JPS61128439A - 陰極線管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、真空外囲器中にターゲット板とカソードを
有する陰極線管を具え、さらに前記カソードと、前記カ
ソードによって放射される電子の通路となる開口部を備
えた第１グリッドとスクリーングリッドとで正の成子レ
ンズを形成する手段を備えた画像記録または再生装置に
関わるものである。。

画像記録装置では、陰極線管は撮像管でターゲット板は
光感度のある例えば光導電層である。画像記録装置では
、陰極線管は受像管でターゲット板は螢光材料の層また
は線または点のパターンである。かかる装置はまた電子
リソグラフィまたは電子顕微鏡用に設計されてもよい。

オランダ国特許出願第７９０５４７０号は公報に公開さ
れ、いわゆる９冷陰極９を備えた陰極線管を。

開示している。このカソードの動作は、ｐｎ接合が逆方
向にバイアスされ、荷電キャリアのなだれ増倍が発生す
る方法での半導体基体からの電子の放射に基づいている
。この場合ある電子は電子の仕事関数を越えるに必要な
運動エネルギーを得ることができる。これらの電子はそ
れで半導体基体の主要面で解放されかくて電子電流とな
る。

残留ガスが常に真空外囲器内にあるから、負ならびに正
イオンが電子電流により残留ガスから発生する。負イオ
ンはターゲット板の方に加速される。

静電偏向の場合、負イオンはターゲット板の小領域をた
たき、ターゲット板を傷めたりその動作に悪ｖ／４１を
及ぼす。この有害な効果をさまたげるためにイオン　ト
ラップが用いられる。負イオン用イオン　トラップは例
えばアメリカ国特許第２．９１８，６１２号明細嘗に公
知である。

正イオンの一部は管のなかでの有方な加速用とフォーカ
ス用の電界の影響でカソードの方に動く。

もし特段の手段がとられなければその１部は半導体をた
たきそれを傷める。

この損傷は電子仕事関数を削減した材料、例えば現存す
るセシウムの層をスパッタで次第に剥離させる。この材
料が再分布されまたは完全に消失するとカソードの放射
特性は変化する。この層が存在しない（または前述のス
パッタ機構で完全に剥離される）と半導体基体の主要な
表面もおかされる。放射ｐｎ接合がその主要な表面に平
行に延在し、ｎ彩表面帯によってそれから分離される、
オランダ国特許出願第７９０５４７０号明細沓に記載の
ような電荷キャリアのなだれ増倍に基づく半導体力ソ、
−ドの場合には、この漸次のスパッタによりこの表面帯
は完全に消失しそれでカソードはもはや動作しなくなる
。１９７９年７月８１日に公報で公開された同一出願人
のオランダ国特許出ｇ第７８００９８７号明細書に記載
されたと同じ形の冷陰極の場合は、ｐｎ接合が半導体基
体の主要な表面で４出されてしまう。電子管に存在する
正イオンの上述の摺部効果により、例えば主要な表面で
ｐｎ接合が露出される面が変化を受ける。これは不安定
な放射動作を導く。

半導体カソードにおいてｐｎ接合が正方向で動作する陰
極線管の第２ｎ彩（いわゆる負の電子親和力のカソード
またはＮＥＡカソード）では、放射動作はスパッタが再
び起こるという事実にまた影響される。この場合はまた
電子仕事関数を削減する材料の層はスパッタによって第
１に次第に剥離される。次にカソードのｎ形表面帯はカ
ソードがもはや動作しなくなるまで傷められる。同じ問
題が他の半導体カソード、例えば英国特許出願第３１３
３５０１号や第３１８！３５０２号明細書記載の半導体
カソードにも生じる。

以上述べたような工程で半導体カソードから成る陰極線
管の寿命は著しく短縮される。

本発明の目的は、冒頭にのべたような装置で、正イオン
が前記スクリーングリッドによってその大部分が収集さ
れて、これらの欠点が全くまたは部分的に排除される装
置を提供せんとするものである。

この目的を達成するため本発明装置は、前記カソードが
、前記陰極線管の軸方向にそった投影からみて、前記ス
クリーングリッドの前記開口部の外側に位置するすくな
くとも１つの電子放射領域を、その主要な表面に有する
半導体基体を具え、かつ前記スクリーングリッドの前記
開口部が前記第１グリッドの前記開口部より小さいこと
を特徴とするものである。

本発明は、この方法によればスクリーングリッドを越え
た管部分で発生する正イオンのほんのわずかのみがカソ
ードをたたくという事実の認識に基づいている。さらに
−放射部分が適切に選択された幾何学的杉郭を有する半
導体カソードでは、スクリーングリッドを通過したイオ
ンがこの放射部分をたたくことはなく、カソードとスク
リーングリッド間で発生したイオンの１部のみがそれも
低いエネルギーで前記スパッタ効果に寄与する。かかる
実施態様では、電子レンズを毬えて発生する高いエネル
ギーイオンの影響は実質的に全く無視される。

