth when viewed from the surface of the n-type GaAs layer 102, these electron emission sources 103 and 104 can be accessed from the outside.
It is difficult to irradiate the tips of these electron emission sources 103 and 104 with an electron beam.
It is difficult to grow layers selectively.

【0004】一方、ドライエッチングなどの従来の微細
加工技術で形成可能な構造の寸法は0.5μm程度が限
界であり、従って微細加工により径が0.5μm程度以
下の細線を形成することは困難である。最近では、エピ
タキシャル成長技術を併用してより微細な構造を形成す
ることが試みられているが、通常のエピタキシャル成長
では、場所によってある程度の成長速度差はあるにして
も基本的には全表面にエピタキシャル成長が起きてしま
うので、宙に浮いた構造の細線を形成することは不可能
である。従って、この発明の目的は、高効率の電子放出
源を容易に製造することができる選択成長方法を提供す
ることにある。この発明の他の目的は、支持部を除いた
部分が宙に浮いた構造の微細径の細線を容易に形成する
ことができる選択成長方法を提供することにある。
On the other hand, the limit of the size of a structure that can be formed using conventional microfabrication techniques such as dry etching is about 0.5 μm, and therefore it is difficult to form fine wires with a diameter of about 0.5 μm or less by microfabrication. It is. Recently, attempts have been made to form finer structures using epitaxial growth technology, but with normal epitaxial growth, epitaxial growth basically grows over the entire surface, although there are some growth rate differences depending on the location. It is impossible to form thin lines with suspended structures, as this will occur. Therefore, an object of the present invention is to provide a selective growth method that can easily produce a highly efficient electron emission source. Another object of the present invention is to provide a selective growth method that can easily form a thin wire with a fine diameter and a structure in which the portion excluding the supporting portion is suspended in the air.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、選択成長方法において、先端が尖った
第1の電極(1)及び第2の電極(2)を形成し、ガス
状の原料を含む雰囲気中で第1の電極(1)及び第2の
電極(2)の間に第1の電極(1)の電位が第2の電極
(2)の電位よりも低くなるように電圧を印加すること
により第1の電極(1)の先端から電子を放出させ、第
1の電極(1)から第2の電極(2)に至る電子の経路
に沿って第2の電極(2)上に原料から生成される物質
から成る物質層(4)を選択的に成長させるようにして
いる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention forms a first electrode (1) and a second electrode (2) with sharp tips in a selective growth method, and a gas between the first electrode (1) and the second electrode (2) in an atmosphere containing raw materials such that the potential of the first electrode (1) is lower than the potential of the second electrode (2). Electrons are emitted from the tip of the first electrode (1) by applying a voltage to the second electrode (1) along the electron path from the first electrode (1) to the second electrode (2). 2) A material layer (4) made of a material produced from the raw material is selectively grown thereon.

【0006】[0006]

【作用】先端が尖った第1の電極(1)及び第2の電極
(2)の間に、これらの第1の電極(1)及び第2の電
極(2)の間の距離やこれらの第1の電極(1)及び第
2の電極(2)の先端の鋭さなどに応じて決まる電圧よ
りも高い電圧を印加すると、電位が低い方の第1の電極
(1)の先端から電界放射により電子が放出される。こ
の電子は、電位が高い方の第2の電極(2)に集められ
る。この第2の電極(2)に集められる電子は、ガス状
の原料を含む雰囲気中でこの第2の電極(2)の表面に
吸着した原料分子に衝突してこの原料分子を分解する。 これによって、この電子が衝突した部分の第2の電極(
2)上に、この分解により生成される物質から成る物質
層(4)が選択的に成長する。この場合、電子放出効率
を高くする作用がある物質、例えばCsを含む化合物な
どを原料として用いることにより、第2の電極(2)の
先端部にCs層などを成長させることができる。この先
端部にCs層などが成長された第2の電極(2)は、高
効率の電子放出源となる。このようにして、高効率の電
子放出源を容易に製造することができる。しかも、これ
は第2の電極(2)が外部から見えない場所にあるよう
な場合も同様に可能である。また、物質層(4)の成長
をこの物質層(4)が第1の電極(1)に達するまで行
うことにより、第1の電極(1)及び第2の電極(2)
の間に、宙に浮いた構造の微細径の細線を形成すること
ができる。
[Operation] Between the first electrode (1) and the second electrode (2) with sharp tips, the distance between the first electrode (1) and the second electrode (2) and the When a voltage higher than the voltage determined depending on the sharpness of the tips of the first electrode (1) and the second electrode (2) is applied, an electric field is emitted from the tip of the first electrode (1), which has a lower potential. electrons are emitted. These electrons are collected at the second electrode (2), which has a higher potential. The electrons collected on the second electrode (2) collide with the raw material molecules adsorbed on the surface of the second electrode (2) in an atmosphere containing the gaseous raw material to decompose the raw material molecules. This causes the second electrode (
2) A material layer (4) consisting of the material produced by this decomposition is selectively grown on top. In this case, a Cs layer or the like can be grown at the tip of the second electrode (2) by using a substance that has the effect of increasing electron emission efficiency, such as a compound containing Cs, as a raw material. The second electrode (2) on which a Cs layer or the like is grown serves as a highly efficient electron emission source. In this way, a highly efficient electron emission source can be easily manufactured. Moreover, this is also possible even when the second electrode (2) is located at a location that cannot be seen from the outside. Further, by growing the material layer (4) until it reaches the first electrode (1), the first electrode (1) and the second electrode (2) are grown.
In between, fine diameter thin wires with a suspended structure can be formed.

