JPH1196892A

JPH1196892A - フィールドエミッタ

Info

Publication number: JPH1196892A
Application number: JP25121397A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Konuma; 和夫小沼
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-04-09
Also published as: US6239538B1

Abstract

(57)【要約】【課題】エミッション点の温度を効率良く一定温度に
保つことが可能なフィールドエミッタを提供する。【解決手段】電子１０が放射されるエミッション点１
への電子の供給は第１カソード基線２に接触している第
１カソード配線３及び第２カソード配線４の両方の系統
から行う。第１カソード配線３及び第２カソード配線４
はエミッション点１にて接触される。第１カソード配線
３及び第２カソード配線４に対する絶縁は円錐状絶縁層
５を用いて行う。ゲート金属膜８はエミッション点１に
強電界を与えるために配設されており、ゲート金属膜８
と第２カソード配線４と第１カソード基線２とに対して
夫々ゲート印加配線９と第２カソード印加配線６と第１
カソード印加配線７とが接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフィールドエミッタ
に関し、特に先鋭化した突起部から電子を放出するフィ
ールドエミッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフィールドエミッタについて、図
７を用いて説明する。図７（ａ）は電子顕微鏡の電子銃
に用いられているフィールドエミッタの例である。耐高
温性金属の抵抗線で形成したフィラメント細線３１に先
鋭針３２が固定された構造を有している。この構造につ
いては、特公平１−４５６９５号公報（以下、参考文献
ａとする）及び特開平５６−９９９４１号公報（以下、
参考文献ｂとする）に開示されている。

【０００３】また、図７（ｂ）は「マイクロフィールド
エミッタ」と通称されているフィールドエミッタの例を
示している。マイクロフィールドエミッタについては、
例えば、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４７，Ｐ．
５２４８（１９７６）に掲載されたＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄ
ｔ等の論文に記載されているものがある。

【０００４】図７（ｂ）において、マイクロフィールド
エミッタは導電性の下地３３にコンタクト部３４を介し
て抵抗３５が配され、その抵抗３５に電気的に接続した
モリブデン突起部３６が形成されている。このモリブデ
ン突起部３６は絶縁膜３７とゲート金属膜３８との円柱
状の穴の中に収まっている。また、抵抗３５は分離層３
９で囲まれている。

【０００５】図７（ａ），（ｂ）に示したフィールドエ
ミッタの等価回路は図７（ｃ）に示す通りである。この
等価回路は抵抗Ａ−Ｂと、抵抗Ｂ−Ｃと、抵抗Ｂ−Ｄと
から構成されており、抵抗端Ａ，Ｃから電子が供給され
る。この電子の供給を別の表現で述べると、電流の供給
（符号はマイナス）である。抵抗端Ｄからは真空中に向
かって電子が放出される。ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各
記号は図７（ａ）〜（ｃ）において共通に使用してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフィー
ルドエミッタでは、そのエミッションの安定性に課題が
あることが、上述した参考文献ａ，ｂ及び特開平８−１
２９９８１号公報（以下、参考文献ｃとする）において
指摘されている。

【０００７】エミッションの安定性はフィールドエミッ
タを取り巻く残留ガスとフィールドエミッタ先端の温度
とに依存することがわかっている。安定化への対策とし
て、上記の参考文献ａ，ｂではフィラメント細線に通電
加熱し、そのフィラメント細線に固着している先鋭針の
温度を制御して安定化を図っている。

【０００８】上記の参考文献ａ，ｂにおける動作につい
て、図７（ｃ）を参照して説明すると、抵抗Ｂ−Ｄヘ流
れる電子供給のための僅かな電流とは別に抵抗Ａ−Ｂ、
抵抗Ｂ−Ｃの直列接続抵抗の通電加熱で温度を制御して
いる。

【０００９】一方、参考文献ｃでは１つの真空容器内に
電子銃の電子源として用いるフィールドエミッタとは別
にガス放出を目的としたフィラメントを備えており、こ
のガス放出フィラメントへの供給電力の制御によって残
留ガスを制御することでフィールドエミッタのエミッシ
ョン安定性を図っている。

