JPH10241549A - 電界放出型陰極 - Google Patents
電界放出型陰極Info
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- JPH10241549A JPH10241549A JP6231897A JP6231897A JPH10241549A JP H10241549 A JPH10241549 A JP H10241549A JP 6231897 A JP6231897 A JP 6231897A JP 6231897 A JP6231897 A JP 6231897A JP H10241549 A JPH10241549 A JP H10241549A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 通常のＣＶＤ法により形成したＰ型ダイアモ
ンド薄膜を用いて、低電界で電子放出を得ることができ
る電子放出型陰極を提供する。 【解決手段】 Ｐ型ダイアモンドを電子放出層とし、電
子注入手段から注入された電子が、Ｐ型ダイアモンドの
禁制帯の幅よりわずかに大きい、あるいはわずかに小さ
い禁制帯の幅を有するＮ型半導体を介して、Ｐ型ダイア
モンドに注入されるように構成する。電子注入手段から
Ｎ型半導体の伝導帯に供給された電子は、さらにＰ型半
導体の伝導帯に供給される。Ｐ型ダイアモンドの伝導帯
のエネルギー準位は、真空の準位より大きいので、低い
電界を印加するだけでＰ型ダイアモンド表面から電子が
放出されるようになる。
ンド薄膜を用いて、低電界で電子放出を得ることができ
る電子放出型陰極を提供する。 【解決手段】 Ｐ型ダイアモンドを電子放出層とし、電
子注入手段から注入された電子が、Ｐ型ダイアモンドの
禁制帯の幅よりわずかに大きい、あるいはわずかに小さ
い禁制帯の幅を有するＮ型半導体を介して、Ｐ型ダイア
モンドに注入されるように構成する。電子注入手段から
Ｎ型半導体の伝導帯に供給された電子は、さらにＰ型半
導体の伝導帯に供給される。Ｐ型ダイアモンドの伝導帯
のエネルギー準位は、真空の準位より大きいので、低い
電界を印加するだけでＰ型ダイアモンド表面から電子が
放出されるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出層に電界
を印加し、電子を放出させる電界放出型陰極（冷陰極）
に関し、特に、低電界で電子を放出させることができる
電界放出型陰極に関するものである。
を印加し、電子を放出させる電界放出型陰極（冷陰極）
に関し、特に、低電界で電子を放出させることができる
電界放出型陰極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来広く使用されていた熱電子による熱
陰極に較べて、発熱のためにフィラメント等が不要で、
高い電流密度を得ることができ、放電電子の速度分散が
少ない等の理由から、電界放射による冷陰極が提案され
ている（J.A.P.47,p5248-5263,1976）。この種の電界放
出型陰極の構造を図３に示す。図において１は単結晶シ
リコン基板からなる導電性基板、２は二酸化シリコン等
からなる絶縁膜、３はエミッタ電極、４はゲート電極、
５はアノード電極、６は電圧可変電源、７は電源であ
る。このような構造の電界放出型陰極は、以下のような
製造工程により形成される。まず、導電性基板１表面に
絶縁膜２とゲート電極４となる金属膜を積層し、通常の
ホトリソグラフ法より、円形の開口を形成する。その
後、この開口内に、リフトオフ法により、円錐状のエミ
ッタ電極３を形成する。通常、このような構造のエミッ
タ電極が導電性基板１上に複数形成され、電界放出型陰
極を構成する。
陰極に較べて、発熱のためにフィラメント等が不要で、
高い電流密度を得ることができ、放電電子の速度分散が
少ない等の理由から、電界放射による冷陰極が提案され
ている（J.A.P.47,p5248-5263,1976）。この種の電界放
出型陰極の構造を図３に示す。図において１は単結晶シ
リコン基板からなる導電性基板、２は二酸化シリコン等
からなる絶縁膜、３はエミッタ電極、４はゲート電極、
