JPH0471136A - Semiconductor electron emitting element and its driving method - Google Patents

Semiconductor electron emitting element and its driving method

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JPH0471136A
JPH0471136A JP2183169A JP18316990A JPH0471136A JP H0471136 A JPH0471136 A JP H0471136A JP 2183169 A JP2183169 A JP 2183169A JP 18316990 A JP18316990 A JP 18316990A JP H0471136 A JPH0471136 A JP H0471136A
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信男 渡辺
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健夫 塚本
Masahiko Okunuki
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Abstract

PURPOSE:To efficiently perform analogous control of an emitted electron amount, including ON/OFF control, with high accuracy by regulating a width of a depletion layer formed by a PN junction. CONSTITUTION:A ring-like n<+> region 3 and a p<-> layer 2 form a PN junction. A reverse bias voltage is applied to the n<+> region 3 via an ohmic electrode 6, thus obtaining a depletion layer 9. A width of the depletion layer 9 can be regulated according to an applying voltage. The width is narrow under a low voltage, and an electron to a dot-like p<+> region 4 flows smoothly. As the applying voltage is increased, the depletion layer 9 is widened. A resistance value of a portion in the p<-> layer 2 where the electron can flow is increased, and a supplying amount of the electrons is decreased. Electron emitting amount is accordingly reduced. With a further increase in applying voltage, the depletion layer 9 is overlapped so that the supplying of the electron is stopped. On the basis of the above principle, if a voltage applied to the ohmic electrode 6 is controlled despite of a constant voltage applied to a Shottky electrode 8, the electron emitting amount can be adjusted.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体電子放出素子に関し、特に放出電子の
変調手段を具備した半導体電子放出素子及びその駆動方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor electron-emitting device, and more particularly to a semiconductor electron-emitting device equipped with means for modulating emitted electrons and a method for driving the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体電子放出素子のうち、アバランシェ増幅を
用いたものとしては、例えば米国特許第4259678
号および米国特許第4303930号に記載されている
ものが知られている。
Among conventional semiconductor electron-emitting devices, one that uses avalanche amplification is, for example, U.S. Pat. No. 4,259,678.
and US Pat. No. 4,303,930.

この半導体電子放出素子は、半導体基板上にP型半導体
層とN型半導体層とを形成し、該N型半導体層の表面に
セシウム等を付着させて表面の仕事関数を低下させるこ
とにより電子放出部を形成したものであり、P型半導体
層とN型半導体層とにより形成されたダイオードの両端
に逆バイアス電圧をかけてアバランシェ増幅を起すこと
により電子をホット化し、電子放出部より半導体基板表
面に垂直な方向に電子を放出するものである。
This semiconductor electron-emitting device emits electrons by forming a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer on a semiconductor substrate, and depositing cesium or the like on the surface of the N-type semiconductor layer to lower the work function of the surface. By applying a reverse bias voltage to both ends of a diode formed by a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer and causing avalanche amplification, electrons are made hot, and the electrons are transferred from the electron-emitting region to the surface of the semiconductor substrate. It emits electrons in the direction perpendicular to .

又、従来の半導体電子放出素子において、その放出電子
量の制御方法は、電子放出量の制御方法としては、PN
接合の周囲にリーク電流を防ぐためのn型ガードリング
を有するものは、アバランシェ増幅の起こる電圧からガ
ードリングの耐圧までの範囲で素子電圧を変化させるこ
とにより行っていた。
Furthermore, in conventional semiconductor electron-emitting devices, the method for controlling the amount of emitted electrons is PN.
Those having an n-type guard ring around the junction to prevent leakage current are achieved by changing the element voltage within the range from the voltage at which avalanche amplification occurs to the withstand voltage of the guard ring.

また、ガードリングを有しないものは、素子電圧を太き
(し過ぎるとジュール熱により素子が破壊されるために
、定電流駆動しており、電子放出量の制御は困難であっ
た。
In addition, in devices without a guard ring, if the device voltage is set too high, the device will be destroyed by Joule heat, so it is driven at a constant current, making it difficult to control the amount of electron emission.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来の半導体電子放出素子において
は、電子放出部を形成するために用いていたセシウムが
化学的に極めて活性な元素であるため、以下のような欠
点があった。
However, the conventional semiconductor electron-emitting device described above has the following drawbacks because cesium used to form the electron-emitting portion is a chemically extremely active element.