【００１０】参考文献ｃに記載の技術では電子銃の機能
に影響を与えない配置にガス放出フィラメントを配置し
なければならないため、装置が大型化するとともに、ガ
ス放出フィラメントのために余分な配線が必要となる。

【００１１】これに対し、参考文献ａ，ｂに記載の技術
では実際にエミッションさせる構造体である先鋭針を直
接加熱するのではなく、その支え構造であるフィラメン
ト細線を通電加熱してその熱伝導もしくは輻射熱でエミ
ッション位置を加熱する方式である。この場合、エミッ
ション位置である針先端のみが加熱されれば安定化の目
的が達成されるにもかかわらず、フィラメント細線を含
めた大きな熱容量を加熱することとなる。

【００１２】また、参考文献ａ，ｂに記載の技術では加
熱のための電力供給が増大するだけでなく、加熱された
フィラメント細線や周辺構造からのガス放出が発生して
フィールドエミッタ先端近傍の残留ガスが増大すること
となる。残留ガスが増加すると、エミッタ先端温度もよ
り高いものが要求されるという悪循環に陥ることとな
る。

【００１３】図７（ａ）で示したフィールドエミッタは
フィラメント細線の全長が５ｍｍ前後のものが一般的で
ある。マイクロフィールドエミッタでも図７（ｂ）に示
す構造のものがあり、抵抗に電流が流れることで上述し
たフィラメント細線の通電加熱と同様の加熱効果が得ら
れる。しかしながら、図７（ｂ）の構造の場合には抵抗
に流れる電流が、モリブデン突起部の先端からエミッシ
ョンする電子の供給のための電流であるため、エミッシ
ョン量の増加とともに電流の増加が従属的に生じること
になる。

【００１４】すなわち、エミッション量が増加すると、
抵抗の温度が増加するという因果関係が生ずることにな
る。このような特性の場合、エミッションの量を高周波
で制御するにはエミッションの立上り時、すなわちエミ
ッションが増加している最中に温度上昇によって段々と
エミッションが出やすくなる現象を伴い、立上り特性が
鈍化してしまう。同様の原理で立下り特性の切れも鈍化
する。この温度依存に伴う周波数特性の劣化は抵抗の熱
容量に依存している。

【００１５】図７（ａ），（ｂ）のいずれの構造におい
てもエミッションさせる構造体である先鋭針とモリブデ
ン突起部とが直接加熱されないため、周辺構造を含んだ
大きな熱容量を加熱しなければならない。

【００１６】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、エミッション点の温度を効率良く一定温度に保つ
ことができるフィールドエミッタを提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によるフィールド
エミッタは、先鋭化させて構成される突起部から電子を
電界放射させるフィールドエミッタであって、前記突起
部に接触する複数の電子供給配線を備えている。

【００１８】本発明による他のフィールドエミッタは、
電子が電界放射されるエミッション点への電子の供給を
行う第１及び第２のカソード配線と、前記第１及び第２
のカソード配線各々に接続される第１及び第２のカソー
ド印加配線とを備えている。

【００１９】本発明による別のフィールドエミッタは、
電子が電界放射されるエミッション点への電子の供給を
行いかつその一端が円錐状に先鋭な形状に加工された第
１のカソード配線と、電子が電界放射されるエミッショ
ン点への電子の供給を行う第２のカソード配線と、前記
第１及び第２のカソード配線各々に接続される第１及び
第２のカソード印加配線と、前記第１及び第２のカソー
ド配線に対する絶縁を行う円錐状絶縁層と、前記エミッ
ション点の部分を覆いかつ前記円錐状絶縁層とともに前
記第１のカソード配線を囲む第３のカソード配線とを備
えている。

【００２０】本発明によるさらに別のフィールドエミッ
タは、電子が電界放射されるエミッション点への電子の
供給を行いかつその一端が円錐状に先鋭な形状に加工さ
れた第１のカソード配線と、電子が電界放射されるエミ
ッション点への電子の供給を行いかつ前記第１のカソー
ド配線の他端に接続される第２のカソード配線とを備
え、前記第１及び第２のカソード配線を流れる電子流の
総和が前記電界放射される電子の電子流量と等しくなる
よう構成している。

