JPH0620591A - 多結晶ダイヤモンドを備えた電子装置電子源 - Google Patents
多結晶ダイヤモンドを備えた電子装置電子源Info
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- JPH0620591A JPH0620591A JP3728193A JP3728193A JPH0620591A JP H0620591 A JPH0620591 A JP H0620591A JP 3728193 A JP3728193 A JP 3728193A JP 3728193 A JP3728193 A JP 3728193A JP H0620591 A JPH0620591 A JP H0620591A
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- polycrystalline diamond
- electrons
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- 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
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
- H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
- H01J2201/30453—Carbon types
- H01J2201/30457—Diamond
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】非常に高い電界を設定するために、望ましくな
いほど高い電圧を用いるか、あるいは複雑な形状構造を
作成することにより装置を動作されるのない電子源を提
供する。 【構成】多結晶ダイヤモンド薄膜４０には、複数の結晶
面をもつ表面４１があり、この結晶面のいくつかが、た
とえばII−Ｂ型ダイヤモンドの111結晶面などの、非常
に低いおよび／または負の電子親和力を示して、前記表
面および／またはその付近にある電子を保持する。
いほど高い電圧を用いるか、あるいは複雑な形状構造を
作成することにより装置を動作されるのない電子源を提
供する。 【構成】多結晶ダイヤモンド薄膜４０には、複数の結晶
面をもつ表面４１があり、この結晶面のいくつかが、た
とえばII−Ｂ型ダイヤモンドの111結晶面などの、非常
に低いおよび／または負の電子親和力を示して、前記表
面および／またはその付近にある電子を保持する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、電子エミッ
タに関する。さらに詳しくは、多結晶ダイヤモンド薄膜
電子エミッタに関する。
タに関する。さらに詳しくは、多結晶ダイヤモンド薄膜
電子エミッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】電子の自由空間移動を用いている電子装
置は、当技術では既知のものであり、情報信号増幅装
置，ビデオ情報表示装置，画像検出器および検知装置な
どによく利用される。この種の装置に共通の要件は、装
置の構造の一体的部分として、適切な電子源と、この電
子を電子源の表面から引き出す手段とが備えられていな
ければならないということである。
置は、当技術では既知のものであり、情報信号増幅装
置，ビデオ情報表示装置，画像検出器および検知装置な
どによく利用される。この種の装置に共通の要件は、装
置の構造の一体的部分として、適切な電子源と、この電
子を電子源の表面から引き出す手段とが備えられていな
ければならないということである。
【０００３】電子源の表面から電子を引き出すための第
１の従来の方法は、電子源の表面またはその付近にある
電子に充分なエネルギを与えて、電子が表面電位の障壁
を越えて、周囲の自由空間領域に逃げ込めるようにする
方法である。この方法は、電子が電位の障壁を越えるエ
ネルギ状態まで上がるために必要なエネルギを与えるた
めに付帯の熱源を必要とする。
１の従来の方法は、電子源の表面またはその付近にある
電子に充分なエネルギを与えて、電子が表面電位の障壁
を越えて、周囲の自由空間領域に逃げ込めるようにする
方法である。この方法は、電子が電位の障壁を越えるエ
ネルギ状態まで上がるために必要なエネルギを与えるた
めに付帯の熱源を必要とする。
【０００４】電子源の表面から電子を引き出すための第
２の従来の方法は、電位障壁の程度を効果的に変化させ
て、結果として得られる有限障壁を通る大きな量子力学
的トンネル効果を得る方法である。この方法では、非常
に強い電界を電子源表面に誘導することが必要になる。
２の従来の方法は、電位障壁の程度を効果的に変化させ
て、結果として得られる有限障壁を通る大きな量子力学
的トンネル効果を得る方法である。この方法では、非常
に強い電界を電子源表面に誘導することが必要になる。
【０００５】第１の方法においては、付帯のエネルギ源
を必要とするために、小型の装置という点で有効な一体
型構造を得る可能性が排除される。さらに、エネルギ源
を必要とすることによって、必然的に装置全体の効率が
下がる。これは、電子源から電子を遊離させるために拡
大されたエネルギが、有効に働かないためである。
を必要とするために、小型の装置という点で有効な一体
型構造を得る可能性が排除される。さらに、エネルギ源
を必要とすることによって、必然的に装置全体の効率が
下がる。これは、電子源から電子を遊離させるために拡
大されたエネルギが、有効に働かないためである。
【０００６】第２の方法においては、１ｘ１０7 Ｖ／ｃ
ｍのオーダーの非常に高い電界を設定する必要があるた
めに、望ましくないほど高い電圧を用いるか、あるいは
複雑な形状構造を作成することにより装置を動作させる
ことが必要になる。
ｍのオーダーの非常に高い電界を設定する必要があるた
めに、望ましくないほど高い電圧を用いるか、あるいは
複雑な形状構造を作成することにより装置を動作させる
ことが必要になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の技術の
電子源の少なくともいくつかの欠点を克服する電子源を
採用した電子装置に対する必要性が生まれる。
電子源の少なくともいくつかの欠点を克服する電子源を
採用した電子装置に対する必要性が生まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の必要
性は、多結晶ダイヤモンド薄膜を備えた電子装置電子源
を設けることにより実質的に満足される。この多結晶ダ
イヤモンド薄膜は、表面またはその付近にある電子を保
持するために、１．０電子ボルト未満の、固有の親和力
を示すものをいくつか含む複数の結晶面によって構成さ
れる表面を有する。
性は、多結晶ダイヤモンド薄膜を備えた電子装置電子源
を設けることにより実質的に満足される。この多結晶ダ
イヤモンド薄膜は、表面またはその付近にある電子を保
持するために、１．０電子ボルト未満の、固有の親和力
を示すものをいくつか含む複数の結晶面によって構成さ
れる表面を有する。
【０００９】上記およびその他の必要性は、多結晶ダイ
ヤモンド薄膜を備えた電子装置を設けることによりさら
に満足される。この薄膜は、表面またはその付近にある
電子を保持するための非常に低い親和力を示すものを含
む複数の結晶面と、表面に関して遠端に配置された陽極
であって、その陽極と多結晶ダイヤモンド薄膜との間に
結合された電圧源を有する陽極とを備え、非常に低い電
子親和力を示す複数の結晶面のうちの結晶面から電子を
放出させ、その電子放出が実質的に均一で陽極において
優先的に収集される。
ヤモンド薄膜を備えた電子装置を設けることによりさら
に満足される。この薄膜は、表面またはその付近にある
電子を保持するための非常に低い親和力を示すものを含
む複数の結晶面と、表面に関して遠端に配置された陽極
であって、その陽極と多結晶ダイヤモンド薄膜との間に
結合された電圧源を有する陽極とを備え、非常に低い電
子親和力を示す複数の結晶面のうちの結晶面から電子を
放出させ、その電子放出が実質的に均一で陽極において
優先的に収集される。
【００１０】本発明による電子源を利用する電子装置の
第１実施例においては、実質的に均一な光源が提供され
る。
第１実施例においては、実質的に均一な光源が提供され
る。
【００１１】本発明による電子源を利用する電子装置の
別の実施例においては、画像表示装置が提供される。
別の実施例においては、画像表示装置が提供される。
【００１２】本発明による電子源を利用する電子装置の
さらに別の実施例においては、信号増幅装置が提供され
る。
さらに別の実施例においては、信号増幅装置が提供され
る。
【００１３】
【実施例】図１では、半導体対真空界面１０Ａのエネル
ギ障壁を概略図に示している。半導体材料表面特性は、
価電子帯の上限エネルギ・レベル１１と、伝導帯の下限
エネルギ・レベル１２と、通常、価電子帯の上限レベル
１１と、伝導帯の下限レベル１２との中間にある固有フ
ェルミ・エネルギ(intrinsic Fermi energy)レベル１２