■安定動作を得るために超高真空(10−10T o 
r r以上)を必要とすること。
■Ultra-high vacuum (10-10T o
r r or more).

■寿命、効率等が真空度に強く依存すること。■Life span, efficiency, etc. strongly depend on the degree of vacuum.

■素子を大気中にさらすことができないこと。■The device cannot be exposed to the atmosphere.

また、従来の半導体電子放出素子では、アバランシェ増
幅により高いエネルギーを得た電子がN型半導体層内を
通過して電子放出部表面に達する構造となっていたため
、電子のエネルギーの多くはN型半導体層内での格子散
乱等によって失われてしまうという欠点もあった。この
エネルギー損失を抑えるためにはN型半導体層を極めて
薄((200Å以下)する必要があるが、このような極
めて薄いN型半導体層を均一かつ高濃度、低欠陥で作製
することは困難であり、従って素子を安定に作製するこ
とが困難であるという課題を有していた。
Furthermore, in conventional semiconductor electron-emitting devices, the structure is such that electrons that have gained high energy through avalanche amplification pass through the N-type semiconductor layer and reach the surface of the electron-emitting region. There was also the drawback that it was lost due to lattice scattering within the layer. In order to suppress this energy loss, it is necessary to make the N-type semiconductor layer extremely thin (200 Å or less), but it is difficult to fabricate such an extremely thin N-type semiconductor layer with uniformity, high concentration, and low defects. Therefore, there was a problem in that it was difficult to stably manufacture the device.

しかも、その電子放出量の制御方法においても、従来の
電子放出量の制御においては、アバランシェ増幅量を変
化されるために素子の印加電圧を変えていたので電子放
出量の精密な再現性や安定性が乏しかった。
Moreover, in the conventional method of controlling the amount of electron emission, the voltage applied to the element was changed in order to change the amount of avalanche amplification, which resulted in precise reproducibility and stability of the amount of electron emission. There was a lack of sex.

そこで本発明は、上記従来の問題点を解決し、超真空と
せずとも安定に動作し、寿命、電子放出効率の点におい
ても優れ、更には効率的な放出電子量の制御が可能な半
導体電子放出素子並びに半導体電子放出素子の駆動方法
を提供するものである。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a semiconductor electronic device that operates stably without an ultra-vacuum, has excellent lifespan and electron emission efficiency, and can efficiently control the amount of emitted electrons. The present invention provides an emitter and a method for driving a semiconductor electron emitter.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成する本発明は、即ちp型半導体上に、シ
ョットキー障壁電極を有し、該p型半導体内に、該ショ
ットキー障壁電極下に設けられたp゛領域び該プ領域の
周りに設けられたn1領域とを有ことを特徴とする半導
体電子放出素子であり、更には、p型半導体上に、ショ
ットキー障壁電極を有し、該p型半導体内に、該ショッ
トキー障壁電極下に設けられたp1領域及び該p+領域
及周りに設けられたn+領域及を有して成る半導体電子
放出素子の域に印加する電圧を変化させることにより放
出電子量を変化させることを特徴とする半導体電子放出
素子の駆動方法である。
The present invention, which achieves the above object, has a Schottky barrier electrode on a p-type semiconductor, and a p' region provided under the Schottky barrier electrode within the p-type semiconductor, and a region around the p-region. A semiconductor electron-emitting device characterized in that it has a Schottky barrier electrode on the p-type semiconductor, and the Schottky barrier electrode in the p-type semiconductor. The amount of emitted electrons is changed by changing the voltage applied to a region of a semiconductor electron-emitting device comprising a p1 region provided below, the p+ region, and an n+ region provided around the semiconductor electron-emitting device. This is a method for driving a semiconductor electron-emitting device.

以下、本発明の半導体電子放出素子の好ましい実施態様
について説明する。
Preferred embodiments of the semiconductor electron-emitting device of the present invention will be described below.

