JPH0636680A - ダイヤモンドフイルム電子源を用いた電子素子 - Google Patents
ダイヤモンドフイルム電子源を用いた電子素子Info
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- JPH0636680A JPH0636680A JP12219493A JP12219493A JPH0636680A JP H0636680 A JPH0636680 A JP H0636680A JP 12219493 A JP12219493 A JP 12219493A JP 12219493 A JP12219493 A JP 12219493A JP H0636680 A JPH0636680 A JP H0636680A
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- Japan
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- diamond material
- emission
- electron
- anode
- electrons
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
-
- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ０．０５ミクロン代の小さな構造サイズを必
要とせず、５ｘ１０5Ｖ／ｃｍ程導電界のみを用いて、
大量の電子を放出させることができる、電子放出電子素
子を提供する。 【構成】 ダイヤモンド材料電子放出部（１０１）とア
ノード（１０２）とが双方とも支持基板（１０３）上に
配置されており、それらの間に相互電極領域（１３０）
を規定するようにした、電子素子。相互電極領域（１３
０）を横切る電子の搬送は、ダイヤモンド材料電子放出
部（１０１）の放出面（１２０）において、開始され
る。代替実施例では、実質的に対称的で、電子放出部
（３０１）について軸方向にずれており、かつ相互電極
領域（３３０）内にあるゲート電極（３４０）を用い
て、変調能力を設けている。
要とせず、５ｘ１０5Ｖ／ｃｍ程導電界のみを用いて、
大量の電子を放出させることができる、電子放出電子素
子を提供する。 【構成】 ダイヤモンド材料電子放出部（１０１）とア
ノード（１０２）とが双方とも支持基板（１０３）上に
配置されており、それらの間に相互電極領域（１３０）
を規定するようにした、電子素子。相互電極領域（１３
０）を横切る電子の搬送は、ダイヤモンド材料電子放出
部（１０１）の放出面（１２０）において、開始され
る。代替実施例では、実質的に対称的で、電子放出部
（３０１）について軸方向にずれており、かつ相互電極
領域（３３０）内にあるゲート電極（３４０）を用い
て、変調能力を設けている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に電子素子に関
し、特に、電子源としてダイヤモンド材料料を用いた電
子素子に関するものである。
し、特に、電子源としてダイヤモンド材料料を用いた電
子素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決使用とする課題】電子の
弾道搬送（ｂａｌｌａｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）
を用いた電子素子は、当技術では公知である。しかしな
がら、公知の従来技術の素子は、多くの欠点を有してい
る。従来技術の真空管素子は、大きくしかも集積が不可
能である。最近開発された電界放出電子素子は、非常に
高い電界と、その非常に高い電界を達成するための数百
オングストローム程度の非常に小さな構造とを必要とす
る。当技術において公知の、プレーナ型電界放出電子素
子は、素子の動作を可能とするには、ミクロン以下
（０．０５ミクロン）の電極構造のサイズを必要とす
る。
弾道搬送（ｂａｌｌａｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）
を用いた電子素子は、当技術では公知である。しかしな