ととして詳述される。半導体材料のエネルギ・レベルに
関して真空エネルギ・レベル１４が示されるが、真空エ
ネルギ・レベル１４を半導体エネルギ・レベルよりも高
い位置に置くのは、エネルギを半導体材料内にある電子
に供給して、材料の表面から真空空間への自然放出を妨
げる障壁を越えるのに充分なエネルギを電子がもてるよ
うにしなければならないからである。
ギ障壁を概略図に示している。半導体材料表面特性は、
価電子帯の上限エネルギ・レベル１１と、伝導帯の下限
エネルギ・レベル１２と、通常、価電子帯の上限レベル
１１と、伝導帯の下限レベル１２との中間にある固有フ
ェルミ・エネルギ(intrinsic Fermi energy)レベル１２
ととして詳述される。半導体材料のエネルギ・レベルに
関して真空エネルギ・レベル１４が示されるが、真空エ
ネルギ・レベル１４を半導体エネルギ・レベルよりも高
い位置に置くのは、エネルギを半導体材料内にある電子
に供給して、材料の表面から真空空間への自然放出を妨
げる障壁を越えるのに充分なエネルギを電子がもてるよ
うにしなければならないからである。
【００１４】半導体システム１０Ａに関して、真空エネ
ルギ・レベル１４と伝導帯の下限レベル１２との間のエ
ネルギの差は、電子親和力ｑｘとして示される。伝導帯
の下限レベル１２と、価電子帯の上限エネルギ・レベル
１１とのエネルギ・レベルの差は、一般に禁止帯の幅(b
and gap)，Ｅｇと表される。未ドーピング状態の（真
性）半導体の場合は、固有フェルミ・エネルギ・レベル
１３から、伝導帯の下限エネルギ・レベル１２までの距
離は、禁止帯の幅の１／２，Ｅｇ／２である。図１に示
されるように、伝導帯の下限エネルギ・レベル１２にあ
る電子のエネルギ量を増加させて、自由空間エネルギ・
レベル１４に対応するエネルギ・レベルまで上げること
が必要になる。
ルギ・レベル１４と伝導帯の下限レベル１２との間のエ
ネルギの差は、電子親和力ｑｘとして示される。伝導帯
の下限レベル１２と、価電子帯の上限エネルギ・レベル
１１とのエネルギ・レベルの差は、一般に禁止帯の幅(b
and gap)，Ｅｇと表される。未ドーピング状態の（真
性）半導体の場合は、固有フェルミ・エネルギ・レベル
１３から、伝導帯の下限エネルギ・レベル１２までの距
離は、禁止帯の幅の１／２，Ｅｇ／２である。図１に示
されるように、伝導帯の下限エネルギ・レベル１２にあ
る電子のエネルギ量を増加させて、自由空間エネルギ・
レベル１４に対応するエネルギ・レベルまで上げること
が必要になる。
【００１５】仕事関数ｑφは、電子が表面電位障壁を越
えて、それが配置されている材料の表面に逃げ込むため
に電子に加える必要のある平均エネルギとして定義され
る。図１の界面１０Ａに関しては：
えて、それが配置されている材料の表面に逃げ込むため
に電子に加える必要のある平均エネルギとして定義され
る。図１の界面１０Ａに関しては：
【００１６】
【数１】ｑφ＝ｑχ＋Ｅｇ／２ となる。
【００１７】図２は、図１に関して前述された真空界面
１０Ｂに対する半導体のエネルギ障壁の概略図である。
ただし図示された半導体材料は、フェルミ・エネルギ・
レベル１５が、固有フェルミ・エネルギ・レベル１３よ
りも高いエネルギ・レベルで実現されるようにエネルギ
・レベルを有効にシフトさせるように不純物ドーピング
されている。エネルギ・レベルのこのシフトは、エネル
ギ・レベルの差ｑｗで示され、これがシステムの仕事関
数における対応する減少分となる。
１０Ｂに対する半導体のエネルギ障壁の概略図である。
ただし図示された半導体材料は、フェルミ・エネルギ・
レベル１５が、固有フェルミ・エネルギ・レベル１３よ
りも高いエネルギ・レベルで実現されるようにエネルギ
・レベルを有効にシフトさせるように不純物ドーピング
されている。エネルギ・レベルのこのシフトは、エネル
ギ・レベルの差ｑｗで示され、これがシステムの仕事関
数における対応する減少分となる。
【００１８】図２の界面１０Ｂに関しては、以下の式が
成り立つ：
成り立つ：
【００１９】
【数２】ｑφ＝ｑχ＋Ｅｇ／２−ｑχ 仕事関数は小さくなっても、電子親和力ｑχは、半導体
材料に対する改変が加えられても変わらないことは明か
である。
材料に対する改変が加えられても変わらないことは明か
である。
【００２０】図３は、図１に関して前述された真空界面
２０Ａに対する半導体のエネルギ障壁の概略図である。
ここでは、図１に図示されたものと同一のフィーチャに
対応する参照番号は、「２」で始まる。界面２０Ａは、
半導体表面のエネルギ・レベルが、前述のシステムより
も、はるかに真空エネルギ・レベル２４に近い半導体材
料を示している。このような関係は、ダイヤモンドの結
晶１００面において実現される。ダイヤモンド半導体の
場合は、電子親和力ｑχは、１．０ｅＶ（電子ボルト）
より低いことがわかっている。
２０Ａに対する半導体のエネルギ障壁の概略図である。
ここでは、図１に図示されたものと同一のフィーチャに
対応する参照番号は、「２」で始まる。界面２０Ａは、
半導体表面のエネルギ・レベルが、前述のシステムより
も、はるかに真空エネルギ・レベル２４に近い半導体材
料を示している。このような関係は、ダイヤモンドの結
晶１００面において実現される。ダイヤモンド半導体の
場合は、電子親和力ｑχは、１．０ｅＶ（電子ボルト）
より低いことがわかっている。
【００２１】図３の界面２０Ａに関しては、以下の式が
成り立つ：
成り立つ：
【００２２】
【数３】ｑφ＝Ｅｇ／２＋ｑχ 図４には、図３に関して前述された真空界面２０Ｂに対
する半導体のエネルギ障壁が示され、ここでは、有効フ
ェルミ・エネルギ・レベル２５が、固有フェルミ・エネ
ルギ・レベル２３よりも高いエネルギ・レベルになるよ
うに、半導体システムが不純物ドーピングされている。
する半導体のエネルギ障壁が示され、ここでは、有効フ
ェルミ・エネルギ・レベル２５が、固有フェルミ・エネ
ルギ・レベル２３よりも高いエネルギ・レベルになるよ
うに、半導体システムが不純物ドーピングされている。
【００２３】図４の界面２０Ｂに関しては、以下の式が
成り立つ：
成り立つ：
【００２４】
【数４】ｑφ＝Ｅｇ／２−ｑｗ＋ｑχ 図５は、図１に関して前述された真空界面３０Ａに対す
る半導体のエネルギ障壁の概略図であり、図１に示され
たのと同一のフィーチャに対応する参照番号は、「３」
で始まっている。界面３０Ａは、伝導帯の下限エネルギ
・レベル３２が、真空エネルギ・レベル３４のエネルギ
・レベルよりも高くなるように、真空エネルギ・レベル
３４に対してエネルギ・レベルの関係を有する半導体材
料システムを示す。このようなシステムにおいては、半
導体の表面および／またはその付近にあり、伝導帯のエ
ネルギ状態に対応するエネルギを有する電子は、半導体
の表面から自然に放出される。これは、通常ダイヤモン
ドの１１１結晶面のエネルギ特性である。
る半導体のエネルギ障壁の概略図であり、図１に示され
たのと同一のフィーチャに対応する参照番号は、「３」
で始まっている。界面３０Ａは、伝導帯の下限エネルギ
・レベル３２が、真空エネルギ・レベル３４のエネルギ
・レベルよりも高くなるように、真空エネルギ・レベル
３４に対してエネルギ・レベルの関係を有する半導体材
料システムを示す。このようなシステムにおいては、半
導体の表面および／またはその付近にあり、伝導帯のエ
ネルギ状態に対応するエネルギを有する電子は、半導体
の表面から自然に放出される。これは、通常ダイヤモン
ドの１１１結晶面のエネルギ特性である。
【００２５】図５の界面３０Ａに関しては、以下の式が
成り立つ：
成り立つ：
【００２６】
【数５】ｑφ＝Ｅｇ／２ これは、電子が半導体表面から放出される前に伝導帯ま
で上がらなければならないためである。
で上がらなければならないためである。
【００２７】図６は、図５に関して前述された真空界面
３０Ｂに対する半導体のエネルギ障壁の概略図である
が、この場合、半導体材料は図４に関して前述されたよ
うに不純物ドーピングされている。
３０Ｂに対する半導体のエネルギ障壁の概略図である
が、この場合、半導体材料は図４に関して前述されたよ
うに不純物ドーピングされている。
【００２８】図６の界面３０Ｂに関しては、以下の式が
成り立つ：
成り立つ：
【００２９】
【数６】ｑφ＝Ｅｇ／２−ｑｗ 本開示で考察されている電子装置電子源に関しては、多
結晶ダイヤモンド半導体の表面および／またはその付近
にある電子は、電子装置の動作のための電子源として利
用されることになる。そのため、放出された電子が、半
導体バルク内からの電子によって、表面で置き換えられ
るような手段を提供することが必要になる。ＩＩ−Ｂ型
ダイヤモンド(type II-B diamond) の場合は、これがた
やすく達成されることがわかっている。これは、５０Ω
／ｃｍのオーダーにある真性ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドの
電気伝導率が多くの用途に適しているためである。電気
伝導率を、真性ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドの伝導率よりも
高くしなければならない用途においては、適切な不純物