例えば、第1図(a)及び第1図(b)に示す様に、本
発明の半導体電子放出素子は、まずp型半導体基体(第
1図(b)の1及び2)上に、ショットキー障壁電極8
が設けられており、該ショットキー障壁電極8に接合し
且つ該p型半導体基体(l及び2)の内部にp4領域4
(点状p+領域及いう)が形成されている。このp型半
導体基体は、例えば、511Ge、GaAs、GaP、
Af As、GaAsP、AnGaAs。
For example, as shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the semiconductor electron-emitting device of the present invention is manufactured by first applying a shot onto a p-type semiconductor substrate (1 and 2 in FIG. 1(b)). key barrier electrode 8
A p4 region 4 is provided in contact with the Schottky barrier electrode 8 and inside the p-type semiconductor substrate (l and 2).
(referred to as dotted p+ regions) is formed. This p-type semiconductor substrate is, for example, 511Ge, GaAs, GaP,
AfAs, GaAsP, AnGaAs.

SiC,BP等の材料から成り、特に間接遷移型で、l
く fンドギャップの大きな材料が適している。第1図(b
)に示されている様に、このp型半導体基体は、適宜ド
ーパントのドーピングにより、p+層11p層2から成
る積層体である。又、上記ショットキー障壁電極8は、
例えばLaB、、BaB、、Cafe、5rBa、Ce
B、、Y&、YB、等の低仕事関数材料から成るもので
あって、前記点状p゛領域との間のショットキー接合を
p型半導体基体表面に平行に形成することで、後述する
如(、空乏層9及び電界がp型半導体基体面に平行に形
成される。即ち、電子は電界に対して垂直な方向すなわ
ち半導体内部から外部へ向かうようなベクトルにそろえ
られるから、電子のエネルギー分布の拡がりが小さ(な
るため、放出された電子のエネルギー分布の拡がりも小
さくなり、収束等に有利な電子ビームが得られる。
It is made of materials such as SiC and BP, and is especially indirect transition type.
A material with a large f/n gap is suitable. Figure 1 (b
), this p-type semiconductor substrate is a laminate consisting of a p+ layer 11p layer 2, which is doped with a suitable dopant. Further, the Schottky barrier electrode 8 is
For example, LaB, , BaB, , Cafe, 5rBa, Ce
It is made of a low work function material such as B, Y&, YB, etc., and by forming a Schottky junction with the point-like p' region parallel to the surface of the p-type semiconductor substrate, it is possible to (The depletion layer 9 and the electric field are formed parallel to the p-type semiconductor substrate surface. In other words, the electrons are aligned in a direction perpendicular to the electric field, that is, in a vector directed from the inside of the semiconductor to the outside. Therefore, the energy distribution of the electrons is Since the spread of the electron beam is small, the spread of the energy distribution of the emitted electrons is also small, and an electron beam that is advantageous for convergence etc. can be obtained.

ショットキー障壁電極の厚さは、降伏時において該ショ
ットキー接合の空乏層β内で生成される電子を通過させ
るのに充分な薄さであればよい。0.1μm以下が好ま
しい。すなわちショットキー障壁電極を電子ビーム蒸着
等で極めて薄く形成することができるため電子がショッ
トキー障壁電極内を通過する際の散乱を低く押えるとと
もに大気中での取り扱いが極めて容易となる。
The thickness of the Schottky barrier electrode may be thin enough to allow electrons generated within the depletion layer β of the Schottky junction to pass through during breakdown. The thickness is preferably 0.1 μm or less. That is, since the Schottky barrier electrode can be formed extremely thin by electron beam evaporation or the like, scattering of electrons when passing through the Schottky barrier electrode can be suppressed to a low level, and handling in the atmosphere is extremely easy.