【００２１】すなわち、本発明のフィールドエミッタ
は、先鋭化した突起部から電子を電界放射させるととも
に、突起部で接触する複数の電子供給配線を備えてい
る。

【００２２】また、先鋭化した突起部から電子を電界放
射させるとともに、突起部で接触する複数の電子供給配
線を有し、それらの接触部を整流性接触としている。

【００２３】さらに、先鋭化した突起部から電子を電界
放射させるとともに、突起部で接触する複数の電子供給
配線を備え、複数の電子供給配線のうちの１つの配線が
真空とは接しないようにしている。

【００２４】さらにまた、先鋭化した突起部から電子を
電界放射させるとともに、突起部で接触する複数の電子
供給配線を備え、複数の電子供給配線を流れる電子流の
総和を電界放射される電子の電子流量と等しくさせてい
る。

【００２５】本発明のフィールドエミッタでは、上記の
ように構成することで、電子を放出する突起部を選択的
に加熱することができる。複数の電子供給配線間を流れ
る電流が配線自身の抵抗成分あるいは突起部における接
触抵抗によってジュール熱を発生し、これによって突起
部が加熱される。

【００２６】複数の電子供給配線の接触部を整流性接触
とする場合には、配線を流れる電流の向きによって抵抗
によるジュール熱の発生量が異なるので、昇温の制御を
行うことができる。頻繁に電流の向き及びその時間配分
を調整することで、精密な温度制御も可能である。

【００２７】複数の電子供給配線のうちの１つの配線が
真空と接しないようにする場合には、配線抵抗成分また
は接触抵抗によって発生したジュール熱が放射冷却作用
で逃げるのを軽減することができ、電子放射する突起部
分の加熱効率を向上させることができる。

【００２８】複数の電子供給配線を流れる電子流の総和
を電界放射される電子の電子流量と等しくさせる場合に
は、加熱に要した電流が全てエミッションされること
で、エミッションさせる上で余分な電流を流さずに済ま
すことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による
フィールドエミッタの構成を示す断面図である。図にお
いて、本発明の一実施例によるマイクロフィールドエミ
ッタはエミッション点１と、第１カソード基線２と、第
１カソード配線３と、第２カソード配線４と、円錐状絶
縁層５と、第２カソード印加配線６と、第１カソード印
加配線７と、ゲート金属膜８と、ゲート印加配線９とか
ら構成されている。

【００３０】この構成において、電子１０が放射される
エミッション点１への電子の供給は第１カソード基線２
に接触している第１カソード配線３及び第２カソード配
線４の両方の系統からなされる。第１カソード配線３及
び第２カソード配線４はエミッション点１にて接触して
いる。第１カソード配線３及び第２カソード配線４に対
する絶縁は円錐状絶縁層５によって行われている。

【００３１】ゲート金属膜８はエミッション点１に強電
界を与えるために配設されている。ゲート金属膜８と第
２カソード配線４と第１カソード基線２とに対して夫々
ゲート印加配線９と第２カソード印加配線６と第１カソ
ード印加配線７とが接続されている。

【００３２】エミッション点１での接触の状態について
詳細に述べる。第１カソード配線３はモリブデンを材質
とする直径が０．２μｍで、長さが１μｍの円柱状の配
線である。エミッション点１となる一端は円錐状に先鋭
な形状に加工されており、第１カソード配線３の配線抵
抗は１Ωである。

【００３３】円錐状絶縁層５はＳｉＯ₂を材質とする。
第１カソード配線３を軸として高さが０．７μｍで根元
の直径が０．６μｍ、先端部分の直径が第１カソード配
線３の先鋭化した円錐状モリブデンに０．０１μｍ程度
の膜厚を周囲に重ねた長さである。

