JPH11154454A - 電界放出型冷陰極装置 - Google Patents
電界放出型冷陰極装置Info
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- JPH11154454A JPH11154454A JP31991397A JP31991397A JPH11154454A JP H11154454 A JPH11154454 A JP H11154454A JP 31991397 A JP31991397 A JP 31991397A JP 31991397 A JP31991397 A JP 31991397A JP H11154454 A JPH11154454 A JP H11154454A
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- 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
- H01J1/3048—Distributed particle emitters
-
- 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
-
- 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
- H01J2201/30449—Metals and metal alloys
Abstract
(57)【要約】
【課題】 初期評価不良、応用における初期不良がな
く、寿命の長い電界放出冷陰極装置を提供することであ
る。 【解決手段】 モリブデンから成るエミッタコーンとゲ
ート電極との間の放電電流値を、管内真空度が１０-8Ｐ
ａ〜１０-4Ｐａの場合に、５ｍＡ以下に制御することを
特徴とする。
く、寿命の長い電界放出冷陰極装置を提供することであ
る。 【解決手段】 モリブデンから成るエミッタコーンとゲ
ート電極との間の放電電流値を、管内真空度が１０-8Ｐ
ａ〜１０-4Ｐａの場合に、５ｍＡ以下に制御することを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電界放射冷陰極装置
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の冷陰極装置は、モリブデンから成
るエミッタコーンとその先端を囲むゲート電極を有し、
エミッタコーンと同電位の半導体基板とゲート電極と
は、絶縁物で分離される構成となっており、ゲート−エ
ミッタ間の放電電流を抑制する機構がついていなかっ
た。
るエミッタコーンとその先端を囲むゲート電極を有し、
エミッタコーンと同電位の半導体基板とゲート電極と
は、絶縁物で分離される構成となっており、ゲート−エ
ミッタ間の放電電流を抑制する機構がついていなかっ
た。
【０００３】このモリブデンから成るエミッタコーン
は、スピント法と呼ばれる回転蒸着法で形成することが
できる。この方法について簡単に説明する。半導体基板
には絶縁物を介してゲート電極層があり、ゲート上面か
ら半導体基板まで空洞となるゲートホールを形成してお
く。次に、アルミナ等の犠牲層を回転斜め蒸着法でゲー
ト電極側壁に十分付着するように形成する。
は、スピント法と呼ばれる回転蒸着法で形成することが
できる。この方法について簡単に説明する。半導体基板
には絶縁物を介してゲート電極層があり、ゲート上面か
ら半導体基板まで空洞となるゲートホールを形成してお
く。次に、アルミナ等の犠牲層を回転斜め蒸着法でゲー
ト電極側壁に十分付着するように形成する。
【０００４】次に、エミッタコーンとなるモリブデンを
基板に対して垂直に蒸着するとゲート電極側壁に付着し
て、ホール径が縮まっていくため、モリブデン層が半導
体基板からゲート径を投影しながら積層されるため、コ
ーン状の形状になる。次に、リフトオフにより、犠牲層
をエッチングすると完成する（図６参照）。この図６に
示した従来の電界放出冷陰極装置の場合、素子群内部に
放電電流の制御機能がない。