かかる半導体力ソードはさらに、電子がある与えられた
角度の回りの拡がりの小さい円形のりαスオーバから実
質的に放射され、電子光学的観点からすぐれているよう
に有利に製作することができる。電子が今や円錐体の表
面に沿って効厘的に＃動するという事実から成子輝度は
球面収差を有するレンズで左程削減されない。

好適には、半導体力ソードは前記オランダ国特許出願第
７９０５４７０号明細書に記載された種類のこの目的の
ために使用されるが、例えばＮＫＡカソードまたは前記
オランダ国特許出願第７８００９８７号明細畜または英
国特許出願第３１ｆ３８５０１号や第３１３３５０２号
明細書記載のカソードのような他の半導体カソードもま
た使用可能である。

以下実施態様と図面を参照し本発明をより詳細に説明す
る。

図面にはスケールが入れてないが、明確化のため断面特
に厚み方向の大きさは誇張されている。

同じ導電形の半導体区域は同じ方向のハツチがつけられ
、図面で対応する部分には同一の参照番号がつけられて
いる。

第１図は、真空外囲器２にカソード８、この例では半導
体カソードををする陰極線管１の一部を示しており、そ
の電子放射は逆方向バイアスされたｐｎ接合における電
子のなだれ増倍の手段で得られる。陰極線管はさらに第
１のグリッド４とスクリーングリッド５を具え、それら
は正規の電圧に接続されると電子光学的観点からは正の
レンズを形成する。陰極線管１０図示されていない部分
にはターゲット板があり、さらに一般的手段がカソード
３で発生する電子ビーム６を偏向するのに使用される。

電子放射領域は参照番号１８で第１図に線図的に示され
ている。

半導体力ソード３のこの実施態様では電子は環状パター
ンに従って発生する。このためカソード８はシリコンの
ｐｅ基板８を有する半導体基体７を具え（第２図参照）
、それにはｎ形領域９゜１０が形成され、それは深い拡
散帯９と実際の放射領域の面に薄いｎ形層１０とからな
っている。

この領域でｐ杉基板８とｎ形領域９．ｌＯ間ｐｎ接合の
ブレークダウンを削減するために、基板のアクセプタ濃
度はイオン注入により形成されるｐ形領域１１で局部的
に増加されている。それで電子放射は環状帯１８で起り
、その環状帯は絶縁層１ｚがなく、そこにはセシウムの
ような電子仕事関数を削減する材料３８の１原子層をさ
らに備えた電子放射面がある。前もって電極１４がこの
絶縁層１２例えば酸化シリコン上に、放射電子をそらせ
るために備えられてもよいし、このような成極はまた正
イオンまたは偏向電子により衝繋される時発生する帯電
効果から下の半導体基体を防護する役割りをする。基板
８は例えば高濃度ドープされたｐ形区域１６とメタライ
ゼーション１７の手段で接触がとられ、一方ｎ彩領域は
図示されていない接触メタライゼーションを介して接続
される。接触される領域はすえつけ状態で（第１図参照
）例えば璧２０頁通部材２５への接続線２４を介して接
続される。半導体力ゾード８のより詳細な記述は、前記
オランダ国特許出願第７９０５４７０号明細嘗を参照さ
れたい。

カソード８により発生した電子はグリッド４と５により
構成された正の電子レンズにより加速される。動作中グ
リッド４が低いか負の電圧さえ有しスクリーングリッド
５（隔壁）が正の電圧を有する事実から、これらグリッ
ドは電子光学的観点から正のレンズを形成し、それは帯
１８で発生する環状電子ビームをクロスオーバ２２に集
束する。

スクリーングリッド５（隔壁）の開口部の面にほぼ位置
するこのりａスオーバは例えば電磁気的手段で次に偏向
される実際の電子ビームの実際の電子源として動作する
。

クロスオーバｚ２はスクリーングリッド５の開口部の面
である大きさを持っている。この大きさはスクリーング
リッド５の開口部の最小直径を決定し、−力量大直径は
電子放射が起こる環状領域１Ｂの内径で決定され、その
最大径は本実施態様では約ＺＯＯμｍである。

この実施態様では、グリッド４はＯｖの電圧で動作し、
一方２６５ｖの電圧がスクリーングリッド５に印加され
る。クロスオーバ２２は４０−５０μｍであ、る。スク
リーングリッド５の開口部としては径は例えば１００μ
ｍＫ選ばれる。

電子の衝突に基いてまたは他の理由で正のイオンが真空
管２で発生すると、正のイオンはカソード８の方へ加速
される。正イオンの大部分は管２の部分１８で発生し、
有力な電界により軌道２０にそって加速され、その電界
の等電位線は第１図の左手部分に線１９で線図的に示さ
れている。第１図から明らかなように、実質的に着面２
１の面でビーム６中に発生するすべてのイオンはスクリ
ーングリッド５の方へ加速される。ビーム６中の表ｒｊ
ｊＪ２１とりαスオーバ２２間で発生するすべての正イ
オンは管の軸８１に平行（加速され、スクリーングリッ
ド５の開口部を通過し、実際の放射部分の内側に位置し
第２図に破線２３で示される領域でカソード３をたたく
。それ故放射動作はそれによって悪影響はされない、し
かし、この場合のように、下にある半導体基体を帯電効
果から防護する４極１４を備えた半導体カソードを用意
するのが好適である。電極１４はそれ故好適には固定の
または可変電圧に接続される。