【００３４】第２カソード配線４は厚みが０．１μｍの
モリブデン薄膜であり、円錐状絶縁層５の表面を覆って
形成されている。第２カソード配線４の抵抗は５Ωであ
る。０．０１μｍ程度の絶縁膜の膜厚は第１カソード配
線３と第２カソード配線４とのエミッション点１での接
触抵抗が１００Ωになるように調整して形成されてい
る。この接触抵抗は金属／絶縁膜／金属構造をホットエ
レクトロンとして電流が流れる原理を利用して形成され
ている。

【００３５】図２は図１のエミッション点１の部分拡大
図である。図において、実際に電子１０が放出されるエ
ミッション点１は直径が０．１μｍ以下の範囲である。
０．２μｍ直径の第１カソード配線３と、先端部での膜
厚が０．０１μｍ程度の円錐状絶縁層５と、０．１μｍ
厚の第２カソード配線４と、実際に放射されている電子
１０との関係は図２に示す通りである。

【００３６】すなわち、円錐状絶縁層５の厚みが薄くな
った領域よりも内側の領域から電子１０が放射されてい
る。トンネル電流発生部位１１は第１カソード配線３が
先鋭化された領域であり、エミッション点１の領域とほ
ぼ同じ大きさである。

【００３７】図３は本発明の一実施例によるフィールド
エミッタの等価回路を示す図である。これら図１〜図３
を参照して、本発明の一実施例によるフィールドエミッ
タを実際に駆動する様子について説明する。

【００３８】第２カソード印加配線６と第１カソード印
加配線７とゲート印加配線９とには夫々、図３に示す等
価回路のごとき接続がなされている。第１カソード印加
配線７には１０μＡの定電流源２０が接続されており、
第１カソード配線抵抗成分２１の１Ω、トンネル電流抵
抗成分２２の１００Ω、第２カソード配線抵抗成分２３
の５Ωを介して接地されている。また、定電流源２０の
陽極側は接地されている。

【００３９】電子１０を放出するエミッション点１はト
ンネル電流抵抗成分２２と第２カソード配線抵抗成分２
３とに挟まれた位置に存在する。ゲート金属膜８には電
圧可変電圧源であるゲート印加電源２４が接続されてい
る。

【００４０】典型的な電子放射特性はゲート印加電源２
４が０Ｖ〜４０Ｖの範囲で放射が０μＡ、５０Ｖで０．
１μＡ、６０Ｖで０．２μＡ、７０Ｖで１μＡである。

【００４１】まず、ゲート印加電源２４の電圧が０Ｖの
場合について等価回路を用いてその状態を説明する。定
電流源２０によって１０μＡが流れているので、トンネ
ル電流抵抗成分２２において（１０μＡ）の２乗に抵抗
値１００Ωを掛けた電力分のジュール熱が発生する。同
様に、他の抵抗成分でもジュール熱が発生する。夫々の
抵抗成分でのジュール熱の大きさの比率は夫々の抵抗の
値の比率に等しい。

【００４２】続いて、図２を用いてジュール熱による発
熱現象について説明する。トンネル電流抵抗成分２２に
よる発熱部位は図２のトンネル電流発生部位１１であ
る。この領域は約０．０１μｍの膜厚で直径０．２μｍ
の範囲である。実際の温度上昇は上記部分を中心にエミ
ッション点１及びその周辺の非常に狭い領域に限られて
いる。

【００４３】狭い領域で発熱するために温度上昇が顕著
になる。エミッション点１の温度は１０μＡで２００度
から３００度の範囲となる。エミッション点１の温度は
１０μＡを増加させれば、それに応じて上昇する。この
トンネル電流抵抗成分２２での接触抵抗による発熱の場
合と比較して、広範囲で発熱することになる他の抵抗成
分による温度上昇は無視できる程度に小さいものであ
る。

【００４４】ゲート印加電源２４の電圧が７０Ｖの場合
には１μＡの電子放射がエミッション点１からなされ
る。この場合には図３に示す電子１０のように、カソー
ド部分の抵抗回路から一部の電子流が飛び出すことにな
る。