基板に対して垂直に蒸着するとゲート電極側壁に付着し
て、ホール径が縮まっていくため、モリブデン層が半導
体基板からゲート径を投影しながら積層されるため、コ
ーン状の形状になる。次に、リフトオフにより、犠牲層
をエッチングすると完成する（図６参照）。この図６に
示した従来の電界放出冷陰極装置の場合、素子群内部に
放電電流の制御機能がない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来は、ゲート−エミ
ッタ間の放電電流を抑制する電流制御デバイスがなく、
初期放電によるショート破壊が頻繁に発生していた。
ッタ間の放電電流を抑制する電流制御デバイスがなく、
初期放電によるショート破壊が頻繁に発生していた。
【０００６】このことは、モリブデンから成るエミッタ
コーン先端が溶融しないゲート−エミッタ間の放電電流
値を、従来は求めることができなかったことに起因す
る。これは、電界放出冷陰極装置の外部に電流制御装置
を取り付けて、放電電流を抑制しても効果がなく、原因
が特定出来なかったためである。
コーン先端が溶融しないゲート−エミッタ間の放電電流
値を、従来は求めることができなかったことに起因す
る。これは、電界放出冷陰極装置の外部に電流制御装置
を取り付けて、放電電流を抑制しても効果がなく、原因
が特定出来なかったためである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、冷陰極装置
内部に電流制御機構を付加させると効果が現れることを
突き止めることができた。それは、放電の電荷を蓄積し
ている部分が、カソード基板とゲート間の寄生容量だか
らである。そのため、これまで、モリブデンコーン（エ
ミッタコーン）の溶融するメカニズムと放電電流値を明
らかにすることが出来なかった。今回、明らかにできた
のは、飽和電流特性を有するデバイスを素子群下部に作
りこむことが出来たからである。この電流制御デバイス
は、デバイスパラメータを変えることにより、飽和電流
値を任意に選ぶことが出来でき、そのため、メカニズム
と溶融電流値を特定することが可能となった。
内部に電流制御機構を付加させると効果が現れることを
突き止めることができた。それは、放電の電荷を蓄積し
ている部分が、カソード基板とゲート間の寄生容量だか
らである。そのため、これまで、モリブデンコーン（エ
ミッタコーン）の溶融するメカニズムと放電電流値を明
らかにすることが出来なかった。今回、明らかにできた
のは、飽和電流特性を有するデバイスを素子群下部に作
りこむことが出来たからである。この電流制御デバイス
は、デバイスパラメータを変えることにより、飽和電流
値を任意に選ぶことが出来でき、そのため、メカニズム
と溶融電流値を特定することが可能となった。
【０００８】本発明の電界放出冷陰極装置は、モリブデ
ンから成るエミッタコーンとゲート電極との間の放電電
流値を、管内真空度が１０-8Ｐａ〜１０-4Ｐａの場合
に、５ｍＡ以下に制御することを特徴とする。
ンから成るエミッタコーンとゲート電極との間の放電電
流値を、管内真空度が１０-8Ｐａ〜１０-4Ｐａの場合
に、５ｍＡ以下に制御することを特徴とする。
【０００９】また、本発明の電界放出冷陰極装置は、前
記放電電流値の下限を、素子の低抵抗動作領域以外に設
定することを特徴とする。
記放電電流値の下限を、素子の低抵抗動作領域以外に設
定することを特徴とする。
【００１０】また、本発明の電界放出冷陰極装置は、前
記低抵抗の抵抗値が、飽和領域の抵抗値より低いことを
特徴とする。
記低抵抗の抵抗値が、飽和領域の抵抗値より低いことを
特徴とする。
【００１１】また、本発明の電界放出冷陰極装置は、前
記放電電流値を制御する電流制御デバイスは、電界放射
冷陰極素子群の下部に設けられ、制御電流値は、該素子
群を単位として、定められることを特徴とする。
記放電電流値を制御する電流制御デバイスは、電界放射
冷陰極素子群の下部に設けられ、制御電流値は、該素子
群を単位として、定められることを特徴とする。