【0007】[0007]

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。図1A〜図1Eはこの発明の第1実
施例を示す。この第1実施例においては、図1Aに示す
ように、まず、図示省略した基板上に、先端が尖った例
えば四角柱状の形状を有する一対の電極1、2をそれら
の先端同士が互いに対向するように形成する。ここで、
これらの電極1、2の先端は例えば四角錐状の形状を有
する。このような電極1、2は、ドライエッチングやエ
ピタキシャル成長などにより形成することができる。ま
た、これらの電極1、2の材料としては、例えばGaA
sのような半導体や、例えばタングステンのような金属
などを用いることができる。電極1、2の間の距離など
にもよるが、上述のように電極1、2の先端が単に尖っ
ているだけでは、電子放出を起こさせるためにこれらの
電極1、2の間に印加する電圧は、通常はかなり高くす
る必要がある。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1E show a first embodiment of the invention. In this first embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a pair of electrodes 1 and 2 each having a square columnar shape with pointed tips, for example, are placed on a substrate (not shown) so that their tips face each other. Form it like this. here,
The tips of these electrodes 1 and 2 have, for example, a quadrangular pyramid shape. Such electrodes 1 and 2 can be formed by dry etching, epitaxial growth, or the like. Further, as the material of these electrodes 1 and 2, for example, GaA
Semiconductors such as S or metals such as tungsten can be used. Although it depends on the distance between electrodes 1 and 2, if the tips of electrodes 1 and 2 are simply pointed as described above, an electric current must be applied between these electrodes 1 and 2 to cause electron emission. The voltage usually needs to be quite high.

【0008】次に、電極1、2が形成された基板を真空
室内に入れた後、この真空室内に成長させたい物質の原
料ガスを導入する。これによって、これらの電極1、2
の表面に原料分子が吸着し、図1Bに示すように、この
吸着した原料分子から成る吸着分子層3が形成される。 この後、これらの電極1、2の間に十分に大きな電圧V
=V1 を印加して放電を起こさせる。これによって、
電位が低い方の電極1の先端から電子(e− )が放出
される。この放出された電子は、電位が高い方の電極2
に集められる。この場合、この電子は、電界強度が最も
高い、電極2の先端近傍に集中する傾向がある。このよ
うにして電極2の先端部の表面の吸着分子層3に電子が
衝突することにより、この吸着分子の分解が生じる。こ
れによって、図1Cに示すように、この分解により生成
された物質から成る物質層4が電極2の先端部に選択的
に成長する。ここで、この物質層4は、衝突する電子の
数が多いところほど厚くなる傾向がある。この衝突する
電子の数は、電極2の最も先端の部分で最も多く、そこ
から離れるに従って少なくなることから、この物質層4
は電極2の先端に比べてより尖った形状となる。
Next, the substrate on which the electrodes 1 and 2 are formed is placed in a vacuum chamber, and then a raw material gas of a substance to be grown is introduced into the vacuum chamber. As a result, these electrodes 1, 2
Raw material molecules are adsorbed on the surface of the material, and as shown in FIG. 1B, an adsorbed molecule layer 3 consisting of the adsorbed raw material molecules is formed. After this, a sufficiently large voltage V is applied between these electrodes 1 and 2.
= V1 is applied to cause discharge. by this,
Electrons (e-) are emitted from the tip of the electrode 1 that has a lower potential. These emitted electrons are transferred to the electrode 2, which has a higher potential.
are collected in. In this case, the electrons tend to concentrate near the tip of the electrode 2, where the electric field strength is highest. In this way, electrons collide with the adsorbed molecule layer 3 on the surface of the tip of the electrode 2, causing decomposition of the adsorbed molecules. As a result, as shown in FIG. 1C, a material layer 4 made of the material produced by this decomposition selectively grows on the tip of the electrode 2. Here, this material layer 4 tends to become thicker where the number of colliding electrons is greater. The number of colliding electrons is greatest at the tip of the electrode 2 and decreases as the distance from there increases.
has a more pointed shape than the tip of the electrode 2.

