JPH0574333A - Quantized electron beam generator - Google Patents

Quantized electron beam generator

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JPH0574333A
JPH0574333A JP23475191A JP23475191A JPH0574333A JP H0574333 A JPH0574333 A JP H0574333A JP 23475191 A JP23475191 A JP 23475191A JP 23475191 A JP23475191 A JP 23475191A JP H0574333 A JPH0574333 A JP H0574333A
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JP
Japan
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layer
potential
electron beam
potential well
electrons
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JP23475191A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Muto
俊一 武藤
Hiroshi Arimoto
宏 有本
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To take out electrons small in energy width and are great in density by containing the potential barrier layer of a specified semiconductor, the potential well layer of a semiconductor or metal, and the potential barrier on vacuum level. CONSTITUTION:An n-type InPGgAs layer 2, which includes silicon, an AlAsSb layer 3, and an InGaAs layer 4 are epitaxially grown on an n-type InP substrate 1. A gallium converging ion beam is injected, around the region rectangular in plane, from a layer 4 into the upper layer part of a layer 2 so as to form an insulating isolation 5. The layer 3 in the region surrounded by the isolation 5 becomes a potential barrier layer 6, and the upper layer 4 becomes a potential well layer 7. If the vacuum level of the layer 7 is inclined by applying voltage between the upper and lower electrodes 8 and 10, the electrons of the energy equal to the resonance level, which have tunneled the layers 6 and 7, permeate the vacuum barrier, and are taken out.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、量子化電子線発生装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantized electron beam generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】真空中の電子線を用いる反射型電子顕微
鏡(SEM)のような測定器の電子線(Electorn Beam
)発生源としては、熱電子線源、電界放射(Feeld Emi
ssion)線源等があり、特に電界放射の場合には電子線の
エネルギー幅が0.1〜0.5eV程度の範囲まで絞れるた
め、比較的高分解能の測定に用いられている。
2. Description of the Related Art An electron beam (electron beam) of a measuring instrument such as a reflection electron microscope (SEM) using an electron beam in a vacuum.
) Sources include thermionic beam sources and field emission (Feeled Emi
ssion) radiation source and the like, and in particular in the case of field emission, the energy width of the electron beam can be narrowed down to a range of about 0.1 to 0.5 eV, so that it is used for relatively high resolution measurement.

【0003】この電界放射式の電子線源は、図5(a) の
ように真空における電界中に金属膜を設置して金属膜5
1周辺の真空のエネルギ準位を傾斜させたもので、同図
(b)に示すようなエネルギー構造となる。
In this field emission type electron beam source, as shown in FIG. 5 (a), a metal film is placed in a vacuum electric field.
The energy level of the vacuum around 1 is tilted.
The energy structure is as shown in (b).

【0004】これによれば、金属膜51中の電子が、傾
斜して薄くなった真空のバリアをトンネルする確率が高
くなり、図5(c) に示すようなエネルギー幅0.1〜0.5
eVの電子を取り出すことが可能になる。
According to this, the probability that the electrons in the metal film 51 tunnel through the inclined and thinned vacuum barrier becomes high, and the energy widths 0.1 to 0.1 as shown in FIG. 5 (c). 5
It becomes possible to take out eV electrons.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このエネルギ
ーの幅は0.1〜0.5eVと広く、実際の使用においては
エネルギーの揃った電子が必要になり、そのエネルギー
幅ではいわゆるボケが生じている状態となる。
However, the energy width is as wide as 0.1 to 0.5 eV, and electrons with uniform energy are required in actual use, and so-called blurring occurs in the energy width. It will be in the state of being.

【0006】このため、トンネルした電子をスペクトル
分析し、極めて狭い範囲δEのエネルギー電子を取り出
すようにしているが、この範囲のエネルギーの密度が小
さいために、さらに高分解能の電子顕微鏡に適用するこ
とはできないといった問題がある。
For this reason, the tunneled electrons are spectrally analyzed to take out energetic electrons in an extremely narrow range δE. However, since the energy density in this range is small, it should be applied to a higher resolution electron microscope. There is a problem that you can not do it.

