JPH09259737A - 電子放出デバイス - Google Patents
電子放出デバイスInfo
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- JPH09259737A JPH09259737A JP5981596A JP5981596A JPH09259737A JP H09259737 A JPH09259737 A JP H09259737A JP 5981596 A JP5981596 A JP 5981596A JP 5981596 A JP5981596 A JP 5981596A JP H09259737 A JPH09259737 A JP H09259737A
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- electron
- layer
- conductor layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子放出効率の高い電子放出デバイスを提供
することを目的とする。 【解決手段】 陽極側導電体層と、絶縁体層と、陰極側
導電体層とが順次積層されてなる電子放出デバイスにお
いて、前記陽極側導電体層が、グラファイト、又はグラ
ファイト層間化合物からなることを特徴とする。
することを目的とする。 【解決手段】 陽極側導電体層と、絶縁体層と、陰極側
導電体層とが順次積層されてなる電子放出デバイスにお
いて、前記陽極側導電体層が、グラファイト、又はグラ
ファイト層間化合物からなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡やディ
スプレイ用の電子銃などに使用される電子放出デバイス
に関する。
スプレイ用の電子銃などに使用される電子放出デバイス
に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属−絶縁体−金属接合デバイス（ＭＩ
Ｍデバイス）とは、絶縁体層を間に挟んだ一対の金属電
極間に、電極を構成する金属の仕事関数以上の高電圧
（通常５Ｖ以上）を加えることにより、陰極側の電極金
属から絶縁体層内に電子を放出させて、その電子を何ら
かの形で利用するデバイスである。
Ｍデバイス）とは、絶縁体層を間に挟んだ一対の金属電
極間に、電極を構成する金属の仕事関数以上の高電圧
（通常５Ｖ以上）を加えることにより、陰極側の電極金
属から絶縁体層内に電子を放出させて、その電子を何ら
かの形で利用するデバイスである。
【０００３】この金属−絶縁体−金属接合デバイスを電
子放出デバイスとして利用する場合には、絶縁体層中に
放出された電子が、絶縁体層内を通過し、更に陽極側の
電極金属をも通過して、真空（大気）中に放出されるよ
うにデバイスを構成する必要がある。
子放出デバイスとして利用する場合には、絶縁体層中に
放出された電子が、絶縁体層内を通過し、更に陽極側の
電極金属をも通過して、真空（大気）中に放出されるよ
うにデバイスを構成する必要がある。
【０００４】この場合、電子が真空中に放出されるため
には、絶縁体層から陽極側の電極金属に入射した電子
が、その電極金属の真空側の表面に到達した際に、陽極
側の電極金属の仕事関数（通常３〜５ｅＶ）より大きな
エネルギーを持っていなければならない。
には、絶縁体層から陽極側の電極金属に入射した電子
が、その電極金属の真空側の表面に到達した際に、陽極
側の電極金属の仕事関数（通常３〜５ｅＶ）より大きな
エネルギーを持っていなければならない。
【０００５】また、電子の放出効率が良好なデバイスを
作成するためには、陰極側の電極金属から放出された電
子が、絶縁体層や陽極側の電極金属中を通過する際のエ
ネルギーの損失を、できるだけ小さくする必要がある。
現在、このエネルギーの損失の原因とされているのが、
絶縁体層や陽極側の電極金属中での電子の散乱であるた
め、この散乱の頻度を減少させるために、絶縁体層と陽
極側の電極金属膜を薄くする努力がなされている。
作成するためには、陰極側の電極金属から放出された電
子が、絶縁体層や陽極側の電極金属中を通過する際のエ
ネルギーの損失を、できるだけ小さくする必要がある。
現在、このエネルギーの損失の原因とされているのが、
絶縁体層や陽極側の電極金属中での電子の散乱であるた
め、この散乱の頻度を減少させるために、絶縁体層と陽
極側の電極金属膜を薄くする努力がなされている。
【０００６】また、このような散乱の頻度が減少した場
合、放出される電子のエネルギー分布の幅の広がりが抑
えられることが期待されるので、電子顕微鏡のようにエ
ネルギー分解能を必要とする装置の高性能化にもつなが
る可能性がある。
合、放出される電子のエネルギー分布の幅の広がりが抑
えられることが期待されるので、電子顕微鏡のようにエ
ネルギー分解能を必要とする装置の高性能化にもつなが
る可能性がある。
【０００７】現在、作成されている金属−絶縁体−金属
接合デバイスでは、絶縁体層として厚さ２〜３ｎｍのＡ
ｌ酸化物を用いており、電極金属としては陰極側にＡｌ
を、そして陽極側にＡｕ、Ａｇ、ＡｕＡｇ合金等を用い
ており、この陽極側の電極金属の膜厚は１０〜３０ｎｍ