【００４５】この電子流の分配について詳細に述べる。
定電流源２０からは１０μＡの電子流が供給される。こ
の１０μＡ分の電子流は第１カソード配線抵抗成分２１
の１Ωとトンネル電流抵抗成分２２の１００Ωとに供給
されることで、発熱が生じる。第２カソード配線抵抗成
分２３には電子１０で示した１μＡのエミッションを差
し引いた９μＡが流れる。発熱の支配的要因であるトン
ネル電流抵抗成分２２に流れる電子流の量が０Ｖの場合
と同じであるので、エミッション点１の温度も等しい。

【００４６】ゲート電圧が０Ｖ，７０Ｖ以外の場合にも
トンネル電流抵抗成分２２の部分での発熱量が一定にな
ることは明らかである。ゲート電圧をさらに高くして電
子１０のエミッション量が１０μＡより多量となった場
合には、第２カソード配線抵抗成分２３を通る電子流の
向きが反対になる。上記例では第１カソード基線２の端
に定電流源２０を接続させたが、第２カソードの側に定
電流源２０を接続しても同様な動作をさせることができ
る。

【００４７】次に、本発明の他の実施例によるフィール
ドエミッタについて図２を用いて説明する。本発明の他
の実施例によるフィールドエミッタでは、第１カソード
配線３の材質が白金シリサイド（ＰｔＳｉ）で、その抵
抗が３Ωであり、円錐状絶縁層５が高抵抗（１ｋΩ・ｃ
ｍ）のＮ型シリコンであり、第２カソード配線４がモリ
ブデンである。

【００４８】Ｎ型シリコンに対して白金シリサイドは
０．８ｅＶの高いショットキー接合を形成し、モリブデ
ンはＮ型シリコンに対して０．６ｅＶ程度の低いショッ
トキー接合を有する。上記構造のフィールドエミッタに
図３と同様の配線を施した場合、定電流源２０からの１
０μＡの電子流は白金シリサイドとＮ型シリコンとのシ
ョットキー接合の逆方向電流として流れる。このため、
その接合部分での電位差が大きく発生して電力消費によ
る発熱が生じる。

【００４９】一方、モリブデンとＮ型シリコンとのショ
ットキー接合では１０μＡの電子流は順方向電流として
低消費電力で通過する。上記の作用によって、先端部の
心棒である第１カソード配線３の先端付近を中心として
温度上昇することになる。温度上昇が過度になると、Ｎ
型半導体のキャリア濃度が上昇して整流性による抵抗成
分が減少する。このことで、先端部の温度が過度に上昇
することを抑制している。

【００５０】図４は本発明の別の実施例によるフィール
ドエミッタの構成を示す断面図である。図において、本
発明の別の実施例によるフィールドエミッタはエミッシ
ョン点１の部分を第３カソード配線２５で覆い、第１カ
ソード配線３を第３カソード配線２５と円錐状絶縁層５
とで囲んだ以外は図１に示す本発明の一実施例によるフ
ィールドエミッタと同様の構成となっており、同一構成
要素には同一符号を付してある。

【００５１】この場合、第１カソード配線３を第３カソ
ード配線２５と円錐状絶縁層５とで囲むことで、第１カ
ソード配線３は真空部分と接触しないようになってい
る。第３カソード配線２５は高抵抗の半導体的電気伝導
特性を有する材料であるベータ型鉄ダイシリサイド（β
−ＦｅＳｉ₂）で形成されている。

【００５２】ここで、半導体的電気伝導特性とは抵抗の
温度依存係数が負すなわち温度が高くなるほど抵抗値が
減少する特性をさしている。第１カソード配線３と第３
カソード配線２５との接触抵抗及び第２カソード配線４
と第３カソード配線２５との接触抵抗は第３カソード配
線２５の抵抗に比較して無視できるほど小さい。

【００５３】図５は本発明の別の実施例によるフィール
ドエミッタの駆動方法を示す配線図である。図におい
て、本発明の別の実施例によるフィールドエミッタの等
価回路はエミッション点１の近傍の抵抗の構成が異なっ
ている以外は図３に示す本発明の一実施例によるフィー
ルドエミッタの等価回路と同様の構成となっており、同
一構成要素には同一符号を付してある。