ドーピングを行えばよい。電子放出面として１１１結晶
面を用いる真性ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドは、負の電子親
和力と、高い真性電気伝導率とを合わせもっているので
材料の中でも独特のものである。
結晶ダイヤモンド半導体の表面および／またはその付近
にある電子は、電子装置の動作のための電子源として利
用されることになる。そのため、放出された電子が、半
導体バルク内からの電子によって、表面で置き換えられ
るような手段を提供することが必要になる。ＩＩ−Ｂ型
ダイヤモンド(type II-B diamond) の場合は、これがた
やすく達成されることがわかっている。これは、５０Ω
／ｃｍのオーダーにある真性ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドの
電気伝導率が多くの用途に適しているためである。電気
伝導率を、真性ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドの伝導率よりも
高くしなければならない用途においては、適切な不純物
ドーピングを行えばよい。電子放出面として１１１結晶
面を用いる真性ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドは、負の電子親
和力と、高い真性電気伝導率とを合わせもっているので
材料の中でも独特のものである。
【００３０】さまざまな基板上に配置される多結晶ダイ
ヤモンド薄膜を形成する技術における最近の進歩は、入
手可能な文献で支持されている。第１の例としては、本
件にも参照文献として含まれているが、Sharma他による
「Deposition of Diamond Films at low pressures and
their characterization by positron annihilation,
Raman, scanning electron microscopy, and x-ray pho
toelectron spectroscopy 」（Applied Physics Letter
s, Vol 56, １９９０年４月３０日，Pp 1781-1783）に
おいて、著者は、多結晶ダイヤモンド構造をもつ複数の
微結晶子(crystallite) で構成されるダイヤモンド薄膜
を説明および図示（図４）している。第２の例として
は、本件にも参考文献として含まれているが、ヨシカワ
他による「Characterization of crystalline quality
of diamond films by Raman spectroscopy」（Applied
Physics Letters, Vol 55, １９８９年１２月１８日，P
p.2608-2610）において、著者は、多結晶ダイヤモンド
構造をもつ複数のダイヤモンド微結晶子で構成されるダ
イヤモンド薄膜を説明および図示（図１）している。第
３の例としては、本件にも参考文献として含まれている
が、Buckley 他による「Characterization of filament
-assisted chemical vapor deposition diamond films
using Raman spectroscopy」（Journal of Applied Phy
sics, Vol 66,１９８９年１０月１５日，Pp.3595-359
9）において、著者は、多結晶ダイヤモンド構造をもつ
複数のダイヤモンド微結晶子で構成されるダイヤモンド
薄膜を解説および図示（図８）している。当技術におい
ては、多結晶ダイヤモンド薄膜が実現可能であり、たと
えばシリコン，モリブデン，銅，タングステン，チタン
およびさまざまなカーバイドなどの、多様な支持基板上
に形成することができることは明かに確定されている。
ヤモンド薄膜を形成する技術における最近の進歩は、入
手可能な文献で支持されている。第１の例としては、本
件にも参照文献として含まれているが、Sharma他による
「Deposition of Diamond Films at low pressures and
their characterization by positron annihilation,
Raman, scanning electron microscopy, and x-ray pho
toelectron spectroscopy 」（Applied Physics Letter
s, Vol 56, １９９０年４月３０日，Pp 1781-1783）に
おいて、著者は、多結晶ダイヤモンド構造をもつ複数の
微結晶子(crystallite) で構成されるダイヤモンド薄膜
を説明および図示（図４）している。第２の例として
は、本件にも参考文献として含まれているが、ヨシカワ
他による「Characterization of crystalline quality
of diamond films by Raman spectroscopy」（Applied
Physics Letters, Vol 55, １９８９年１２月１８日，P
p.2608-2610）において、著者は、多結晶ダイヤモンド
構造をもつ複数のダイヤモンド微結晶子で構成されるダ
イヤモンド薄膜を説明および図示（図１）している。第
３の例としては、本件にも参考文献として含まれている
が、Buckley 他による「Characterization of filament
-assisted chemical vapor deposition diamond films
using Raman spectroscopy」（Journal of Applied Phy
sics, Vol 66,１９８９年１０月１５日，Pp.3595-359
9）において、著者は、多結晶ダイヤモンド構造をもつ
複数のダイヤモンド微結晶子で構成されるダイヤモンド
薄膜を解説および図示（図８）している。当技術におい
ては、多結晶ダイヤモンド薄膜が実現可能であり、たと
えばシリコン，モリブデン，銅，タングステン，チタン
およびさまざまなカーバイドなどの、多様な支持基板上
に形成することができることは明かに確定されている。
【００３１】上記に参照された技術に詳述されている方
法により実現される薄膜のような、多結晶ダイヤモンド
薄膜には、複数の微結晶子面で構成される表面があり、
この微結晶子面のそれぞれは、多結晶薄膜が構成される
複数の微結晶子のうちの単独の微結晶子に対応する。こ
の複数の微結晶子面は、生来、１１１ダイヤモンド結晶
面が露出されるような配向性をもつ、少なくともある程
度の密度の微結晶子面を示す。
法により実現される薄膜のような、多結晶ダイヤモンド
薄膜には、複数の微結晶子面で構成される表面があり、
この微結晶子面のそれぞれは、多結晶薄膜が構成される
複数の微結晶子のうちの単独の微結晶子に対応する。こ
の複数の微結晶子面は、生来、１１１ダイヤモンド結晶
面が露出されるような配向性をもつ、少なくともある程
度の密度の微結晶子面を示す。
【００３２】図７は、本発明による電子源４０の側面断
面図である。本電子源４０は、そのうちのいくつかが１
１１結晶面に対応する複数のダイヤモンド微結晶子結晶
面を備える表面４１を有し、多結晶ダイヤモンド材料の
表面、さらに詳しくは、表面４１に露出される１１１結
晶面から自然放出される電子４２が、表面４１に直接隣
接する電荷雲(charge cloud)内にある。平衡状態におい
ては、電子は半導体の表面から、電子が半導体表面によ
り再度補足されるのと同じ速度で遊離される。そのた
め、半導体材料のバルク内では、実質的な電荷坦体の流
れは起こらない。図８は、図７に関して前述された本発
明による多結晶ダイヤモンド薄膜電子源４０を用いてい
る電子装置４３の実施例の側面断面図である。装置４３
にはさらに、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源４０に関し
て遠端に配置された陽極４４が含まれる。外部に設けら
れた電圧源４６は、陽極４４と電子源４０との間に動作
可能に結合される。
面図である。本電子源４０は、そのうちのいくつかが１
１１結晶面に対応する複数のダイヤモンド微結晶子結晶
面を備える表面４１を有し、多結晶ダイヤモンド材料の
表面、さらに詳しくは、表面４１に露出される１１１結
晶面から自然放出される電子４２が、表面４１に直接隣
接する電荷雲(charge cloud)内にある。平衡状態におい
ては、電子は半導体の表面から、電子が半導体表面によ
り再度補足されるのと同じ速度で遊離される。そのた
め、半導体材料のバルク内では、実質的な電荷坦体の流
れは起こらない。図８は、図７に関して前述された本発
明による多結晶ダイヤモンド薄膜電子源４０を用いてい
る電子装置４３の実施例の側面断面図である。装置４３
にはさらに、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源４０に関し
て遠端に配置された陽極４４が含まれる。外部に設けら
れた電圧源４６は、陽極４４と電子源４０との間に動作
可能に結合される。