【0007】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、エネルギー幅が狭く、かつエネルギー密
度が大きな電子を取り出すことができる電子線発生装置
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electron beam generator capable of extracting electrons having a narrow energy width and a large energy density.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1〜
4に例示するように、共鳴トンネル現象を生じさせる半
導体のポテンシャルバリア層6,26、半導体又は金属の
ポテンシャル井戸層7,27及び真空準位のポテンシャル
バリアを有することを特徴とする量子化電子線発生装置
によって達成する。
[Means for Solving the Problems]
4, the quantized electron beam is characterized by having semiconductor potential barrier layers 6 and 26 for causing a resonance tunnel phenomenon, semiconductor or metal potential well layers 7 and 27, and a vacuum level potential barrier. Achieved by generator.

【0009】または図3に例示するように、前記ポテン
シャル井戸層7の表面に補助バリア層12を設けたことを
特徴とする前記量子化電子線発生装置によって達成す
る。または、前記半導体のポテンシャルバリア層6,2
6、前記ポテンシャル井戸層7,27が、横方向の波数ベ
クトルを量子化する大きさに形成されていることを特徴
とする前記量子化電子線発生装置により達成する。
Alternatively, as illustrated in FIG. 3, the quantized electron beam generator is characterized in that an auxiliary barrier layer 12 is provided on the surface of the potential well layer 7. Alternatively, the semiconductor potential barrier layers 6, 2
6. The potential well layers 7 and 27 are formed to have a size capable of quantizing a wave vector in the lateral direction, which is achieved by the quantized electron beam generator.

【0010】または、前記半導体のポテンシャルバリア
層6,26として、Si、AlAs、AlSb、AlAsSbを用いること
を特徴とする前記量子化電子線発生装置により達成す
る。または、前記ポテンシャル井戸層7,27として、Co
Si2 、NiSi2、AlNi、GaAs、InAs、InGaAsを用いること
を特徴とする前記量子化電子線発生装置によって達成す
る。
Alternatively, the quantized electron beam generator is characterized in that Si, AlAs, AlSb, and AlAsSb are used as the potential barrier layers 6 and 26 of the semiconductor. Alternatively, as the potential well layers 7 and 27, Co
This is achieved by the above-mentioned quantized electron beam generator characterized by using Si 2 , NiSi 2 , AlNi, GaAs, InAs, InGaAs.

【0011】[0011]

【作 用】本発明によれば、図2(a) に示すように、共
鳴トンネル現象を生じさせるポテンシャルバリアの一方
を真空準位によって形成している。この場合、そのポテ
ンシャルバリアを電界により傾斜させてトンネルさせる
が、そのトンネル確率が高く、しかも、電子の取り出し
エネルギー幅を1meV程度に絞るために、通常の電界
放射線源と比較して同じ電界強度で2桁高いエネルギー
密度が得られる。
[Operation] According to the present invention, as shown in FIG. 2 (a), one of the potential barriers causing the resonant tunneling phenomenon is formed by the vacuum level. In this case, the potential barrier is tilted by an electric field to be tunneled, but the tunneling probability is high, and since the electron extraction energy width is narrowed down to about 1 meV, the field intensity is the same as that of a normal field radiation source. Two orders of magnitude higher energy density is obtained.

【0012】また、本発明によれば、ポテンシャル井戸
層7の表面に補助バリア層12を設けている。このため、
ポテンシャル井戸層7の表面準位による電子のトラップ
がなくなり、電流密度が大きくなる。
Further, according to the present invention, the auxiliary barrier layer 12 is provided on the surface of the potential well layer 7. For this reason,
The trapping of electrons due to the surface states of the potential well layer 7 disappears, and the current density increases.

【0013】また、本発明によれば、ポテンシャル井戸
層7の表面に沿ったx、y方向の電子の波数ベクトルを
量子化するようにしている。このため、極めて指向性の
強い線源が得られる。
Further, according to the present invention, the wave vector of the electrons in the x and y directions along the surface of the potential well layer 7 is quantized. For this reason, a radiation source with extremely strong directivity can be obtained.

【0014】また、半導体のポテンシャルバリア層、ポ
テンシャル井戸層としては上記した材料が上げられる。
The materials mentioned above can be used for the potential barrier layer and the potential well layer of the semiconductor.

【0015】[0015]

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。 (a)本発明の第1実施例の説明 図1は、本発明の一実施例を示す装置の断面図と平面図
である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (A) Description of First Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a sectional view and a plan view of an apparatus showing an embodiment of the present invention.