【0009】このように電極2の先端部にこの電極2の
先端よりも尖った形状の物質層4が成長することと、こ
の物質層4の成長により電極1、2の間の距離が短くな
ることとにより、電子放出を起こさせるために電極1、
2の間に印加する電圧Vは、電極2の先端部に物質層4
が形成される前に比べて低くなる。そこで、電極1、2
の間に印加する電圧Vを最初の電圧V1 よりも少し低
い電圧V2 にして放電を起こさせると、物質層4の成
長がさらに進んで、図1Dに示すように、物質層2の先
端はより尖った形状となる。この結果、電子放出を起こ
させるために電極1、2の間に印加する電圧Vはさらに
低くなる。このようにして、電極1、2の間に印加する
電圧Vを徐々に低くしながら物質層4の成長を続け、こ
の物質層4が所望の厚さ及び形状になった時点で電圧V
の印加を停止して物質層4の成長を終了する。
[0009] As described above, the material layer 4 having a more pointed shape than the tip of the electrode 2 grows at the tip of the electrode 2, and the distance between the electrodes 1 and 2 becomes shorter due to the growth of the material layer 4. In order to cause electron emission, the electrode 1,
The voltage V applied between the electrodes 2 causes a material layer 4 at the tip of the electrode 2
is lower than before it was formed. Therefore, electrodes 1 and 2
When the voltage V applied during this period is set to a voltage V2 slightly lower than the initial voltage V1 to cause a discharge, the growth of the material layer 4 further progresses, and as shown in FIG. 1D, the tip of the material layer 2 becomes more It has a pointed shape. As a result, the voltage V applied between the electrodes 1 and 2 to cause electron emission becomes even lower. In this way, the material layer 4 continues to grow while gradually lowering the voltage V applied between the electrodes 1 and 2, and when the material layer 4 reaches the desired thickness and shape, the voltage V
The growth of the material layer 4 is completed by stopping the application of the .

【0010】この場合、物質層4の成長を続けていくと
、この物質層4は電極1の先端に向かって次第に成長し
、遂には電極1の先端に達する。そして、図1Eに示す
ように、電極1、2の先端同士がこの物質層4で接続さ
れる。この場合、この物質層4は細長い柱状の形状を有
し、その径は電極1、2の断面寸法に比べて非常に小さ
い。このようにして、支持部を除いた部分が宙に浮いた
構造の、物質層4から成る微細径の細線が形成される。 この場合、物質層4の成長用の原料として例えばCs化
合物を用いることにより、電極2の先端部に物質層4と
してCs層を成長させることができ、これによって高効
率の電子放出源を製造することができる。また、物質層
4の成長用の原料として半導体化合物を用いることによ
り、支持部を除いた部分が宙に浮いた構造の半導体細線
を形成することができる。
In this case, as the growth of the material layer 4 continues, the material layer 4 gradually grows toward the tip of the electrode 1 and finally reaches the tip of the electrode 1. Then, as shown in FIG. 1E, the tips of the electrodes 1 and 2 are connected with this material layer 4. In this case, the material layer 4 has an elongated columnar shape, and its diameter is very small compared to the cross-sectional dimensions of the electrodes 1 and 2. In this way, a fine-diameter thin wire made of the material layer 4 is formed, with the portion excluding the supporting portion floating in the air. In this case, by using, for example, a Cs compound as a raw material for growing the material layer 4, a Cs layer can be grown as the material layer 4 at the tip of the electrode 2, thereby manufacturing a highly efficient electron emission source. be able to. Further, by using a semiconductor compound as a raw material for growing the material layer 4, it is possible to form a semiconductor thin wire with a structure in which the portion excluding the supporting portion is suspended in the air.