【００５４】本発明の別の実施例によるフィールドエミ
ッタでは第３カソード抵抗成分２６がエミッション点１
と第２カソード配線抵抗成分２３との間に配置されてい
る。電子１０のエミッション量が０の場合には定電流源
２０を１００μＡに設定すると支配的抵抗成分である第
３カソード抵抗成分２６に１００μＡが流れて２００℃
に発熱する。

【００５５】この２００℃の定常状態は温度上昇ととも
に抵抗値が下がることが含まれており、その状態に落ち
つく。電子１０が放出されている場合には第３カソード
抵抗成分２６に流れる電子流はその分減少する。すなわ
ち、電子１０がエミッションしている場合には第３カソ
ード配線２５における発熱が減少する。

【００５６】上述した本発明の別の実施例では第１カソ
ード配線３が真空と接触していないので、第３カソード
配線２５による発熱の影響でこの配線部分が温度上昇し
ても、第１カソード配線３の先端部分は輻射による熱損
失が少なく、温度上昇を長く保持して先端部の状態の安
定性を高めることができる。

【００５７】図６は本発明のさらに別の実施例によるフ
ィールドエミッタの等価回路を示す図である。図におい
て、本発明のさらに別の実施例によるフィールドエミッ
タの等価回路は第１カソード配線３及び第２カソード配
線４の電子流供給端が接続されている以外は図３に示す
本発明の一実施例によるフィールドエミッタの等価回路
と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号
を付してある。

【００５８】電子流供給端とは第１カソード配線３及び
第２カソード配線４の配線のエミッション点とは異なる
端部のことである。図６において第１カソード配線抵抗
成分２１、第２カソード配線抵抗成分２３、第３カソー
ド配線抵抗成分２６を夫々Ｒ２１，Ｒ２３，Ｒ２６と表
記する。

【００５９】電子１０は真空でカソードとは分離絶縁さ
れているゲート印加配線９による電界によってエミッシ
ョン点１から放出される。この放出電子流量をＩＴと表
記する。第２カソード配線４と第３カソード配線２５と
を通る電子流成分をＩＨと表記する。

【００６０】キルヒホッフの電流分配の法則から第１カ
ソード配線３に流れる電子流はＩＴ−ＩＨである。する
と、並列に接続した回路の両端の電位差は等しくなるの
で、図６の等価回路において、Ｒ２１・（ＩＴ−ＩＨ）＝（Ｒ２２＋Ｒ２３）・ＩＨ ……（１）が成立する。

【００６１】ここで、エミッション点１の温度を支配的
に決定している抵抗成分がＲ２６である。この仮定を満
たすためにはＲ２６の抵抗をある程度高くし、Ｒ２６を
流れる電子流をある程度多くするとともに、発生した熱
量を効率的に温度上昇に反映させるために熱容量を低減
したり、放熱を抑制したりといった総合的な工夫を施し
た構造である必要がある。

【００６２】すでに述べた通り、図１に示す構造は発生
した熱量を効率的に温度上昇に反映させる工夫がなされ
ている。図６に示す等価回路でのＲ２６での発生熱量Ｃ
はジュール熱として、（ＩＨ）・（ＩＨ）・Ｒ２６＝Ｃ ……（２）という式で与えられる。

【００６３】（１）式と（２）式とを連立させると、Ｉ
Ｈを消すことができるので、Ｃ・Ｒ２６・Ｒ２６＋（２・Ｃ・Ｒ２１−ＩＴ・ＩＴ・Ｒ２１・Ｒ２１）・Ｒ２６＋Ｃ・Ｒ２１・Ｒ２１＝０ ……（３）という関係式が成立する。

【００６４】（２）式においてＲ２１とＲ２３とが一定
量（固定抵抗）として変化する放射電子流量ＩＴに対し
て一定の熱量Ｃを得るには、Ｒ２６に対する２次方程式
である（３）式を解けば必要なＲ２６の抵抗特性が決め
られる。