【0016】図において、n+ 型InP 基板1の上には、
1×1019/cm3 濃度のシリコンを含むn+ 型InGaAs層
2、AlAs0.56Sb0.44層3及びIn0.53Ga0.47As層4がそれ
ぞれ1μm、17.6Å、29.3Åの厚さに順にエピタキシャ
ル成長されている。
In the figure, on the n + type InP substrate 1,
An n + type InGaAs layer 2, an AlAs 0.56 Sb 0.44 layer 3 and an In 0.53 Ga 0.47 As layer 4 each containing silicon at a concentration of 1 × 10 19 / cm 3 were epitaxially grown to a thickness of 1 μm, 17.6 Å and 29.3 Å, respectively. There is.

【0017】また、In0.53Ga0.47As層4からn+ 型InGa
As層2の上層部において、1辺が1000Åの平面矩形状領
域の周囲にはガリウム収束イオンビームが注入されて不
活性化され、絶縁性のアイソレーション5が形成されて
いる。
Further, from the In 0.53 Ga 0.47 As layer 4 to the n + type InGa
In the upper layer portion of the As layer 2, a gallium-focused ion beam is injected and inactivated around a planar rectangular region having one side of 1000 Å, and an insulating isolation 5 is formed.

【0018】そして、アイソレーション5に囲まれた矩
形状領域のAlAs0.56Sb0.44層3はポテンシャルバリア層
6となり、また、その上のIn0.53Ga0.47As層4はポテン
シャル井戸層7となる。
The AlAs 0.56 Sb 0.44 layer 3 in the rectangular region surrounded by the isolation 5 becomes the potential barrier layer 6, and the In 0.53 Ga 0.47 As layer 4 thereabove becomes the potential well layer 7.

【0019】8は、孔9からポテンシャル井戸層7を露
出させるドーナッツ状の電極で、In 0.53Ga0.47As層4の
上に1〜2μmの間隔をおいて配置されており、このド
ーナッツ状の電極8と基板1下面の電極10の間に電圧
を印加することによってポテンシャル井戸7の上に電界
を生じさせるように構成されている。
Reference numeral 8 represents the potential well layer 7 exposed from the hole 9.
In the donut-shaped electrode to be emitted, In 0.53Ga0.47As layer 4
They are arranged at an interval of 1 to 2 μm on the top.
-A voltage is applied between the nut-shaped electrode 8 and the electrode 10 on the lower surface of the substrate 1.
The electric field on the potential well 7 by applying
Is configured to cause.

【0020】なお、図中符号11は、ドーナッツ状電極
8をIn0.53Ga0.47As層4上で支持する絶縁膜を示してい
る。上記した実施例において、上下の電極8,10間に
電圧を印加してポテンシャル井戸層7表面の真空中に1
×107 V/cm程度の電界を発生させ、真空準位を図2
(a) に示すように傾斜させると、ポテンシャルバリア層
6及びポテンシャル井戸層7をトンネルした共鳴準位E
0 に等しいエネルギーの電子は、真空のバリアを透過し
て取り出される。
Reference numeral 11 in the drawing denotes an insulating film for supporting the donut-shaped electrode 8 on the In 0.53 Ga 0.47 As layer 4. In the above-described embodiment, a voltage is applied between the upper and lower electrodes 8 and 10 so that the surface of the potential well layer 7 is evacuated to 1
An electric field of about 10 7 V / cm is generated and the vacuum level is shown in FIG.
When tilted as shown in (a), the resonance level E tunneled through the potential barrier layer 6 and the potential well layer 7
Electrons with energy equal to 0 are extracted through the vacuum barrier.

【0021】この実施例の電流密度とネルギー密度を、
図5に示す従来装置と比較検討してみる。通常、半導体
ヘテロ接合では、形成できるトンネルバリアのポテンシ
ャルが低く、また電子の有効質量が小さい。このため
に、半導体バリアと真空バリアにより共鳴トンネルバリ
ア(Resonance Tunneling Baria)を形成すると、電子は
殆ど真空バリアで反射されてしまい、真空中に取り出す
のは無効と思われていた。
The current density and energy density of this embodiment are
A comparative study will be made with the conventional device shown in FIG. Usually, in a semiconductor heterojunction, the potential of a tunnel barrier that can be formed is low, and the effective mass of electrons is small. For this reason, when a resonance tunneling barrier (Resonance Tunneling Baria) is formed by a semiconductor barrier and a vacuum barrier, most of the electrons are reflected by the vacuum barrier, and it has been considered ineffective to extract them into a vacuum.