【0011】以上のように、この第1実施例によれば、
原料ガスを含む雰囲気中で電極1、2の間に電圧を印加
して放電を起こさせることにより電極2の先端部に物質
層4を選択的に成長させるようにしているので、例えば
物質層4としてCs層を成長させることにより高効率の
電子放出源を容易に製造することができる。また、電極
1、2の先端同士がこの物質層4により接続されるまで
成長を行うことにより、宙に浮いた構造の微細径の細線
を形成することができる。
As described above, according to the first embodiment,
The material layer 4 is selectively grown at the tip of the electrode 2 by applying a voltage between the electrodes 1 and 2 in an atmosphere containing source gas to cause a discharge. By growing a Cs layer as a material, a highly efficient electron emission source can be easily manufactured. Further, by growing until the tips of the electrodes 1 and 2 are connected to each other by the material layer 4, a thin wire with a fine diameter and a floating structure can be formed.

【0012】次に、この発明の第2実施例について説明
する。この第2実施例は、マイクロソレノイドコイルの
形成にこの発明を適用したものである。この第2実施例
においては、まず、ドライエッチングやエピタキシャル
成長などにより、図示省略した基板上に、図2に示すよ
うな構造を形成する。図2において、符号11、12は
第1実施例における電極1、2と同様な一対の電極、1
3は中間電極、14は下部電極、15は絶縁層を示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be explained. In this second embodiment, the present invention is applied to the formation of a micro solenoid coil. In this second embodiment, first, a structure as shown in FIG. 2 is formed on a substrate (not shown) by dry etching, epitaxial growth, or the like. In FIG. 2, reference numerals 11 and 12 denote a pair of electrodes 1 and 1 similar to electrodes 1 and 2 in the first embodiment.
3 represents an intermediate electrode, 14 represents a lower electrode, and 15 represents an insulating layer.

【0013】この第2実施例においては、上述のような
構造が形成された基板を真空室内に入れ、この真空室内
に原料ガスを導入する。そして、図2のz軸方向に定磁
場Bを印加した状態で電極11、12の間に例えば電極
11の方が電位が低くなるように電圧を印加することに
より、この電極11の先端から電子を放出させる。この
場合、電極11、12の間の電場Eが磁場Bに垂直であ
るとすると、この電極11の先端から放出された電子に
は、これらの磁場B及び電場Eの両方向に垂直な方向に
ローレンツ力が働くため、この電子は回転運動を行う。 このとき、中間電極13の電位が電極11の電位よりも
高くなるようにバイアスしておくと、電極11の先端か
ら放出された電子は図2中下向きに引かれる。この結果
、この電子はz軸方向にらせん運動を行いながら落下し
ていく。ここで、下部電極14の電位が電極11の電位
よりも十分に高くなるようにバイアスしておくと、電子
はこの下部電極14に衝突する。
In the second embodiment, a substrate having the above-described structure is placed in a vacuum chamber, and a source gas is introduced into the vacuum chamber. Then, by applying a voltage between the electrodes 11 and 12 with a constant magnetic field B applied in the z-axis direction in FIG. to be released. In this case, assuming that the electric field E between the electrodes 11 and 12 is perpendicular to the magnetic field B, the electrons emitted from the tip of the electrode 11 have a Lorentzian force in the direction perpendicular to both the magnetic field B and the electric field E. Because of the force acting on it, these electrons perform rotational motion. At this time, if the potential of the intermediate electrode 13 is biased to be higher than the potential of the electrode 11, the electrons emitted from the tip of the electrode 11 are drawn downward in FIG. As a result, the electrons fall while performing a spiral motion in the z-axis direction. Here, if the potential of the lower electrode 14 is biased to be sufficiently higher than the potential of the electrode 11, the electrons will collide with this lower electrode 14.