【００３３】電圧源４６を用いて、陽極４４と電子源４
０との間の介在領域に電界を誘導することにより、多結
晶ダイヤモンド薄膜電子源４０の表面上方にある電子４
２は、陽極４４に向かって移動し、それに収集される。
陽極４４に対する移動のために電子源４０上方の電子４
２の密度が小さくなるので、前述された平衡条件が乱さ
れる。平衡状態を回復するためには、電子が電子源４０
からさらに放出され、それらの電子が、表面４１におい
て、材料のバルク内にある電子により置き換えられるこ
とが必要になる。これによって多結晶ダイヤモンド薄膜
電子源４０の半導体材料内で、実質的な電流が起こり、
それはＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドの高い電気伝導率特性に
よりさらに促進される。
０との間の介在領域に電界を誘導することにより、多結
晶ダイヤモンド薄膜電子源４０の表面上方にある電子４
２は、陽極４４に向かって移動し、それに収集される。
陽極４４に対する移動のために電子源４０上方の電子４
２の密度が小さくなるので、前述された平衡条件が乱さ
れる。平衡状態を回復するためには、電子が電子源４０
からさらに放出され、それらの電子が、表面４１におい
て、材料のバルク内にある電子により置き換えられるこ
とが必要になる。これによって多結晶ダイヤモンド薄膜
電子源４０の半導体材料内で、実質的な電流が起こり、
それはＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドの高い電気伝導率特性に
よりさらに促進される。
【００３４】１１１結晶面に対応する表面を用いている
ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンド半導体の例では、陽極４４に収
集される電子４２を誘導するためには非常に小さな電界
しか必要とされない。この電界強度は、１．０ＫＶ／ｃ
ｍのオーダーで、これは、陽極４４が多結晶ダイヤモン
ド薄膜電子源４０に関して１ミクロンの距離におかれた
とき、１ボルトに相当する。材料から電界に誘導された
電子放出を行うために採用される従来の技術では、通
常、１０ＭＶ／ｃｍ超の電界が必要である。
ＩＩ−Ｂ型ダイヤモンド半導体の例では、陽極４４に収
集される電子４２を誘導するためには非常に小さな電界
しか必要とされない。この電界強度は、１．０ＫＶ／ｃ
ｍのオーダーで、これは、陽極４４が多結晶ダイヤモン
ド薄膜電子源４０に関して１ミクロンの距離におかれた
とき、１ボルトに相当する。材料から電界に誘導された
電子放出を行うために採用される従来の技術では、通
常、１０ＭＶ／ｃｍ超の電界が必要である。
【００３５】図９は、本発明による多結晶ダイヤモンド
薄膜電子源５０を用いている電子装置５３の別の実施例
の側面断面図である。第１主表面を有する支持基板５５
が図示され、その上に、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源
５０が配置される。電子源５０には被露出面５１があ
り、複数の、無作為な配向に露出されたダイヤモンド微
結晶子面を示し、この微結晶子面のいくつかは、低いお
よび／または負の電子親和力（１．０ｅＶ未満または
０．０ｅＶ未満）を示す。陽極５４が多結晶ダイヤモン
ド薄膜電子源５０の遠端に配置される。陽極５４には、
実質的に光学的に透明な面板材料５７が含まれ、その上
に実質的に光学的に透明な導電層５８があり、層５８は
光子を放出する陰極ルミネセンス材料の層５９をその上
に有している。外部に設けられた電圧源５６が、陽極５
４の導電層５８と、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源５０
とに結合され、陽極５４と多結晶ダイヤモンド薄膜電子
源５０との間の介在領域内で誘導された電界により、た
とえば１１１結晶面などの、低いおよび／または負の電
子親和力を示す露出された微結晶子面から、電子が放出
される。
薄膜電子源５０を用いている電子装置５３の別の実施例
の側面断面図である。第１主表面を有する支持基板５５
が図示され、その上に、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源
５０が配置される。電子源５０には被露出面５１があ
り、複数の、無作為な配向に露出されたダイヤモンド微
結晶子面を示し、この微結晶子面のいくつかは、低いお
よび／または負の電子親和力（１．０ｅＶ未満または
０．０ｅＶ未満）を示す。陽極５４が多結晶ダイヤモン
ド薄膜電子源５０の遠端に配置される。陽極５４には、
実質的に光学的に透明な面板材料５７が含まれ、その上
に実質的に光学的に透明な導電層５８があり、層５８は
光子を放出する陰極ルミネセンス材料の層５９をその上
に有している。外部に設けられた電圧源５６が、陽極５
４の導電層５８と、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源５０
とに結合され、陽極５４と多結晶ダイヤモンド薄膜電子
源５０との間の介在領域内で誘導された電界により、た
とえば１１１結晶面などの、低いおよび／または負の電
子親和力を示す露出された微結晶子面から、電子が放出
される。
【００３６】当技術で既知の方法により実現される多結
晶ダイヤモンド薄膜は、それぞれが数ミクロン以下のオ
ーダーの非常に多くの数の小さな微結晶子で優先的に形
成されるので、多結晶ダイヤモンド薄膜を含む電子エミ
ッタは、実質的に均一な電子放出を行う。これは優先的
に露出された低いおよび／または負の電子親和力をもつ
微結晶子面が、有限確率をもって被露出面全体に、実質
的に均一に無作為に分布されているためである。誘導さ
れた電界を通り抜ける電子は、追加のエネルギを獲得し
て、陰極ルミネセンス材料の層５９にぶつかる。陰極ル
ミネセンス材料の層５９に衝突した電子は、この過剰な
エネルギを少なくとも部分的に放棄して、陰極ルミネセ
ンス材料内で起こる放射過程により、実質的に光学的に
透明な導電層５８と、実質的に光学的に透明な面板材料
５７とを通って、光子の放射が起こる。
晶ダイヤモンド薄膜は、それぞれが数ミクロン以下のオ
ーダーの非常に多くの数の小さな微結晶子で優先的に形
成されるので、多結晶ダイヤモンド薄膜を含む電子エミ
ッタは、実質的に均一な電子放出を行う。これは優先的
に露出された低いおよび／または負の電子親和力をもつ
微結晶子面が、有限確率をもって被露出面全体に、実質
的に均一に無作為に分布されているためである。誘導さ
れた電界を通り抜ける電子は、追加のエネルギを獲得し
て、陰極ルミネセンス材料の層５９にぶつかる。陰極ル
ミネセンス材料の層５９に衝突した電子は、この過剰な
エネルギを少なくとも部分的に放棄して、陰極ルミネセ
ンス材料内で起こる放射過程により、実質的に光学的に
透明な導電層５８と、実質的に光学的に透明な面板材料
５７とを通って、光子の放射が起こる。
【００３７】本発明による多結晶ダイヤモンド薄膜電子
源５０を用いている電子装置５３は、多結晶ダイヤモン
ド薄膜電子源５０からの実質的に均一な電子放射の結果
として、実質的に均一な光源を提供する。
源５０を用いている電子装置５３は、多結晶ダイヤモン
ド薄膜電子源５０からの実質的に均一な電子放射の結果
として、実質的に均一な光源を提供する。
【００３８】図１０は、図９に関して前述された本発明
による電子装置６３の斜視図であり、図９に図示されて
いるフィーチャに対応する参照番号は、「６」で始まる
番号として示される。装置６３は、たとえばシリコンま
たは金属基板などの支持基板６５の主表面上におかれた
複数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０をもつ。複数
の電子源６０に結合された複数の導電性経路６２もま
た、基板６５の主表面上に配置される。複数の無作為な
配向性もつ微結晶子面が露出されており、そのうちのい
くつかが１１１結晶面を含む多結晶ＩＩ−Ｂ型ダイヤモ
ンド薄膜で、電子源６０を形成することにより、多結晶
ダイヤモンド薄膜電子源６０は、図５，図６および図９
に関して前述されたように負の電子親和力をもつ電子源
として機能する。
による電子装置６３の斜視図であり、図９に図示されて
いるフィーチャに対応する参照番号は、「６」で始まる
番号として示される。装置６３は、たとえばシリコンま
たは金属基板などの支持基板６５の主表面上におかれた
複数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０をもつ。複数
の電子源６０に結合された複数の導電性経路６２もま
た、基板６５の主表面上に配置される。複数の無作為な
配向性もつ微結晶子面が露出されており、そのうちのい
くつかが１１１結晶面を含む多結晶ＩＩ−Ｂ型ダイヤモ
ンド薄膜で、電子源６０を形成することにより、多結晶
ダイヤモンド薄膜電子源６０は、図５，図６および図９
に関して前述されたように負の電子親和力をもつ電子源
として機能する。
【００３９】図９に関して前述されたように外部に設け
られた電圧源（図示せず）を用いて、外部に設けられた
信号源６６を、複数の導電性経路６２に接続することに