【００６５】すなわち、Ｒ２６の解はＩＴに依存して変
化する特性、つまり電流に依存して抵抗値が変化する特
性である。Ｒ２６の部分をショットキー接合とすること
で様々な抵抗特性が得られる。上記Ｒ２６の部分は実質
的に温度変化する部位であることに着目して抵抗の温度
特性を最適選択することでも所望の特性を得ることがで
きる。また、上記の説明では固定したＲ２１及びＲ２３
の抵抗成分を可変としても選択の範囲が広くなる。

【００６６】さらに、上記の説明では無視していたＲ２
１及びＲ２３での発熱の効果も組み入れてエミッション
点１の温度調整を行うことで、選択の範囲が広がる。放
熱特性として輻射率や熱容量が可変な構造とする方法も
ある。

【００６７】熱の発生はジュール熱に限らず、交流電力
を用いて容量やインダクタンス成分での発熱を利用する
方法もある。この場合には等価回路にコンデンサ成分や
インダクタンス成分を加えて最適化を図る。

【００６８】電子流がまったくの０である場合には図６
に示す構造を基本とする構造では熱量が発生できない課
題を抱えているが、本来絶縁されているゲート配線との
間に微少リーク電流バスや実効的に電子放出として認知
されないゲート配線への飛び込み電子流を確保すること
によって、電子放出が０の場合にも温度調整が可能であ
る。

【００６９】上記の説明では電子放出量に無関係にエミ
ッション点１の温度を一定に保つことを説明したが、温
度を一定にするのではなく、ゲート印加電圧に対する放
出電子流特性をその放出履歴に依存せずに一定に保つよ
うに各部の抵抗等の特性を調整することを行ってもよ
い。

【００７０】この放出履歴とは、例えば１００Ｖのゲー
ト配線印加によって１ｍＡ程度の大電子流を放出した直
後に７０Ｖ印加した場合と、４０Ｖ印加によって０．０
１ｍＡ程度の放出電子流を得た直後に７０Ｖを印加した
場合に同じ７０Ｖの印加でも放出電子量が異なる現象を
さしている。直前に放出している電子流の持続時間等の
影響も履歴として扱う。

【００７１】このように、先鋭化した突起部から電子を
電界放射させるとともに、突起部で接触する複数の電子
供給配線を備えることによって、電子を放出する突起部
を選択的に加熱することができる。複数の電子供給配線
間を流れる電流が配線自身の抵抗成分あるいは突起部に
おける接触抵抗によってジュール熱を発生し、これによ
って突起部が加熱される。

【００７２】また、先鋭化した突起部から電子を電界放
射させるとともに、突起部で接触する複数の電子供給配
線を備え、それらの接触部分を整流性接触とすることに
よって、配線を流れる電流の向きに応じて抵抗によるジ
ュール熱の発生量が異なるので、昇温の制御を行うこと
ができる。頻繁に電流の向き及びその時間配分を調整す
ることで、精密な温度制御も可能である。

【００７３】さらに、先鋭化した突起部から電子を電界
放射させるとともに、突起部で接触する複数の電子供給
配線を備え、複数の電子供給配線のうちの１つの配線を
真空部分に接触しないようにすることによって、配線抵
抗成分または接触抵抗によって発生したジュール熱が放
射冷却作用で逃げるのを軽減することができ、電子放射
する突起部分の加熱効率を向上させることができる。

【００７４】さらにまた、先鋭化した突起部から電子を
電界放射させるとともに、突起部で接触する複数の電子
供給配線を備え、複数の電子供給配線を流れる電子流の
総和を電界放射される電子の電子流量と等しくさせるこ
とによって、加熱に要した電流が全てエミッションされ
ることで、エミッションさせる上で余分な電流を流さず
に済ますことができる。

【００７５】上記のような構成のフィールドエミッタを
用いることで、エミッション点の温度を効率良く一定温
度に保つことができるので、電子放出履歴に依存せずに
ゲート印加電圧に再現性良く依存した電子放出が得られ
る。

