JPH11232999A - Electron-emitting device - Google Patents
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- JPH11232999A JPH11232999A JP3558298A JP3558298A JPH11232999A JP H11232999 A JPH11232999 A JP H11232999A JP 3558298 A JP3558298 A JP 3558298A JP 3558298 A JP3558298 A JP 3558298A JP H11232999 A JPH11232999 A JP H11232999A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ディスプレィ用の電子線源・高速動作が可能
な微小真空デバイスのエミッター部分等に応用可能な、
電気伝導のうちのホールの伝導を抑えて効率的に電子を
ダイヤモンド層に供給してダイヤモンド表面から電子線
を放出させる高効率電子放出素子を提供する。
【解決手段】 互いに接した、電子注入電極と、n型の
半導体により構成されたホールブロッキング半導体層
と、上記ホールブロッキング層を構成している半導体よ
りもハ゛ント゛キ゛ャッフ゜が狭い半導体により構成された電子注
入半導体層と、タ゛イヤモント゛層を有し、上記タ゛イヤモント゛層表面
から電子を放出することを特徴とする。
[PROBLEMS] To be applicable to an electron beam source for a display, an emitter portion of a micro vacuum device capable of high-speed operation, and the like.
Provided is a high-efficiency electron-emitting device that efficiently supplies electrons to a diamond layer by suppressing conduction of holes in electric conduction and emits an electron beam from a diamond surface. SOLUTION: An electron injection electrode, a hole blocking semiconductor layer formed of an n-type semiconductor, and an electron injection formed of a semiconductor having a narrower band gap than the semiconductor forming the hole blocking layer. It has a semiconductor layer and a diamond layer, and emits electrons from the surface of the diamond layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自発光の平面テ゛ィス
フ゜レーとして期待されるフィールドエミッションテ゛ィスフ゜レ
ー、高周波・高パワー・雑音耐性マイクロエレクトロニ
クス素子用の、高効率のエミッタを実現可能とする電子
放出素子に関する。特に、ダイヤモンド表面からの高効
率電子放出を利用した電子放出素子の構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission display which is expected to be a self-luminous planar display, and an electron-emitting device which can realize a high-efficiency emitter for a high-frequency, high-power, and noise-resistant microelectronic device. . In particular, the present invention relates to a structure of an electron-emitting device using highly efficient electron emission from a diamond surface.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高精細な薄型ディスプレィ用の電
子銃に代わる電子線源や、高速動作が可能な微小真空デ
バイスのエミッター部分として、ミクロンサイズの微小
電子放出素子が注目されている。このような電子放出素
子のタイプとしては様々なものがあるが、電界放出型
(FE型)、トンネル注入型(MIM型、MIS型)、表面伝導
型(SC型)などが知られている。2. Description of the Related Art In recent years, micron-sized microelectron-emitting devices have attracted attention as an electron beam source replacing a high-definition thin display electron gun and as an emitter of a microvacuum device capable of high-speed operation. There are various types of such electron-emitting devices, and a field emission type (FE type), a tunnel injection type (MIM type, MIS type), a surface conduction type (SC type) and the like are known.
【0003】FE型電子放出素子は、ゲート電極に電圧を
かけて電子放出部分に電界を印加することにより、シリ
コン(Si)やモリブデン(Mo)で作製されたコーン状の
突起部分から電子を放出させるものである。The FE type electron-emitting device emits electrons from a cone-shaped protrusion made of silicon (Si) or molybdenum (Mo) by applying a voltage to a gate electrode and applying an electric field to the electron-emitting portion. It is to let.
【0004】またMIM型、MIS型素子は、金属、絶縁体
層、半導体層等の積層構造を形成することにより、金属
側より注入された電子の一部を電子放出部より外部に取
り出すものである。[0004] Further, the MIM-type and MIS-type elements form a laminated structure of a metal, an insulator layer, a semiconductor layer, and the like, so that a part of electrons injected from the metal side is extracted to the outside from an electron emitting portion. is there.
【0005】またSC型は、基板上に形成された薄膜の面
内方向に電流を流すことにより、予め形成された電子放
出部より電子を取り出すもので、一般的に薄膜の通電領
域中に存在する微細な亀裂部分より電子放出するもので
ある。[0005] In the SC type, electrons are extracted from an electron emission portion formed in advance by flowing a current in an in-plane direction of a thin film formed on a substrate. Electrons are emitted from the fine cracks.