より、複数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０のそれ
ぞれが独立して選択されて電子を放出する。たとえば、
基準電位に関して正の電圧が導電層６８に印加され、複
数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０の電位が、導電
層６８に印加された電位よりも基準電位に関して正の度
合が少なくなる。このため、正しい大きさと極性とをも
った電界が、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０の表面
および／またはその付近に発生されて、電子は陽極に流
れる。しかし、複数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６
０のいずれかに結合された、外部に設けられた信号源６
６の大きさと極性とが、電子源６０の被露出面および／
またはその付近の関連の電界を電子の移動を誘導するの
に必要なものよりも小さくするようなものであると、そ
の特定の電子源は電子を陽極６４に放出しなくなる。
られた電圧源（図示せず）を用いて、外部に設けられた
信号源６６を、複数の導電性経路６２に接続することに
より、複数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０のそれ
ぞれが独立して選択されて電子を放出する。たとえば、
基準電位に関して正の電圧が導電層６８に印加され、複
数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０の電位が、導電
層６８に印加された電位よりも基準電位に関して正の度
合が少なくなる。このため、正しい大きさと極性とをも
った電界が、多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６０の表面
および／またはその付近に発生されて、電子は陽極に流
れる。しかし、複数の多結晶ダイヤモンド薄膜電子源６
０のいずれかに結合された、外部に設けられた信号源６
６の大きさと極性とが、電子源６０の被露出面および／
またはその付近の関連の電界を電子の移動を誘導するの
に必要なものよりも小さくするようなものであると、そ
の特定の電子源は電子を陽極６４に放出しなくなる。
【００４０】このように複数の多結晶ダイヤモンド薄膜
電子源６０が選択的に指定されて、電子を放出する。陽
極６４と、複数の電子源６０との間の介在領域内で誘導
された電界は、実質的に均一で、放出された電子の移動
路に平行であるので、電子は、それが放出される電子源
の領域に対応する陰極ルミネセンス材料の層６９の領域
上で、陽極６４に収集される。このように、選択的に電
子を放出することにより、陰極ルミネセンス材料の層６
９の選択された部分が励起され、光子を放出する。ま
た、それにより画像が作成され、その画像は、図９に関
して前述された面板６７を通じて観測することができ
る。
電子源６０が選択的に指定されて、電子を放出する。陽
極６４と、複数の電子源６０との間の介在領域内で誘導
された電界は、実質的に均一で、放出された電子の移動
路に平行であるので、電子は、それが放出される電子源
の領域に対応する陰極ルミネセンス材料の層６９の領域
上で、陽極６４に収集される。このように、選択的に電
子を放出することにより、陰極ルミネセンス材料の層６
９の選択された部分が励起され、光子を放出する。ま
た、それにより画像が作成され、その画像は、図９に関
して前述された面板６７を通じて観測することができ
る。
【００４１】図１１は、電界に誘導された電子の放出
と、電子源の曲率半径との間の関係をグラフに表したも
のである。たとえば導電性チップおよび／またはエッジ
などの一般的な電子源に関しては、外部に設けられた電
界は、曲率半径の小さい形状的に負連続な領域で強化
（増加）されることが、当技術では知られている。さら
に、放出された電子電流に関する関数関係は以下のよう
になる：
と、電子源の曲率半径との間の関係をグラフに表したも
のである。たとえば導電性チップおよび／またはエッジ
などの一般的な電子源に関しては、外部に設けられた電
界は、曲率半径の小さい形状的に負連続な領域で強化
（増加）されることが、当技術では知られている。さら
に、放出された電子電流に関する関数関係は以下のよう
になる：
【００４２】
【数７】 Ｉ(r, φ,v) ＝１．５４ｘ１０-6ｘα(r) ｘβ(r) 2ｘＶ
2 ／（１．１ｘｑφ）ｘ｛−６．８３ｘ１０7 ｘ（ｑ
φ）3/2 ／（βｘＶ）ｘ［０．９５−１．４４ｘβ(r)
ｘＶ／（ｑφ）2 ］｝ ただし、β(r) ＝１／ｒ α(r) ＝ｒ2 であり、ｒはセンチメートル単位である。この式には、
パラメータｑφが含まれるが、これは表面仕事関数とし
て図１に関して前述のものである。
2 ／（１．１ｘｑφ）ｘ｛−６．８３ｘ１０7 ｘ（ｑ
φ）3/2 ／（βｘＶ）ｘ［０．９５−１．４４ｘβ(r)
ｘＶ／（ｑφ）2 ］｝ ただし、β(r) ＝１／ｒ α(r) ＝ｒ2 であり、ｒはセンチメートル単位である。この式には、
パラメータｑφが含まれるが、これは表面仕事関数とし
て図１に関して前述のものである。
【００４３】図１１は、電子放出と曲率半径の関係を２
つのプロットで示している。第１のプロット８０は、仕
事関数ｑφを５ｅＶに設定するものである。第２のプロ
ット８２は、仕事関数ｑφを１ｅＶに設定している。い
ずれのプロット８０，８２においても、電圧Ｖは、便宜
上１００ボルトに設定されている。図１２のグラフの目
的は、放出された電子電流の関係を、電子源の曲率半径
だけでなく、表面仕事関数に関しても図示することであ
る。明らかに、両者が１０００オングストローム（１０
００ｘ１０-10 ｍ）の曲率半径にあるとすると、第２プ
ロット８２は、第１プロット８０の場合よりも約３０大
きいことがわかる。この関係を、電子源の構造の実行に
当てはめると、電子源が少なくとも非常に小さな曲率半
径のフィーチャを示すというかなりの要件の緩和に直接
つながる。図１１では、曲率半径が１０００オングスト
ロームの電子源を用いている第２プロット８２の電子電
流も、曲率半径がわずか１０オングストロームである電
子源を用いている第１プロット８０の電子電流よりも大
きいことがわかる。
つのプロットで示している。第１のプロット８０は、仕
事関数ｑφを５ｅＶに設定するものである。第２のプロ
ット８２は、仕事関数ｑφを１ｅＶに設定している。い
ずれのプロット８０，８２においても、電圧Ｖは、便宜
上１００ボルトに設定されている。図１２のグラフの目
的は、放出された電子電流の関係を、電子源の曲率半径
だけでなく、表面仕事関数に関しても図示することであ
る。明らかに、両者が１０００オングストローム（１０
００ｘ１０-10 ｍ）の曲率半径にあるとすると、第２プ
ロット８２は、第１プロット８０の場合よりも約３０大
きいことがわかる。この関係を、電子源の構造の実行に
当てはめると、電子源が少なくとも非常に小さな曲率半
径のフィーチャを示すというかなりの要件の緩和に直接
つながる。図１１では、曲率半径が１０００オングスト
ロームの電子源を用いている第２プロット８２の電子電
流も、曲率半径がわずか１０オングストロームである電
子源を用いている第１プロット８０の電子電流よりも大
きいことがわかる。
【００４４】図１２は、電子電流を観察する別の方法を
グラフに表したものである。図１２においては、電子電
流は、曲率半径ｒを可変パラメータとして、仕事関数ｑ
φに対して図示されている。第１プロット９０は、曲率
半径１００オングストロームのフィーチャを用いている
エミッタ構造に関する電子電流と仕事関数の関係を示
す。第２および第３プロット９１，９２は、曲率半径が
それぞれ１０００オングストロームと５０００オングス
トロームであるフィーチャを用いている電子源に関し
て、電子電流と仕事関数の関係を示す。プロット９０，
９１，９２のそれぞれに関して、電子放出は、仕事関数
が小さくなり、曲率半径が小さくなると増加することが
明らかにわかる。また、図１１のプロットの関しても、
電流の関係は、仕事関数に大きく影響を受け、そのため
に電界に誘導された電子源は曲率半径の小さい、形状的
に負連続な部分をもつフィーチャを有するべきであると
いう条件の大幅な緩和がなされる。
グラフに表したものである。図１２においては、電子電
流は、曲率半径ｒを可変パラメータとして、仕事関数ｑ
φに対して図示されている。第１プロット９０は、曲率
半径１００オングストロームのフィーチャを用いている
エミッタ構造に関する電子電流と仕事関数の関係を示
す。第２および第３プロット９１，９２は、曲率半径が
それぞれ１０００オングストロームと５０００オングス
トロームであるフィーチャを用いている電子源に関し
て、電子電流と仕事関数の関係を示す。プロット９０，
９１，９２のそれぞれに関して、電子放出は、仕事関数
が小さくなり、曲率半径が小さくなると増加することが
明らかにわかる。また、図１１のプロットの関しても、
電流の関係は、仕事関数に大きく影響を受け、そのため
に電界に誘導された電子源は曲率半径の小さい、形状的
に負連続な部分をもつフィーチャを有するべきであると