程度である。
接合デバイスでは、絶縁体層として厚さ２〜３ｎｍのＡ
ｌ酸化物を用いており、電極金属としては陰極側にＡｌ
を、そして陽極側にＡｕ、Ａｇ、ＡｕＡｇ合金等を用い
ており、この陽極側の電極金属の膜厚は１０〜３０ｎｍ
程度である。
【０００８】以上のように構成されるデバイスにおいて
は、絶縁体層を挟んだ一対の電極金属間に流れる電流Ｉ
b に対する真空への放出電子電流ＩP の割合が、図４に
示すように非常に低い。即ち、図４において、曲線ａは
電極金属間に流れる電流Ｉbを、曲線ｂは真空への放出
電子電流ＩP をそれぞれ示し、両者の割合である電子放
出効率は１０-4〜１０-6程度である。従って、より高い
電子放出効率が望まれている。
は、絶縁体層を挟んだ一対の電極金属間に流れる電流Ｉ
b に対する真空への放出電子電流ＩP の割合が、図４に
示すように非常に低い。即ち、図４において、曲線ａは
電極金属間に流れる電流Ｉbを、曲線ｂは真空への放出
電子電流ＩP をそれぞれ示し、両者の割合である電子放
出効率は１０-4〜１０-6程度である。従って、より高い
電子放出効率が望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の金
属−絶縁体−金属接合デバイスは、一対の電極金属層間
に流れる電流に対する真空への放出電流の割合が非常に
低いため、放出電子を利用する装置に適用するには、効
率の点で大きな問題があった。本発明は上記課題を考慮
してなされたもので、電子放出効率の高い電子放出デバ
イスを提供することを目的とする。
属−絶縁体−金属接合デバイスは、一対の電極金属層間
に流れる電流に対する真空への放出電流の割合が非常に
低いため、放出電子を利用する装置に適用するには、効
率の点で大きな問題があった。本発明は上記課題を考慮
してなされたもので、電子放出効率の高い電子放出デバ
イスを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、陽極側導電体層と、絶縁体
層と、陰極側導電体層とが順次積層されてなる電子放出
デバイスにおいて、前記陽極側導電体層が、グラファイ
ト、又はグラファイト層間化合物からなることを特徴と
する電子放出デバイスを提供する。
め、本発明（請求項１）は、陽極側導電体層と、絶縁体
層と、陰極側導電体層とが順次積層されてなる電子放出
デバイスにおいて、前記陽極側導電体層が、グラファイ
ト、又はグラファイト層間化合物からなることを特徴と
する電子放出デバイスを提供する。
【００１１】また、本発明（請求項２）は、陽極側導電
体層と、絶縁体層と、陰極側導電体層とが順次積層され
てなる電子放出デバイスにおいて、前記絶縁体層が、Ｂ
Ｎからなることを特徴とする電子放出デバイスを提供す
る。
体層と、絶縁体層と、陰極側導電体層とが順次積層され
てなる電子放出デバイスにおいて、前記絶縁体層が、Ｂ
Ｎからなることを特徴とする電子放出デバイスを提供す
る。
【００１２】更に、本発明（請求項３）は、上述したよ
うな電子放出デバイスにおいて、前記陰極側導電体層
が、Ｎｉからなることを特徴とする電子放出デバイスを
提供する。
うな電子放出デバイスにおいて、前記陰極側導電体層
が、Ｎｉからなることを特徴とする電子放出デバイスを
提供する。
【００１３】本発明の第１の態様に係る電子放出デバイ
スは、陽極側導電体層を、グラファイト又はグラファイ
ト層間化合物（ＧＩＣ）により構成していることを特徴
とする。ここで、グラファイト層間化合物（ＧＩＣ）と
は、グラファイトの原子層間に、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、又はこれらの化合物を挿入したものであ
る。なお、ＧＩＣ中のアルカリ金属、アルカリ土類金
属、又はこれらの化合物の含有量は、通常、３〜１７原
子％の範囲内で挿入することが出来る。
スは、陽極側導電体層を、グラファイト又はグラファイ
ト層間化合物（ＧＩＣ）により構成していることを特徴
とする。ここで、グラファイト層間化合物（ＧＩＣ）と
は、グラファイトの原子層間に、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、又はこれらの化合物を挿入したものであ
る。なお、ＧＩＣ中のアルカリ金属、アルカリ土類金
属、又はこれらの化合物の含有量は、通常、３〜１７原
子％の範囲内で挿入することが出来る。
【００１４】本発明において、陽極側導電体層としてグ
ラファイト又はグラファイト層間化合物を用いているの
は、これらの物質からなる薄膜の膜厚の制御を容易に行
うことが可能であるからである。即ち、グラファイトの
成長に際しては、単原子層単位での膜厚制御が可能であ
る。また、ＧＩＣは、成長させたグラファイトを挿入金
属或いは挿入化合物の雰囲気中で高温に曝すことにより
作成することができるので、挿入後の膜厚の変化を調べ
ることにより、グラファイトとほぼ同様の膜厚制御性を
実現することが出来る。
ラファイト又はグラファイト層間化合物を用いているの
は、これらの物質からなる薄膜の膜厚の制御を容易に行
うことが可能であるからである。即ち、グラファイトの
成長に際しては、単原子層単位での膜厚制御が可能であ