５はアノード電極、６は電圧可変電源、７は電源であ
る。このような構造の電界放出型陰極は、以下のような
製造工程により形成される。まず、導電性基板１表面に
絶縁膜２とゲート電極４となる金属膜を積層し、通常の
ホトリソグラフ法より、円形の開口を形成する。その
後、この開口内に、リフトオフ法により、円錐状のエミ
ッタ電極３を形成する。通常、このような構造のエミッ
タ電極が導電性基板１上に複数形成され、電界放出型陰
極を構成する。
【０００３】エミッタ電極３は、モリブデン等の仕事関
数の小さい金属からなり、その表面が電子放出層を構成
する。エミッタ電極３を導電性基板１を介して電源７の
負電極に接続し、アノード電極５を正電極に接続する。
また、エミッタ電極３を導電性基板１を介して電圧可変
電源６の負電極に接続し、ゲート電極４を正電極に接続
する。エミッタ、ゲート電極間に約１００Ｖの電圧が印
加されると、エミッタ電極３表面に強電界が加わる。こ
の電界が２〜５×１０7Ｖ／ｃｍを越えたとき、エミッ
タ電極３表面から電子が放出する。放出された電子は、
アノード電極５に向かって真空中を走行する。
数の小さい金属からなり、その表面が電子放出層を構成
する。エミッタ電極３を導電性基板１を介して電源７の
負電極に接続し、アノード電極５を正電極に接続する。
また、エミッタ電極３を導電性基板１を介して電圧可変
電源６の負電極に接続し、ゲート電極４を正電極に接続
する。エミッタ、ゲート電極間に約１００Ｖの電圧が印
加されると、エミッタ電極３表面に強電界が加わる。こ
の電界が２〜５×１０7Ｖ／ｃｍを越えたとき、エミッ
タ電極３表面から電子が放出する。放出された電子は、
アノード電極５に向かって真空中を走行する。
【０００４】エミッタ電極３をモリブデン等の金属で構
成する場合、電子が放出するために必要な電界が２〜５
×１０7Ｖ／ｃｍと比較的高いため、エミッタ電極３先
端に電界が集中するように、図３に示すようにエミッタ
電極３先端を尖鋭状に加工する必要がある。このような
形状のエミッタ電極３を形成する方法は、リフトオフ法
が最も簡便な方法である。このリフトオフ法は、導電性
基板１に対して垂直方向から金属を蒸着する方法である
ので、エミッタ電極３を形成する導電性基板１の形状
は、平板形状に限られていた。
成する場合、電子が放出するために必要な電界が２〜５
×１０7Ｖ／ｃｍと比較的高いため、エミッタ電極３先
端に電界が集中するように、図３に示すようにエミッタ
電極３先端を尖鋭状に加工する必要がある。このような
形状のエミッタ電極３を形成する方法は、リフトオフ法
が最も簡便な方法である。このリフトオフ法は、導電性
基板１に対して垂直方向から金属を蒸着する方法である
ので、エミッタ電極３を形成する導電性基板１の形状
は、平板形状に限られていた。
【０００５】さらに、導電性基板１を平板状にしても、
エミッタ電極を構成する金属の蒸着条件によって、エミ
ッタ電極の構造が変化し、再現性良くエミッタ電極を形
成することができなかった。そこで、エミッタ電極形状
を尖鋭状に加工する必要をなくすため、ダイアモンドを
電子放出層として、電子が放出する電界を小さくする方
法が提案されている（Electronics Letters,p74,199
5）。図４に、ダイアモンドにリンと硼素を添加したと
き、それぞれの電子放出特性を示す。リンを添加した場
合（Ｎ型の導電型を示す）、硼素を添加した場合（Ｐ型
の導電型を示す）と比較して電界強度が小さい場合でも
高い電流密度を得ることができることがわかる。図に示
すように、リンを添加したＮ型ダイアモンドでは、１．
３×１０5Ｖ／ｃｍの電界強度で１ｍＡ／ｃｍ2の電流密
度が得られることがわかる。このような電子放出特性を
示すダイアモンドは、図３に示すような尖鋭な形状を必
要としないことが期待される。
エミッタ電極を構成する金属の蒸着条件によって、エミ
ッタ電極の構造が変化し、再現性良くエミッタ電極を形
成することができなかった。そこで、エミッタ電極形状
を尖鋭状に加工する必要をなくすため、ダイアモンドを
電子放出層として、電子が放出する電界を小さくする方
法が提案されている（Electronics Letters,p74,199