いう条件の大幅な緩和がなされる。
【００４５】図１３は、仕事関数ｑφを可変パラメータ
として、電子電流と印加電圧Ｖの関係をグラフに表した
ものである。仕事関数１ｅＶ，２．５ｅＶおよび５ｅＶ
にそれぞれ相当する第１，第２および第３プロット１０
０，１０１，１０２は、仕事関数が小さくなると、電子
電流が、与えられた電圧に関して大幅に増大することを
示す。これは、図１１および図１２に関して説明された
ものと一致する。
として、電子電流と印加電圧Ｖの関係をグラフに表した
ものである。仕事関数１ｅＶ，２．５ｅＶおよび５ｅＶ
にそれぞれ相当する第１，第２および第３プロット１０
０，１０１，１０２は、仕事関数が小さくなると、電子
電流が、与えられた電圧に関して大幅に増大することを
示す。これは、図１１および図１２に関して説明された
ものと一致する。
【００４６】図１４は、図１３のグラフの左端の部分を
拡大したもので、印加電圧範囲１ないし１００ボルトを
示す。図１４では、第１プロット１０４は、１ｅＶの仕
事関数を示す材料と、曲率半径５００オングストローム
のフィーチャとを用いる電子源に関する計算のグラフで
ある。第２プロット１０５は、５ｅＶの仕事関数を示す
材料と、曲率半径５０オングストロームのフィーチャと
を用いる電子源に関する計算のグラフである。図１４か
ら、第１プロット１０４のパラメータにより形成される
電子エミッタは、第２プロット１０５のパラメータによ
り形成される電子源よりもかなり大きな電子電流を発生
することが明かである。図１１ないし図１４の計算と図
とから、表面仕事関数の低い材料で形成された電子源を
採用することにより、放出される電子電流が非常に改善
されることが明かである。さらに、表面仕事関数の低い
電子源を採用することにより、曲率半径の非常に小さな
フィーチャに対する要件が緩和されることも示される。
拡大したもので、印加電圧範囲１ないし１００ボルトを
示す。図１４では、第１プロット１０４は、１ｅＶの仕
事関数を示す材料と、曲率半径５００オングストローム
のフィーチャとを用いる電子源に関する計算のグラフで
ある。第２プロット１０５は、５ｅＶの仕事関数を示す
材料と、曲率半径５０オングストロームのフィーチャと
を用いる電子源に関する計算のグラフである。図１４か
ら、第１プロット１０４のパラメータにより形成される
電子エミッタは、第２プロット１０５のパラメータによ
り形成される電子源よりもかなり大きな電子電流を発生
することが明かである。図１１ないし図１４の計算と図
とから、表面仕事関数の低い材料で形成された電子源を
採用することにより、放出される電子電流が非常に改善
されることが明かである。さらに、表面仕事関数の低い
電子源を採用することにより、曲率半径の非常に小さな
フィーチャに対する要件が緩和されることも示される。
【００４７】たとえばＩＩ−Ｂ型ダイヤモンドなどの仕
事関数の低い材料を用いて、露出された結晶面が仕事関
数の低い好ましい結晶面を示す多結晶表面を設けること
により、曲率半径が非常に小さい頂点を設けるという要
件を削除することができる。従来の技術の電界に誘導さ
れた電子エミッタ装置の実施例においては、マイクロエ
レクトロニクスの電子エミッタを考えると、放出用チッ
プ／エッジの曲率半径は、５００オングストローム未満
であることが必要で、３００オングストローム未満であ
ることが好ましいと通常考えられている。本発明により
作成される装置に関しては、実質的に平面の（平坦な）
多結晶ダイヤモンド薄膜電子源により、従来の技術の構
造と実質的に同様の電子放出レベルが得られる。チップ
／エッジのフィーチャの要件がこのように緩和されたこ
とは、電子源装置を実現するために採用される工程の大
幅な簡素化になるので大きな改善である。
事関数の低い材料を用いて、露出された結晶面が仕事関
数の低い好ましい結晶面を示す多結晶表面を設けること
により、曲率半径が非常に小さい頂点を設けるという要
件を削除することができる。従来の技術の電界に誘導さ
れた電子エミッタ装置の実施例においては、マイクロエ
レクトロニクスの電子エミッタを考えると、放出用チッ
プ／エッジの曲率半径は、５００オングストローム未満
であることが必要で、３００オングストローム未満であ
ることが好ましいと通常考えられている。本発明により
作成される装置に関しては、実質的に平面の（平坦な）
多結晶ダイヤモンド薄膜電子源により、従来の技術の構
造と実質的に同様の電子放出レベルが得られる。チップ
／エッジのフィーチャの要件がこのように緩和されたこ
とは、電子源装置を実現するために採用される工程の大
幅な簡素化になるので大きな改善である。
【図１】真空表面エネルギ障壁に対する、通常の半導体
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図２】真空表面エネルギ障壁に対する、通常の半導体
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図３】真空表面エネルギ障壁に対する、電子親和力が
減じられた半導体を示す概略図である。
減じられた半導体を示す概略図である。
【図４】真空表面エネルギ障壁に対する、電子親和力が
減じられた半導体を示す概略図である。
減じられた半導体を示す概略図である。
【図５】真空表面エネルギ障壁に対する、負の電子親和
力を示す半導体の概略図である。
力を示す半導体の概略図である。
【図６】真空表面エネルギ障壁に対する、負の電子親和
力を示す半導体の概略図である。
力を示す半導体の概略図である。
【図７】本発明による電子親和力が減じられたおよび／
または電子親和力が負の電子源を用いる電子装置の実施
例に利用される構造の概略図である。
または電子親和力が負の電子源を用いる電子装置の実施
例に利用される構造の概略図である。
【図８】本発明による電子親和力が減じられたおよび／
または電子親和力が負の電子源を用いる電子装置の実施
例に利用される構造の概略図である。
または電子親和力が負の電子源を用いる電子装置の実施
例に利用される構造の概略図である。
【図９】本発明による電子親和力が減じられたおよび／
または電子親和力が負の電子源を用いる電子装置の別の
実施例に利用される構造の概略図である。
または電子親和力が負の電子源を用いる電子装置の別の
実施例に利用される構造の概略図である。
【図１０】本発明による電子親和力が減じられたおよび
／または電子親和力が負の複数の電子源を用いる構造の
斜視図である。
／または電子親和力が負の複数の電子源を用いる構造の
斜視図である。
【図１１】電界に誘導された電子放出電流と、放出の曲
率半径の対比をグラフに示したものである。
率半径の対比をグラフに示したものである。
【図１２】電界に誘導された電子放出電流と、表面仕事
関数の対比をグラフに示したものである。
関数の対比をグラフに示したものである。
【図１３】電界に誘導された電子放出電流と、印加され
た電圧との対比を、表面仕事関数を可変パラメータとし
てグラフに示したものである。
た電圧との対比を、表面仕事関数を可変パラメータとし
てグラフに示したものである。
【図１４】電界に誘導された電子放出電流と、印加され
た電圧との対比を、表面仕事関数を可変パラメータとし
てグラフに示したものである。
た電圧との対比を、表面仕事関数を可変パラメータとし
てグラフに示したものである。
４０ 多結晶ダイヤモンド薄膜 ４１ 表面 ４２ 電子放出 ４３ 電子装置 ４４ 陽極 ４６ 電圧源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・シー・ケイン アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデイ ル、エヌ・ナインティサード・ストリート 27031
Claims (3)
- 【請求項１】 表面（４１）を有する多結晶ダイヤモン
ド薄膜（４０）によって構成される電子装置電子源であ
って、前記表面（４１）には、複数の結晶面が含まれ、
そのうちのあるものが、１．０電子ボルト未満である、
固有の親和力を示して、前記表面および／またはその付
近にある電子を保持する電子源。 - 【請求項２】 表面（４１）を有する多結晶ダイヤモン
ド薄膜（４０）によって構成される電子装置電子源であ
って、前記表面（４１）には、複数の結晶面が含まれ、
そのうちのあるものが負の固有の親和力を示して、前記
材料の前記表面および／またはその付近の電子を保持す
る電子源。 - 【請求項３】 電子装置であって：複数の結晶面を含む
表面（４１）を有する多結晶ダイヤモンド薄膜（４０）
であって、前記の結晶面のあるものが非常に低い親和力
を示して、前記表面および／またはその付近の電子を保
持する多結晶ダイヤモンド薄膜（４０）；前記表面（４
１）に関して遠端に配置された陽極（４４）であって、
前記陽極（４４）と前記多結晶ダイヤモンド薄膜（４
０）との間に結合された電圧源（４６）を有し、前記陽
極（４４）と多結晶ダイヤモンド薄膜（４０）との間に
適切な極性の電圧を印加することにより、非常に低い電
子親和力を示す複数の結晶面のうちの結晶面から電子の
放出（４２）を起こし、その電子放出は実質的に均一で
あって前記陽極（４４）により優先的に収集されるよう