る。また、ＧＩＣは、成長させたグラファイトを挿入金
属或いは挿入化合物の雰囲気中で高温に曝すことにより
作成することができるので、挿入後の膜厚の変化を調べ
ることにより、グラファイトとほぼ同様の膜厚制御性を
実現することが出来る。
【００１５】このように、陽極側導電体層としてグラフ
ァイト又はＧＩＣを用いることで、電極の厚さが平均自
由行程程度以下になるように、容易に制御することがで
きるようになる。また、特にＧＩＣを用いることによ
り、その仕事関数の大きさを、グラファイトに較べて小
さくすることが可能である。
ァイト又はＧＩＣを用いることで、電極の厚さが平均自
由行程程度以下になるように、容易に制御することがで
きるようになる。また、特にＧＩＣを用いることによ
り、その仕事関数の大きさを、グラファイトに較べて小
さくすることが可能である。
【００１６】また、このように、陽極側導電体層として
グラファイト又はＧＩＣを用いることで、陽極側導電体
層に入射し電子が層内を通過する際に失うエネルギーの
量を低く抑えることが可能になり、更にそれにともなっ
て、層内を通過する際に生じる電子のエネルギー分布の
広がりを抑えることも可能となる。その結果、従来の電
子放出デバイスよりも放出効率が高く、エネルギー分布
幅が狭い電子放出デバイスの作成が可能になる。
グラファイト又はＧＩＣを用いることで、陽極側導電体
層に入射し電子が層内を通過する際に失うエネルギーの
量を低く抑えることが可能になり、更にそれにともなっ
て、層内を通過する際に生じる電子のエネルギー分布の
広がりを抑えることも可能となる。その結果、従来の電
子放出デバイスよりも放出効率が高く、エネルギー分布
幅が狭い電子放出デバイスの作成が可能になる。
【００１７】本発明の第１の態様にかかる電子放出デバ
イスにおいて、絶縁体層としては、従来使用されていた
Ａｌ以外の金属の酸化物を用いることが好ましい。これ
ら酸化物としては、特にＮｉの酸化物が好ましい。Ｎｉ
酸化物のようなＡｌ以外の金属の酸化物は、その上に陽
極金属を成長させる際に、優れた結晶性を示し、均一な
薄い陽極金属膜の作成を容易に行うことを可能とする。
イスにおいて、絶縁体層としては、従来使用されていた
Ａｌ以外の金属の酸化物を用いることが好ましい。これ
ら酸化物としては、特にＮｉの酸化物が好ましい。Ｎｉ
酸化物のようなＡｌ以外の金属の酸化物は、その上に陽
極金属を成長させる際に、優れた結晶性を示し、均一な
薄い陽極金属膜の作成を容易に行うことを可能とする。
【００１８】本発明の第２の態様に係る電子放出デバイ
スは、絶縁体層をＢＮにより構成していることを特徴と
する。このＢＮは、グラファイトと同様に、単原子層単
位での膜成長の制御が可能であり、また、耐電圧性がＡ
ｌの酸化物よりも１桁大きいため、従来の絶縁体層より
も薄く、かつ均一な膜の形成が可能である。その結果、
ＢＮを絶縁体層として用いることで、陰極側の導電体層
から放出された電子が、絶縁体層を通過する際に失うエ
ネルギーの量を抑えることが可能になり、更にそれにと
もなって、膜内を通過する際に生じる電子のエネルギー
分布の広がりを抑えることも可能である。
スは、絶縁体層をＢＮにより構成していることを特徴と
する。このＢＮは、グラファイトと同様に、単原子層単
位での膜成長の制御が可能であり、また、耐電圧性がＡ
ｌの酸化物よりも１桁大きいため、従来の絶縁体層より
も薄く、かつ均一な膜の形成が可能である。その結果、
ＢＮを絶縁体層として用いることで、陰極側の導電体層
から放出された電子が、絶縁体層を通過する際に失うエ
ネルギーの量を抑えることが可能になり、更にそれにと
もなって、膜内を通過する際に生じる電子のエネルギー
分布の広がりを抑えることも可能である。
【００１９】また、ＢＮは、グラファイトと同じ構造
で、格子定数もほとんど同一であるので、この上にグラ
ファイトを成長させる上でも優れた材料である。このよ
うに、絶縁体層をＢＮにより構成することで、従来の電
子放出デバイスよりも電子の放出効率が高く、かつエネ
ルギー分布幅が狭い電子放出デバイスの作成が可能にな
る。
で、格子定数もほとんど同一であるので、この上にグラ
ファイトを成長させる上でも優れた材料である。このよ
うに、絶縁体層をＢＮにより構成することで、従来の電
子放出デバイスよりも電子の放出効率が高く、かつエネ
ルギー分布幅が狭い電子放出デバイスの作成が可能にな
る。
【００２０】なお、本発明の第２の態様に係る電子放出
デバイスにおいて、絶縁体層をＡｌ以外の金属の酸化物
とＢＮ膜との積層膜により構成することも可能である。
更に、本発明の第１の態様と第２の態様とを組合わせ
た、即ち、陽極側導電体層を、グラファイト又はグラフ
ァイト層間化合物（ＧＩＣ）により構成するとともに、
絶縁体層をＢＮにより構成することも可能である。
デバイスにおいて、絶縁体層をＡｌ以外の金属の酸化物
とＢＮ膜との積層膜により構成することも可能である。
更に、本発明の第１の態様と第２の態様とを組合わせ
た、即ち、陽極側導電体層を、グラファイト又はグラフ
ァイト層間化合物（ＧＩＣ）により構成するとともに、
絶縁体層をＢＮにより構成することも可能である。
【００２１】以上説明した本発明の電子放出デバイスに