【0022】実際、これによる共鳴準位E0 での電子の
透過確率T(E0)は、T(E0)=Ts /Tv であり、1より
ははるかに小さい(Ts ;トンネルバリア層の透過確
率、T v ;真空バリアの透過確率)。
In fact, the resonance level E resulting from this0Electronic in
Transmission probability T (E0) Is T (E0) = Ts/ TvAnd from 1
Is much smaller (Ts; Transmission accuracy of tunnel barrier layer
Rate, T vThe transmission probability of the vacuum barrier).

【0023】しかし、以下に述べる理論的考察によりこ
のような場合にも、共鳴準位の狭いエネルギー半値幅Δ
0 で取り出す電子のエネルギー密度は、電界放射式電
子線源よりもはるかに高いことを見出した。
However, according to the theoretical consideration described below, even in such a case, the energy half width Δ of the resonance level is narrow.
It was found that the energy density of the electrons taken out at E 0 is much higher than that of the field emission electron beam source.

【0024】ここで、真空中での電子の波数ベクトル
が、 kx 〜kx +δkx (横(x)方向) ky 〜ky +δky (横(y)方向) kz v 〜kz V +δkz V (縦(z)方向) の範囲で含まれる電子の電流密度とエネルギー密度を求
めてみる。
[0024] Here, the electron wave vector in vacuum, k x ~k x + δk x ( horizontal (x) direction) k y ~k y + δk y ( horizontal (y) direction) k z v ~k z The current density and energy density of electrons included in the range of V + δk z V (longitudinal (z) direction) will be obtained.

【0025】金属から真空準位を透過させる電界放射
型の電子源の場合 電流密度J=(q/2π2 h)δkx δky v δE ∴エネルギー密度=J/δE=qδkx δky v /2π2 h (但し、δE=(h2 z v /4π2 0 )・δkz v 、 qは電荷量、hはプランク定数 である。) 半導体と真空による共鳴トンネルバリアによる電界放
射型の電子源の場合 ここで、共鳴準位の半値幅ΔE0 =δEとすれば、 (2πh/qδkx δky )・J=(π/2)・ΔE0 ・tp =(π/2)・ΔE0 ・Tv /Ts =E0 v /2 ( 但し、ピーク透過確率tp =Tv /Ts 、 ΔE0 =E0(Tv +Ts ) /π である。) という関係があるために、電流密度Jは次式によって求
まる。
In the case of the electron source of field emission type that transmits vacuum level metal current density J = (q / 2π 2 h ) δk x δk y T v δE ∴ energy density = J / δE = qδk x δk y T v / 2 h (although, δE = (h 2 k z v / 4π 2 m 0) · δk z v, q is a charge amount, h is Planck's constant.) field emission by a resonant tunneling barrier by the semiconductor and vacuum here the case of the electron source type, if the half width Delta] E 0 = &Dgr; E of resonant level, (2πh / qδk x δk y ) · J = (π / 2) · ΔE 0 · t p = (π / 2 ) · ΔE 0 · T v / T s = E 0 T v / 2 (where peak transmission probability t p = T v / T s and ΔE 0 = E 0 (T v + T s ) / π). Since there is a relationship, the current density J is obtained by the following equation.

【0026】 J=(q/2π2 h)・δkx δky v ・(E0 /2) ∴エネルギー密度=J/ΔE0 =(E0 /2ΔE0 )qδkx δky v /2π2 h 従って、共鳴トンネルバリアによる場合には、Ts /T
v の反射があるにもかかわらず、の従来装置に比べて
0 /2ΔE0 だけδE(=ΔE0 )内のエネルギー密
度が高くなり、このエネルギー密度Iと電界Eとの関係
を示すと、図2(b) の実線のようになる。この場合、真
空によるバリアの透過確率が大きくなるために、InGaAs
層2からトンネルした電子は全てΔE0 の中に凝縮され
ることになり、ΔE0 を1meVとすると、E0 /2Δ
0 は2桁の数字になる。
[0026] J = (q / 2π 2 h ) · δk x δk y T v · (E 0/2) ∴ energy density = J / ΔE 0 = (E 0 / 2ΔE 0) qδk x δk y T v / 2π 2 h Therefore, when using a resonant tunnel barrier, T s / T
Despite the reflection of v , the energy density in δE (= ΔE 0 ) is increased by E 0 / 2ΔE 0 compared to the conventional device, and the relationship between the energy density I and the electric field E is shown as follows: It becomes like the solid line in Fig. 2 (b). In this case, the InGaAs
All electrons tunnel from layer 2 would be condensed into the Delta] E 0, if the Delta] E 0 and 1meV, E 0 / 2Δ
E 0 is a two-digit number.