に構成された陽極（４４）；によって構成されることを
特徴とする電子装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US831592 | 1992-02-05 | ||
| US07/831,592 US5180951A (en) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | Electron device electron source including a polycrystalline diamond |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620591A true JPH0620591A (ja) | 1994-01-28 |
| JP3063449B2 JP3063449B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=25259421
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| US5399238A (en) * | 1991-11-07 | 1995-03-21 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method of making field emission tips using physical vapor deposition of random nuclei as etch mask |
| US5659224A (en) | 1992-03-16 | 1997-08-19 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Cold cathode display device |
| US5548185A (en) * | 1992-03-16 | 1996-08-20 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Triode structure flat panel display employing flat field emission cathode |
| US5679043A (en) | 1992-03-16 | 1997-10-21 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method of making a field emitter |
| US5543684A (en) * | 1992-03-16 | 1996-08-06 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Flat panel display based on diamond thin films |
| US6127773A (en) | 1992-03-16 | 2000-10-03 | Si Diamond Technology, Inc. | Amorphic diamond film flat field emission cathode |
| US5763997A (en) | 1992-03-16 | 1998-06-09 | Si Diamond Technology, Inc. | Field emission display device |
| US5449970A (en) * | 1992-03-16 | 1995-09-12 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Diode structure flat panel display |
| US5675216A (en) | 1992-03-16 | 1997-10-07 | Microelectronics And Computer Technololgy Corp. | Amorphic diamond film flat field emission cathode |
| US5256888A (en) * | 1992-05-04 | 1993-10-26 | Motorola, Inc. | Transistor device apparatus employing free-space electron emission from a diamond material surface |
| US5289086A (en) * | 1992-05-04 | 1994-02-22 | Motorola, Inc. | Electron device employing a diamond film electron source |
| US5278475A (en) * | 1992-06-01 | 1994-01-11 | Motorola, Inc. | Cathodoluminescent display apparatus and method for realization using diamond crystallites |
| EP0681311B1 (en) * | 1993-01-19 | 2002-03-13 | KARPOV, Leonid Danilovich | Field-effect emitter device |
| CA2164294A1 (en) * | 1993-06-02 | 1994-12-08 | Nalin Kumar | Amorphic diamond film flat field emission cathode |
| US5463271A (en) * | 1993-07-09 | 1995-10-31 | Silicon Video Corp. | Structure for enhancing electron emission from carbon-containing cathode |
| KR100366191B1 (ko) | 1993-11-04 | 2003-03-15 | 에스아이 다이아몬드 테크놀로지, 인코포레이티드 | 플랫패널디스플레이시스템및구성소자의제조방법 |
| US5445550A (en) * | 1993-12-22 | 1995-08-29 | Xie; Chenggang | Lateral field emitter device and method of manufacturing same |
| US5602439A (en) * | 1994-02-14 | 1997-02-11 | The Regents Of The University Of California, Office Of Technology Transfer | Diamond-graphite field emitters |
| US5578901A (en) * | 1994-02-14 | 1996-11-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Diamond fiber field emitters |
| US5698328A (en) * | 1994-04-06 | 1997-12-16 | The Regents Of The University Of California | Diamond thin film electron emitter |
| US5608283A (en) * | 1994-06-29 | 1997-03-04 | Candescent Technologies Corporation | Electron-emitting devices utilizing electron-emissive particles which typically contain carbon |
| US6204834B1 (en) | 1994-08-17 | 2001-03-20 | Si Diamond Technology, Inc. | System and method for achieving uniform screen brightness within a matrix display |
| US5531880A (en) * | 1994-09-13 | 1996-07-02 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method for producing thin, uniform powder phosphor for display screens |
| FR2726689B1 (fr) * | 1994-11-08 | 1996-11-29 | Commissariat Energie Atomique | Source d'electrons a effet de champ et procede de fabrication de cette source, application aux dispositifs de visualisation par cathodoluminescence |