おいて、陰極側導電体層としては、Ｎｉを用いることが
好ましい。この場合、Ｎｉの酸化物を絶縁体層として用
いることにより、陽極側導電体層として優れた結晶状態
のグラファイト膜の形成を容易に行うことが可能であ
る。また同様に、Ｎｉ上あるいはＮｉ酸化物上に、絶縁
体層として優れた結晶状態のＢＮ膜の形成を容易に行う
ことができるようになる。
おいて、陰極側導電体層としては、Ｎｉを用いることが
好ましい。この場合、Ｎｉの酸化物を絶縁体層として用
いることにより、陽極側導電体層として優れた結晶状態
のグラファイト膜の形成を容易に行うことが可能であ
る。また同様に、Ｎｉ上あるいはＮｉ酸化物上に、絶縁
体層として優れた結晶状態のＢＮ膜の形成を容易に行う
ことができるようになる。
【００２２】また、本発明の電子放出デバイスにおい
て、陰極側導電体層としてグラファイト又はＧＩＣを用
いることも可能である。そうすることにより、絶縁体層
として優れた結晶状態のＢＮ膜の形成を容易に行うこと
が可能である。
て、陰極側導電体層としてグラファイト又はＧＩＣを用
いることも可能である。そうすることにより、絶縁体層
として優れた結晶状態のＢＮ膜の形成を容易に行うこと
が可能である。
【００２３】更に、本発明の電子放出デバイスにおい
て、絶縁体層の膜厚は、好ましくは４ｎｍ以下、より好
ましくは２ｎｍ以下、更に好ましくは０．３〜１．５ｎ
ｍである。これは、絶縁体層の膜厚が厚すぎると、電子
を放出させるために高電圧の印加が必要となって、実用
的ではなくなる一方、絶縁体層の膜厚が余りに薄いと、
均一な膜の形成が困難とｐなることによる。しかも、本
発明では、この絶縁体層の膜厚を調整することで、放出
される電子のエネルギー分布のピーク部の位置を制御す
ることが可能である。
て、絶縁体層の膜厚は、好ましくは４ｎｍ以下、より好
ましくは２ｎｍ以下、更に好ましくは０．３〜１．５ｎ
ｍである。これは、絶縁体層の膜厚が厚すぎると、電子
を放出させるために高電圧の印加が必要となって、実用
的ではなくなる一方、絶縁体層の膜厚が余りに薄いと、
均一な膜の形成が困難とｐなることによる。しかも、本
発明では、この絶縁体層の膜厚を調整することで、放出
される電子のエネルギー分布のピーク部の位置を制御す
ることが可能である。
【００２４】また、陽極側導電体層の膜厚は、好ましく
は１０ｎｍ以下、より好ましくは０．３〜３．０ｎｍで
ある。すなわち、陽極側導電体層の膜厚が厚過ぎると、
大きな電子放出効率の向上を期待しがたく、逆に膜厚が
薄すぎると、絶縁体層の場合と同様、均一な膜厚の形成
が困難となる。
は１０ｎｍ以下、より好ましくは０．３〜３．０ｎｍで
ある。すなわち、陽極側導電体層の膜厚が厚過ぎると、
大きな電子放出効率の向上を期待しがたく、逆に膜厚が
薄すぎると、絶縁体層の場合と同様、均一な膜厚の形成
が困難となる。
【００２５】以上説明した本発明の第１及び第２の態様
に係る電子放出デバイスは、真空マイクロデバイスのカ
ソードに適用することが可能である。そうすることによ
り、従来の真空マイクロデバイスよりも電子の放出効率
で優れ、かつ放出された電子のエネルギー分布の広がり
が小さい真空マイクロデバイスを実現することが可能で
ある。
に係る電子放出デバイスは、真空マイクロデバイスのカ
ソードに適用することが可能である。そうすることによ
り、従来の真空マイクロデバイスよりも電子の放出効率
で優れ、かつ放出された電子のエネルギー分布の広がり
が小さい真空マイクロデバイスを実現することが可能で
ある。
【００２６】更に、この真空マイクロデバイスを表示電
子に用いることで、従来のＭＩＭデバイスを用いた場合
より電力効率が高い表示素子の作成が可能となる。ま
た、この真空マイクロデバイスを電子線回折装置の電子
源に用いることで、放出電子のエネルギー分布幅が狭い
電子線が得られるので、従来の電子線回折装置よりも解
像度が高い電子線回折装置の作成が可能になる。
子に用いることで、従来のＭＩＭデバイスを用いた場合
より電力効率が高い表示素子の作成が可能となる。ま
た、この真空マイクロデバイスを電子線回折装置の電子
源に用いることで、放出電子のエネルギー分布幅が狭い
電子線が得られるので、従来の電子線回折装置よりも解
像度が高い電子線回折装置の作成が可能になる。
【００２７】
【発明の実施の態様】以下、本発明の種々の実施例を示
し、本発明についてより具体的に説明する。 実施例１ 以下のようにして、陰極としてＮｉ、絶縁体層としてＢ
Ｎ、陽極としてＧＩＣを用いた電子放出デバイスを製造
した。
し、本発明についてより具体的に説明する。 実施例１ 以下のようにして、陰極としてＮｉ、絶縁体層としてＢ
Ｎ、陽極としてＧＩＣを用いた電子放出デバイスを製造
した。
【００２８】まず、陰極を構成するＮｉ基板を以下の４
工程でそれぞれ１５分ずつアニ−ルすることにより、表
面を超清浄化した。 （１）超高真空中（〜１０-8Ｐａ）で６３０℃ （２）Ｏ2 雰囲気中（１０-4Ｐａ）で６３０℃（炭素除
去） （３）Ｈ2 雰囲気中（１０-3Ｐａ）で７３０℃（酸素除
去） （４）超高真空中で６３０℃ 次いで、Ｎｉ基板上に、ＢＮからなる絶縁体層を成長さ
せた。ＢＮ層成長のための原料ガスとしてはＢＣｌ3 と