【００１２】また、本発明の電界放出冷陰極装置は、前
記電流制御デバイスが、１つ以上あることを特徴とす
る。
記電流制御デバイスが、１つ以上あることを特徴とす
る。
【００１３】また、本発明の電界放出冷陰極装置は、前
記電界放射冷陰極素子群と前記電流制御デバイスとが、
対になっていることを特徴とする。
記電界放射冷陰極素子群と前記電流制御デバイスとが、
対になっていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１５】本発明は、電界放出冷陰極素子群に直列に
電流制御デバイスを接続し、その制御電流値が素子のエ
ミッタコーンを構成するモリブデンを溶融させない５ｍ
Ａ以下の値に制御することにより、素子のゲート−エミ
ッタ間ショート破壊を防止するものである。また、この
素子群及び電流制御デバイスは、一つのブロック単位と
して、それぞれが並列な構成になっている。
電流制御デバイスを接続し、その制御電流値が素子のエ
ミッタコーンを構成するモリブデンを溶融させない５ｍ
Ａ以下の値に制御することにより、素子のゲート−エミ
ッタ間ショート破壊を防止するものである。また、この
素子群及び電流制御デバイスは、一つのブロック単位と
して、それぞれが並列な構成になっている。
【００１６】図１は本発明による電界放出冷陰極装置の
一実施の形態を示す図である。
一実施の形態を示す図である。
【００１７】図１において、半導体基板１とゲート電極
４との間に寄生容量１０ができている。この寄生容量１
０に蓄積された電荷がゲート電極４とエミッタコーン５
との間で放電し始めると、それと直列の電流制御デバイ
ス９がその放電電流を制御し、エミッタコーン５の溶融
を防止する。
４との間に寄生容量１０ができている。この寄生容量１
０に蓄積された電荷がゲート電極４とエミッタコーン５
との間で放電し始めると、それと直列の電流制御デバイ
ス９がその放電電流を制御し、エミッタコーン５の溶融
を防止する。
【００１８】電界放出冷陰極素子群に直列に電流制御デ
バイスを接続し、これを一つのブロックとして、このブ
ロックのそれぞれを並列に接続している。また、電界放
出冷陰極装置は、１つ以上のブロックから構成されてい
る。制御する電流値は、エミッタコーンにモリブデンを
使用する場合、実験により求めた。ゲート−エミッタ間
の放電電流により、エミッタのモリブデンが溶融しない
電流値は、実験の結果５〜１０ｍＡであり、このように
電流値に幅があるのは放電時間のばらつきによるものと
推定できる。従って、電流制御デバイス９により、ブロ
ック当たり制御する電流値は、５ｍＡ以下にする必要が
ある。尚、放電時間は、管内の真空度に依存し、この実
験値は、真空度が１０-8Ｐａ〜１０-4Ｐａの範囲の場合
のデータである。
バイスを接続し、これを一つのブロックとして、このブ
ロックのそれぞれを並列に接続している。また、電界放
出冷陰極装置は、１つ以上のブロックから構成されてい
る。制御する電流値は、エミッタコーンにモリブデンを
使用する場合、実験により求めた。ゲート−エミッタ間
の放電電流により、エミッタのモリブデンが溶融しない
電流値は、実験の結果５〜１０ｍＡであり、このように
電流値に幅があるのは放電時間のばらつきによるものと
推定できる。従って、電流制御デバイス９により、ブロ
ック当たり制御する電流値は、５ｍＡ以下にする必要が
ある。尚、放電時間は、管内の真空度に依存し、この実
験値は、真空度が１０-8Ｐａ〜１０-4Ｐａの範囲の場合
のデータである。
【００１９】電流制御デバイスは、特願平０８−１３３
９５９号や特願平０９−０７５４５５号で出願した、電
界放出冷陰極素子群下の基板内に設けたトレンチで囲ま
れた柱状のブロックで構成するデバイスや同様に基板下
に設けた埋め込み領域に囲まれた柱状のブロックで構成
するデバイス等を用いることができる。これらのデバイ
スは、飽和電流特性を示し、デバイスのデメンジョンを
設計することにより、動作範囲における電流値を制御す
ることができる。また、特開平０８−１３８５３０号広
報ではポリシリ抵抗による電流値の抑制を述べており、