又、上記点状p+領域及は、前記p型半導体基体表面の
一部分に、他の部分よりも局部的に降伏電圧が低くなる
ような濃度範囲でドーピングが施された領域である。即
ち、この点状プ領域4を設けることにより、動作時に該
領域4で空乏層4が極めて薄く形成され、局部的に降伏
電圧を下げる(低降伏電圧を有する部分を形成する)と
ともに高電界下で電子をホット化するのに必要なエネル
ギーを与えることができる。
The dotted p+ region is a region in which a portion of the surface of the p-type semiconductor substrate is doped in a concentration range such that the breakdown voltage is locally lower than in other portions. That is, by providing this dotted region 4, the depletion layer 4 is formed extremely thin in the region 4 during operation, which lowers the breakdown voltage locally (forms a portion with a low breakdown voltage) and allows the depletion layer 4 to be formed under a high electric field. can provide the energy necessary to make the electrons hot.

また、該点状p+領域及の幅を5μm以下とすることが
好ましい。これにより電流の集中による素子の熱破壊を
防止することができる。
Further, it is preferable that the width of the dotted p+ region is 5 μm or less. This can prevent thermal destruction of the element due to current concentration.

次に、本発明の半導体電子放出素子はp型半導体基体内
に設けられた前記点状p+領域及の周りにn+領域3が
形成されている。このn+領域3は、前記低降伏電圧を
有する部分を前記半導体基体表面上に隔離するための領
域であり、該n+領域及を形成することで、前記ショッ
トキー障壁電極8のエツジ部の高電界によるリークを防
ぐことが出来る。
Next, in the semiconductor electron-emitting device of the present invention, an n+ region 3 is formed around the dotted p+ region provided in the p-type semiconductor substrate. This n+ region 3 is a region for isolating the portion having a low breakdown voltage on the surface of the semiconductor substrate, and by forming the n+ region 3, a high electric field at the edge portion of the Schottky barrier electrode 8 is formed. It is possible to prevent leaks due to

更に、本発明の半導体電子放出素子は、前記ショットキ
ー障壁電極8と前記n+領域及とにそれぞれ独立の電圧
印加手段10S11が付設されている。
Further, in the semiconductor electron-emitting device of the present invention, independent voltage application means 10S11 are attached to the Schottky barrier electrode 8, the n+ region, and the Schottky barrier electrode 8, respectively.

本発明によれば、電子放出に直接関与するIショットキ
ー障壁電極のまわりに、n+領域及基体とのPN接合に
より形成される先述した空乏層の広がりを、n+領域及
印加する電圧を任意に変化させることにより、放出電流
値の制御および電子放出の0N10FFを可能としたも
のである。
According to the present invention, the aforementioned depletion layer formed by the PN junction between the n+ region and the substrate can be spread around the I Schottky barrier electrode directly involved in electron emission by adjusting the n+ region and the applied voltage arbitrarily. By changing the value, it is possible to control the emission current value and to make electron emission 0N10FF.

以下第2図(a)〜(C)および第3図を用いて、本発
明の半導体電子放出素子の動作原理を゛説明する。
The operating principle of the semiconductor electron-emitting device of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 2(a) to 3(C) and FIG.

リング状のn+領域3は、p−層2とPN接合を形成し
、該n4領域3にオーミック電極6を介し、逆バイアス
を印加することにより、空乏層9を形成する。空乏層9
の幅は、該印加電圧により制御可能であり、低電圧下に
おいては第2図(a)のように狭く、点状p+領域及へ
の電子の流れはスムーズである。しかし、該印加電圧を
上げるに従い、空乏層9の幅は広がり、p−層2におい
て電子が流れることが可能な部分の抵抗値が上昇し、電
子の供給量が減り、それに伴い、電子放出量が減少する
(第2図(b))。更に該印加電圧を上げると、空乏層
9がオーバーラツプし、電子の供給がストップする(第
2図(C))。以上の原理により、前述したようにショ
ットキー電極8に印加した電圧は一定でも、オーミック
電極6に印加する電圧を制御することにより、電子放出
量を制御できるのである。
The ring-shaped n+ region 3 forms a PN junction with the p- layer 2, and by applying a reverse bias to the n4 region 3 via the ohmic electrode 6, a depletion layer 9 is formed. Depletion layer 9
The width of the p+ region can be controlled by the applied voltage, and is narrow under low voltage as shown in FIG. 2(a), and the flow of electrons to the dotted p+ region is smooth. However, as the applied voltage increases, the width of the depletion layer 9 increases, the resistance value of the part of the p-layer 2 through which electrons can flow increases, the amount of electrons supplied decreases, and accordingly, the amount of electrons emitted increases. decreases (Fig. 2(b)). When the applied voltage is further increased, the depletion layer 9 overlaps and the supply of electrons stops (FIG. 2(C)). Based on the above principle, even if the voltage applied to the Schottky electrode 8 is constant as described above, the amount of electron emission can be controlled by controlling the voltage applied to the ohmic electrode 6.