【0006】これらの素子構造は、微細加工技術を用い
ることによって小型化、集積化を図ることができるなど
の特徴を有したものである。[0006] These element structures have features such as downsizing and integration by using fine processing technology.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】一般的に電子放出素子
の材料として要求される特性は、(1)比較的小さな電
界で電子を放出し易いこと、すなわちその物質の電子親
和力が小さいこと、(2)安定な電子放出特性を維持す
るために、エミッター部表面が化学的に安定なこと、
(3)耐摩耗性や耐熱性に優れていることなどがある。Generally, the characteristics required as a material for an electron-emitting device are (1) that electrons are easily emitted by a relatively small electric field, that is, the material has a small electron affinity, 2) In order to maintain stable electron emission characteristics, the emitter surface is chemically stable;
(3) It has excellent abrasion resistance and heat resistance.
【0008】そのような観点で従来技術をみた場合、電
界放出型素子は放出電流量のエミッター部形状依存性が
大きく、その作製、制御が非常に困難であると共に、用
いられている材料の表面安定性の点で課題があった。ま
たこの方式では、個々の素子は点の電子放出源であり、
面状の電子放出流を得ることは困難であった。In view of the prior art from such a point of view, the field emission type element has a large dependence of the emission current on the shape of the emitter portion, making it very difficult to manufacture and control the field emission element, and to reduce the surface of the material used. There were issues in terms of stability. Also in this scheme, each element is a point electron emission source,
It has been difficult to obtain a planar electron emission flow.
【0009】またアバランシェ増幅型は、一般的に非常
に大きな電流量を素子に印加する必要があるので素子の
発熱が起こり、そのため電子放出特性が不安定になった
り素子寿命が短くなったりするといった問題点があっ
た。またアバランシェ増幅型ではエミッター部表面にセ
シウム層等を設けることによって電子放出部分の仕事関
数量を小さくしているが、セシウム等の仕事関数が小さ
い材料は化学的に不安定であるため表面状態が安定でな
い、すなわち電子放出特性が安定でないといった問題点
もあった。以上のようにこれまで用いられてきた材料お
よび構造は、電子放出素子に要求される特性を十分に満
たすものではなかった。In the avalanche amplification type, since it is generally necessary to apply a very large amount of current to the element, heat is generated in the element, which causes unstable electron emission characteristics and shortens the life of the element. There was a problem. In the avalanche amplification type, the work function amount of the electron emission portion is reduced by providing a cesium layer or the like on the surface of the emitter, but a material having a small work function such as cesium has a chemically unstable surface state. There is also a problem that it is not stable, that is, the electron emission characteristics are not stable. As described above, the materials and structures used so far do not sufficiently satisfy the characteristics required for the electron-emitting device.
【0010】これに対しダイヤモンドは、広禁制帯幅
(5.5eV)を有する半導体材料であり、その特性は
高硬度、耐磨耗性、高熱伝導率、化学的に不活性である
など電子放出素子材料として非常に適している。またダ
イヤモンドは、その表面状態を制御することによって、
伝導帯端のエネルギー準位が真空のエネルギー準位より
も高くなる、すなわち負の電子親和力の状態にすること
が可能である。すなわちダイヤモンド層の伝導帯に電子
を注入してやれば、容易に電子を放出させることが可能
になるといった利点を有している。加えてダイヤモンド
は一般に炭素系ガス種と水素ガスを原料ガスとした気相
合成法で容易に形成することが可能であり、製造的な面
でも優位性を持っている。[0010] On the other hand, diamond is a semiconductor material having a wide bandgap (5.5 eV), and has characteristics such as high hardness, abrasion resistance, high thermal conductivity, and chemical inertness. Very suitable as a device material. In addition, by controlling the surface state of diamond,
It is possible that the energy level at the conduction band edge becomes higher than the energy level of the vacuum, that is, a state of negative electron affinity. That is, there is an advantage that if electrons are injected into the conduction band of the diamond layer, electrons can be easily emitted. In addition, diamond can generally be easily formed by a gas phase synthesis method using carbon-based gas species and hydrogen gas as source gases, and has an advantage in terms of manufacturing.
