JPH0278131A - 電子源 - 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】 〔発明の分野〕 本発明は、電子源の構造及び電子源が適用される、超高
周波及び超大パワーの電磁波を発生する管に係わる。

〔従来の技術〕

多くの分野において電子ビームを生成し得ることが必要
とされ、その際電子ビームのエネルギは、例えば電磁波
の発生といった二次的な現象を生起させるのに用いられ
る。電磁波発生に用いられるのは、通常例えばレーダの
ような電子制御システムの構成要素であるマイクロ波管
の場合である。

現在、上記のような管内で電子ビームを生成する電子源
は、特にジュール効果によって加熱される熱陰極から成
る。この技術は、所望密度の電子の相当容易な放出を可
能にするが、電子密度を変調しなければならない場合に
欠点を有する。なぜなら、電子密度を変調するのに、非
常に大まかに言えば可変電位が印加されるゲートから成
る良く知られた補助電極を上記陰極と共に用いることが
必要となるからである。このような電子源の性能は、走
行時間のために周波数が１ＭＨｚを越えると急激に制限
される。

上述の欠点に逃み、克服する方策が幾つか提案されてい
る。そのうちの１つは、光電効果を用いるレーザトロン
の使用である。所望周波数に変調された入射レーザパル
スが、良好な光電子放出特性を有する陰極からの光電子
放出による電子流を励起する。この方策には超高周波に
変調されたレーザと、非常に安定な光電子放出特性を有
する陰極とが必要である。この条件は上記のような電子
源の工業的利用を困難にし、なぜなら電子源が複雑かつ
高価となるからである。

別の１つの方策では半導体材料ベースの固体物体を用い
ることも提案されており、この固体物体は実質的に、ヒ
化ガリウムのような材料から成る２つの層によって構成
されており、その際２つの層は２種の異なるドーピング
を施されており、これらの眉間に電圧が印加される。２
層の一方が一定量の電子の放出を可能にし、放出された
電子は電圧によって形成された電場の作用を受ける。従
って電子は加速されて、電子数の大幅な増加を可能にす
る第２の層に当たる。十分なエネルギを獲得した電子は
固体物体から、特に第２の層によって放射され、その際
第２の層の取り出し機能は核層の外側面上に別の層、例
えばセシウムまたは酸化セシウムの層を付加することに
よって増強される。

この付加的な層は半導体の電子親和力を低下させる目的
で設けられ、即ちこの導電域に到達する電子は総て第２
の層から、従って固体物体から取り出されるのに十分な
エネルギを有し得る。

しかし、この方策は電子の継続的な取り出しかまたは低
周波に変調された取り出ししか可能にせず、特にマイク
ロ波管用の電子源の場合に変調された電磁波の形成を可
能にする連続的な電子゛′パケット′°を得るべく放射
される電子の量を迅速に変調することはなお不可能であ
る。

本発明は、上述の欠点を克服し、多くの分野で用いられ
得る単純な構造の電子源であって、大量使用のための工
業製品化を可能にするコストしか掛からないような電子
源を提供し、特に放出電子の量が非常に容易に変調され
得る電子放出体を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は特に、固体物体を含む電子源の提供を目的とし
、その際固体物体は電場の作用下に電子を放出し得る第
１の半導体層と、放出された電子の少なくとも一部を部
分的に透過させる性質を固体物体の面の少なくとも１つ
に付与して電子の当該一部が固体物体から放射されるこ
とを可能にする手段とを有し、この固体物体は更に上記
第１の層と少なくとも部分的に電子透過性である面との
間に第１の層と接触した不安定な第２の複合半導体層を
有し、この第２の層は微分負性抵抗の構造を有し、電子
源には固体物体の第１の層及び第２の複合層を用いて電
気的共振空胴を構成する手段が設置されている。

本発明のその他の特徴及び利点は、純粋に説明のための
ものであって本発明の範囲を一切限定しない添付図面を
参照しての以下の説明から明らかとなろう。

〔実施例〕

第１図に示した電子源は固体物体１を含み、この固体物
体１は電場の作用下に電子を放出し得る第１の半導体層
２と、放出された電子の少なくとも一部を透過させる性
質を固体物体の少なくとも１つの面４に部分的に付与し
て当該電子部分の固体物体からの放射を可能にする手段
３とを有する。

固体物体１はまた、第１の層２と少なくとも部分的に電
子透過性である面４との間に層２と接触した第２の複合
半導体層５を有し、この層５は不安定で、微分負性抵抗
の構造を有する。ここに図示した電子源は、第１の層２
及び第２の複合層５を用いて電気的共振空胴を構成する
手段６も含む。