がら、公知の従来技術の素子は、多くの欠点を有してい
る。従来技術の真空管素子は、大きくしかも集積が不可
能である。最近開発された電界放出電子素子は、非常に
高い電界と、その非常に高い電界を達成するための数百
オングストローム程度の非常に小さな構造とを必要とす
る。当技術において公知の、プレーナ型電界放出電子素
子は、素子の動作を可能とするには、ミクロン以下
（０．０５ミクロン）の電極構造のサイズを必要とす
る。
【０００３】したがって、従来技術の欠点の少なくとも
いくつかを克服する電子素子が必要とされている。
いくつかを克服する電子素子が必要とされている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この必要性及びその他の
ものは、主面を有する支持用基板と、前記主面の一部に
配置され、電子を放出するための放出面を有するダイヤ
モンド材料電子放出部と、放出された電子の少なくとも
幾つかを収集するために、かつ前記ダイヤモンド材料電
子放出部に対して隔てて前記主面の一部上に配置され、
その間に相互電極領域を規定する、アノードとを有す
る、電子素子の提供によって、実質的に満足されるもの
である。
ものは、主面を有する支持用基板と、前記主面の一部に
配置され、電子を放出するための放出面を有するダイヤ
モンド材料電子放出部と、放出された電子の少なくとも
幾つかを収集するために、かつ前記ダイヤモンド材料電
子放出部に対して隔てて前記主面の一部上に配置され、
その間に相互電極領域を規定する、アノードとを有す
る、電子素子の提供によって、実質的に満足されるもの
である。
【０００５】この必要性及びその他のものは、更に、主
面を有する支持用基板と、電子を放出するための放出面
を有し、前記主面の一部に配置された、ダイヤモンド材
料電子放出部と、放出された電子の少なくとも幾つかを
収集するために、前記ダイヤモンド材料電子放出部に対
して隔てて前記主面の一部上に配置され、その間に相互
電極領域を規定するアノードと、前記主面の一部に配置
され、実質的に前記相互電極領域内に、実質的に対称
で、かつ前記電子放出部に対して軸方向に変位した、ゲ
ート電極とを有する、電子素子によっても、満足される
ものである。
面を有する支持用基板と、電子を放出するための放出面
を有し、前記主面の一部に配置された、ダイヤモンド材
料電子放出部と、放出された電子の少なくとも幾つかを
収集するために、前記ダイヤモンド材料電子放出部に対
して隔てて前記主面の一部上に配置され、その間に相互
電極領域を規定するアノードと、前記主面の一部に配置
され、実質的に前記相互電極領域内に、実質的に対称
で、かつ前記電子放出部に対して軸方向に変位した、ゲ
ート電極とを有する、電子素子によっても、満足される
ものである。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明による電子素子１００の一実
施例の部分的上平面図である。素子１００は、放出面１
２０を有し、電子を放出するためのダイヤモンド材料電
子放出部１０１と、放出された電子の少なくともいくつ
かを収集するための、互いに対して隔たって配置され、
かつその間に相互電極領域１３０を規定するアノード１
０２とを備えている。
施例の部分的上平面図である。素子１００は、放出面１
２０を有し、電子を放出するためのダイヤモンド材料電
子放出部１０１と、放出された電子の少なくともいくつ
かを収集するための、互いに対して隔たって配置され、
かつその間に相互電極領域１３０を規定するアノード１
０２とを備えている。
【０００７】図２は、素子１００の側断面図であり、更
に支持基板１０３も描いている。ダイヤモンド材料電子
放出部１０１とアノード１０３の両方は、各々支持基板
１０３の主面上に配置され、実質的にコプレーナ状配向
となっている。
に支持基板１０３も描いている。ダイヤモンド材料電子
放出部１０１とアノード１０３の両方は、各々支持基板
１０３の主面上に配置され、実質的にコプレーナ状配向
となっている。
【０００８】ダイヤモンド材料電子放出部は、当技術で
は公知なように、一般的にダイヤモンド材料を適切な基
板上に付着させることによって実現することができるこ
とを明記しておく。このような付着技術の１つは、化学