【0014】この電子の衝突により、この下部電極14
の表面に吸着した原料分子の分解が生じる。これによっ
て、図3に示すように、この電子が衝突した部分の下部
電極14の表面に、この分解により生成される物質から
成る物質層16が成長する。この場合、この物質層16
は、下部電極14に衝突する電子の分布を反映して尖っ
た形状となる。このようにして下部電極14上に尖った
形状の物質層16が成長すると、この物質層16の近傍
の電場の強度が高くなるため、電子はこの物質層16の
先端に集まりやすくなる。そして、図4に示すように、
この物質層16は、電子の経路に沿ってこの電子の運動
方向と逆方向に成長していく。このような成長を、物質
層16の先端が電極11の先端に達するまで行う。これ
によって、図5に示すように、電極11と下部電極14
との間に、微細径の細線状の物質層16から成るマイク
ロソレノイドコイル17が形成される。
Due to this collision of electrons, this lower electrode 14
decomposition of raw material molecules adsorbed on the surface of the material occurs. As a result, as shown in FIG. 3, a material layer 16 made of a material produced by this decomposition grows on the surface of the lower electrode 14 at the portion where the electrons collided. In this case, this material layer 16
has a sharp shape reflecting the distribution of electrons colliding with the lower electrode 14. When the material layer 16 with a pointed shape grows on the lower electrode 14 in this manner, the electric field near the material layer 16 becomes stronger, so that electrons tend to gather at the tip of the material layer 16. And, as shown in Figure 4,
This material layer 16 grows along the path of the electrons in a direction opposite to the direction of movement of the electrons. Such growth is performed until the tip of the material layer 16 reaches the tip of the electrode 11. As a result, as shown in FIG. 5, the electrode 11 and the lower electrode 14
A micro solenoid coil 17 made of a thin wire-like material layer 16 with a minute diameter is formed between the two.

【0015】この第2実施例においてz軸方向に印加す
る磁場Bの大きさの一例を挙げると次の通りである。す
なわち、電子のらせん運動の半径をrとすると、この電
子の運動方程式はevB=mv2 /rとなる。ただし
、eは電子電荷の絶対値、mは電子の質量、vは電子の
速度である。また、電極11から放出される電子の運動
エネルギーKはK=(1/2)mv2 である。これら
の式よりBを求めると、B=(2mK)1/2 /er
となる。 今、r〜1μm、K〜1eVとすると、m〜9×10−
31 kgであるから、B〜3T(テスラ)となる。ま
た、K〜(2〜3)eVとすると、B〜10Tとなる。
An example of the magnitude of the magnetic field B applied in the z-axis direction in the second embodiment is as follows. That is, if the radius of the spiral motion of an electron is r, the equation of motion of this electron is evB=mv2/r. However, e is the absolute value of the electron charge, m is the mass of the electron, and v is the velocity of the electron. Further, the kinetic energy K of electrons emitted from the electrode 11 is K=(1/2)mv2. Calculating B from these formulas, B=(2mK)1/2/er
becomes. Now, if r ~ 1 μm and K ~ 1 eV, then m ~ 9 x 10-
Since it is 31 kg, it becomes B~3T (Tesla). Further, when K~(2~3)eV, it becomes B~10T.

【0016】次に、この発明の第3実施例について説明
する。この第3実施例は、磁場アハラノフ(Aharo
nov)−ボーム(Bohm)効果を利用したトランジ
スタ(以下、磁場AB効果トランジスタという)の製造
にこの発明を適用したものである。この第3実施例にお
いては、まず、ドライエッチングやエピタキシャル成長
などにより、図6Aに示すように、図示省略した基板上
に、それぞれ先端が尖った五つの電極21、22、23
、24、25を形成する。ここで、電極21、22は尖
った先端同士が互いに対向するように形成されている。 電極23、24も同様である。これに対して、電極25
は、例えば、その先端が電極21、22の間の中心及び
電極23、24の間の中心に向くように形成されている
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This third embodiment is based on the magnetic field Aharonov (Aharonov).
The present invention is applied to the manufacture of a transistor using the Bohm effect (hereinafter referred to as a magnetic field AB effect transistor). In this third embodiment, first, as shown in FIG. 6A, five electrodes 21, 22, 23 each having a sharp tip are formed on a substrate (not shown) by dry etching or epitaxial growth.
, 24, 25 are formed. Here, the electrodes 21 and 22 are formed such that their sharp tips face each other. The same applies to the electrodes 23 and 24. On the other hand, the electrode 25
is formed such that its tip faces the center between the electrodes 21 and 22 and the center between the electrodes 23 and 24, for example.