動作範囲において、モリブデンが溶融しない範囲の抵抗
値であれば、単なる抵抗も制御デバイスと言える。
９５９号や特願平０９−０７５４５５号で出願した、電
界放出冷陰極素子群下の基板内に設けたトレンチで囲ま
れた柱状のブロックで構成するデバイスや同様に基板下
に設けた埋め込み領域に囲まれた柱状のブロックで構成
するデバイス等を用いることができる。これらのデバイ
スは、飽和電流特性を示し、デバイスのデメンジョンを
設計することにより、動作範囲における電流値を制御す
ることができる。また、特開平０８−１３８５３０号広
報ではポリシリ抵抗による電流値の抑制を述べており、
動作範囲において、モリブデンが溶融しない範囲の抵抗
値であれば、単なる抵抗も制御デバイスと言える。
【００２０】以下に、具体的な例を挙げて説明する。
【００２１】特願平０８−１３３９５９号のトレンチに
よる電流制御デバイスについて、図２に示す。
よる電流制御デバイスについて、図２に示す。
【００２２】図２は、１つのトレンチブロックで、複数
の電界放出冷陰極素子群の下部のＮ型半導体基板１内に
トレンチ１１で囲まれた制御領域１２を図示した断面図
である。
の電界放出冷陰極素子群の下部のＮ型半導体基板１内に
トレンチ１１で囲まれた制御領域１２を図示した断面図
である。
【００２３】ある任意のゲート−エミッタ間で放電８が
発生した場合について、動作を簡単に説明する。
発生した場合について、動作を簡単に説明する。
【００２４】この電流制御デバイスの電流−電圧特性
は、図３に示すような飽和電流特性を示す。この特性
は、エミッタコーンの代わりにＡｌ電極を設けたＴＥＧ
によって測定したものである。
は、図３に示すような飽和電流特性を示す。この特性
は、エミッタコーンの代わりにＡｌ電極を設けたＴＥＧ
によって測定したものである。
【００２５】Ａｌ電極に正の電圧を印加していくと、ト
レンチの側壁から空乏層が延びはじめ、低抵抗で広かっ
た電流通路を狭くしていく。そのため、電流が流れにく
くなり、飽和電流特性を示すようになる。図２におい
て、放電８が起こると、その瞬間にゲート電極とエミッ
タコーンが低抵抗状態になり、トレンチブロック上面に
高いゲート電圧が加わることになる。そうなると、図３
のＴＥＧによる飽和電流特性により、放電電流が飽和電
流値に抑制されることになり、モリブデンのエミッタコ
ーンが溶融しない飽和電流値に設計しておくと溶融され
ず、初期評価不良の改善の他、応用時の初期動作不良の
改善や長寿命化にも効果がある。
レンチの側壁から空乏層が延びはじめ、低抵抗で広かっ
た電流通路を狭くしていく。そのため、電流が流れにく
くなり、飽和電流特性を示すようになる。図２におい
て、放電８が起こると、その瞬間にゲート電極とエミッ
タコーンが低抵抗状態になり、トレンチブロック上面に
高いゲート電圧が加わることになる。そうなると、図３
のＴＥＧによる飽和電流特性により、放電電流が飽和電
流値に抑制されることになり、モリブデンのエミッタコ
ーンが溶融しない飽和電流値に設計しておくと溶融され
ず、初期評価不良の改善の他、応用時の初期動作不良の
改善や長寿命化にも効果がある。
【００２６】飽和電流値は、トレンチブロックの大き
さ、Ｎ型半導体基板の濃度、トレンチの深さに依存す
る。また、図３において、ブレークダウン電圧が９０〜
１００Ｖの位置にあり、実際の素子において、放電によ
り、ゲート電極とエミッタコーンとの間が溶融ショート
する最小のゲート電圧が１２０Ｖ程になることがこれま
での測定結果から判っている。このことから放電開始時
の放電部分による電圧降下が２０〜３０Ｖになる放電抵
抗を持っていることが判る。
さ、Ｎ型半導体基板の濃度、トレンチの深さに依存す
る。また、図３において、ブレークダウン電圧が９０〜
１００Ｖの位置にあり、実際の素子において、放電によ
り、ゲート電極とエミッタコーンとの間が溶融ショート
する最小のゲート電圧が１２０Ｖ程になることがこれま
での測定結果から判っている。このことから放電開始時
の放電部分による電圧降下が２０〜３０Ｖになる放電抵