的蒸着過程を用いている。付着方法の中には、実質的に
単結晶のダイヤモンド材料フィルムを用意することが望
ましいものもある。また、他の付着方法には、多結晶ダ
イヤモンド材料フィルムを備えるのが望ましいものもあ
る。以下に述べる本発明の一実施例では、実質的に単結
晶ダイヤモンド材料の電子放出部を備えることが望まし
い。別の実施例には、多結晶ダイヤモンド材料の電子放
出部を良好に用いるものもある。
は公知なように、一般的にダイヤモンド材料を適切な基
板上に付着させることによって実現することができるこ
とを明記しておく。このような付着技術の１つは、化学
的蒸着過程を用いている。付着方法の中には、実質的に
単結晶のダイヤモンド材料フィルムを用意することが望
ましいものもある。また、他の付着方法には、多結晶ダ
イヤモンド材料フィルムを備えるのが望ましいものもあ
る。以下に述べる本発明の一実施例では、実質的に単結
晶ダイヤモンド材料の電子放出部を備えることが望まし
い。別の実施例には、多結晶ダイヤモンド材料の電子放
出部を良好に用いるものもある。
【０００９】図３は、電子素子１００の変更例の側断面
図である。この変更例では、素子１００は、支持基板１
０３内に達する深さと、ダイヤモンド材料電子放出部１
０１とアノード１０２の両方の一部が支持されない程の
幅を有するものとして示されている領域１０４を、有し
ている。
図である。この変更例では、素子１００は、支持基板１
０３内に達する深さと、ダイヤモンド材料電子放出部１
０１とアノード１０２の両方の一部が支持されない程の
幅を有するものとして示されている領域１０４を、有し
ている。
【００１０】図３に描かれているように、電子素子１０
０は、ダイヤモンド材料電子放出部１０１とアノード１
０２との間で、外部から供給される電圧源１０５を結合
することによって、動作する。その間に印加される電圧
が、電子放出部１０１の放出面１２０からの、矢印１１
０で表されている電子の放出を誘導する。少なくとも放
出された電子のいくつかは、相互電極領域１３０の範囲
を横切り、アノード１０２において収集される。
０は、ダイヤモンド材料電子放出部１０１とアノード１
０２との間で、外部から供給される電圧源１０５を結合
することによって、動作する。その間に印加される電圧
が、電子放出部１０１の放出面１２０からの、矢印１１
０で表されている電子の放出を誘導する。少なくとも放
出された電子のいくつかは、相互電極領域１３０の範囲
を横切り、アノード１０２において収集される。
【００１１】ここで、素子１００内での電子の放出が、
相互電極領域１３０を部分的に規定する放出面１２０に
対応する放出面から、実質的に行なわれると、考える。
単一結晶（単結晶）ダイヤモンド材料として実現されて
いるダイヤモンド材料の電子放出部は、例えば（０１
０）結晶配向のような、実質的に単一な結晶配向を示し
ている。しかしながら、多結晶ダイヤモンド材料からな
るダイヤモンド材料電子放出部では、結晶ファセット
（ｆａｃｅｔ）の統計的分布が、放出面において示され
ており、そのファセットの少なくともあるものは、有限
の確率を以て、（１１１）結晶配向に対応している。ダ
イヤモンド材料の｛１００｝結晶面と比較すると、（１
１１）結晶配向（結晶面）に対応するダイヤモンド材料
の結晶面からの電子放出は、より容易に達成されるので
ある。
相互電極領域１３０を部分的に規定する放出面１２０に
対応する放出面から、実質的に行なわれると、考える。
単一結晶（単結晶）ダイヤモンド材料として実現されて
いるダイヤモンド材料の電子放出部は、例えば（０１
０）結晶配向のような、実質的に単一な結晶配向を示し
ている。しかしながら、多結晶ダイヤモンド材料からな
るダイヤモンド材料電子放出部では、結晶ファセット
（ｆａｃｅｔ）の統計的分布が、放出面において示され
ており、そのファセットの少なくともあるものは、有限
の確率を以て、（１１１）結晶配向に対応している。ダ
イヤモンド材料の｛１００｝結晶面と比較すると、（１
１１）結晶配向（結晶面）に対応するダイヤモンド材料
の結晶面からの電子放出は、より容易に達成されるので
ある。
【００１２】ダイヤモンド材料は、電界があると、大量
の電子を放出するもので、これは、金属及びシリコンに