【0011】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するため、電子を放出する表面を有するダイヤモンド
層に対して電子を供給する電子供給層を形成し更にこの
電子供給層と電子注入電極の間にホールブロッキング半
導体層を設けることにより、電気伝導のうちのホールの
伝導を抑えて、効率的に電子をダイヤモンド層に供給し
てダイヤモンド表面から電子線を放出させる電子放出素
子を提供することを目的とする。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems in the prior art, an electron supply layer for supplying electrons to a diamond layer having a surface from which electrons are emitted is formed. The object of the present invention is to provide an electron-emitting device that suppresses the conduction of holes in electrical conduction by efficiently providing electrons to the diamond layer and emits an electron beam from the diamond surface by providing a hole-blocking semiconductor layer in the semiconductor device. And
【0012】また本発明は、少なくとも電極層とダイヤ
モンド層とを含む積層構造からなり、前記電極層から前
記ダイヤモンド層の伝導帯に電子を供給することによ
り、効率的に電子線を放出する電子放出素子を提供する
ことを目的とする。Further, the present invention has a laminated structure including at least an electrode layer and a diamond layer, and supplies electrons from the electrode layer to the conduction band of the diamond layer to thereby efficiently emit an electron beam. It is intended to provide an element.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にかかる電子放出素子の構成は、少なくと
も、互いに接した、電子注入電極と、n型の半導体によ
り構成されたホールブロッキング半導体層と、上記ホー
ルブロッキング層を構成している半導体よりもハ゛ント゛キ゛ャ
ッフ゜が狭い半導体により構成された電子注入半導体層
と、タ゛イヤモント゛層を有し、上記タ゛イヤモント゛層表面から電子を
放出することを特徴とする。In order to achieve the above object, an electron-emitting device according to the present invention comprises at least an electron injection electrode and a hole blocking semiconductor layer made of an n-type semiconductor which are in contact with each other. And an electron injection semiconductor layer formed of a semiconductor having a narrower band gap than the semiconductor forming the hole blocking layer, and a diamond layer, and emits electrons from the surface of the diamond layer.
【0014】また、本発明は前記素子において、電子注
入電極とホールブロッキング半導体層がオーミック接合
していることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned device, the electron injection electrode and the hole blocking semiconductor layer are in ohmic junction.
【0015】また、本発明は前記素子において、電子注
入半導体層がp型にドーピングされていることを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that, in the above device, the electron injection semiconductor layer is doped with p-type.
【0016】また、本発明は前記素子において、ダイヤ
モンド表面の電子放出面が導電性を有することを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that in the above-mentioned element, the electron emission surface of the diamond surface has conductivity.
【0017】更に、本発明は前記素子において、ダイヤ
モンド表面の導電性電子放出面が水素化されたダイヤモ
ンド薄膜表面であることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the conductive electron emission surface of the diamond surface in the device is a hydrogenated diamond thin film surface.
【0018】また、本発明は前記素子において、電子注
入電極と導電性の電子放出ダイヤモンド表面との間に電
圧が印可されており、電子注入電極から電子放出表面に
向かって電子が移動し、更に電子放出表面から電子が放
出するような電界が表面に印可されていることを特徴と
する。According to the present invention, in the above-described device, a voltage is applied between the electron injection electrode and the surface of the conductive electron emission diamond, and electrons move from the electron injection electrode toward the electron emission surface. An electric field that emits electrons from the electron emission surface is applied to the surface.
【0019】また、本発明は前記素子において、ホール
ブロッキング半導体層が6H-SiC又は4H-SiCにより構成さ
れ、電子注入半導体層が3C-SiCにより構成されているこ
とを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that, in the above device, the hole blocking semiconductor layer is made of 6H-SiC or 4H-SiC, and the electron injection semiconductor layer is made of 3C-SiC.
【0020】また、本発明は前記素子において、ホール
ブロッキング半導体層が4H-SiCにより構成され、電子注
入半導体層が6H-SiCにより構成されていることを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that, in the above device, the hole blocking semiconductor layer is made of 4H-SiC, and the electron injection semiconductor layer is made of 6H-SiC.
【0021】また、本発明は前記素子において、ホール
ブロッキング半導体層がGaN等のIII族元素の窒化物によ
り構成され、電子注入半導体層が6H-SiC,4H-SiC,3C-SiC
等の炭化珪素により構成されていることを特徴とする。Further, according to the present invention, in the above device, the hole blocking semiconductor layer is made of a nitride of a group III element such as GaN, and the electron injection semiconductor layer is made of 6H-SiC, 4H-SiC, 3C-SiC.
And the like.
【0022】また、本発明は前記素子において、電子注
入電極がNi,Ti,Cr,Mo,Ta,W,Al,Si,Pt,Au,Cu の内の1
種、又はこれらのチッ化物、又はこれらの内の複数の物
質の混合物、により構成されていることを特徴とする。Further, according to the present invention, in the above device, the electron injection electrode may be one of Ni, Ti, Cr, Mo, Ta, W, Al, Si, Pt, Au and Cu.