【0017】次に、第2実施例で述べたと同様な方法に
より、電極21、25の間にマイクロソレノイドコイル
を形成する。すなわち、上述のような構造が形成された
基板を真空室内に入れた後、この真空室内に原料ガスを
導入し、さらにz軸方向に定磁場Bを印加した状態で、
電極21、22の間に電極21の電位が電極22の電位
よりも低くなるように電圧を印加することにより、電極
21の先端から電子を放出させる。このとき、電極25
の電位が電極21の電位よりも高くなるようにバイアス
しておくと、この電子はz軸方向にらせん運動を行いな
がら電極25に向かって進み、この電極25の先端部に
衝突する。これによって、この電極25の先端部の表面
に吸着した原料分子の分解が生じ、この先端部の表面に
この分解により生成される物質から成る物質層(図示せ
ず)が選択的に成長する。このような成長を、電極21
から電極25に至る電子の経路に沿ってこの電子の運動
方向と逆方向に続け、物質層の先端が電極25の先端に
達した時点で成長を停止する。これによって、図6Bに
示すように、電極21、25の間に、微細径の細線から
成るマイクロソレノイドコイル26が形成され、目的と
する磁場AB効果トランジスタが完成される。
Next, a micro solenoid coil is formed between the electrodes 21 and 25 by a method similar to that described in the second embodiment. That is, after placing the substrate on which the above-described structure is formed into a vacuum chamber, a source gas is introduced into the vacuum chamber, and a constant magnetic field B is applied in the z-axis direction.
By applying a voltage between the electrodes 21 and 22 so that the potential of the electrode 21 is lower than the potential of the electrode 22, electrons are emitted from the tip of the electrode 21. At this time, the electrode 25
When the potential of the electrode 21 is biased to be higher than the potential of the electrode 21, the electrons proceed toward the electrode 25 while performing a spiral motion in the z-axis direction, and collide with the tip of the electrode 25. As a result, the raw material molecules adsorbed on the surface of the tip of the electrode 25 are decomposed, and a material layer (not shown) made of the substance produced by this decomposition selectively grows on the surface of the tip. This growth is prevented by the electrode 21
The material layer continues along the path of the electrons from the material layer to the electrode 25 in a direction opposite to the direction of movement of the electrons, and stops growing when the tip of the material layer reaches the tip of the electrode 25. As a result, as shown in FIG. 6B, a micro solenoid coil 26 made of a thin wire with a minute diameter is formed between the electrodes 21 and 25, and the intended magnetic field AB effect transistor is completed.

【0018】この第3実施例による磁場AB効果トラン
ジスタの動作について説明すると次の通りである。この
磁場AB効果トランジスタにおいては、マイクロソレノ
イドコイル26を例えば電極23に対して負にバイアス
しておき、電極23、24の間に例えば電極23の電位
が電極24の電位よりも低くなるように電圧を印加する
ことにより、電極23の先端から電子を放出させる。こ
の放出された電子の経路は、マイクロソレノイドコイル
26により、このマイクロソレノイドコイル26の上側
を通る経路と下側を通る経路とに分けられる。すなわち
、電極23の先端から放出された電子波は、マイクロソ
レノイドコイル26の上側を通る電子波と下側を通る電
子波とに分けられる。
The operation of the magnetic field AB effect transistor according to the third embodiment will be explained as follows. In this magnetic field AB effect transistor, the micro solenoid coil 26 is biased negatively with respect to the electrode 23, and a voltage is applied between the electrodes 23 and 24 so that the potential of the electrode 23 is lower than the potential of the electrode 24, for example. By applying this, electrons are emitted from the tip of the electrode 23. The path of the emitted electrons is divided by the micro solenoid coil 26 into a path passing above the micro solenoid coil 26 and a path passing below the micro solenoid coil 26. That is, the electron wave emitted from the tip of the electrode 23 is divided into an electron wave passing above the micro solenoid coil 26 and an electron wave passing below the micro solenoid coil 26.