よる電子放出部による電子放出に必要な電界より、約２
桁低い程度の強度でよく（ダイヤモンドでは５ｘ１０5
ｖ／ｃｍ、これに対して金属及びシリコンでは３ｘ１０
7ｖ／ｃｍ）、したがって、従来技術の電子放出部が要
求するような、小さな曲率半径の幾何学的不連続構造を
備える必要がない。素子の製造において従来技術の課題
となっている困難が、本発明のダイヤモンド材料の電子
放出部を用いることによって解消されるので、これは従
来技術に対する大きな改善である。例えば、従来技術の
電子放出電子素子を実現するためには、０．０５ミクロ
ン以下程度の少なくとも１つの構造サイズを有する電子
放出部を備える必要があったが、本発明の電子放出部に
よって構成された電子素子には、まったく構造のサイズ
について強要される必須要件がない。
の電子を放出するもので、これは、金属及びシリコンに
よる電子放出部による電子放出に必要な電界より、約２
桁低い程度の強度でよく（ダイヤモンドでは５ｘ１０5
ｖ／ｃｍ、これに対して金属及びシリコンでは３ｘ１０
7ｖ／ｃｍ）、したがって、従来技術の電子放出部が要
求するような、小さな曲率半径の幾何学的不連続構造を
備える必要がない。素子の製造において従来技術の課題
となっている困難が、本発明のダイヤモンド材料の電子
放出部を用いることによって解消されるので、これは従
来技術に対する大きな改善である。例えば、従来技術の
電子放出電子素子を実現するためには、０．０５ミクロ
ン以下程度の少なくとも１つの構造サイズを有する電子
放出部を備える必要があったが、本発明の電子放出部に
よって構成された電子素子には、まったく構造のサイズ
について強要される必須要件がない。
【００１３】図４は、本発明による、放出面２２０を有
するダイヤモンド材料の電子放出部２０１の側断面図で
ある。現在考慮中の電子放出部２０１に対しては、ダイ
ヤモンド材料は、結晶に関しては、結晶面（１００）と
結晶面（１１１）とによって、識別されている。例え
ば、ダイヤモンドフィルムの選択的異方性エッチングに
よって、図４に描いた構造が作成され、優先的（選択
的）エッチングによって、（１１１）結晶面が放出面２
２０を形成するようにしている。
するダイヤモンド材料の電子放出部２０１の側断面図で
ある。現在考慮中の電子放出部２０１に対しては、ダイ
ヤモンド材料は、結晶に関しては、結晶面（１００）と
結晶面（１１１）とによって、識別されている。例え
ば、ダイヤモンドフィルムの選択的異方性エッチングに
よって、図４に描いた構造が作成され、優先的（選択
的）エッチングによって、（１１１）結晶面が放出面２
２０を形成するようにしている。
【００１４】図５は、電子放出部２０１とアノード２０
２とを備えた電子素子２００を示すものである。アノー
ド２０２は、電子放出部２０１の放出面２２０に対して
隔てられて配置されている。電子放出部２０１とアノー
ド２０２は、その間に相互電極領域２３０を規定してい
る。図６は、電子放出部２０１とアノード２０２の相対
位置を示した、電子素子２００の上面図である。
２とを備えた電子素子２００を示すものである。アノー
ド２０２は、電子放出部２０１の放出面２２０に対して
隔てられて配置されている。電子放出部２０１とアノー
ド２０２は、その間に相互電極領域２３０を規定してい
る。図６は、電子放出部２０１とアノード２０２の相対
位置を示した、電子素子２００の上面図である。
【００１５】図７は、電子素子２００の変更例を表わす
側断面図である。図７において、図６を参照して先に述
べたように配置されている、（１１１）結晶面に対応す
る放出面２２０とアノード２０２とを有するダイヤモン
ド材料電子放出部２０１は、主面を有する指示基板２０
３上に支持されている。図３を参照して先に述べた領域
２０４は、基板２０３の主面内に形成されている。図３
を参照して上述したように、電圧（図示せず）を印加す
ると、矢印２１０で表されているように電子を発生し、
放出面２２０から放出され、その内の少なくともいくつ
かは相互電極領域２３０の範囲を横切って、アノード２
０２にて収集される。
側断面図である。図７において、図６を参照して先に述
べたように配置されている、（１１１）結晶面に対応す
る放出面２２０とアノード２０２とを有するダイヤモン