It is characterized by being constituted by a species, a nitride thereof, or a mixture of a plurality of substances among them.
【0023】図1に本発明の電子放出素子のバンドダイ
アグラム図を示す。図1(a)の様に、電子供給電極1
1、ホールブロッキング層であるn型の半導体層12、
ホールブロッキング層の半導体層12よりもハ゛ント゛キ゛ャッフ
゜が狭い電子供給半導体層13、ダイヤモンド層14が
互いに接して積層構造を形成し本発明の電子放出素子を
構成している。ダイヤモンド層14の電子放出表面15
近傍16はp型となっており、真空順位17に対して表
面15が負の値をとり負の電子親和力(ネガティブエレ
クトロンアフィニティー:NEA)を示している。この場合
電子供給層13は図1(a)の様にp型である方が好まし
い。この積層構造に電界を印可した場合を図1(b)に
示す。図1(b)から明らかなように、積層構造のそれぞ
れの層の伝導帯18は、電子供給層電極11からダイヤ
モンド層14表面15に向かって、なめらかに繋がって
おり電子eが電子供給電極11から電子放出表面15に
向かって効率的に供給される。一方、価電子帯19は電
子供給半導体層13とホールブロッキング層12の間で
障壁1Gがあり、ダイヤモンド層14から電子供給層電
極11に向かって進むホールhは、この電子供給半導体
層13とホールブロッキング層12の間の障壁1Gによ
ってトラップされて、伝導が阻害される。FIG. 1 shows a band diagram of the electron-emitting device of the present invention. As shown in FIG. 1A, the electron supply electrode 1
1. n-type semiconductor layer 12, which is a hole blocking layer;
The electron supply semiconductor layer 13 and the diamond layer 14 having a narrower band gap than the semiconductor layer 12 of the hole blocking layer are in contact with each other to form a laminated structure, thereby forming the electron-emitting device of the present invention. Electron emission surface 15 of diamond layer 14
The vicinity 16 is p-type, and the surface 15 has a negative value with respect to the vacuum rank 17 and indicates a negative electron affinity (negative electron affinity: NEA). In this case, it is preferable that the electron supply layer 13 is p-type as shown in FIG. FIG. 1B shows a case where an electric field is applied to this laminated structure. As apparent from FIG. 1B, the conduction band 18 of each layer of the multilayer structure is smoothly connected from the electron supply layer electrode 11 to the surface 15 of the diamond layer 14, and the electron e is connected to the electron supply electrode 11. From the electron emission surface 15. On the other hand, the valence band 19 has a barrier 1 G between the electron supply semiconductor layer 13 and the hole blocking layer 12, and the hole h that travels from the diamond layer 14 toward the electron supply layer electrode 11 is formed between the electron supply semiconductor layer 13 and the hole blocking layer 12. Trapped by the barrier 1G between the blocking layers 12, the conduction is inhibited.
【0024】上記機構により、電子供給電極11から電
子放出表面15に向かっての電子eの供給が逆方向のホ
ールhの伝導によって阻害されずに効率的に行われ、電
子放出が効率的に起こる。With the above mechanism, the supply of the electrons e from the electron supply electrode 11 toward the electron emission surface 15 is efficiently performed without being hindered by the conduction of the holes h in the opposite direction, and the electron emission occurs efficiently. .
【0025】この場合、電子注入電極とホールブロッキ
ング半導体層がオーミック接合していると、電子注入電
極からホールブロッキング半導体層に効率的に電子が注
入されて好ましい。In this case, it is preferable that the electron injection electrode and the hole blocking semiconductor layer have an ohmic junction, since electrons are efficiently injected from the electron injection electrode into the hole blocking semiconductor layer.
【0026】更に、電子注入半導体層がp型にドーピン
グされていると、電子注入半導体層の伝導帯ととダイヤ
モンドの伝導帯がスムースにつながり、電子が電子注入
半導体層からダイヤモンド層へ効率的に供給されて好ま
しい。Further, when the electron injecting semiconductor layer is doped with p-type, the conduction band of the electron injecting semiconductor layer and the conduction band of diamond are smoothly connected, and electrons are efficiently transferred from the electron injecting semiconductor layer to the diamond layer. Supplied and preferred.