5）。図４に、ダイアモンドにリンと硼素を添加したと
き、それぞれの電子放出特性を示す。リンを添加した場
合（Ｎ型の導電型を示す）、硼素を添加した場合（Ｐ型
の導電型を示す）と比較して電界強度が小さい場合でも
高い電流密度を得ることができることがわかる。図に示
すように、リンを添加したＮ型ダイアモンドでは、１．
３×１０5Ｖ／ｃｍの電界強度で１ｍＡ／ｃｍ2の電流密
度が得られることがわかる。このような電子放出特性を
示すダイアモンドは、図３に示すような尖鋭な形状を必
要としないことが期待される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイア
モンドの形成方法として最も広く利用されているプラズ
マＣＶＤ法によってダイアモンド膜を形成し、実効的な
仕事関数を評価してみると、１．００〜１．８７ｅＶの
障壁が存在し、必ずしも低電界で電子の放出を得ること
ができていない。これは、プラズマＣＶＤ法では、室温
で活性なＮ型ダイアモンドを形成することができず、電
子放射特性の劣るＰ型ダイアモンドが形成されてしまう
ためと考えられる。Ｐ型ダイアモンドでは、電子放出が
伝導帯電子によらず、禁制帯内にできたサブバンドに起
因するため、高い障壁が存在することが知られている。
モンドの形成方法として最も広く利用されているプラズ
マＣＶＤ法によってダイアモンド膜を形成し、実効的な
仕事関数を評価してみると、１．００〜１．８７ｅＶの
障壁が存在し、必ずしも低電界で電子の放出を得ること
ができていない。これは、プラズマＣＶＤ法では、室温
で活性なＮ型ダイアモンドを形成することができず、電
子放射特性の劣るＰ型ダイアモンドが形成されてしまう
ためと考えられる。Ｐ型ダイアモンドでは、電子放出が
伝導帯電子によらず、禁制帯内にできたサブバンドに起
因するため、高い障壁が存在することが知られている。
【０００７】そのため、電子放出層としてプラズマＣＶ
Ｄ法で形成したＰ型ダイアモンドを用いた場合でも、あ
る程度尖鋭な形状を形成する必要があった。
Ｄ法で形成したＰ型ダイアモンドを用いた場合でも、あ
る程度尖鋭な形状を形成する必要があった。
【０００８】しかし、プラズマＣＶＤ法により形成され
るＰ型ダイアモンド薄膜を、図３に示す形状に加工する
ことは難しく、比較的仕事関数の小さい（１１１）面を
有するダイアモンド結晶を選択的に成長させる方法を採
用せざるを得なかった。
るＰ型ダイアモンド薄膜を、図３に示す形状に加工する
ことは難しく、比較的仕事関数の小さい（１１１）面を
有するダイアモンド結晶を選択的に成長させる方法を採
用せざるを得なかった。
【０００９】このような結晶の成長面を制御する方法
は、非常に難しく再現性良く、成長させることはできな
かった。本発明は、通常のプラズマＣＶＤ法により形成
したＰ型ダイアモンド薄膜を用いて、尖鋭な形状の加工
を必要とせず、低電界で電子放出を得ることができる電
子放出型陰極を提供することを目的とする。
は、非常に難しく再現性良く、成長させることはできな
かった。本発明は、通常のプラズマＣＶＤ法により形成
したＰ型ダイアモンド薄膜を用いて、尖鋭な形状の加工
を必要とせず、低電界で電子放出を得ることができる電
子放出型陰極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】本発明は上記目的を達成
するため、ダイアモンドからなる電子放出層と、該電子
放出層に電子を注入する電子注入手段と、前記電子放出
層表面から真空中に電子を引出すための電界を前記電子
放出層表面に発生させる電圧印加手段とを備えた電界放
出型陰極において、前記電子放出層はＰ型ダイアモンド
からなり、前記電子注入手段から注入された電子が、Ｎ
型半導体を介して前記Ｐ型ダイアモンドに注入されるこ
とを特徴とするものであり、Ｎ型半導体層を負電極に、
Ｐ型ダイアモンドを正電極に接続し、電位を印加する
と、Ｎ型半導体層からＰ型ダイアモンドの伝導帯に電子
が供給され、Ｐ型ダイアモンド表面から電子が放出され
る。
するため、ダイアモンドからなる電子放出層と、該電子
放出層に電子を注入する電子注入手段と、前記電子放出