微分負性抵抗を有する不安定な第２の複合半導体層５は
例えば、ダイナミックモードにおいて超高周波電流発振
をもたらす微分抵抗を実現し得る、トンネル効果共振二
重障壁構造かまたはアバランシェ効果及び走行時間制御
を伴う構造を有する。

これらの構造は、例えばｐ“型半導体材料から成る二次
層を複数積み重ねることによって有利に実現される。図
示したように、二次層の数は５に等しいことが有利であ
り、即ち二次層１１．１２．１３．１４及び１５が積み
重ねられる６その場合、５つの二次層のうち１番目の層
１１．３番目の層１３及び５番目の層１５はヒ化ガリウ
ムで、２番目の層１２及び４番目の層１４はアルミノヒ
化ガリウムでそれぞれ形成される。

この実施例において、第１の層２は厚み約１，０００〜
１０，０００人のし化ガリウムから成り、また５つの二
次層１１〜１５の厚みは各々５０人のオーダである。

先に述べたように、電子源は第１の層２及び複合層５を
用いて電気的共振空胴を構成する手段６を有する。この
手段６は例えば２つの電極１６．１７を有し、電極１６
は第１の層２の、複合層５と接触する面１９とは反対の
側の面１８上に配置されており、電極１７は複合層５の
、例えば先に規定した３番目の二次層１３に配置されて
いる。２つの電極１６．１７は、電源２０と結合されて
電気的共振空胴を閉じ得る。−例として、２つの電極１
６と１７との間に印加される電位は約１．５■である。

電極１６．１７は、例えば実質的に金、ニッケル、ゲル
マニウムまたはチタンをベースとするそれ自体公知の導
電材料のデポジットによって構成されており、これらの
デポジットに電源２０と接続され得る導体２１．２２が
強固に結合されている。

後述する、第２図に示したような機械的共振空胴が上記
電気的共振空胴と組み合わせられ得る。

電子が高密度で有利に放射され得るように、固体物体１
には更に第３の半導体材料層３０が第２の複合層５と接
触するように配置されており、電子源には、複合層５と
第３の層３０との間に電場を印加し、第１の層２及び第
２の層５で放出された電子を用いてアバランシェ効果に
より電子の数を増加させる手段３１が設置されている。

第３の層３０は、例えばヒ化ガリウムであるｎ゛型半導
体の層である０図示した例では、アバランシェ効果の増
大を可能にする電場は、先に規定した３番目の二次層１
３に配置された電極１７と第３の層３０に配置された第
３の電極３３との間に印加される電圧によってもたらさ
れ、その値は約３■である。

先に述べたように、固体物体１は、固体物体１中で放出
された電子を透過させる性質を部分的に付与された少な
くとも１つの面４を有する１面４の電子透過性は、第３
の層３０の、第２の層５と接触する面とは実質的に反対
の側に位置する面上にデポジットされた、負の電子親和
力を有する材料から成る第４の層４０によってもたらさ
れる。第４の層４０は、例えば酸化セシウムのようなセ
シウムベースの材料から成る。

本発明による電子源を上述と同じ構成の固体物体が幾つ
か並列に取り付けられた形態に製造し、この電子源の適
用上の必要性に従って所与の値の電子放出面を得ること
が可能であるのはきわめて明白である。

ここまで説明した本発明の電子源は次のように機能する
。

先に規定した構成を有する固体物体１が電子放出電位を
、即ち実際のところ例えば１．５ｖである低い順電圧を
印加されると第１の層２中で電子が放出され、第２の層
５へ向けて加速される。層５は、不安定であるので、そ
れ自体公知であるトンネル効果により電子を放出する振
動性の電子放出源を構成する。電子は第２の複合層５の
出力に、構成される電気的共振空胴の共振周波数の値の
関数として変調された密度で達し、この密度は所定の変
更を印加えられ得る。

これら電子の連続する“パケット”は第２の層５の出力
面に到達すると第３の層３０に当たり、先に述べたよう
に第３の層３０の、第２の層５と共通の面とは反対の側
の面と第２の層５の１つの二次層１３との間に印加され
た約３ｖの電圧がもたらすアバランシェ効果によって電
子の数は増加する。このように放出及び加速された電子
は固体物体１から′放射され得、放射は電子が、例えば
酸化セシウムがら成る第４の層４０に到達するほど盛ん
となり、その際層４０は半導体の電子親和力を低下させ
る機能を有し、この電子親和力はｐ型のヒ化ガリウムの
場合であっても負となる。即ち、この導電域に進入した
電子は総てこの層４０から、従って固体物体１から取り
出されるのに十分なエネルギを有し得る。