【0027】更に、ダイヤモンド表面の電子放出面が導
電性を有すると、電子注入電極からダイヤモンド層への
電子の注入を促す電界を効率的に印可できるので好まし
い。又、導電性を有するダイヤモンド表面は負の電子親
和力を示し、表面から障壁無しに電子が放出するため、
効率的な電子放出が実現でき好ましい。Further, it is preferable that the electron emission surface of the diamond surface has conductivity because an electric field for promoting injection of electrons from the electron injection electrode into the diamond layer can be efficiently applied. Also, the diamond surface with conductivity shows a negative electron affinity, and electrons are emitted from the surface without barrier,
It is preferable because efficient electron emission can be realized.
【0028】又、ダイヤモンド表面の導電性電子放出面
が水素化されたダイヤモンド薄膜表面であると、ダイヤ
モンド表面が負の電子親和力を示し、表面から障壁無し
に電子が放出するため、効率的な電子放出が実現でき好
ましい。Further, when the conductive electron emission surface of the diamond surface is a hydrogenated diamond thin film surface, the diamond surface exhibits a negative electron affinity, and electrons are emitted from the surface without a barrier. Release can be realized and is preferred.
【0029】また、電子注入電極と導電性の電子放出ダ
イヤモンド表面との間に電圧が印可されており、電子注
入電極から電子放出表面に向かって電子が移動し、更に
電子放出表面から電子が放出するような電界が表面に印
可されている構成をとることにより、効率的な電子放出
素子が達成でき好ましい。A voltage is applied between the electron injecting electrode and the surface of the conductive electron emitting diamond, electrons move from the electron injecting electrode toward the electron emitting surface, and further emit electrons from the electron emitting surface. By adopting a configuration in which such an electric field is applied to the surface, an efficient electron-emitting device can be achieved, which is preferable.
【0030】また、ホールブロッキング半導体層が6H-S
iC又は4H-SiCにより構成され、電子注入半導体層が3C-S
iCにより構成されている構造をとることにより、ホール
ブロッキング層の半導体の禁制帯幅が電子注入半導体層
の禁制帯幅よりも大きくなり、図1のホールブロッキン
グ障壁1Gが形成され電子のみの伝導が起こり、効率的
な電子放出素子が達成でき好ましい。The hole blocking semiconductor layer is made of 6H-S
iC or 4H-SiC, electron injection semiconductor layer is 3C-S
By adopting the structure composed of iC, the bandgap of the semiconductor in the hole blocking layer becomes larger than the bandgap of the electron-injecting semiconductor layer, and the hole blocking barrier 1G of FIG. 1 is formed to conduct only electrons. As a result, an efficient electron-emitting device can be achieved, which is preferable.
【0031】また、ホールブロッキング半導体層が4H-S
iCにより構成され、電子注入半導体層が6H-SiCにより構
成されている構造をとることにより、ホールブロッキン
グ層の半導体の禁制帯幅が電子注入半導体層の禁制帯幅
よりも大きくなり、図1のホールブロッキング障壁1G
が形成され電子のみの伝導が起こり、効率的な電子放出
素子が達成でき好ましい。The hole blocking semiconductor layer is 4H-S
By taking a structure composed of iC and the electron injection semiconductor layer composed of 6H-SiC, the forbidden band width of the semiconductor of the hole blocking layer becomes larger than the forbidden band width of the electron injection semiconductor layer. Hole blocking barrier 1G
Is formed, and conduction of only electrons occurs, and an efficient electron-emitting device can be achieved, which is preferable.
【0032】また、ホールブロッキング半導体層がGaN
等のIII族元素の窒化物により構成され、電子注入半導
体層が6H-SiC,4H-SiC,3C-SiC等の炭化珪素により構成さ
れている構造をとることにより、ホールブロッキング層
の半導体の禁制帯幅が電子注入半導体層の禁制帯幅より
も大きくなり、図1のホールブロッキング障壁1Gが形
成され電子のみの伝導が起こり、効率的な電子放出素子
が達成でき好ましい。The hole blocking semiconductor layer is made of GaN.
Forbidden semiconductors in the hole blocking layer by adopting a structure composed of a nitride of a group III element such as III and an electron injection semiconductor layer composed of silicon carbide such as 6H-SiC, 4H-SiC, 3C-SiC. The band width is larger than the forbidden band width of the electron-injecting semiconductor layer, and the hole blocking barrier 1G shown in FIG. 1 is formed, so that only electrons are conducted, and an efficient electron-emitting device can be achieved.