ＮＨ3 を用い、基板温度は、約１４００℃で一定に維持
した。成長は、ＲＨＥＥＤの強度振動あるいは基板から
の赤外放射線の強度信号から得られる膜厚の情報をその
場観察しながら、ガスの流量を制御しつつ行った。ＢＮ
の膜厚は、約１０原子層分以下とし、ＢＮの成長を終え
た。
工程でそれぞれ１５分ずつアニ−ルすることにより、表
面を超清浄化した。 （１）超高真空中（〜１０-8Ｐａ）で６３０℃ （２）Ｏ2 雰囲気中（１０-4Ｐａ）で６３０℃（炭素除
去） （３）Ｈ2 雰囲気中（１０-3Ｐａ）で７３０℃（酸素除
去） （４）超高真空中で６３０℃ 次いで、Ｎｉ基板上に、ＢＮからなる絶縁体層を成長さ
せた。ＢＮ層成長のための原料ガスとしてはＢＣｌ3 と
ＮＨ3 を用い、基板温度は、約１４００℃で一定に維持
した。成長は、ＲＨＥＥＤの強度振動あるいは基板から
の赤外放射線の強度信号から得られる膜厚の情報をその
場観察しながら、ガスの流量を制御しつつ行った。ＢＮ
の膜厚は、約１０原子層分以下とし、ＢＮの成長を終え
た。
【００２９】次に、ＢＮ膜上に陽極を構成するグラファ
イトの成長を行った。グラファイトの成長のための原料
ガスとしてはエチレンを用い、基板温度を約１３００℃
程度で一定に維持した。そして、成長は、ＢＮ膜の成長
の場合と同様に、ＲＨＥＥＤの強度振動あるいは基板か
らの赤外放射線の強度振動から得られる膜厚の情報をそ
の場観察しながら、原料ガスの供給を制御しつつ行っ
た。
イトの成長を行った。グラファイトの成長のための原料
ガスとしてはエチレンを用い、基板温度を約１３００℃
程度で一定に維持した。そして、成長は、ＢＮ膜の成長
の場合と同様に、ＲＨＥＥＤの強度振動あるいは基板か
らの赤外放射線の強度振動から得られる膜厚の情報をそ
の場観察しながら、原料ガスの供給を制御しつつ行っ
た。
【００３０】グラファイト層の成長は、膜厚が約１０原
子層分以下で終了させた。そして、グラファイト層中に
Ｃｓを挿入した。即ち、グラファイト層までの成長を終
えた基板を、必要な大きさにカットし、約２００℃のＣ
ｓ蒸気雰囲気内に約１時間程度曝した。その結果、Ｃｓ
はグラファイト層にのみ挿入され、ＢＮ層部分には挿入
されなかった。このようにして、グラファイト層中に１
２原子％のＣｓが挿入されたＧＩＣが得られた。
子層分以下で終了させた。そして、グラファイト層中に
Ｃｓを挿入した。即ち、グラファイト層までの成長を終
えた基板を、必要な大きさにカットし、約２００℃のＣ
ｓ蒸気雰囲気内に約１時間程度曝した。その結果、Ｃｓ
はグラファイト層にのみ挿入され、ＢＮ層部分には挿入
されなかった。このようにして、グラファイト層中に１
２原子％のＣｓが挿入されたＧＩＣが得られた。
【００３１】最後に、Ａｒドライボックス中で、Ｎｉ基
板部分とＧＩＣ部分に配線を施して、ＧＩＣにより構成
される陽極から電子が放出される電子銃を製造すること
ができた。
板部分とＧＩＣ部分に配線を施して、ＧＩＣにより構成
される陽極から電子が放出される電子銃を製造すること
ができた。
【００３２】図１に、以上のようにして製造された本実
施例に係る電子放出デバイスと、陰極としてＡｌ、絶縁
層としてＡｌ2 Ｏ3 、陽極としてＡｕを用いた従来の電
子放出デバイスの電圧Ｖと放出電流Ｉの関係を比較して
示す。図中、曲線Ａは本実施例に係る電子放出デバイス
の電圧Ｖと放出電流Ｉの関係、曲線Ｂは従来の電子放出
デバイスの電圧Ｖと放出電流Ｉの関係を示す。
施例に係る電子放出デバイスと、陰極としてＡｌ、絶縁
層としてＡｌ2 Ｏ3 、陽極としてＡｕを用いた従来の電
子放出デバイスの電圧Ｖと放出電流Ｉの関係を比較して
示す。図中、曲線Ａは本実施例に係る電子放出デバイス
の電圧Ｖと放出電流Ｉの関係、曲線Ｂは従来の電子放出
デバイスの電圧Ｖと放出電流Ｉの関係を示す。
【００３３】図１から明らかなように、本実施例に係る
電子放出デバイスは、従来の電子放出デバイスに比べ、
同一の印加電圧で、はるかに高い放出電流Ｉを示すこと
がわかる。
電子放出デバイスは、従来の電子放出デバイスに比べ、
同一の印加電圧で、はるかに高い放出電流Ｉを示すこと
がわかる。
【００３４】実施例２ 図２に示す工程に従い、陰極としてＮｉ、絶縁体層とし
てＢＮ、陽極としてＧＩＣを用いた電子放出デバイスを
製造した。
てＢＮ、陽極としてＧＩＣを用いた電子放出デバイスを
製造した。
【００３５】まず、図２（ａ）に示すように、アルミナ
基板１上に、スパッタリングあるいは電子ビーム加熱に
より、Ｎｉを約１μｍ成長させて、陰極２を形成した。
次いで、図２（ｂ）に示すように、このＮｉ陰極２上
に、実施例１と同様にして、ＢＮ層３、グラファイト層
４を、どちらも約１０原子層分以下の厚さに制御して、
連続して成長させた。
基板１上に、スパッタリングあるいは電子ビーム加熱に
より、Ｎｉを約１μｍ成長させて、陰極２を形成した。
次いで、図２（ｂ）に示すように、このＮｉ陰極２上
に、実施例１と同様にして、ＢＮ層３、グラファイト層
４を、どちらも約１０原子層分以下の厚さに制御して、
連続して成長させた。
【００３６】次に、光リソグラフィによりマスクパター
ンを形成し、これをマスクとして用いてＡｒイオンミリ
ングでグラファイト層４、ＢＮ層３、Ｎｉ層２を選択的
にエッチングし、図２（ｃ）に示すように、アレイを１