抗を持っていることが判る。
【００２７】モリブデンが溶融しない電流値は、電界放
出冷陰極素子群の下部に設けたトレンチによる電流制御
デバイスによって、実験的に測定した。
出冷陰極素子群の下部に設けたトレンチによる電流制御
デバイスによって、実験的に測定した。
【００２８】測定方法は、トレンチブロックの大きさを
変えた多数のパターンにより、飽和電流値を１００μＡ
〜３０ｍＡまで振ったサンプルを用いて、真空チャンバ
ー内でゲート電圧を７０Ｖに３時間固定してエミッショ
ン電流を放出した後、エミッタコーン先端が溶融してい
るか、いないかを、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、そ
の溶融率で表した。そのグラフを図４に示す。エミッタ
コーン先端溶融率は、全エミッタコーン数に対する溶融
コーンの割合で現す。また、このとき測定したチャンバ
ー内の真空度は、１０-8Ｐａ〜１０-4Ｐａの範囲のデー
タである。
変えた多数のパターンにより、飽和電流値を１００μＡ
〜３０ｍＡまで振ったサンプルを用いて、真空チャンバ
ー内でゲート電圧を７０Ｖに３時間固定してエミッショ
ン電流を放出した後、エミッタコーン先端が溶融してい
るか、いないかを、電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、そ
の溶融率で表した。そのグラフを図４に示す。エミッタ
コーン先端溶融率は、全エミッタコーン数に対する溶融
コーンの割合で現す。また、このとき測定したチャンバ
ー内の真空度は、１０-8Ｐａ〜１０-4Ｐａの範囲のデー
タである。
【００２９】図４から飽和電流値が５ｍＡを越えると急
激にエミッタコーン先端溶融率が増加することが判る。
これは、任意のゲート電極とエミッタコーン先端に放電
が発生したとき、エミッタコーン下部の電流制御デバイ
スの飽和電流値に放電電流値が抑制されることから、こ
の電流値がモリブデンからなるエミッタコーンを溶融さ
せる限界値と言える。また、図４の飽和電流値が１０ｍ
Ａまでばらついている理由は、チャンバー内のそのとき
の真空度等の環境差により、放電持続時間がばらついて
いるためと考えられる。
激にエミッタコーン先端溶融率が増加することが判る。
これは、任意のゲート電極とエミッタコーン先端に放電
が発生したとき、エミッタコーン下部の電流制御デバイ
スの飽和電流値に放電電流値が抑制されることから、こ
の電流値がモリブデンからなるエミッタコーンを溶融さ
せる限界値と言える。また、図４の飽和電流値が１０ｍ
Ａまでばらついている理由は、チャンバー内のそのとき
の真空度等の環境差により、放電持続時間がばらついて
いるためと考えられる。
【００３０】このとき発生する先端溶融先端熱量Ｑ１
は、最小溶融電流に放電の電圧降下分をかけた値の０．
１Ｊ／ｓとなり、エミッタコーン先端のモリブデンの抵
抗による発熱は、モリブデン自身の比抵抗が７．６×１
０-6Ωｃｍと大変に小さいために無視することができ
る。この熱量の１／５がモリブデン先端の溶融消失領域
に相当する先端から1000Ａに伝わったと仮定すると、高
真空を考慮して、昇華温度1800°Ｋの前後で消失してい
ったと考えられる。その重量は、２×１０-15 ｇになる
ので室温300 °Ｋから1800°Ｋに温度上昇し、昇華する
とき必要な熱量Ｑ２は、 Ｑ２＝0.248 （比熱）×1500×２×１０-15 ＋6438（昇
華熱）×２×１０-15＝１．３６×１０-11 Ｊ となる。次に、単位時間当たりに熱伝導によって放熱さ
れる熱量Ｑ３は、 Ｑ３＝1500／1.07×１０+5（熱抵抗）＝0.014 Ｊ／ｓ となり、放電の持続時間は、（Ｑ１−Ｑ３）Ｔ＝Ｑ２か
ら、Ｔ＝２．３ｎｓが得られる。
は、最小溶融電流に放電の電圧降下分をかけた値の０．
１Ｊ／ｓとなり、エミッタコーン先端のモリブデンの抵
抗による発熱は、モリブデン自身の比抵抗が７．６×１
０-6Ωｃｍと大変に小さいために無視することができ
る。この熱量の１／５がモリブデン先端の溶融消失領域