【0033】また、電子注入電極がNi,Ti,Cr,Mo,Ta,W,A
l,Si,Pt,Au,Cu の内の1種、又はこれらのチッ化物、又
はこれらの内の複数の物質の混合物、により構成されて
いる構造をとることにより、電子注入電極とホールブロ
ッキング半導体層がオーミック接合し、電子注入電極からホ
ールブロッキング層へ電子が効率的に供給され、効率的
な電子放出素子が達成でき好ましい。The electron injecting electrode is made of Ni, Ti, Cr, Mo, Ta, W, A
By taking a structure composed of one of l, Si, Pt, Au, and Cu, or a nitride thereof, or a mixture of a plurality of these substances, an electron injection electrode and a hole blocking semiconductor can be obtained. This is preferable because the layers form an ohmic junction, electrons are efficiently supplied from the electron injection electrode to the hole blocking layer, and an efficient electron-emitting device can be achieved.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】図1において、電子供給電極11
としてNi、ホールブロッキング層12としてn型の4H-S
iC、電子供給半導体層13としてp型の6H-SiC、ダイヤ
モンド層14を真性ダイヤモンド半導体層、電子放出ダ
イヤモンド層表面15は水素終端されており、p型のダ
イヤモンド表面導電層16が形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG.
As Ni and n-type 4H-S as the hole blocking layer 12
iC, p-type 6H-SiC as the electron supply semiconductor layer 13, the diamond layer 14 is an intrinsic diamond semiconductor layer, the electron emission diamond layer surface 15 is terminated with hydrogen, and the p-type diamond surface conductive layer 16 is formed. .
【0035】具体的には、図2の様に、n型の10mmx10m
mの大きさの4H-SiC基板12の裏面にNi電極11を0.5μ
mの厚みで電子ヒ゛ーム蒸着し1000℃熱処理してオーミック電極を
とり、300μmの厚みの4H-SiC基板12表面に5μmの厚み
の6H-SiC薄膜13をヘテロエピタキシャル成長させる。
ヘテロエピタキシャル成長は、1500℃でoffを含ま
ない4H-SiC基板上にシランとプロパンガスを水素で希釈
して流すCVD法により形成した。4H-SiCのハ゛ント゛キ゛ャッフ゜は
3.09eV,6H-SiCのハ゛ント゛キ゛ャッフ゜は2.86eVで、6Hの方が4Hよ
りもハ゛ント゛キ゛ャッフ゜が狭い。ここで、Ni電極は図1の電子
供給電極11として機能し、4H-SiC基板はホールブロッ
キング層12として機能し、6H-SiC層は電子供給半導体
層13として機能する。この6H-SiC/4H-SiC層状構造は
図1(b)に示したように、電圧印可時に障壁1Gを形成
する。上記6H-SiC/4H-SiC層状構造の表面に水素で希釈
した一酸化炭素を原料としたマイクロ波CVD法によりダ
イヤモンド薄膜14を1μmの厚みで形成した。ダイヤモ
ンドに対してドーピングは行わなかったので、真性半導
体のダイヤモンド薄膜14が形成された。このダイヤモ
ンド薄膜の表面は水素化されており、表面伝導層16を
形成しており、p型の電気伝導を示した。この電子放出
素子を真空容器中に保持し、電子放出表面15であるダ
イヤモンド表面層伝導層の一部に電極21を付け、電子
供給電極11であるNi電極との間に300Vの電圧を印
可した。電子放出素子の電子放出表面15側に1mm隔て
て設置した電極22に7kV印可したときに、真空17
への100nAの放出電流(エミッション電流)を確認し
た。電子放出表面の電極と4H-SiC基板の裏面のNi電極の
間に流れる電流の0.01%以上の電流の放出が確認され
た。Specifically, as shown in FIG. 2, an n-type 10 mm × 10 m
0.5 μm Ni electrode 11 on the back of 4H-SiC substrate 12
An electron beam is vapor-deposited at a thickness of m and heat treated at 1000 ° C. to obtain an ohmic electrode, and a 6 μm-thick 6H-SiC thin film 13 is heteroepitaxially grown on the surface of a 4 μm-thick 4H—SiC substrate 12.