即ち、放出される電子は任意の用途に用いられ得、特に
マイクロ波管の電子放出゛陰極パとして非常に有利に用
いられ得る。なぜなら、固体物体１の、先に規定した部
分的電子透過性を有する面によって該固体物体１から取
り出される電子パケットを同−周波数及び同一形態に変
調することが、特に印加電圧値の変調によって非常に容
易に実現されるからである。

第２図に、特に第１図との関連で規定し、説明したよう
な“陰極パ５１が用いられたマイクロ波管５０を概略的
に示す。

マイクロ波管５０は真空外囲器５２内に上述の電子源５
１を有し、電子源５１の一部電子透過性である放出面５
７は外囲器５２の内部５３の方へ向けられており、また
電子源５１の放出方向５４は実質的にアンテナ陽極５６
の装入口５５への接線方向に一致し、陽極５６には例え
ば１０ｋＶに等しい大電位が印加され、それによって、
加速して放出された電子パルスが例えばレーダまたは同
様設備のための給電回路で用いられているようなマイク
ロ波型電磁波に公知方法で変換されることが可能となる
。

第２図の例において、電子源５１は機械的共振空胴５８
も有し、この共振空胴５８は結合手段５９を具備し、特
に同軸ケーブルの端部６１に設けられたループ６０を具
備しており、このことはマイクロ波管５０を外部のソー
スと同期化することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子源の一例を示す説明図、第２
図は本発明による電子源をマイクロ波管の電子放出陰極
として用いた例を示す説明図である。 １・・・・・・固体物体、２．５・・・・・・半導体層
。 ｍｌｔ責Ａ−）ムンンーセエスエフ 伐埋入弁理士　船　　山　　　武

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）固体物体を含む電子源であって、前記固体物体は
   電場の作用下に電子を放出し得る第１の半導体層と、放
   出された電子の少なくとも一部を部分的に透過させる性
   質を固体物体の面の少なくとも１つに付与して電子の当
   該一部が固体物体から放射されることを可能にする手段
   とを有し、固体物体が前記第１の層と少なくとも部分的
   に電子透過性である面との間に第１の層と接触した不安
   定な第２の複合半導体層を更に有し、この第２の層は微
   分負性抵抗の構造を有し、第１の層及び複合層を用いて
   電気的共振空胴を構成する手段が設置されていることを
   特徴とする電子源。 （２）微分負性抵抗を有する不安定な第２の半導体層が
   トンネル効果共振二重障壁構造体並びにアバランシェ効
   果及び走行時間制御を伴う構造体の中から選択されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子源。 （３）構造体がｐ＾＋型半導体材料の二次層を複数積み
   重ねることによって形成されていることを特徴とする請
   求項２に記載の電子源。 （４）二次層の数が５であることを特徴とする請求項３
   に記載の電子源。 （５）５つの二次層のうち１番目、３番目及び５番目の
   層がヒ化ガリウムで、２番目及び４番目の層がアルミノ
   ヒ化ガリウムでそれぞれ形成されていることを特徴とす
   る請求項４に記載の電子源。 （６）固体物体中で放出された電子の少なくとも一部を
   透過させる性質を固体物体の少なくとも１つの面に部分
   的に付与して当該電子部分の固体物体からの放射を可能
   にする手段が電子透過性付与前に固体物体の前記面にデ
   ポジットされた、負の電子親和力を有する材料から成る
   第４の層によって構成されていることを特徴とする請求
   項５に記載の電子源。（７）負の電子親和力を有する材
   料の層がセシウムをベースとする材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の電子源。 （８）第１の層がｎ＾＋型半導体材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の電子源。 （９）ｎ＾＋型半導体材料がヒ化ガリウムであることを
   特徴とする請求項８に記載の電子源。 （１０）固体物体が第２の層と接触して配置された第３
   の半導体材料層を更に有し、第１及び第２の層から放出
   された電子の数をアバランシェ効果で増加させる電圧を
   第２の層と第３の層との間に印加する手段が設置されて
   いることを特徴とする請求項９に記載の電子源。 （１１）第３の層がｎ＾＋型半導体層であることを特徴
   とする請求項１０に記載の電子源。 （１２）第３の層がヒ化ガリウムで形成されていること
   を特徴とする請求項１１に記載の電子源。 （１３）マイクロ波管用の電子放出陰極を構成すること
   を特徴とする請求項１２に記載の電子源。 （１４）並列に取り付けられた複数の固体物体を含むこ
   とを特徴とする請求項１３に記載の電子源。