JPS6378430A - 半導体陰極の接点形成方法および半導体陰極が設けられた電子管の製造方法 - 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】 本発明は、半導体領域に少なくとも部分的に囲まれた第
１導電型の表面区域を存する半導体陰極の製造、特には
接点形成方法に関するものである。

また本発明はかかる半導体陰極を具える電子管の製造方
法に関するものである。

さらにまた本発明は前記方法により製造された半導体陰
極および電子管に関するものである。

本発明の方法は、特に（排他的でない）半導体陰極に好
適である。この半導体陰極は、特に本願人の出願である
特開昭５６−１５５２９号公報明細書に記載されており
、逆バイアス接合型として一般に称されている。

この明細書に記載されているように、電子放出表面は、
電子仕事関数低下材料層、好ましくは純粋のセシウムよ
り成る単原子層で被覆されており、このため満足すべき
効率を得ている。

この結果として、電子放出表面は予め清浄化（クリーニ
ング）される必要がある。このクリーニング処理は仕事
関数低下材料層を設けない場合にも望ましく、この処理
は、電子管に半導体陰極を装着し、次いで電子管を真空
にした後、半導体陰極を、電子放出表面から不所望な素
子を全て取り除くに十分な高い温度（約８５０℃）に、
加熱することにより為されている。

この加熱温度は一般に高いため、はんだ付け、超音波接
着または熱圧着により設けられ、半導体技術に従来から
使用される例えばアルミニウム、金および銀接点のよう
な接点は上記高温度に耐性がない。この理由は特に、共
晶合金若しくは（珪素陰極）珪化物が生ずるか、または
溶融若しくは蒸発により材料が浸食されるからである。

かかる問題は、表面区域の深さが約５μｍ以下である場
合に発生する。この現象のため、例えば表面区域および
これを取り囲む半導体領域の間に短絡を発生させる。例
えばレーザ溶着により設けられたタンタル接点のような
より高温で溶融する材料より成る接点を用いる場合には
、かかる問題は発生しないが、クランク形成のため溶着
が信頼できなくなる。

上記問題をできる限り回避するため、本発明の半導体陰
極の製造方法は、表面区域にはタンタル、チタン、バナ
ジウムの群から選択された第１金属より成る少なくとも
一層と、金、銀、銅の群から選択された第２金属より成
る少なくとも一層とを具える接点を設け、該接点を熱的
処理により設けることを特徴とする。

本明細書において、熱処理とは、例えば熱圧着、抵抗溶
接、レーザ溶接その他のような高温での接着技術を意味
するものとする。

本発明の好適実施例において、第２金、属より成る層を
半導体表面に直接設け、該層の厚さを第１導電型の表面
区域の深さの０．２５倍以下とする。

この方法により得られた半導体陰極を、電子管に装着し
た後に８００〜９５０℃の温度に、加熱するが、上記の
短絡を発生することがない。この理由は、第２金属層の
厚さを極めて薄くするため、発生し得る共晶組成物およ
び／または珪化物の形成を第１導電型の表面区域の薄い
上部層だけに制限するからである。実際には、珪素半導
体陰極との接触は何等の劣化を起こすことなく維持され
、しかも珪素および第２金属の共晶温度よりはるかに上
の温度の数倍上まで加熱した場合でさえ、半導体陰極と
の接触は維持される。

特に、タンタルおよび銀の組合せは極めて安定な接点を
もたらし、しかもこれらを熱圧着により設けた場合に特
に安定であることが分かった。

したがって、この方法により得た半導体陰極を、以下の
方法により電子管に導入することができる。

この方法とは、半導体陰極を電子管に装着し電子管を封
着した後、８００〜９５０　’Ｃの温度に半導体陰極を
加熱する。

この熱処理により清浄化された半導体表面はほぼ均一な
電子放出動作を行う。さらに、この清浄な表面に仕事関
数低下材料、好ましくはセシウムの単原子層をなんの困
難もなく堆積することができる。

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

半導体陰極１（第１，２図）は、珪素より成るＰ型基板
２を有し、このＰ型基板２はその表面３に約５μｍの深
さを有するｎ型領域４を有している。この半導体陰極は
一般に「逆バイアス接合」型と称されている。この半導
体陰極の動作についての詳しい説明は前述した特開昭５
６−１５５２９号公報を参照されたい。

実際の電子放出領域は第１図の円形放出領域の部分にあ
る。この部分の表面を、放出効率を向上するためセシウ
ムより成る単原子層で被覆することができる。このセシ
ウムよりなる単原子層は、電子管６（第３図）の端壁７
に半導体陰極を装着し、電子管６を真空にした後に設け
る。ところで第３図では、電子管６の、例えば偏向ユニ
ット等の他の素子はセシウムの単原子層を設けるための
セシウム源と同様に省略している。