ド材料電子放出部２０１は、主面を有する指示基板２０
３上に支持されている。図３を参照して先に述べた領域
２０４は、基板２０３の主面内に形成されている。図３
を参照して上述したように、電圧（図示せず）を印加す
ると、矢印２１０で表されているように電子を発生し、
放出面２２０から放出され、その内の少なくともいくつ
かは相互電極領域２３０の範囲を横切って、アノード２
０２にて収集される。
【００１６】次に図８を参照すると、本発明による電子
素子３００の更に別の実施例の上面図が示されている。
素子３００は、図４〜図６を参照して先に述べたように
電子を放出するための放出面３２０を有するダイヤモン
ド材料の電子放出部３０１と、アノード３０２とを備え
ている。アノード３０２は、放出面３２０に対して隔て
られて配置されており、その間に相互電極領域３３０を
規定している。ゲート電極３４０が対称的に配置され、
電子放出部３０１に対して軸方向にずれており、更に実
質的に相互電極領域３３０内に配置されている。
素子３００の更に別の実施例の上面図が示されている。
素子３００は、図４〜図６を参照して先に述べたように
電子を放出するための放出面３２０を有するダイヤモン
ド材料の電子放出部３０１と、アノード３０２とを備え
ている。アノード３０２は、放出面３２０に対して隔て
られて配置されており、その間に相互電極領域３３０を
規定している。ゲート電極３４０が対称的に配置され、
電子放出部３０１に対して軸方向にずれており、更に実
質的に相互電極領域３３０内に配置されている。
【００１７】図９は、図７を参照して先に述べた主面と
領域３０４とを有する支持基板３０３を更に備えた電子
素子３０３を表す、側断面図である。図７を参照して述
べたように、ダイヤモンド材料の電子放出部３０１とア
ノード３０２が、支持基板３０３の主面上に配置される
と共に、ゲート電極３４０がその間に配置されている。
領域３０４とを有する支持基板３０３を更に備えた電子
素子３０３を表す、側断面図である。図７を参照して述
べたように、ダイヤモンド材料の電子放出部３０１とア
ノード３０２が、支持基板３０３の主面上に配置される
と共に、ゲート電極３４０がその間に配置されている。
【００１８】素子３００を動作させるためには、外部に
設けられた第１電圧源３０５が、ダイヤモンド材料電子
放出部３０１とアノード３０２との間に第１電圧を供給
する。第１電圧を印加すると、電子が放出面３２０から
放出され、相互電極領域３３０の範囲を横切って、アノ
ード３０２において収集される。次に、外部に設けられ
た第２電圧源が、ダイヤモンド材料電子放出部３０１と
ゲート電極３４０との間に、第２電圧を供給する。第２
電圧の印加を利用して、放出面３２０からの電子の放出
率を制御する。第２電圧を変調すると、電子放出率がそ
れにしたがって変調される。
設けられた第１電圧源３０５が、ダイヤモンド材料電子
放出部３０１とアノード３０２との間に第１電圧を供給
する。第１電圧を印加すると、電子が放出面３２０から
放出され、相互電極領域３３０の範囲を横切って、アノ
ード３０２において収集される。次に、外部に設けられ
た第２電圧源が、ダイヤモンド材料電子放出部３０１と
ゲート電極３４０との間に、第２電圧を供給する。第２
電圧の印加を利用して、放出面３２０からの電子の放出
率を制御する。第２電圧を変調すると、電子放出率がそ
れにしたがって変調される。
【００１９】１つの実現可能性において、多結晶ダイヤ
モンド材料からなるダイヤモンド材料電子放出部を用い
て、図３を参照して先に述べた電子素子と組み合せて、
図８及び図９の電子素子のゲート電極３４０を有利に用
いることができることが、予期される。
モンド材料からなるダイヤモンド材料電子放出部を用い
て、図３を参照して先に述べた電子素子と組み合せて、
図８及び図９の電子素子のゲート電極３４０を有利に用
いることができることが、予期される。
【００２０】素子の動作を行なうのに、０．０５ミクロ
ン代の小さな構造サイズを必要としない、実質的にプレ
ーナ型の電子放出電子素子を提供することが、本発明の
目的の１つである。
ン代の小さな構造サイズを必要としない、実質的にプレ
ーナ型の電子放出電子素子を提供することが、本発明の
目的の１つである。