０ヶ形成した。なお、イオンミリングは陰極の配線用に
Ｎｉ層の一部を用いるので、Ｎｉ層の途中まで行った。
図２（ｃ）の平面図を図３（ａ）に示す。
ンを形成し、これをマスクとして用いてＡｒイオンミリ
ングでグラファイト層４、ＢＮ層３、Ｎｉ層２を選択的
にエッチングし、図２（ｃ）に示すように、アレイを１
０ヶ形成した。なお、イオンミリングは陰極の配線用に
Ｎｉ層の一部を用いるので、Ｎｉ層の途中まで行った。
図２（ｃ）の平面図を図３（ａ）に示す。
【００３７】その後、陽極間の絶縁のため、再度光リソ
グラフィでマスクパタ−ンを形成し、イオンミリングに
より露出されたＮｉ表面を、図２（ｄ）に示すように、
陰極電極をとるための部分（図示せず）を除いて選択的
にＳｉＯ2 層５で覆った。
グラフィでマスクパタ−ンを形成し、イオンミリングに
より露出されたＮｉ表面を、図２（ｄ）に示すように、
陰極電極をとるための部分（図示せず）を除いて選択的
にＳｉＯ2 層５で覆った。
【００３８】次に、図２（ｅ）に示すように、各アレイ
（デバイス）を独立にｏｎ／ｏｆｆできるように配線す
るため、陽極と陰極の電極用の、Ａｕからなる電極パッ
ドを蒸着した。図２（ｅ）の平面図を図３（ｂ）に示
す。なお、参照符号６は、陽極用電極パッドを、７は陰
極用電極パッドをそれぞれ示す。
（デバイス）を独立にｏｎ／ｏｆｆできるように配線す
るため、陽極と陰極の電極用の、Ａｕからなる電極パッ
ドを蒸着した。図２（ｅ）の平面図を図３（ｂ）に示
す。なお、参照符号６は、陽極用電極パッドを、７は陰
極用電極パッドをそれぞれ示す。
【００３９】最後に、Ｃｓ蒸発源と共に真空封入し、２
００℃程度で約１時間加熱して、Ｃｓをグラファイトの
層間に挿入し、ＧＩＣとした。ここで、Ｃｓはグラファ
イト層にのみ挿入された。以上の過程を経て、１０ヶの
電子放出口を有する電子放出デバイスを製造することが
できた。
００℃程度で約１時間加熱して、Ｃｓをグラファイトの
層間に挿入し、ＧＩＣとした。ここで、Ｃｓはグラファ
イト層にのみ挿入された。以上の過程を経て、１０ヶの
電子放出口を有する電子放出デバイスを製造することが
できた。
【００４０】この電子放出デバイスにつき、実施例１と
同様にして放出電流を求めたところ、実施例１と同様の
高い放出電流が得られた。 実施例３ 絶縁体層としてＮｉの酸化物を用いたことを除いて、他
は実施例２と同様にして、電子放出デバイスを作成し
た。この場合も、絶縁体層はＮｉ基板上にエピタキシャ
ル成長させた。Ｎｉはその蒸発源から酸素雰囲気中で供
給し、基板温度は約２０℃程度で一定に維持した。そし
て、成長は、ＲＨＥＥＤの強度振動あるいは基板からの
赤外放射線の強度振動から得られる膜厚の情報をその場
観察しながら、原料の供給量を制御しつつ行った。
同様にして放出電流を求めたところ、実施例１と同様の
高い放出電流が得られた。 実施例３ 絶縁体層としてＮｉの酸化物を用いたことを除いて、他
は実施例２と同様にして、電子放出デバイスを作成し
た。この場合も、絶縁体層はＮｉ基板上にエピタキシャ
ル成長させた。Ｎｉはその蒸発源から酸素雰囲気中で供
給し、基板温度は約２０℃程度で一定に維持した。そし
て、成長は、ＲＨＥＥＤの強度振動あるいは基板からの
赤外放射線の強度振動から得られる膜厚の情報をその場
観察しながら、原料の供給量を制御しつつ行った。
【００４１】Ｎｉ酸化膜の形成は、その膜厚が約１０原
子層分以下となるように成長を終えた。その後は、実施
例２と同じ手順で、実施例２と同様の電子放出デバイス
を製造することができた。
子層分以下となるように成長を終えた。その後は、実施
例２と同じ手順で、実施例２と同様の電子放出デバイス
を製造することができた。
【００４２】この電子放出デバイスにつき、実施例１と
同様にして放出電流を求めたところ、実施例１と同様の
高い放出電流が得られた。 実施例４ 絶縁体層として、Ｎｉ酸化膜と更にその上に形成したＢ
Ｎ膜との積層膜を用いたことを除いて、他は実施例２と
同様にして、電子放出デバイスを作成した。この場合
も、絶縁体層はＮｉ基板上にエピタキシャル成長させ
た。まず、実施例３と同様の手順でＮｉ酸化膜を数原子
層分成長させ、続いて、ＢＮ膜を実施例１と同じ手順で
数原子層分成長させた。
同様にして放出電流を求めたところ、実施例１と同様の
高い放出電流が得られた。 実施例４ 絶縁体層として、Ｎｉ酸化膜と更にその上に形成したＢ
Ｎ膜との積層膜を用いたことを除いて、他は実施例２と
同様にして、電子放出デバイスを作成した。この場合
も、絶縁体層はＮｉ基板上にエピタキシャル成長させ
た。まず、実施例３と同様の手順でＮｉ酸化膜を数原子
層分成長させ、続いて、ＢＮ膜を実施例１と同じ手順で
数原子層分成長させた。
【００４３】ただし、Ｎｉ酸化膜とＢＮ膜の膜厚の合計
が約１０原子層分以下となるように、原料の供給量を制
御した。その後は、実施例２と同じ手順で、実施例２と
同様の電子放出デバイスを製造することができた。この
電子放出デバイスにつき、実施例１と同様にして放出電
流を求めたところ、実施例１と同様の高い放出電流が得
られた。
が約１０原子層分以下となるように、原料の供給量を制
御した。その後は、実施例２と同じ手順で、実施例２と