【0027】なお、一点鎖線で示した曲線は従来の装置
の場合を表し、トンネルする電子のエネルギー幅が広く
てボケが生じるばかりでなく、その電流エネルギー密度
も低いことがわかる。
It should be noted that the curve indicated by the alternate long and short dash line represents the case of the conventional device, and it is understood that not only the energy width of the tunneling electrons is wide and blur occurs, but also the current energy density thereof is low.

【0028】(b)本発明の第2実施例の説明 上記した第1の実施例では、ポテンシャル井戸層7を真
空中に表出させるようにしたが、図3(a) に示すよう
に、ポテンシャル井戸層7の上にIn0.52Al0.48Asよりな
るサブバリア層12を介在させてもよい。そのエネルギ
ーバンドは図3(b) に示すようになる。
(B) Description of the Second Embodiment of the Present Invention In the above-mentioned first embodiment, the potential well layer 7 is exposed in a vacuum. However, as shown in FIG. 3 (a), A sub-barrier layer 12 made of In 0.52 Al 0.48 As may be interposed on the potential well layer 7. The energy band is as shown in Fig. 3 (b).

【0029】これによれば、ポテンシャル井戸層7の表
面準位が除かれ、これによる電子の捕捉がなくなり、電
子密度は大きくなる。なお、図3(a) において図1と同
一符号は、同一要素を示している。
According to this, the surface level of the potential well layer 7 is removed, the trapping of electrons by this is eliminated, and the electron density is increased. In FIG. 3A, the same symbols as those in FIG. 1 indicate the same elements.

【0030】(c)本発明の第3実施例の説明 また、共鳴トンネルバリアによる電子線源としては、上
記した構造の他にMSM(金属/半導体/金属)構造に
することもできる。
(C) Description of Third Embodiment of the Present Invention Further, as the electron beam source by the resonance tunnel barrier, an MSM (metal / semiconductor / metal) structure can be used in addition to the above structure.

【0031】図4は、その実施例を示す断面図であり、
+ 型Si基板21の上には第一のコバルトシリサイド
(CoSi2)層22、シリコン(Si)層23、第二のCoSi2
層24がそれぞれ27.2Å、27.2Å、27.2Å程度形成され
ている。そして、第二のCoSi2 層24から第一のCoSi2
層22の上層部にかけた層においては、平面矩形状の領
域が残るようにメサ状にエッチングされ、エッチングさ
れた部分は絶縁層25により埋め込まれている。そのエ
ッチング方法としては、収束イオンビームエッチング、
スパッタエッチング等が用いられる。
FIG. 4 is a sectional view showing the embodiment.
A first cobalt silicide (CoSi 2 ) layer 22, a silicon (Si) layer 23, and a second CoSi 2 layer are formed on the n + type Si substrate 21.
The layers 24 are formed by about 27.2Å, 27.2Å and 27.2Å, respectively. Then, from the second CoSi 2 layer 24 first CoSi 2
The layer overlying the layer 22 is etched in a mesa shape so that a planar rectangular region remains, and the etched portion is filled with an insulating layer 25. As the etching method, focused ion beam etching,
Sputter etching or the like is used.

【0032】そして、矩形状に形成された第二のCoSi2
層24はポテンシャル井戸層27となり、その下のSi層
23はポテンシャルバリア層26となる。また、ポテン
シャル井戸層27の上方の周囲には絶縁膜28を介して
ドーナッツ状の電極29が形成され、さらにSi基板21
の下面には板状の電極30が取付けられている。
Then, a second CoSi 2 film having a rectangular shape is formed.
The layer 24 becomes the potential well layer 27, and the Si layer 23 thereunder becomes the potential barrier layer 26. Further, a donut-shaped electrode 29 is formed around the potential well layer 27 via an insulating film 28.
A plate-shaped electrode 30 is attached to the lower surface of the.