【００２１】５ｘ１０5Ｖ／ｃｍ程度の誘導電界のみを
用いることによって、ダイヤモンド材料電子から大量の
電子を放出させることができる、実質的にプレーナ型の
電子放出電子素子を提供することが、本発明の別の目的
である。
用いることによって、ダイヤモンド材料電子から大量の
電子を放出させることができる、実質的にプレーナ型の
電子放出電子素子を提供することが、本発明の別の目的
である。
【図１】本発明による、電子素子の実施例の部分的上面
図。
図。
【図２】図１の電子素子の側断面図。
【図３】本発明による、電子素子の他の実施例の側断面
図。
図。
【図４】本発明による、電子放出部を表わす側断面図。
【図５】本発明による電子素子の更に他の実施例の、一
部分を取除いた側断面図。
部分を取除いた側断面図。
【図６】図５に描いた電子素子の、一部分を取除いた上
平面図。
平面図。
【図７】本発明による電子素子の更に他の実施例を示
す、側断面図。
す、側断面図。
【図８】本発明による電子素子の更に別の実施例を示
す、部分的上平面図。
す、部分的上平面図。
【図９】図８に描いた電子素子を示す側断面図。
１０１，３０１ ダイヤモンド材料電子放出部 １０２，３０２ アノード １０３，３０３ 支持基板 １２０，３２０ 放出面 １３０，３３０ 相互電極領域 ３４０ ゲート電極
Claims (2)
- 【請求項１】主面を有する支持基板（１０３）；前記支
持基板の主面の一部上に配置され、電子を放出するため
の放出面（１２０）を有する、ダイヤモンド材料電子放
出部（１０１）；および放出された電子の少なくとも幾
つかを収集するために、前記ダイヤモンド材料電子放出
部の放出面に対して隔てて前記主面の一部上に配置さ
れ、かつ相互電極領域（１３０）をその間に規定する、
アノード（１０２）；から成ることを特徴とする電子素
子。 - 【請求項２】主面を有する支持基板（３０３）；前記支
持基板（３０３）の主面上に配置され、電子を放出する
ための放出面（３２０）を有する、ダイヤモンド材料電
子放出部（３０１）；前記ダイヤモンド材料電子放出部
（３０１）の放出面（３２０）によって放出された電子
の少なくとも幾つかを収集するためのアノード（３０
２）であって、前記ダイヤモンド材料電子放出部（３０
１）の放出面（３２０）に対して隔てて前記主面上に配
置され、前記アノード（３０２）と前記ダイヤモンド材
料電子放出部（３０１）の放出面（３２０）との間に、
相互電極領域（３３０）規定する、前記アノード（３０
２）；および前記支持基板（３０３）の主面上に配置さ
れ、実質的に対称で、前記ダイヤモンド材料電子放出部
（３０１）に対して軸方向にずれており、実質的に前記
相互電極領域（３３０）内にある、ゲート電極（３４
０）；から成ることを特徴とする電子素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/877,931 US5289086A (en) | 1992-05-04 | 1992-05-04 | Electron device employing a diamond film electron source |
| US877931 | 1992-05-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636680A true JPH0636680A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=25371024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12219493A Pending JPH0636680A (ja) | 1992-05-04 | 1993-04-27 | ダイヤモンドフイルム電子源を用いた電子素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5289086A (ja) |
| JP (1) | JPH0636680A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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