層表面から真空中に電子を引出すための電界を前記電子
放出層表面に発生させる電圧印加手段とを備えた電界放
出型陰極において、前記電子放出層はＰ型ダイアモンド
からなり、前記電子注入手段から注入された電子が、Ｎ
型半導体を介して前記Ｐ型ダイアモンドに注入されるこ
とを特徴とするものであり、Ｎ型半導体層を負電極に、
Ｐ型ダイアモンドを正電極に接続し、電位を印加する
と、Ｎ型半導体層からＰ型ダイアモンドの伝導帯に電子
が供給され、Ｐ型ダイアモンド表面から電子が放出され
る。
【００１１】Ｎ型半導体をＰ型ダイアモンドの禁制帯の
幅よりわずかに大きいか、あるいはわずかに小さい半導
体とすることで、Ｎ型半導体とＰ型ダイアモンドの接合
面の伝導帯の障壁を小さくすることができる。これによ
り、Ｎ型半導体の伝導帯からＰ型ダイアモンドの伝導帯
への電子の注入が効率よく行われるように構成したもの
である。
幅よりわずかに大きいか、あるいはわずかに小さい半導
体とすることで、Ｎ型半導体とＰ型ダイアモンドの接合
面の伝導帯の障壁を小さくすることができる。これによ
り、Ｎ型半導体の伝導帯からＰ型ダイアモンドの伝導帯
への電子の注入が効率よく行われるように構成したもの
である。
【００１２】特にＮ型窒化硼素、Ｎ型窒化アルミニウ
ム、Ｎ型硫化亜鉛のいずれかを選択することにより、Ｎ
型半導体とＰ型ダイアモンドの接合面の伝導帯の障壁を
小さくすることができ、Ｎ型半導体の伝導帯からＰ型ダ
イアモンドの伝導帯への電子の注入が効率よく行われ
る。
ム、Ｎ型硫化亜鉛のいずれかを選択することにより、Ｎ
型半導体とＰ型ダイアモンドの接合面の伝導帯の障壁を
小さくすることができ、Ｎ型半導体の伝導帯からＰ型ダ
イアモンドの伝導帯への電子の注入が効率よく行われ
る。
【００１３】また、前記Ｐ型ダイアモンドは、前記Ｎ型
半導体上に形成された平板状の膜であればよく、尖鋭状
の構造を採らなくても、低電界で電子を放出させること
ができる。
半導体上に形成された平板状の膜であればよく、尖鋭状
の構造を採らなくても、低電界で電子を放出させること
ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１に本発明の電界放出型陰極を示す。図
において、１は導電性基板、２は絶縁膜、４はゲート電
極、５はアノード電極、６は電圧可変電源、７は電源、
８はＮ型半導体層、９はＰ型ダイアモンド層である。
て説明する。図１に本発明の電界放出型陰極を示す。図
において、１は導電性基板、２は絶縁膜、４はゲート電
極、５はアノード電極、６は電圧可変電源、７は電源、
８はＮ型半導体層、９はＰ型ダイアモンド層である。
【００１５】モリブデン等の金属あるいは単結晶シリコ
ン基板等からなる導電性基板１上に、立方晶窒化硼素か
らなるＮ型半導体層８を形成する。立方晶窒化硼素の形
成は、六法晶窒化硼素をターゲットとして、２電極バイ
アススッパッタ法により形成する。形成されたＮ型半導
体８の不純物濃度、厚さは、導電性基板１から注入され
た電子を効果的にＰ型ダイアモンド層に注入するように
適宜設定する。
ン基板等からなる導電性基板１上に、立方晶窒化硼素か
らなるＮ型半導体層８を形成する。立方晶窒化硼素の形
成は、六法晶窒化硼素をターゲットとして、２電極バイ
アススッパッタ法により形成する。形成されたＮ型半導
体８の不純物濃度、厚さは、導電性基板１から注入され
た電子を効果的にＰ型ダイアモンド層に注入するように
適宜設定する。
【００１６】Ｎ型半導体層８上に、Ｐ型ダイアモンド層
９を形成する。Ｐ型ダイアモンド層は、一例として、水
素９９．５％、メタン０．５％の混合ガスを原料とし、
不純物源としてジボランを原料ガスに対して所定の割合
で混合する。マイクロ波出力５００Ｗ、基板温度を９０
０℃とするし、所定の時間成長を行うと、Ｎ型半導体膜
８上に、不純物濃度が１×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3、厚
さが１ミクロンのＰ型ダイアモンド層９が成長する。
９を形成する。Ｐ型ダイアモンド層は、一例として、水
素９９．５％、メタン０．５％の混合ガスを原料とし、
不純物源としてジボランを原料ガスに対して所定の割合