に相当する先端から1000Ａに伝わったと仮定すると、高
真空を考慮して、昇華温度1800°Ｋの前後で消失してい
ったと考えられる。その重量は、２×１０-15 ｇになる
ので室温300 °Ｋから1800°Ｋに温度上昇し、昇華する
とき必要な熱量Ｑ２は、 Ｑ２＝0.248 （比熱）×1500×２×１０-15 ＋6438（昇
華熱）×２×１０-15＝１．３６×１０-11 Ｊ となる。次に、単位時間当たりに熱伝導によって放熱さ
れる熱量Ｑ３は、 Ｑ３＝1500／1.07×１０+5（熱抵抗）＝0.014 Ｊ／ｓ となり、放電の持続時間は、（Ｑ１−Ｑ３）Ｔ＝Ｑ２か
ら、Ｔ＝２．３ｎｓが得られる。
【００３１】ここに記している計算は、正しいかどうか
わからない。ただ、ここで、述べたいのは、放電電流値
を制御することにより、放電が溶融または昇華初期で止
まり、ゲート電極とエミッタコーンがショートして動作
不能になることがないということである。
わからない。ただ、ここで、述べたいのは、放電電流値
を制御することにより、放電が溶融または昇華初期で止
まり、ゲート電極とエミッタコーンがショートして動作
不能になることがないということである。
【００３２】放電が停止する理由は、エミッタコーン先
端が溶融消失して、ゲート電極とエミッタコーンとの間
の距離が放電開始時より開いたことと、電流制御デバイ
スにより放電電流が、放電開始時の電流値に抑制されて
いることとが重なって放電が持続できなくなったと考え
られる。現在、真空中の放電については、様々なモデル
が提唱されているが、その時々の多様な条件により、現
象の支配要因が異なるため、いまだに解明されていな
い。
端が溶融消失して、ゲート電極とエミッタコーンとの間
の距離が放電開始時より開いたことと、電流制御デバイ
スにより放電電流が、放電開始時の電流値に抑制されて
いることとが重なって放電が持続できなくなったと考え
られる。現在、真空中の放電については、様々なモデル
が提唱されているが、その時々の多様な条件により、現
象の支配要因が異なるため、いまだに解明されていな
い。
【００３３】放電電流の制御は、下限においては行う必
要がなく、むしろ、電界放射冷陰極装置を応用したとき
の動作電流値が放電電流制御値に制約される。１つの放
電電流制御デバイスに乗っている電界放射冷陰極群のブ
ロック数に放電電流制御電流値をかけた値が最大動作電
流値となる。従って、動作電流値＜放電電流制御電流値
×ブロック数という制約を受ける。
要がなく、むしろ、電界放射冷陰極装置を応用したとき
の動作電流値が放電電流制御値に制約される。１つの放
電電流制御デバイスに乗っている電界放射冷陰極群のブ
ロック数に放電電流制御電流値をかけた値が最大動作電
流値となる。従って、動作電流値＜放電電流制御電流値
×ブロック数という制約を受ける。
【００３４】この制約は、進行波管（ＴＷＴ）で４０ｍ
Ａの動作電流を必要とする時、放電電流制御電流値を５
ｍＡとすると８つ以上のブロックに分割しなければなら
ないことを意味する。制御電流値が１ｍＡのときは、４
０以上のブロックに分割しなければならない。さらに付
け加えると、図３のＴＥＧによる飽和電流特性のオン抵
抗領域に動作電流の範囲が入るように設計することであ
る。
Ａの動作電流を必要とする時、放電電流制御電流値を５
ｍＡとすると８つ以上のブロックに分割しなければなら
ないことを意味する。制御電流値が１ｍＡのときは、４
０以上のブロックに分割しなければならない。さらに付
け加えると、図３のＴＥＧによる飽和電流特性のオン抵
抗領域に動作電流の範囲が入るように設計することであ
る。
【００３５】次に、放電電流制御デバイスの他の例につ
いて説明する。
いて説明する。
【００３６】放電電流制御デバイスとして、Ｐ型埋め込
み層のスリットを利用する埋め込み型電流制御デバイス
を電界放出冷陰極素子群の下部に設けた例を図５に示
す。
み層のスリットを利用する埋め込み型電流制御デバイス
を電界放出冷陰極素子群の下部に設けた例を図５に示
す。
【００３７】この制御デバイスは、特願平０９−０７５