セシウムの単原子層を設ける前に、表面３の電子放出領
域５の部分をまずクリーニングする必要がある。このク
リーニングは、例えば加熱抵抗器により半導体陰極１を
約８５０℃まで加熱することにより有効に行われる。

冒頭の段落にて説明したように、本発明の接続細線９を
、高温で溶融するタンタルより成る第１層１０および第
１層より低温で溶融する銀より成る第２層１１から製造
する。この実施例では銀の第２層の厚さを約１μｍとす
る。この銀の第２層はｎ型領域４の深さに比べて薄いた
め、続く電子管の製造ステップ、特に電子放出領域５の
クリーニングにおける貰温加熱に対し満足すべき耐性を
有する接点を得ることができる。

銀−タンタルの接続細線９を、タンタルの薄片上に銀の
薄層を堆積（ｐｒｅｃｉｐｉ　ｔａｔｉｏｎ）させるこ
とにより得て、この後にこれらを切断することにより接
続細線若しくは接続テープを形成する。続いて銀−タン
タルの２重層を表面３のｎ型領域４の部分に熱圧着によ
り固着する。

接続細線９は、基板２と接触する接続細線１２と同様に
端壁７の導線引出し部（リードスルー）を内から外に貫
通させる。次いで、陰極を固定した後、電子管６を真空
に排気するかまたは不活性ガスで満たし、次いで封着す
る。

次に、電子放出表面をクリーニングするため加熱抵抗器
により陰極を約８５０℃まで加熱する。ｎ型領域４の厚
さに比して銀の第２層１１の厚さが薄いため、ｐｎ接合
８の劣化（ｄ＋４ｒａｄａｔｉｏｎ）を起こさない。

最後に、セシウムの単原子層を電子放出表面に図示しな
いセシウム容器から従来の手法で設ける。

したがって、本発明の電子管を得ることができた。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本
発明の技術範囲内において種々の変形を施すことができ
る。

例えば、約０．２μｍのタンタル層を表面３に予め設け
ることもできる。このタンタル層はその下側の半導体本
体を被覆する。この場合に銀層１１の厚みを大きくする
ことができる。

上記実施例ではｐｎ接合８について述べたが、半導体陰
極のためのｐｎ構造の代わりに、ビン構造を用いること
もできる。さらに表面３を絶縁層と相俟って設け、所望
により特開昭５６−１５５２９号公報に記載されたよう
に、この絶縁層上の電子放出領域５の周囲に加速電極を
設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により得た接点が設けられた半導
体陰極の平面図、 第２図は第１図の■−■線上の断面図、第３図は本発明
の方法により製造された電子管を示す線図である。 １・・・半導体陰極　　　２・・・ｐ型基板３・・・表
面　　　　　　４・・・ｎ型領域５・・・電子放出領域
　　６・・・電子管７・・・端壁　　　　　　８・・・
ｐｎ接合９．１２・・・接続細線　　１０・・・第１層
１１・・・第２層 特　許　出　願　人　　　エヌ・ベー・フィリップス・
フルーイランペンファブリケシ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体領域に少なくとも部分的に囲まれた第１導電
   型の表面区域を有する半導体陰極に接点を形成するに当
   り、前記表面区域にはタンタル、チタン、バナジウムの
   群から選択された第１金属より成る少なくとも一層と、
   金、銀、銅の群から選択された第２金属より成る少なく
   とも一層とを具える接点を設け、該接点を熱的処理によ
   り設けることを特徴とする半導体陰極の接点形成方法。 ２、前記第２金属より成る層を半導体表面に直接設け、
   該層の厚さを第１導電型の表面区域の深さの０．２５倍
   以下とするようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の半導体陰極の接点形成方法。 ３、前記第１金属をタンタルとし、第２金属を銀とする
   ようしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の半導体陰極の接点形成方法。 ４、前記熱的処理を熱圧着またはレーザ溶着より構成す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項または第３項記載の半導体陰極の接点形成方法。 ５、半導体材料を珪素とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第４項の何れか一項記載の半導体陰極
   の接点形成方法。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記
   載の方法により製造された半導体陰極。 ７、電子管を製造するに当り、特許請求の範囲第１項乃
   至第５項の何れか１項の記載の方法により製造された半
   導体陰極を電子管内に配設し、電子管を封着した後、半
   導体陰極を８００乃至９５０℃の間の温度に加熱するよ
   うにしたことを特徴とする電子管の製造方法。 ８、前記半導体陰極の表面を電子仕事関数低下材料で被
   覆するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第７
   項記載の電子管の製造方法。 ９、電子仕事関数低下材料としてセシウムより成る単原
   子層を配設することを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載の電子管の製造方法。 １０、特許請求の範囲第７項乃至第９項の何れか一項に
   記載された方法により製造された電子管。