で混合する。マイクロ波出力５００Ｗ、基板温度を９０
０℃とするし、所定の時間成長を行うと、Ｎ型半導体膜
８上に、不純物濃度が１×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3、厚
さが１ミクロンのＰ型ダイアモンド層９が成長する。
【００１７】ここで、Ｐ型ダイアモンド層９は、ジボラ
ンとメタンの流量比をジボラン／メタン＝１００〜１０
００ｐｐｍの範囲とし、所定の時間成長を行うようにコ
ントロールし、不純物濃度が１×１０17〜１×１０19ａ
ｔｏｍ／ｃｍ3、厚さが、０．５〜５．０ミクロンの範
囲内で適宜選択するのが好ましい。不純物濃度と膜厚
は、良好な電子放射特性を得るため、少なくとも均一な
膜を形成することができ、かつ抵抗値の小さいダイアモ
ンド薄膜を形成することができるように選択される。厚
さが０．５ミクロン以下では均一な膜が形成することが
できず、５．０ミクロンを越えると不純物濃度を高くし
ても高抵抗化し、好ましくない。また、不純物濃度が１
×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3以下では膜厚を厚くしても高
抵抗化し、１×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3以上では不純物
を安定に添加することができず、好ましくない。
ンとメタンの流量比をジボラン／メタン＝１００〜１０
００ｐｐｍの範囲とし、所定の時間成長を行うようにコ
ントロールし、不純物濃度が１×１０17〜１×１０19ａ
ｔｏｍ／ｃｍ3、厚さが、０．５〜５．０ミクロンの範
囲内で適宜選択するのが好ましい。不純物濃度と膜厚
は、良好な電子放射特性を得るため、少なくとも均一な
膜を形成することができ、かつ抵抗値の小さいダイアモ
ンド薄膜を形成することができるように選択される。厚
さが０．５ミクロン以下では均一な膜が形成することが
できず、５．０ミクロンを越えると不純物濃度を高くし
ても高抵抗化し、好ましくない。また、不純物濃度が１
×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3以下では膜厚を厚くしても高
抵抗化し、１×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ3以上では不純物
を安定に添加することができず、好ましくない。
【００１８】Ｐ型ダイアモンド層９上に絶縁膜２を介し
てゲート電極４となる金属を形成し、通常のホトリソグ
ラフ法によりパターニングを行い、ゲート電極４を形成
するとともに、Ｐ型ダイアモンド層９を露出させる。Ｐ
型ダイアモンド層９をＮ型半導体層８および導電性基板
１を介して電源７の負電極に接続し、アノード電極５を
正電極に接続する。また、Ｐ型ダイアモンド層９をＮ型
半導体層８および導電性基板１を介して電圧可変電源６
の負電極に接続し、ゲート電極４を正電極に接続する。
てゲート電極４となる金属を形成し、通常のホトリソグ
ラフ法によりパターニングを行い、ゲート電極４を形成
するとともに、Ｐ型ダイアモンド層９を露出させる。Ｐ
型ダイアモンド層９をＮ型半導体層８および導電性基板
１を介して電源７の負電極に接続し、アノード電極５を
正電極に接続する。また、Ｐ型ダイアモンド層９をＮ型
半導体層８および導電性基板１を介して電圧可変電源６
の負電極に接続し、ゲート電極４を正電極に接続する。
【００１９】不純物濃度が１×１０19ａｔｏｍ／ｃｍ
3、厚さが１ミクロンのＰ型ダイアモンド層を電子放出
膜とし、真空状態（１×１０-7Ｔｏｒｒ以下）で、アノ
ード電極５との間隔を０．５ｍｍ、Ｐ型ダイアモンド層
９（カソード）、ゲート電極４間電圧５０Ｖ（電界強度
１×１０2Ｖ／ｃｍ）、Ｐ型ダイアモンド層９（カソー
ド）、アノード電極５間電圧１００Ｖの条件で電子放出
を測定したところ、０．８Ａ／ｃｍ2の電流を得ること
ができた。
3、厚さが１ミクロンのＰ型ダイアモンド層を電子放出
膜とし、真空状態（１×１０-7Ｔｏｒｒ以下）で、アノ
ード電極５との間隔を０．５ｍｍ、Ｐ型ダイアモンド層
９（カソード）、ゲート電極４間電圧５０Ｖ（電界強度