Heteroepitaxial growth was performed at 1500 ° C. on a 4H—SiC substrate containing no off by a CVD method in which silane and propane gas were diluted with hydrogen and flowed. 4H-SiC Hunt Cap
The band gap of 3.09 eV, 6H-SiC is 2.86 eV, and the band gap of 6H is smaller than that of 4H. Here, the Ni electrode functions as the electron supply electrode 11 of FIG. 1, the 4H-SiC substrate functions as the hole blocking layer 12, and the 6H-SiC layer functions as the electron supply semiconductor layer 13. This 6H-SiC / 4H-SiC layered structure forms a barrier 1G when a voltage is applied, as shown in FIG. 1 (b). A diamond thin film 14 having a thickness of 1 μm was formed on the surface of the 6H-SiC / 4H-SiC layered structure by a microwave CVD method using carbon monoxide diluted with hydrogen as a raw material. Since doping was not performed on diamond, an intrinsic semiconductor diamond thin film 14 was formed. The surface of the diamond thin film was hydrogenated to form the surface conductive layer 16 and exhibited p-type electric conduction. This electron-emitting device was held in a vacuum vessel, an electrode 21 was attached to a part of the diamond surface layer conductive layer as the electron-emitting surface 15, and a voltage of 300 V was applied between the electrode 21 and the Ni electrode as the electron supply electrode 11. . When a voltage of 7 kV is applied to the electrodes 22 placed 1 mm apart from the electron emission surface 15 of the electron emission element, a vacuum 17
An emission current (emission current) of 100 nA into the substrate was confirmed. It was confirmed that more than 0.01% of the current flowing between the electrode on the electron emission surface and the Ni electrode on the back surface of the 4H-SiC substrate was emitted.
【0036】本実施例においては、電子供給電極層とし
てNiの場合のみを述べたが、本発明の請求項に示した他
の電子供給電極材料についてもオーミック接合の形成が確認
され、同様の電子放出効果を確認した。In this embodiment, only the case where Ni was used as the electron supply electrode layer was described. However, the formation of ohmic junction was confirmed for the other electron supply electrode materials described in the claims of the present invention. The release effect was confirmed.
【0037】本実施例においては、ホールブロッキング
層として4H-SiCの場合のみを述べたが、本発明の請求項
に示した他のホールブロッキング層の材料についても同
様の電子放出効果を確認した。In this example, only the case of 4H-SiC was described as the hole blocking layer. However, the same electron emission effect was confirmed for the other materials of the hole blocking layer described in the claims of the present invention.
【0038】本実施例においては、電子注入半導体層と
して6H-SiCの場合のみを述べたが、本発明の請求項に示
した他のホールブロッキング層の材料についても同様の
電子放出効果を確認した。さらに、ホールブロッキング
層・及び電子注入半導体層の材料は、上記物質に限られ
るものではなく、ホールブロッキング層の半導体の禁制
帯幅が電子注入半導体層の禁制帯幅よりも大きくなり、
図1のホールブロッキング障壁1Gが形成されれば、効
率的な電子放出が達成される。In this embodiment, only the case where 6H-SiC is used as the electron injecting semiconductor layer has been described. However, the same electron emission effect was confirmed for other materials of the hole blocking layer described in the claims of the present invention. . Further, the material of the hole blocking layer and the electron injecting semiconductor layer is not limited to the above substances, the forbidden band width of the semiconductor of the hole blocking layer is larger than the forbidden band width of the electron injecting semiconductor layer,
If the hole blocking barrier 1G of FIG. 1 is formed, efficient electron emission is achieved.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電子を放
出する表面を有するダイヤモンド層に対して電子を供給
する電子供給層を形成し更にこの電子供給層と電子注入
電極の間にホールブロッキング半導体層を設けることに
より、電気伝導のうちのホールの伝導を抑えて、効率的
に電子をダイヤモンド層に供給してダイヤモンド表面か
ら電子線を放出させることができる。As described above, according to the present invention, an electron supply layer for supplying electrons to a diamond layer having a surface for emitting electrons is formed, and a hole is provided between the electron supply layer and the electron injection electrode. By providing the blocking semiconductor layer, conduction of holes in electric conduction can be suppressed, electrons can be efficiently supplied to the diamond layer, and an electron beam can be emitted from the diamond surface.
【0040】また、本発明は、少なくとも電極層とダイ
ヤモンド層とを含む積層構造からなり、前記電極層から
前記ダイヤモンド層の伝導帯に電子を供給することによ
り、効率的に電子線を放出する電子放出素子を実現でき
る。Further, the present invention has a laminated structure including at least an electrode layer and a diamond layer, and supplies electrons from the electrode layer to the conduction band of the diamond layer to efficiently emit an electron beam. An emission element can be realized.