【００７６】上記の特性を得るための電力消費が少な
く、かつ熱容量が小さい局所の温度調整であるので、調
整の応答速度が早い。また、構造も単純であり、占有面
積も小さいので、コストを抑制して作り込むことが可能
となる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、先
鋭化させて構成される突起部から電子を電界放射させる
フィールドエミッタにおいて、突起部に接触する複数の
電子供給配線を備えることによって、エミッション点の
温度を効率良く一定温度に保つことができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるフィールドエミッタの
構成を示す断面図である。

【図２】図１のエミッション点１の部分拡大図である。

【図３】本発明の一実施例によるフィールドエミッタの
等価回路を示す図である。

【図４】本発明の別の実施例によるフィールドエミッタ
の構成を示す断面図である。

【図５】本発明の別の実施例によるフィールドエミッタ
の駆動方法を示す配線図である。

【図６】本発明のさらに別の実施例によるフィールドエ
ミッタの等価回路を示す図である。

【図７】（ａ）は従来のフィールドエミッタの構成例を
示す図、（ｂ）は従来のフィールドエミッタの他の構成
例を示す図、（ｃ）は従来のフィールドエミッタの等価
回路を示す図である。

【符号の説明】

１エミッション点２第１カソード基線３第１カソード配線４第２カソード配線５円錐状絶縁層６第２カソード印加配線７第１カソード印加配線８ゲート金属膜９ゲート印加配線１０電子１１トンネル電流発生部位２０定電流源２１第１カソード配線抵抗成分２２トンネル電流抵抗成分２３第２カソード配線抵抗成分２４ゲ一卜印加電源２５第３カソード配線２６第３カソード配線抵抗成分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先鋭化させて構成される突起部から電子
を電界放射させるフィールドエミッタであって、前記突
起部に接触する複数の電子供給配線を有することを特徴
とするフィールドエミッタ。
【請求項２】前記突起部と前記複数の電子供給配線と
の接触部分を整流性接触としたことを特徴とする請求項
１記載のフィールドエミッタ。
【請求項３】前記複数の電子供給配線のうちの１つの
配線が真空部分に接触しないよう構成したことを特徴と
する請求項１記載のフィールドエミッタ。
【請求項４】前記複数の電子供給配線を流れる電子流
の総和が前記電界放射される電子の電子流量と等しくな
るよう構成したことを特徴とする請求項１記載のフィー
ルドエミッタ。
【請求項５】電子が電界放射されるエミッション点へ
の電子の供給を行う第１及び第２のカソード配線と、前
記第１及び第２のカソード配線各々に接続される第１及
び第２のカソード印加配線とを有することを特徴とする
フィールドエミッタ。
【請求項６】前記エミッション点に強電界を与えるゲ
ート金属膜と、前記ゲート金属膜に接続されるゲート印
加配線とを含むことを特徴とする請求項５記載のフィー
ルドエミッタ。
【請求項７】前記第１及び第２のカソード配線に対す
る絶縁を行う円錐状絶縁層を含み、前記第１及び第２の
カソード配線と前記円錐状絶縁層との接触部分を整流性
接触としたことを特徴とする請求項５または請求項６記
載のフィールドエミッタ。
【請求項８】電子が電界放射されるエミッション点へ
の電子の供給を行いかつその一端が円錐状に先鋭な形状
に加工された第１のカソード配線と、電子が電界放射さ
れるエミッション点への電子の供給を行う第２のカソー
ド配線と、前記第１及び第２のカソード配線各々に接続
される第１及び第２のカソード印加配線と、前記第１及
び第２のカソード配線に対する絶縁を行う円錐状絶縁層
と、前記エミッション点の部分を覆いかつ前記円錐状絶
縁層とともに前記第１のカソード配線を囲む第３のカソ
ード配線とを有することを特徴とするフィールドエミッ
タ。
【請求項９】電子が電界放射されるエミッション点へ
の電子の供給を行いかつその一端が円錐状に先鋭な形状
に加工された第１のカソード配線と、電子が電界放射さ
れるエミッション点への電子の供給を行いかつ前記第１
のカソード配線の他端に接続される第２のカソード配線
とを有し、前記第１及び第２のカソード配線を流れる電
子流の総和が前記電界放射される電子の電子流量と等し
くなるよう構成したことを特徴とするフィールドエミッ
タ。