次に、第3図を用いて、本発明の半導体電子放出素子に
おける電子放出過程について説明する。
Next, the electron emission process in the semiconductor electron-emitting device of the present invention will be explained using FIG.

p型半導体と低仕事関数材料からなるショットキーダイ
オードに逆バイアスを印加することによって、p型半導
体の伝導帯の底良はショットキー電極の真空準位ら、よ
りも高いエネルギー準位となる。アバランシェ増幅によ
って生成された電子は、半導体−金属電極界面に生ずる
空乏層内の電界によって格子温度よりも高いエネルギー
を得て、低仕事開数材料からなるショットキー電極へ注
入される。
By applying a reverse bias to a Schottky diode made of a p-type semiconductor and a low work function material, the bottom of the conduction band of the p-type semiconductor becomes a higher energy level than the vacuum level of the Schottky electrode. Electrons generated by avalanche amplification gain energy higher than the lattice temperature due to the electric field in the depletion layer generated at the semiconductor-metal electrode interface, and are injected into the Schottky electrode made of a low work numerical aperture material.

格子散乱等によってエネルギーを失わず、ショットキー
電極表面の仕事関数より大きなエネルギーを持った電子
は、ショットキー電極表面(すなわち電子放出部)より
、真空中に放出される。
Electrons that do not lose energy due to lattice scattering or the like and have energy greater than the work function of the Schottky electrode surface are emitted into vacuum from the Schottky electrode surface (ie, the electron emitting portion).

本発明の半導体電子放出素子及びその駆動方法について
、以下実施例により更に詳述する。
The semiconductor electron-emitting device and the driving method thereof of the present invention will be explained in more detail below using Examples.

実施例1 第1図(a)及び(b)に示す半導体電子放出素子を以
下の■〜■に従って作製した。即ち、■不純物濃度が5
 X 10” c m−”のSiドープのp” G a
 A s基板1上にMOCVD (有機金属化学的気相
成長)法によりZn濃度が2X10”cm−”のp−層
2を成長させた。
Example 1 The semiconductor electron-emitting device shown in FIGS. 1(a) and 1(b) was manufactured according to the following procedures. That is, ■ impurity concentration is 5
X 10” cm-” Si-doped p” Ga
A p- layer 2 having a Zn concentration of 2×10 cm was grown on an As substrate 1 by MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition).

■次i、:FIB(集束イオンビーム)注入技術を用い
て、リング状n+領域3にはSiイオンを不純物濃度力
(I X l 019cm=になるように、又点状p+
領域及にはBeイオンを不純物濃度が2X10”cm−
”になるようにそれぞれイオン注入を行い、アニールに
より活性化した。
■Next i: Using FIB (focused ion beam) implantation technology, Si ions are implanted into the ring-shaped n+ region 3 so that the impurity concentration is (I
The impurity concentration of Be ions is 2X10"cm-
” Ion implantation was performed for each, and the material was activated by annealing.

■その後、表面に絶縁膜5としてS i 02を真空蒸
着し、通常のフォトリソグラフィーにより、開口部を設
けた。
(2) Thereafter, S i 02 was vacuum-deposited as an insulating film 5 on the surface, and openings were formed by ordinary photolithography.

■リング状n+領域3上および基板裏面に、それぞれA
u/CrおよびA u / G eを真空蒸着し、熱処
理によりオーミック電極6.7を形成した。
■On the ring-shaped n+ region 3 and on the back side of the substrate,
U/Cr and Au/Ge were vacuum deposited and heat treated to form an ohmic electrode 6.7.