【0033】この実施例においても、第1、2の実施例
と同様に電極29,30間に電圧を印加してポテンシャ
ル井戸層27の上の真空準位を傾斜させると、ポテンシ
ャルバリア層26及びポテンシャル井戸層27を透過し
た電子が真空準位をトンネルし、トンネルしたエネルギ
ー密度は高くなる。
Also in this embodiment, when a voltage is applied between the electrodes 29 and 30 to incline the vacuum level on the potential well layer 27 as in the first and second embodiments, the potential barrier layer 26 and The electrons that have passed through the potential well layer 27 tunnel through the vacuum level, and the tunneled energy density becomes high.

【0034】このように、シリコン基板21に電子線源
を形成すると、同一基板にその他の素子を形成すること
が容易となり、集積化が図りやすくなる。なお、この実
施例のポテンシャル井戸層の上に、Siなどの半導体或い
は絶縁体よりなるサブバリア層を形成してもよい。
As described above, when the electron beam source is formed on the silicon substrate 21, it becomes easy to form other elements on the same substrate, which facilitates integration. A sub-barrier layer made of a semiconductor such as Si or an insulator may be formed on the potential well layer of this embodiment.

【0035】(d)本発明のその他の実施例の説明 上記した実施例では、ポテンシャルバリア層、ポテンシ
ャル井戸層を矩形状に形成し、その1辺を1000Å程度に
したが、その辺の大きさを 100Å程度にすると、電子密
度が高くなって、横方向(面方向)の波数ベクトルが、 kx =±π/Lx 、ky =±π/Ly に量子化されるため、極めて指向性の強い電子線源が得
られる。この場合、電子の放出方向は全体に広がらず
に、矩形状ポテンシャル井戸層のコーナー部分から飛び
出すことになる。
(D) Description of Other Embodiments of the Present Invention In the above-mentioned embodiments, the potential barrier layer and the potential well layer are formed in a rectangular shape, and one side thereof is about 1000 Å. Is about 100Å, the electron density increases and the transverse (plane direction) wave vector is quantized to k x = ± π / L x , k y = ± π / L y A strong electron beam source can be obtained. In this case, the emission direction of the electrons does not spread over the whole, but jumps out from the corner portion of the rectangular potential well layer.

【0036】また、上記した実施例においては、ポテン
シャルバリア層としてAlAsSb、Siを用いたが、AlAs、Al
Sb等の材料を使用してもよい。さらに、ポテンシャル井
戸層としてはInGaAs、CoSi2 の他に、NiSi2 、AlNi、Ga
As、InAsを使用してもよい。
Although AlAsSb and Si are used as the potential barrier layer in the above-mentioned embodiments, AlAs and Al
A material such as Sb may be used. In addition to InGaAs and CoSi 2 , the potential well layers include NiSi 2 , AlNi, and Ga.
As or InAs may be used.

【0037】なお、上記した実施例では、ポテンシャル
井戸層、ポテンシャルバリア層を一つ形成する場合につ
いて説明したが、それらを網状、ストリクス状に多数配
置してもよい。
In the above embodiments, the case where one potential well layer and one potential barrier layer are formed has been described, but a large number of them may be arranged in a mesh shape or a striking shape.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、共鳴
トンネル現象を生じさせるポテンシャルバリアの一方を
真空準位によって形成しているので、ポテンシャルバリ
アを電界により傾斜させてトンネルさせる場合のそのト
ンネル確率が高く、しかも、電子の取り出しエネルギー
幅を1meV程度に絞ることができ、通常の電界放射線
源と比較して同じ電界強度で2桁程度高いエネルギー密
度を得ることができる。
As described above, according to the present invention, since one of the potential barriers that causes the resonance tunnel phenomenon is formed by the vacuum level, the potential barrier that is tilted by the electric field is tunneled. The tunnel probability is high, and the electron extraction energy width can be narrowed down to about 1 meV, and an energy density higher by about two orders of magnitude can be obtained with the same electric field strength as compared with a normal electric field radiation source.

【0039】また、本発明によれば、ポテンシャル井戸
層の表面に補助バリア層を設けているので、ポテンシャ
ル井戸層の表面準位による電子のトラップがなくなり、
電流密度を大きくすることができる。
Further, according to the present invention, since the auxiliary barrier layer is provided on the surface of the potential well layer, the trapping of electrons due to the surface level of the potential well layer is eliminated,
The current density can be increased.