４５５号に示されている。この動作を簡単に説明する。
ゲート電極−エミッタコーン間で放電が起こると、Ｎ型
エピ領域の電位がＰ型埋め込み領域より瞬間的に高くな
り、逆バイアスとなるため、スリット部分２２に延びた
空乏層が、電流を抑制し、抵抗が増加する。このように
して、トレンチタイプと同じように、飽和電流特性を示
すようになる。Ｐ型埋め込み領域をＮ型半導体基板と同
電位にしておくとさらに効果がある。
４５５号に示されている。この動作を簡単に説明する。
ゲート電極−エミッタコーン間で放電が起こると、Ｎ型
エピ領域の電位がＰ型埋め込み領域より瞬間的に高くな
り、逆バイアスとなるため、スリット部分２２に延びた
空乏層が、電流を抑制し、抵抗が増加する。このように
して、トレンチタイプと同じように、飽和電流特性を示
すようになる。Ｐ型埋め込み領域をＮ型半導体基板と同
電位にしておくとさらに効果がある。
【００３８】飽和電流値を決めるのは、Ｐ型埋め込み領
域のスリットにあたるスリット部分２２の大きさであ
る。このスリット部分２２の面形状は、正方形や長方形
などの四角形または他の多角形でもよいし、円形や楕円
であってもよい。
域のスリットにあたるスリット部分２２の大きさであ
る。このスリット部分２２の面形状は、正方形や長方形
などの四角形または他の多角形でもよいし、円形や楕円
であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、電流制御でゲート−エ
ミッタ間の放電電流値を５ｍＡ以下に抑制することによ
り、電界放射冷陰極素子群内の単素子の放電によるコー
ン先端溶融ショートが起こらなくなるため、初期評価不
良、応用における初期不良がなく、寿命の長い電界放出
冷陰極装置を提供することができる。
ミッタ間の放電電流値を５ｍＡ以下に抑制することによ
り、電界放射冷陰極素子群内の単素子の放電によるコー
ン先端溶融ショートが起こらなくなるため、初期評価不
良、応用における初期不良がなく、寿命の長い電界放出
冷陰極装置を提供することができる。
【００４０】すなわち、モリブデンからなるエミッタコ
ーンが溶融しない放電電流値に電界放出冷陰極素子群下
の電流制御デバイスが制御するため、ゲート電極とエミ
ッタコーンとの間で放電が起きたとしても、両端が溶融
ショートすることがない。
ーンが溶融しない放電電流値に電界放出冷陰極素子群下
の電流制御デバイスが制御するため、ゲート電極とエミ
ッタコーンとの間で放電が起きたとしても、両端が溶融
ショートすることがない。
【図１】本発明による電界放出冷陰極装置の一実施の形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図２】特願平０８−１３３９５９号のトレンチによる
電流制御デバイスについて示す図であり、１つのトレン
チブロックで、複数の電界放出冷陰極素子群の下部のＮ
型半導体基板内にトレンチで囲まれた制御領域を図示し
た断面図である。
電流制御デバイスについて示す図であり、１つのトレン
チブロックで、複数の電界放出冷陰極素子群の下部のＮ
型半導体基板内にトレンチで囲まれた制御領域を図示し
た断面図である。
【図３】電流制御デバイスの電流−電圧特性であって、
飽和電流特性を示す図である。
飽和電流特性を示す図である。
【図４】飽和電流に対するエミッタコーン先端溶融率を
示す図である。
示す図である。
【図５】放電電流制御デバイスとして、Ｐ型埋め込み層
のスリットを利用する埋め込み型電流制御デバイスを電
界放出冷陰極素子群の下部に設けた例を示す図である。
のスリットを利用する埋め込み型電流制御デバイスを電
界放出冷陰極素子群の下部に設けた例を示す図である。
【図６】従来の電界放出冷陰極装置を示す図である。
１ 半導体基板 ３ 絶縁膜 ４ ゲート電極 ５ エミッタコーン（Ｍｏ） ８ 放電 ９ 電子制御デバイス １０ 寄生容量 １１ トレンチ １２ 制御領域 １３ 空乏層 ２２ スリット部分
Claims (6)
- 【請求項１】 モリブデンから成るエミッタコーンとゲ
ート電極との間の放電電流値を、管内真空度が１０-8Ｐ