１×１０2Ｖ／ｃｍ）、Ｐ型ダイアモンド層９（カソー
ド）、アノード電極５間電圧１００Ｖの条件で電子放出
を測定したところ、０．８Ａ／ｃｍ2の電流を得ること
ができた。
【００２０】図４に示すように、比較的電子放出特性の
優れたＮ型ダイアモンドについて、１．３×１０5Ｖ／
ｃｍの電界強度で１ｍＡ／ｃｍ2の電子放出特性であっ
たのに対し、本発明の電界放出型陰極では、２×１０3
Ｖ／ｃｍの電界強度で０．８Ａ／ｃｍ2の電流が得ら
れ、本発明の電流特性が優れていることがわかる。ま
た、ＣＶＤ法で形成したＰ型ダイアモンドは、Ｎ型ダイ
アモンドに較べて電子放出特性が劣るから、Ｐ型ダイア
モンドで形成した本発明の電界放出型陰極の電子放出特
性が優れていることは明らかである。
優れたＮ型ダイアモンドについて、１．３×１０5Ｖ／
ｃｍの電界強度で１ｍＡ／ｃｍ2の電子放出特性であっ
たのに対し、本発明の電界放出型陰極では、２×１０3
Ｖ／ｃｍの電界強度で０．８Ａ／ｃｍ2の電流が得ら
れ、本発明の電流特性が優れていることがわかる。ま
た、ＣＶＤ法で形成したＰ型ダイアモンドは、Ｎ型ダイ
アモンドに較べて電子放出特性が劣るから、Ｐ型ダイア
モンドで形成した本発明の電界放出型陰極の電子放出特
性が優れていることは明らかである。
【００２１】以上のように本発明の電界放出型陰極は、
尖鋭な形状を形成することなく、高い電子放出特性を得
ることができた。尖鋭な形状を必要としないから、導電
性膜の形状を様々に変形することができる。例えば、導
電性基板１を金属棒で形成し、その表面にＮ型半導体層
およびＰ型ダイアモンド層を形成すれば、円周方向に電
子放出する電界放出型陰極を形成することができ、マク
ネトロン用陰極として利用することも可能となる。
尖鋭な形状を形成することなく、高い電子放出特性を得
ることができた。尖鋭な形状を必要としないから、導電
性膜の形状を様々に変形することができる。例えば、導
電性基板１を金属棒で形成し、その表面にＮ型半導体層
およびＰ型ダイアモンド層を形成すれば、円周方向に電
子放出する電界放出型陰極を形成することができ、マク
ネトロン用陰極として利用することも可能となる。
【００２２】以上の説明は、Ｎ型半導体膜として禁制帯
の幅が約６．４ｅＶの立方晶窒化硼素膜について説明し
たが、これに限定されるものではない。図２にバンド図
を示すように、Ｐ型ダイアモンドに較べて禁制帯の幅が
大きく変わらないＮ型半導体を選択すればよい。Ｐ型ダ
イアモンドに較べてＮ型半導体の禁制帯の幅が大きすぎ
る場合、ＰＮ接合部の伝導帯に電子が通過できない障壁
が生じ、好ましくない。また、Ｎ型半導体の禁止帯の幅
が小さすぎる場合でも、同様に障壁が生じ、好ましくな
いからである。経験的には、Ｐ型ダイアモンドの禁制帯
の幅に較べて、１．５ｅＶより大きくない、あるいは小
さくないＮ型半導体を選択すると、良好な電子放出特性
が得られる。例えば、Ｐ型ダイアモンドの禁制帯の幅
は、５．５ｅＶであるので、Ｎ型半導体としては、禁制
帯の幅が６．０ｅＶの窒化アルミニウム、４．５ｅＶの
硫化亜鉛等が選択される。
の幅が約６．４ｅＶの立方晶窒化硼素膜について説明し
たが、これに限定されるものではない。図２にバンド図
を示すように、Ｐ型ダイアモンドに較べて禁制帯の幅が
大きく変わらないＮ型半導体を選択すればよい。Ｐ型ダ
イアモンドに較べてＮ型半導体の禁制帯の幅が大きすぎ
る場合、ＰＮ接合部の伝導帯に電子が通過できない障壁
が生じ、好ましくない。また、Ｎ型半導体の禁止帯の幅
が小さすぎる場合でも、同様に障壁が生じ、好ましくな
いからである。経験的には、Ｐ型ダイアモンドの禁制帯
の幅に較べて、１．５ｅＶより大きくない、あるいは小
さくないＮ型半導体を選択すると、良好な電子放出特性
が得られる。例えば、Ｐ型ダイアモンドの禁制帯の幅
は、５．５ｅＶであるので、Ｎ型半導体としては、禁制
帯の幅が６．０ｅＶの窒化アルミニウム、４．５ｅＶの
硫化亜鉛等が選択される。
【００２３】いずれのＮ型半導体においても、Ｎ型半導
体を介して電子をＰ型ダイアモンドに注入する構成とす
ることで、Ｎ型半導体とＰ型ダイアモンドの接合面に形
成される伝導帯の障壁を小さくすることができ、Ｐ型ダ