【0040】また、本発明によれば、ポテンシャル井戸
層の表面に沿ったx、y方向の電子の波数ベクトルを量
子化するようにしたので、極めて指向性の強い線源を得
ることが可能になる。
Further, according to the present invention, since the wave vector of the electrons in the x and y directions along the surface of the potential well layer is quantized, it is possible to obtain a radiation source having extremely strong directivity. Become.

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

【図1】本発明の第1実施例を示す装置の断面図及び平
面図である。
FIG. 1 is a sectional view and a plan view of an apparatus showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例を示す装置のエネルギーバ
ンド図及び電流のエネルギー密度を示す特性図である。
FIG. 2 is an energy band diagram of a device showing a first embodiment of the present invention and a characteristic diagram showing current energy density.

【図3】本発明の第2実施例を示す装置の断面図及びそ
のエネルギーバンド図である。
FIG. 3 is a sectional view of an apparatus showing a second embodiment of the present invention and its energy band diagram.

【図4】本発明の第3実施例を示す装置の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of an apparatus showing a third embodiment of the present invention.

【図5】従来装置の一例を示す断面図、エネルギーバン
ド図及びエネルギー密度を示す特性図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional device, an energy band diagram, and a characteristic diagram showing energy density.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 InP 基板 2 InGaAs層 3 AlAsSb層 4 InGaAs層 5 アイソレーション 6 ポテンシャルバリア層 7 ポテンシャル井戸層 8、10 電極 9 孔 11 絶縁膜 12 サブバリア層 21 Si基板 22、24 CoSi2 層 23 Si層 25 絶縁層 26 ポテンシャルバリア層 27 ポテンシャル井戸層 28 絶縁膜膜 29、30 電極1 InP substrate 2 InGaAs layer 3 AlAsSb layer 4 InGaAs layer 5 Isolation 6 Potential barrier layer 7 Potential well layer 8, 10 Electrode 9 Hole 11 Insulation film 12 Sub barrier layer 21 Si substrate 22, 24 CoSi 2 layer 23 Si layer 25 Insulation layer 26 potential barrier layer 27 potential well layer 28 insulating film 29, 30 electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】共鳴トンネル現象を生じさせる半導体のポ
テンシャルバリア層(6、26)、半導体又は金属のポテ
ンシャル井戸層(7、27)及び真空準位のポテンシャル
バリアを有することを特徴とする量子化電子線発生装
置。
1. Quantization characterized by having a semiconductor potential barrier layer (6, 26) for causing a resonance tunnel phenomenon, a semiconductor or metal potential well layer (7, 27) and a vacuum level potential barrier. Electron beam generator.
【請求項2】前記ポテンシャル井戸層(7、27)の表面
に補助バリア層(12)を設けたことを特徴とする請求項
1記載の量子化電子線発生装置。
2. The quantized electron beam generator according to claim 1, wherein an auxiliary barrier layer (12) is provided on the surface of the potential well layer (7, 27).
【請求項3】前記半導体のポテンシャルバリア層(6、
27)、前記ポテンシャル井戸層(7、27)が、横方向の
波数ベクトルを量子化する大きさに形成されていること
を特徴とする請求項1、2記載の量子化電子線発生装
置。
3. A potential barrier layer (6,
27), The quantized electron beam generator according to claim 1 or 2, wherein the potential well layer (7, 27) is formed to have a size capable of quantizing a lateral wave number vector.
【請求項4】前記半導体のポテンシャルバリア層(6、
26)として、Si、AlAs、AlSb、AlAsSbを用いることを特
徴とする請求項1〜3記載の量子化電子線発生装置。
4. A potential barrier layer (6,
The quantized electron beam generator according to claim 1, wherein Si, AlAs, AlSb, or AlAsSb is used as 26).
【請求項5】前記ポテンシャル井戸層(7、27)とし
て、CoSi2 、NiSi2 、AlNi、GaAs、InAs、InGaAsを用い
ることを特徴とする請求項1〜3記載の量子化電子線発
生装置。
5. The quantized electron beam generator according to claim 1, wherein CoSi 2 , NiSi 2 , AlNi, GaAs, InAs and InGaAs are used as the potential well layers (7, 27).
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