【図1】本発明の電子放出素子の動作原理を示すバンド
ダイアグラム図(a)平衡状態を示す図(b)電圧印可時を示
す図FIG. 1 is a band diagram showing the operating principle of the electron-emitting device of the present invention. FIG. 1 (a) is a diagram showing an equilibrium state.
11 電子供給電極 12 ホールブロッキング半導体層 13 電子供給半導体層 14 ダイヤモンド層 15 電子放出表面 16 電子放出表面近傍(表面電導層) 17 真空順位 18 伝導帯 19 価電子帯 1G ホールブロッキング障壁 Reference Signs List 11 electron supply electrode 12 hole blocking semiconductor layer 13 electron supply semiconductor layer 14 diamond layer 15 electron emission surface 16 near electron emission surface (surface conductive layer) 17 vacuum order 18 conduction band 19 valence band 1G hole blocking barrier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白鳥 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 利文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuya Shiratori 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (10)
半導体により構成されたホールブロッキング半導体層
と、上記ホールブロッキング層を構成している半導体よ
りもハ゛ント゛キ゛ャッフ゜が狭い半導体により構成された電子注
入半導体層と、タ゛イヤモント゛層を有し、前記タ゛イヤモント゛層表面
から電子を放出することを特徴とする電子放出素子。1. An electron injection electrode, a hole blocking semiconductor layer formed of an n-type semiconductor, and an electron formed of a semiconductor having a narrower band gap than the semiconductor forming the hole blocking layer. An electron-emitting device comprising an injection semiconductor layer and a diamond layer, and emitting electrons from the surface of the diamond layer.
体層がオーミック接合していることを特徴とする請求項
1記載の電子放出素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron injection electrode and the hole blocking semiconductor layer have an ohmic junction.
れた半導体で構成されていることを特徴とする請求項1
記載の電子放出素子。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electron injection semiconductor layer is made of a semiconductor doped with p-type.
An electron-emitting device according to claim 1.
を有することを特徴とする請求項1記載の電子放出素
子。4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting surface on the diamond surface has conductivity.
水素化されたダイヤモンド薄膜表面であることを特徴と
する請求項4記載の電子放出素子。5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the conductive electron-emitting surface of the diamond surface is a hydrogenated diamond thin film surface.
モンド表面との間に電圧が印可されており、電子注入電
極から電子放出表面に向かって電子が移動し、更に電子
放出表面から電子が放出するような電界が表面に印可さ
れていることを特徴とする請求項1記載の電子放出素
子。6. A voltage is applied between an electron injection electrode and a conductive electron emission diamond surface, electrons move from the electron injection electrode toward the electron emission surface, and electrons are emitted from the electron emission surface. 2. An electron-emitting device according to claim 1, wherein an electric field is applied to the surface.
は4H-SiCにより構成され、電子注入半導体層が3C-SiCに
より構成されていることを特徴とする請求項1記載の電
子放出素子。7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the hole blocking semiconductor layer is made of 6H-SiC or 4H-SiC, and the electron injection semiconductor layer is made of 3C-SiC.
より構成され、電子注入半導体層が6H-SiCにより構成さ
れていることを特徴とする請求項1記載の電子放出素
子。8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the hole blocking semiconductor layer is made of 4H-SiC, and the electron injection semiconductor layer is made of 6H-SiC.
II族元素の窒化物により構成され、電子注入半導体層が
6H-SiC,4H-SiC,3C-SiC等の炭化珪素により構成されてい
ることを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。9. The method according to claim 1, wherein the hole blocking semiconductor layer is made of I
The electron injection semiconductor layer is composed of a nitride of a group II element.
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is made of silicon carbide such as 6H-SiC, 4H-SiC, and 3C-SiC.
Si,Pt,Au,Cu の内の1種、又はこれらのチッ化物、又は
これらの内の複数の物質の混合物、により構成されてい
ることを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。10. An electron injection electrode comprising Ni, Ti, Cr, Mo, Ta, W, Al,
2. The electron-emitting device according to claim 1, comprising one of Si, Pt, Au, and Cu, or a nitride thereof, or a mixture of a plurality of substances.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3558298A JPH11232999A (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Electron-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3558298A JPH11232999A (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Electron-emitting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11232999A true JPH11232999A (en) | 1999-08-27 |
Family
ID=12445772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3558298A Pending JPH11232999A (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Electron-emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11232999A (en) |
-
1998
- 1998-02-18 JP JP3558298A patent/JPH11232999A/en active Pending
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