ビーム６中の表面３２の面で発生する正イオンは第１図
から明らかなように、この実施態様のカソード８を領域
１Ｂの外側でたたくかカソードを全くたたかない。グリ
ッド４．５の前記電圧では、約１００μｍの距離で発生
する小部分のイオンのみがカソードの放射部分、特にセ
シウム層を約４０　ｅＶでたたくことが見出されており
、その結果管で発生する正イオンの有害な電界はセシウ
ムのスパッタを小さな範囲に制恨し、結晶の損傷はさま
たげられる。グリッド４，５の電圧に依存し、。

前記距離とエネルギはわずかに齋わる。

六ソードの感度は放射領域１Ｂを複数の分離領域に小分
割することによりなおさらに削減され、これは出願中の
優先権主張オランダ国特許出願第３４Ｏｆ３５８８号、
同第３５０１４９０号の日本国特許出願明細書にその全
容がかかれている通りである。

当該特許出穎に記述されている通り、このような構成は
さらにカソードの安定性を支持している。

勿論いくつかの変形が当業者にとって本発明の範囲を逸
脱することなく可能である。例えばすでに述べたＮＥＡ
カソードまたは英国特許出願第３１８３５０１号や第３
１８３５０１号明細瘍に述べたカソードのようないくつ
かの他の種類の半導体カソードが選択されてもよい。さ
らに例えば表示装置用の円形パターンの代りに１つまた
は複数の線形パターンが領域１Ｂとして選択されてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる装置の１部を線図的に示す図
、 第２図は、かかる装置に使用される半導体装置−ドの１
部所面１部平面を示す図である。 １・・・陰極線ｖ　　　　　２・・・外囲器８・・・（
半導体）カソード ４・・・第１のグリッド　　５・・・スクリーングリッ
ド′６・・・電子ビーム　　　　７・・・半導体基体８
・・・ｐ杉基板　　　　　９．ｌＯ・・・ｎ形領域１１
・・・Ｄ＋領領域　　　　１２・・・絶縁層１８・・・
電子放射領域　　　１４・・・′１極１５・・・導線　
　　　　　　１６・・・ｐ形区域１７・・・メタライゼ
ーション １８・・・管２の部分　　　　１９・・・電界の等電位
線２０・・・正イオンの移動軌道 ２１・・・表ｍ　　　　　　　２２・・・クロスオーバ
ｚ８・・・領ｆｉ　　　　　　　　２４・・・接続線２
５・・・貞通部材　　　　　８２・・・ビーム中の表面
３８・・・セシウムの１原子膚 Ｆ２Ｏ，１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空外囲器中にターゲット板とカソードを有する陰
   極線管を具え、さらに前記カソードと、前記カソードに
   よつて放射される電子の通路となる開口部を備えた第１
   グリッドとスクリーングリッドとで正の電子レンズを形
   成する手段を備えた画像記録または再生装置において、
   前記カソードが、前記陰極線管の軸方向にそつた投影か
   らみて、前記スクリーングリッドの前記開口部の外側に
   位置するすくなくとも１つの電子放射領域を、その主要
   な表面に有する半導体基体を具え、かつ前記スクリーン
   グリッドの前記開口部が前記第１グリッドの前記開口部
   より小さいことを特徴とする、陰極線管を具えた画像記
   録または再生装置。 ２、前記電子放射領域が実質的に環状で、前記スクリー
   ングリッドの前記開口部の直径より大きな内直径を有す
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ３、前記半導体基体が、前記スクリーングリッドの前記
   開口部の直径より大きな内径を有する環状パターン全体
   にわたつて、実質的に均一に分布しているいくつかの電
   子放射領域を有することを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 ４、前記半導体基体がその主要な表面に接するｎ形領域
   とｐ形領域間にすくなくとも１つのｐｎ接合を有し、一
   方、前記ｐｎ接合に逆方向に電圧が印加された時、電子
   が半導体基体中になだれ増倍によつて発生され、その電
   子は半導体基体から放射され、その表面がすくなくとも
   １つの開口部が形成される電気的絶縁層を備え、ｐｎ接
   合が前記主要な表面にほぼ平行なその開口部内にすくな
   くとも延在し、ｐｎ接合の残余の部分より低いブレーク
   ダウン電圧を局部的に有し、より低いブレークダウン電
   圧を有するその部分は、ブレークダウン電圧時にｐｎ接
   合の空乏帯が表面まで延在することなく、前記発生した
   電子を通過させるに十分薄い表面層だけ表面から隔離さ
   れるような厚みと不純物濃度を有する、ｎ形導電層によ
   つて表面から分離されることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項から第３項のいずれかに記載の装置。 ５、すくなくとも１つの電極が前記絶縁層のすくなくと
   も１部に備えられたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の装置。 ６、前記主要な表面が前記絶縁層内の開口部に電子仕事
   関数を削減させる材料の層を備えたことを特徴とする特
   許請求の範囲第４項または第５項に記載の装置。