イアモンドの伝導帯に供給された電子が、真空中に放出
される。
体を介して電子をＰ型ダイアモンドに注入する構成とす
ることで、Ｎ型半導体とＰ型ダイアモンドの接合面に形
成される伝導帯の障壁を小さくすることができ、Ｐ型ダ
イアモンドの伝導帯に供給された電子が、真空中に放出
される。
【００２４】Ｐ型ダイアモンドの伝導帯のエネルギー準
位は、真空のエネルギー準位より小さいから、低い電界
を印加するだけでＰ型ダイアモンド表面から電子が放出
される。
位は、真空のエネルギー準位より小さいから、低い電界
を印加するだけでＰ型ダイアモンド表面から電子が放出
される。
【００２５】なお、窒化アルミニウムは、アルミニウ
ム、アンモニアの分子線を照射して、基板上に堆積させ
る方法や、窒素とアルゴンの混合ガスによる高周波イオ
ンプレーティング法によって形成することができる。ま
た、硫化亜鉛も同様に、硫化亜鉛の分子線を照射して、
基板上に堆積させる方法によって形成することができ
る。
ム、アンモニアの分子線を照射して、基板上に堆積させ
る方法や、窒素とアルゴンの混合ガスによる高周波イオ
ンプレーティング法によって形成することができる。ま
た、硫化亜鉛も同様に、硫化亜鉛の分子線を照射して、
基板上に堆積させる方法によって形成することができ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電子放出型
陰極は、Ｐ型ダイアモンド層を電子放出層として用いる
ことにより、高い電子放出特性を得ることができた。こ
のＰ型ダイアモンド膜は、尖鋭な形状に加工する必要が
ないので、様々な形状の陰極を容易に形成することがで
き、適用範囲が広くなるという利点がある。
陰極は、Ｐ型ダイアモンド層を電子放出層として用いる
ことにより、高い電子放出特性を得ることができた。こ
のＰ型ダイアモンド膜は、尖鋭な形状に加工する必要が
ないので、様々な形状の陰極を容易に形成することがで
き、適用範囲が広くなるという利点がある。
【図１】本発明の電界放出型陰極の構造を示す説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の電界放出型陰極のエネルギーバンド図
である。
である。
【図３】従来の電界放出型陰極の構造を示す説明図であ
る。
る。
【図４】ダイアモンドの電子放出特性を示す説明図であ
る。
る。
１ 導電性基板 ２ 絶縁膜 ３ エミッタ電極 ４ ゲート電極 ５ アノード電極 ６ 電圧可変電源 ７ 電源 ８ Ｎ型半導体層 ９ Ｐ型ダイアモンド層
Claims (3)
- 【請求項１】 ダイアモンドからなる電子放出層と、該
電子放出層に電子を注入する電子注入手段と、前記電子
放出層表面から真空中に電子を引出すための電界を前記
電子放出層表面に発生させる電圧印加手段とを備えた電
界放出型陰極において、前記電子放出層はＰ型ダイアモ
ンドからなり、前記電子注入手段から注入された電子
が、Ｎ型半導体を介して前記Ｐ型ダイアモンドに注入さ
れることを特徴とする電界放出型陰極。 - 【請求項２】 請求項１記載の電界放出型陰極におい
て、前記Ｎ型半導体は、窒化硼素、窒化アルミニウム、
硫化亜鉛のいずれかであることを特徴とする電界放出型
陰極。 - 【請求項３】 請求項１乃至２記載の電界放出型陰極に
おいて、前記Ｐ型ダイアモンドは、前記Ｎ型半導体上に
形成された平板状の膜であることを特徴とする電界放出
型陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6231897A JPH10241549A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 電界放出型陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6231897A JPH10241549A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 電界放出型陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10241549A