| US5852341A (en) * | 1994-11-14 | 1998-12-22 | Crystallume | Diamond film with sharp field emission turn-on |
| US5592053A (en) * | 1994-12-06 | 1997-01-07 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond target electron beam device |
| US5646474A (en) * | 1995-03-27 | 1997-07-08 | Wayne State University | Boron nitride cold cathode |
| US5680008A (en) * | 1995-04-05 | 1997-10-21 | Advanced Technology Materials, Inc. | Compact low-noise dynodes incorporating semiconductor secondary electron emitting materials |
| US5628659A (en) * | 1995-04-24 | 1997-05-13 | Microelectronics And Computer Corporation | Method of making a field emission electron source with random micro-tip structures |
| US6296740B1 (en) | 1995-04-24 | 2001-10-02 | Si Diamond Technology, Inc. | Pretreatment process for a surface texturing process |
| US5679895A (en) * | 1995-05-01 | 1997-10-21 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond field emission acceleration sensor |
| US5647998A (en) * | 1995-06-13 | 1997-07-15 | Advanced Vision Technologies, Inc. | Fabrication process for laminar composite lateral field-emission cathode |
| US5703380A (en) * | 1995-06-13 | 1997-12-30 | Advanced Vision Technologies Inc. | Laminar composite lateral field-emission cathode |
| US5880559A (en) * | 1996-06-01 | 1999-03-09 | Smiths Industries Public Limited Company | Electrodes and lamps |
| EP0974156B1 (en) | 1996-06-25 | 2004-10-13 | Vanderbilt University | Microtip vacuum field emitter structures, arrays, and devices, and methods of fabrication |
| US5821680A (en) * | 1996-10-17 | 1998-10-13 | Sandia Corporation | Multi-layer carbon-based coatings for field emission |
| JP3372848B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2003-02-04 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子及び画像表示装置及びそれらの製造方法 |
| JP3598184B2 (ja) * | 1996-11-07 | 2004-12-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 透過型２次電子面及び電子管 |
| US6020677A (en) * | 1996-11-13 | 2000-02-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Carbon cone and carbon whisker field emitters |
| US6184611B1 (en) | 1997-03-10 | 2001-02-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron-emitting element |
| US6064148A (en) * | 1997-05-21 | 2000-05-16 | Si Diamond Technology, Inc. | Field emission device |
| US6181055B1 (en) | 1998-10-12 | 2001-01-30 | Extreme Devices, Inc. | Multilayer carbon-based field emission electron device for high current density applications |
| US6441550B1 (en) | 1998-10-12 | 2002-08-27 | Extreme Devices Inc. | Carbon-based field emission electron device for high current density applications |
| DE69920171T2 (de) * | 1998-11-30 | 2005-09-29 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Entladungslampe |
| US6059627A (en) * | 1999-03-08 | 2000-05-09 | Motorola, Inc. | Method of providing uniform emission current |
| CA2400411A1 (en) * | 2000-02-16 | 2001-08-23 | Fullerene International Corporation | Diamond/carbon nanotube structures for efficient electron field emission |
| JP3535871B2 (ja) * | 2002-06-13 | 2004-06-07 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子、電子源、画像表示装置及び電子放出素子の製造方法 |
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| CN101105488B (zh) * | 2006-07-14 | 2011-01-26 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 逸出功的测量方法 |
| JP2009104916A (ja) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Canon Inc | 電子放出素子、電子源、画像表示装置および電子放出素子の製造方法 |
| JP2009117203A (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-28 | Canon Inc | 電子放出素子の製造方法、電子源の製造方法、および、画像表示装置の製造方法 |
| JP2009146751A (ja) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Canon Inc | 電子放出素子、電子源、および、画像表示装置 |
| US8933462B2 (en) * | 2011-12-21 | 2015-01-13 | Akhan Semiconductor, Inc. | Method of fabricating diamond semiconductor and diamond semiconductor formed according to the method |
| WO2014104022A1 (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | 国立大学法人名古屋大学 | 太陽光で励起された電子のエネルギーの測定方法と測定装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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