■更にGaAsに対してショットキー電極8となる材料
として、低仕事関数材料であるLaBs(φ工ζ2,6
eV)を電子ビーム蒸着し、ショットキー電極とした。
■Furthermore, as a material for the Schottky electrode 8 compared to GaAs, LaBs (φ2,6
eV) was subjected to electron beam evaporation to form a Schottky electrode.

このようにして作製した半導体電子放出素子をlX10
’Torrに保たれた真空チャンバー内に入れ、電源1
0により逆バイアス5■、電源11により逆バイアス5
vをそれぞれ印加することにより、約1nAの電子放出
が観測された。また電源11の逆バイアスを5Vより上
昇させるに従い、電子放出が減少し約12Vを印加する
ことにより、電子放出が観測されなくなった。
The semiconductor electron-emitting device produced in this way was 1×10
'Place it in a vacuum chamber maintained at Torr, and
0 causes reverse bias 5■, power supply 11 causes reverse bias 5
By applying v respectively, electron emission of about 1 nA was observed. Furthermore, as the reverse bias of the power source 11 was increased from 5 V, electron emission decreased, and by applying about 12 V, no electron emission was observed.

実施例2 第4図(a)及び(b)に示す半導体電子放出素子を以
下の■〜■に従って作製した。即ち、■不純物濃度がI
 X 10”cm−”のAsドープのp’ S i基板
21上にCVD (化学的気相成長)法またはLPE 
(液相エピタキシャル成長)法によってAs濃度がI 
X 1016c m=のp−層22を成長させた。
Example 2 The semiconductor electron-emitting device shown in FIGS. 4(a) and 4(b) was manufactured according to the following steps 1 to 2. That is, ■ the impurity concentration is I
CVD (Chemical Vapor Deposition) or LPE on As-doped p'Si substrate 21 of x 10"cm-"
(liquid phase epitaxial growth) method to increase the As concentration to I
A p-layer 22 of x 1016 cm= was grown.

■次にFIB (集束イオンビーム)注入技術を用いて
、リング状n+領域23は、300KeVおよび100
KeVに加速したBイオン注入(2段注入法)により、
不純物濃度がI X 10” c m−”になるように
した。またリング状n+領域24は、150KeVに加
速したBイオン注入により、不純物のピーク濃度が5 
X 1018c m−”になるようにした。イオン注入
では通常深さ方向の注入イオンの濃度分布かがウス分布
を示すため、濃度は深さ方向にピークを持ち、表面付近
やピーク、値よりも深い領域では、低濃度となる。この
ため、本素子においても、リング状n゛領域24は、表
面よりも深い位置に存在する様なイオン注入条件を選ん
だ。
■Next, using FIB (focused ion beam) implantation technology, the ring-shaped n+ region 23 is implanted at 300 KeV and 100 KeV.
By B ion implantation (two-stage implantation method) accelerated to KeV,
The impurity concentration was set to I x 10"cm-". Furthermore, the ring-shaped n+ region 24 is formed by B ion implantation accelerated to 150 KeV, so that the peak impurity concentration is 5.
X 1018 cm m-". In ion implantation, the concentration distribution of implanted ions in the depth direction usually shows a Gaussian distribution, so the concentration has a peak in the depth direction, and the concentration is higher than the peak near the surface and the value. In the deep region, the concentration is low.For this reason, in this device as well, ion implantation conditions were selected such that the ring-shaped n' region 24 exists at a position deeper than the surface.

■点状プ領域25にはAsイオンを不純物濃度がl×1
O1sになるようにイオン注入を行い、アニールにより
それぞれの注入領域を活性化した。
■The dotted region 25 is doped with As ions at an impurity concentration of l×1.
Ion implantation was performed to obtain O1s, and each implanted region was activated by annealing.

■その後表面に絶縁膜26としてS i Oxを真空蒸
着し、通常のフォトリソグラフィーにより開口部を設け
た。
(2) Thereafter, SiOx was vacuum-deposited as an insulating film 26 on the surface, and openings were formed by ordinary photolithography.