true JPH10241549A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=13196682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6231897A Pending JPH10241549A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 電界放出型陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10241549A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100430573B1 (ko) * | 2000-04-22 | 2004-05-10 | 삼지전자 주식회사 | 이차전자 방출 마이크로 플라즈마를 이용한 액정표시소자의 백라이트 설치구조 |
| WO2005034164A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 電子放出素子 |
| JP2005108655A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電子放出素子及びそれを用いた電子素子 |
| WO2013067731A1 (zh) * | 2011-11-08 | 2013-05-16 | 福州大学 | 柔性可控有机pn结场发射电子源 |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP6231897A patent/JPH10241549A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100430573B1 (ko) * | 2000-04-22 | 2004-05-10 | 삼지전자 주식회사 | 이차전자 방출 마이크로 플라즈마를 이용한 액정표시소자의 백라이트 설치구조 |
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| JP2005108655A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電子放出素子及びそれを用いた電子素子 |
| US7307377B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-12-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron emitting device with projection comprising base portion and electron emission portion |
| US7710013B2 (en) | 2003-09-30 | 2010-05-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron emitting device with projection comprising base portion and electron emission portion |
| JP4496748B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2010-07-07 | 住友電気工業株式会社 | 電子放出素子及びそれを用いた電子素子 |
| WO2013067731A1 (zh) * | 2011-11-08 | 2013-05-16 | 福州大学 | 柔性可控有机pn结场发射电子源 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040712 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041109 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050308 |