同様の電子放出デバイスを製造することができた。この
電子放出デバイスにつき、実施例１と同様にして放出電
流を求めたところ、実施例１と同様の高い放出電流が得
られた。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
陽極側導電体層をグラファイト又はグラファイト層間化
合物により構成しているため、又は絶縁体層をＢＮによ
り構成しているため、散乱によるエネルギー分布の広が
りが少ない放出電子を効率よく得ることを可能とする電
子放出デバイスを提供することが出来る。
陽極側導電体層をグラファイト又はグラファイト層間化
合物により構成しているため、又は絶縁体層をＢＮによ
り構成しているため、散乱によるエネルギー分布の広が
りが少ない放出電子を効率よく得ることを可能とする電
子放出デバイスを提供することが出来る。
【図１】 本発明の電子放出デバイスと、従来の電子放
出デバイスのバイアス電圧に対する放出電子電流の変化
を示す特性図。
出デバイスのバイアス電圧に対する放出電子電流の変化
を示す特性図。
【図２】 本発明の一実施例に係る電子放出デバイスの
製造プロセスを示す断面図。
製造プロセスを示す断面図。
【図３】 本発明の一実施例に係る電子放出デバイスの
製造プロセスを示す平面図。
製造プロセスを示す平面図。
【図４】 従来の電子放出デバイスに加えたバイアス電
圧に対して、電極勤続間に流れた電流Ｉｂと放出電子電
流Ｉｐの変化を示す特性図。
圧に対して、電極勤続間に流れた電流Ｉｂと放出電子電
流Ｉｐの変化を示す特性図。
１…アルミナ基板 ２…陰極 ３…ＢＮ層 ４…グラファイト層 ５…ＳｉＯ2 層 ６…陽極用電極パッド ７…陰極用電極パッド
Claims (3)
- 【請求項１】 陽極側導電体層と、絶縁体層と、陰極側
導電体層とが順次積層されてなる電子放出デバイスにお
いて、前記陽極側導電体層が、グラファイト、又はグラ
ファイト層間化合物からなることを特徴とする電子放出
デバイス。 - 【請求項２】 陽極側導電体層と、絶縁体層と、陰極側
導電体層とが順次積層されてなる電子放出デバイスにお
いて、前記絶縁体層が、ＢＮからなることを特徴とする
電子放出デバイス。 - 【請求項３】 前記陰極側導電体層が、Ｎｉからなるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出デバイ
ス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5981596A JP3335836B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 電子放出デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5981596A JP3335836B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 電子放出デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09259737A true JPH09259737A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3335836B2 JP3335836B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=13124111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5981596A Expired - Fee Related JP3335836B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 電子放出デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3335836B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073646A2 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-19 | Printable Field Emitters Limited | Field electron emission materials and devices |
| US7317277B2 (en) * | 2002-04-24 | 2008-01-08 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Electron field emitter and compositions related thereto |
| US9768372B2 (en) | 2013-09-18 | 2017-09-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device, superconducting device, and manufacturing method of semiconductor device |