■またリング状n1領域の一部に対して、基板表面から
オーミック電極28とコンタクトがとれるようにコンタ
クトホール31を形成した。
(2) Also, a contact hole 31 was formed in a part of the ring-shaped n1 region so as to make contact with the ohmic electrode 28 from the substrate surface.

■リング状n+領域23.24および基板裏面にそれぞ
れAI!を真空蒸着し、オーミック電極27.28.2
9を形成した。
■AI on the ring-shaped n+ region 23, 24 and the back side of the board! Ohmic electrode 27.28.2
9 was formed.

■更にショットキー電極30となる材料として、低仕事
関数材料であるGa(φ−h#3.1eV)を100人
真空蒸着し、熱処理によってG a S i2を形成さ
せ、点状p“領域25と良質なショットキー接合を形成
させた。
(2) Further, as a material for the Schottky electrode 30, Ga (φ-h#3.1eV), which is a low work function material, was vacuum-deposited by 100 people, and Ga Si2 was formed by heat treatment, and the dotted p" region 25 A high-quality Schottky junction was formed.

以上のようにして作製した半導体電子放出素子において
、電源33および34に逆バイアス6vを印加したとこ
ろ、0.2nAの電子放出が観測された。
When a reverse bias of 6 V was applied to the power supplies 33 and 34 in the semiconductor electron-emitting device manufactured as described above, electron emission of 0.2 nA was observed.

また電源34の電圧を12Vまで徐々に上げる過程にお
いて、電子放出は減少し、約12Vで観測されなくなっ
た。この素子の動作原理は第5図(a)〜(c)に示す
如く、実施例1で示したものと同様であり、リング状n
+領域23はショットキーバリアダイオードにおいて、
逆バイアスでのショットキーバリア周囲でのブレークダ
ウンを防止するためのガードリングと同じ機能を有する
が、本素子においては更に点状p+領域及の電界の集中
に寄与している。
Further, in the process of gradually increasing the voltage of the power supply 34 to 12V, electron emission decreased and was no longer observed at about 12V. The operating principle of this element is the same as that shown in Example 1, as shown in FIGS. 5(a) to (c), and the ring-shaped n
+ region 23 is a Schottky barrier diode,
It has the same function as a guard ring to prevent breakdown around the Schottky barrier under reverse bias, but in this device it also contributes to the concentration of the electric field in the dotted p+ region.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように本発明によりショットキー型
の電子源を作製するにあたり、ショットキー接合を半導
体面に平行に形成することで放出電子のエネルギー分布
の広がりを狭(することが出来る。さらにショットキー
電極を仕事関数の小さく大気中安定な材料を用いたこと
で効率の改善及び大気中取り拠いの容易さを実現出来る
。更に、ショットキー接合においてn型領域のガードリ
ングを設けることにより電極周囲で生じるリークを防い
で効率の改善を行ない、さらに微小な点状p+領域及設
けて電流を集中し、かつ微小にすることで発熱による素
子の破壊を防ぐ効果がある。
As explained in detail above, when manufacturing a Schottky electron source according to the present invention, the spread of the energy distribution of emitted electrons can be narrowed by forming a Schottky junction parallel to the semiconductor surface. By using a material with a small work function and being stable in the atmosphere for the Schottky electrode, it is possible to improve efficiency and make it easier to handle the atmosphere.Furthermore, by providing a guard ring in the n-type region at the Schottky junction, Efficiency is improved by preventing leaks occurring around the electrodes, and furthermore, by providing minute p+ regions to concentrate the current and making it minute, it is effective to prevent element destruction due to heat generation.

しかも、本発明の素子は、上記効果に加えて放出電子量
の制御、即ち、0N10FF制御を含むアナログ的な放
出電子量の制御をアバランシェ・ブレークダウンとは別
のPN接合により形成される空乏層の幅を制御すること
により、効率良く精密に行うことができる。
Moreover, in addition to the above-mentioned effects, the device of the present invention can control the amount of emitted electrons in an analog manner including 0N10FF control using a depletion layer formed by a PN junction separate from avalanche breakdown. By controlling the width of the area, it is possible to perform the process efficiently and precisely.