【0019】一方、このマイクロソレノイドコイル26
に電流Iを流すと、それによりこのマイクロソレノイド
コイル26の軸方向、すなわちz軸方向に磁束Φ=μ0
 nISが発生する。ただし、μ0 は真空の透磁率、
nは単位長さ当たりのコイルの巻き数、Sはコイルの断
面積である。この磁束Φにより、マイクロソレノイドコ
イル26の上側を通る電子波と下側を通る電子波との位
相はそれぞれeΦ/(h/2π)だけ互いに逆方向に変
化する。従って、このマイクロソレノイドコイル26に
流す電流Iでこれらの電子波の位相を制御することによ
り、電極23、24の間に流れる電流をオン/オフする
ことができる。
On the other hand, this micro solenoid coil 26
When a current I is applied to the micro solenoid coil 26, a magnetic flux Φ=μ0 is generated in the axial direction of the micro solenoid coil 26, that is, in the z-axis direction.
nIS occurs. However, μ0 is the vacuum permeability,
n is the number of turns of the coil per unit length, and S is the cross-sectional area of the coil. Due to this magnetic flux Φ, the phases of the electronic waves passing above and below the micro-solenoid coil 26 change in opposite directions by eΦ/(h/2π), respectively. Therefore, by controlling the phase of these electron waves with the current I flowing through the micro solenoid coil 26, the current flowing between the electrodes 23 and 24 can be turned on/off.

【0020】マイクロソレノイドコイル26の形成時に
印加する磁場Bは、電極21から放出される電子のエネ
ルギー〜1eV、コイルの半径〜0.5μmとすると、
B〜6.7Tとなる。この条件で形成されたマイクロソ
レノイドコイル26の巻き数nが数ターン/μmである
とすると、この第3実施例による磁場AB効果トランジ
スタをオフさせるためにマイクロソレノイドコイル26
に流す必要のある電流Iは、次のようにして求めること
ができる。すなわち、この磁場AB効果トランジスタを
オフさせるためには、マイクロソレノイドコイル26の
上側を通る電子波と下側を通る電子波との間の位相差を
πとすればよい。これは、これらの電子波の位相変化が
π/2であることに対応する。従って、eΦ/(h/2
π)=eμ0 nIS/(h/2π)=π/2の関係よ
り、I〜10−9A、すなわち1nA程度となる。以上
のように、この第3実施例によれば、電極21、25の
間に形成されたマイクロソレノイドコイル26を用いて
電子波の位相の制御を行う磁場AB効果トランジスタを
容易に製造することができる。
Assuming that the magnetic field B applied when forming the micro-solenoid coil 26 has the energy of electrons emitted from the electrode 21 ~1 eV and the radius of the coil ~0.5 μm,
B ~ 6.7T. Assuming that the number of turns n of the micro solenoid coil 26 formed under this condition is several turns/μm, the micro solenoid coil 26 is
The current I that needs to be passed can be determined as follows. That is, in order to turn off this magnetic field AB effect transistor, the phase difference between the electron wave passing above the micro solenoid coil 26 and the electron wave passing below the micro solenoid coil 26 may be set to π. This corresponds to the fact that the phase change of these electron waves is π/2. Therefore, eΦ/(h/2
From the relationship π)=eμ0 nIS/(h/2π)=π/2, I~10-9A, that is, about 1 nA. As described above, according to the third embodiment, it is possible to easily manufacture a magnetic field AB effect transistor that controls the phase of an electron wave using the micro solenoid coil 26 formed between the electrodes 21 and 25. can.

【0021】この第3実施例による磁場AB効果トラン
ジスタは、電極23の先端から放出される電子のエネル
ギーが一定でなくても、それぞれの電子に同じ位相変化
が生じることから、変調効率が高い。このため、従来提
案されているAB効果トランジスタは極低温で動作させ
る必要があったのに対して、この第3実施例による磁場
AB効果トランジスタは、より高い温度での動作が可能
となり、室温での動作も可能である。以上、この発明の
実施例につき具体的に説明したが、この発明は、上述の
実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。
The magnetic field AB effect transistor according to the third embodiment has high modulation efficiency because even though the energy of the electrons emitted from the tip of the electrode 23 is not constant, the same phase change occurs in each electron. For this reason, while conventionally proposed AB effect transistors had to be operated at extremely low temperatures, the magnetic field AB effect transistor according to the third embodiment can operate at higher temperatures and can be operated at room temperature. This operation is also possible. Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、高効率の電子放出源を容易に製造することができると
ともに、支持部を除いた部分が宙に浮いた構造の微細径
の細線を容易に形成することができる。
Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, a highly efficient electron emission source can be easily manufactured, and a thin wire with a fine diameter having a structure in which the part excluding the supporting part is suspended in the air. can be easily formed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明の第1実施例を説明するための断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view for explaining a first embodiment of the invention.

【図2】この発明の第2実施例を説明するための断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view for explaining a second embodiment of the invention.

【図3】この発明の第2実施例を説明するための一部断
面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view for explaining a second embodiment of the invention.