ａ〜１０-4Ｐａの場合に、５ｍＡ以下に制御することを
特徴とする電界放出冷陰極装置。 - 【請求項２】 前記放電電流値の下限を、素子の低抵抗
動作領域以外に設定することを特徴とする請求項１に記
載の電界放射冷陰極装置。 - 【請求項３】 前記低抵抗の抵抗値が、飽和領域の抵抗
値より低いことを特徴とする請求項２に記載の電界放射
冷陰極装置。 - 【請求項４】 前記放電電流値を制御する電流制御デバ
イスは、電界放射冷陰極素子群の下部に設けられ、制御
電流値は、該素子群を単位として、定められることを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電界
放射冷陰極装置。 - 【請求項５】 前記電流制御デバイスが、１つ以上ある
ことを特徴とする請求項４に記載の電界放射冷陰極装
置。 - 【請求項６】 前記電界放射冷陰極素子群と前記電流制
御デバイスとが、対になっていることを特徴とする請求
項４または５に記載の電界放射冷陰極装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31991397A JPH11154454A (ja) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 電界放出型冷陰極装置 |
| KR1019980049751A KR19990045417A (ko) | 1997-11-20 | 1998-11-19 | 전계 방출형 냉음극 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31991397A JPH11154454A (ja) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 電界放出型冷陰極装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11154454A true JPH11154454A (ja) | 1999-06-08 |
Family
ID=18115638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31991397A Pending JPH11154454A (ja) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 電界放出型冷陰極装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11154454A (ja) |
| KR (1) | KR19990045417A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004119018A (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-15 | Japan Fine Ceramics Center | 電子放出素子 |
-
1997
- 1997-11-20 JP JP31991397A patent/JPH11154454A/ja active Pending
-
1998
- 1998-11-19 KR KR1019980049751A patent/KR19990045417A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004119018A (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-15 | Japan Fine Ceramics Center | 電子放出素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990045417A (ko) | 1999-06-25 |
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