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

第1図(a)、(b)は本発明の半導体電子放出素子の
一実施例を示す概略構成図であり、第1図(a)はその
平面図、第1図(b)は第1図(a)のA−A断面図を
示す。 第2図(a)〜(C)は、第1図(a)、(b)に示さ
れた本発明の半導体電子放出素子の動作原理を説明する
為の図。 第3図は本発明の半導体電子放出素子のバンド図。 第4図(a)、(b)は本発明の半導体電子放出素子の
他の実施例を示す概略構成図であり、第4図(a)はそ
の平面図、第4図(b)は第4図(a)のB−B断面図
を示す。 第5図(a) 〜(c)は、第4図(a)、(b)に示
された本発明の半導体電子放出素子の動作原理を示す図
。 ■・・・p′″層 2・・・p−層 3.23.24・・・リング状n+領域4.25・・・
点状プ領域 5.26・・・絶縁膜 6.7.27.28.29・・・オーミック電極8.3
0・・・ショットキー障壁電極 9.32・・−空乏層 10.11.33.34・・・電源 31・・・コンタクトホール
1(a) and 1(b) are schematic configuration diagrams showing one embodiment of a semiconductor electron-emitting device of the present invention, FIG. 1(a) is a plan view thereof, and FIG. 1(b) is a first A sectional view taken along line A-A in Figure (a) is shown. FIGS. 2(a) to (C) are diagrams for explaining the operating principle of the semiconductor electron-emitting device of the present invention shown in FIGS. 1(a) and (b). FIG. 3 is a band diagram of the semiconductor electron-emitting device of the present invention. FIGS. 4(a) and 4(b) are schematic configuration diagrams showing other embodiments of the semiconductor electron-emitting device of the present invention, FIG. 4(a) is a plan view thereof, and FIG. 4(b) is a top view thereof. 4 shows a BB sectional view of FIG. 4(a). FIGS. 5(a) to 5(c) are diagrams showing the operating principle of the semiconductor electron-emitting device of the present invention shown in FIGS. 4(a) and 4(b). ■...p''' layer 2...p- layer 3.23.24...ring-shaped n+ region 4.25...
Dotted region 5.26... Insulating film 6.7.27.28.29... Ohmic electrode 8.3
0...Schottky barrier electrode 9.32...-depletion layer 10.11.33.34...power supply 31...contact hole

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)p型半導体上に、ショットキー障壁電極を有し、
該p型半導体内に、該ショットキー障壁電極下に設けら
れたp^+領域及び該p^+領域の周りに設けられたn
^+領域とを有しており、該ショットキー障壁電極と該
n^+領域とにそれぞれ個別に電圧印加手段が接続され
ていることを特徴とする半導体電子放出素子。
(1) Having a Schottky barrier electrode on the p-type semiconductor,
In the p-type semiconductor, a p^+ region provided under the Schottky barrier electrode and an n region provided around the p^+ region.
What is claimed is: 1. A semiconductor electron-emitting device having a Schottky barrier electrode and an n^+ region, wherein voltage application means are individually connected to the Schottky barrier electrode and the n^+ region.
(2)p型半導体上に、ショットキー障壁電極を有し、
該p型半導体内に、該ショットキー障壁電極下に設けら
れたp^+領域及び該p^+領域の周りに設けられたn
^+領域とを有して成る半導体電子放出素子の駆動方法
であって、該ショットキー障壁電極と該n^+領域とに
それぞれ独立して電圧を印加し、該n^+領域に印加す
る電圧を変化させることにより放出電子量を変化させる
ことを特徴とする半導体電子放出素子の駆動方法。
(2) having a Schottky barrier electrode on the p-type semiconductor,
In the p-type semiconductor, a p^+ region provided under the Schottky barrier electrode and an n region provided around the p^+ region.
A method for driving a semiconductor electron-emitting device having a ^+ region, the method comprising applying a voltage independently to the Schottky barrier electrode and the n^+ region, and applying a voltage to the n^+ region. A method for driving a semiconductor electron-emitting device, characterized in that the amount of emitted electrons is changed by changing a voltage.
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