| WO2020225991A1 (ja) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 電子放出素子及び電子顕微鏡 |
| CN113205987A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-08-03 | 清华大学 | 基于多层二维材料的平面光致电子发射源 |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP5981596A patent/JP3335836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7355330B2 (en) * | 2001-03-13 | 2008-04-08 | Printable Field Emitters Limited | Field emission material having an inter-layer spacing and further coated with insulating material |
| GB2379079A (en) * | 2001-03-13 | 2003-02-26 | Printable Field Emitters Ltd | Field electron emission materials and devices |
| WO2002073646A3 (en) * | 2001-03-13 | 2003-10-16 | Printable Field Emitters Ltd | Field electron emission materials and devices |
| GB2379079B (en) * | 2001-03-13 | 2003-11-26 | Printable Field Emitters Ltd | Field electron emission materials and devices |
| WO2002073646A2 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-19 | Printable Field Emitters Limited | Field electron emission materials and devices |
| US7750544B2 (en) | 2002-04-24 | 2010-07-06 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Electron emitter composition made of an electron emitting substance and an expansion material for expansion of the electron emitting substance |
| US7317277B2 (en) * | 2002-04-24 | 2008-01-08 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Electron field emitter and compositions related thereto |
| US9768372B2 (en) | 2013-09-18 | 2017-09-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device, superconducting device, and manufacturing method of semiconductor device |
| WO2020225991A1 (ja) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 電子放出素子及び電子顕微鏡 |
| JP2020184453A (ja) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 電子放出素子及び電子顕微鏡 |
| CN113795902A (zh) * | 2019-05-08 | 2021-12-14 | 国立研究开发法人产业技术综合研究所 | 电子发射元件以及电子显微镜 |
| EP3968352A4 (en) * | 2019-05-08 | 2023-01-04 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | ELECTRON EMITTER ELEMENT AND ELECTRONIC MICROSCOPE |
| CN113205987A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-08-03 | 清华大学 | 基于多层二维材料的平面光致电子发射源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3335836B2 (ja) | 2002-10-21 |
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