【図4】この発明の第2実施例を説明するための一部断
面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view for explaining a second embodiment of the invention.

【図5】この発明の第2実施例を説明するための断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view for explaining a second embodiment of the invention.

【図6】この発明の第3実施例を説明するための断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view for explaining a third embodiment of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  電極 2  電極 3  吸着分子層 4  物質層 17  マイクロソレノイドコイル 1 Electrode 2 Electrode 3 Adsorbed molecule layer 4 Material layer 17 Micro solenoid coil

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  先端が尖った第1の電極及び第2の電
極を形成し、ガス状の原料を含む雰囲気中で上記第1の
電極及び上記第2の電極の間に上記第1の電極の電位が
上記第2の電極の電位よりも低くなるように電圧を印加
することにより上記第1の電極の上記先端から電子を放
出させ、上記第1の電極から上記第2の電極に至る上記
電子の経路に沿って上記第2の電極上に上記原料から生
成される物質から成る物質層を選択的に成長させるよう
にした選択成長方法。
1. A first electrode and a second electrode having sharp tips are formed, and the first electrode is disposed between the first electrode and the second electrode in an atmosphere containing a gaseous raw material. Electrons are emitted from the tip of the first electrode by applying a voltage such that the potential of A selective growth method, wherein a material layer made of a material produced from the raw material is selectively grown on the second electrode along the path of electrons.
JP1472791A 1990-12-22 1991-01-14 Selective growth method Pending JPH04330781A (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1472791A JPH04330781A (en) 1991-01-14 1991-01-14 Selective growth method
US07/819,492 US5204588A (en) 1991-01-14 1992-01-10 Quantum phase interference transistor
EP92100459A EP0495436B1 (en) 1991-01-14 1992-01-13 Quantum phase interference transistor
DE69224922T DE69224922T2 (en) 1991-01-14 1992-01-13 Quantum phase interference transistor
KR1019920000370A KR920015620A (en) 1991-01-14 1992-01-14 Quantum Phase Interference Transistors and Selective Deposition Methods
US07/957,530 US5332952A (en) 1990-12-22 1992-10-07 Quantum phase interference transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1472791A JPH04330781A (en) 1991-01-14 1991-01-14 Selective growth method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04330781A true JPH04330781A (en) 1992-11-18

Family

ID=11869166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1472791A Pending JPH04330781A (en) 1990-12-22 1991-01-14 Selective growth method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04330781A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Novel cold cathode materials and applications
US5204588A (en) Quantum phase interference transistor
Dhara Formation, dynamics, and characterization of nanostructures by ion beam irradiation
US5757344A (en) Cold cathode emitter element
US8252115B2 (en) System and method for growing nanotubes with a specified isotope composition via ion implantation using a catalytic transmembrane
JP2001057146A (en) Nanoscale conductor assembly, manufacture thereof, field emission device, microwave vacuum tube amplifier and display device
JP2006297549A (en) Method for arranged vapor deposition of metal nanoparticle and method for growing carbon nanotube using metal nanoparticle
JPH0623430B2 (en) Carbon production method
JP2000086216A (en) Production of carbon nanotube, field-emission cold- cathode device and its production
WO2004027127A1 (en) Acicular silicon crystal and process for producing the same
JP4792625B2 (en) Method for manufacturing electron-emitting device and electronic device
US5382801A (en) Method for producing minute particles and apparatus therefor
JP3725063B2 (en) Method for producing carbon nanotube
JP2004362960A (en) Electron emitting element and manufacturing method of the same
JPH04330781A (en) Selective growth method
Driskill-Smith et al. Fabrication and behavior of nanoscale field emission structures
JP3421332B1 (en) Method for producing carbon nanotube
WO2019109966A1 (en) Plasma generator electrode and manufacturing method thereof
EP1411144A1 (en) METHOD FOR FORMING ULTRA−HIGH STRENGTH ELASTIC DIAMOND LIKE CARBON STRUCTURE
JPH06300515A (en) Scanning probe microscope probe and fine machining device
Fomani et al. Low-voltage field ionization of gases up to torr-level pressures using massive arrays of self-aligned gated nanoscale tips
JP2003165713A (en) Method for producing carbon element cylindrical structure
JP2606033B2 (en) Manufacturing method of fine needle by electron beam
WO2023223640A1 (en) Electron source and method for manufacturing electron source
Samukawa Atomic Layer Defect-free Top-down Process for Future Nano-devices