JPS5887732A - 電子放出半導体装置 - 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、ｐ型の第１領域をｎ型の第３及び第８領域間
に挾んで成るｎｐｎ構造を半導体本体内に具え、前記ｎ
ｐｎ構造内に電子を発生すると共に該電子を第２領域か
ら第１及び第８領域を経て半導体本体の表面領域から放
出し得る電子放出半導体装置に関するものであり、特に
応答の速い半導体電子源に関するものである。本発明は
更に斯る半導体装置を具える例えば陰極線管、撮像装置
２表示装置又は電子リソグラフィーのような装置にも関
するものである。

英国特許第８３００８ｆＳ号明細書に、半導体本体内に
ｎ型の第８及び第８領域間にｐ型の第１領域を設けて成
るｎｐｎ構造を具える半導体装置が開示されている。こ
の半導体装置はそのｎｐｎ構造において電子を発生し、
該電子は第２領域から第１及び第８領域中を流れた後に
半導体本体の表面領域から自由空間中に放出される。こ
のｎｐｎ構造（前記英国特許第５ａｏｏｓａ号の第８図
の特電の例）の利点は、電子源が半導体本体のアバラン
シ降服を発生するのに必要な電圧レベルより低い電圧レ
ベルで動作し得る点にある。簡単なｐｎ構造を有するが
アバランシ降服で動作する池の電子源の例も前記英国特
許第８０８０８６号明細書に開示されている。

前記英国特許第８０３０８６号明細書に開示されている
ｎｐｎ構造の各領域は電圧源に接続された電極を有し、
トランジスタと同様に駆動される。

即ち、第２及び第１領域間の第１ｐｎ接合はエミッタ接
合と同様に順方向にバイアスされる。ｐＷｌの第１領域
とｎ型の第８領域との間の第２９ｎ！ｌＩ合はコレクタ
接合と同様に逆方向にバイアスされる。第１　ｐｎ接合
がらの電子の注入がない場合には第２　ｐｎ接合間には
小さな飽和電流が流れるだけである。ｐ型頭域内に注入
された電子はｐ型頭域内を拡散していき、第２ｐｎ接合
間の電位降下により高エネルギーに加速される。極めて
薄いｎ型第３領域に電子仕事関数を低減する材料を被覆
することによりこれら電子の一部はそれらのエネルギー
を格子に失なう前に自由空間に飛出すことができる。斯
る自由空間への電子放出量は第２及び第１領域間の第１
　ｐｎ接合間に加える電圧を変化させることにより調整
することができる＠しかし１前記英国特許第１１１８０
０８６号明細書に開示されている斯るｎｐｎ電子源はい
くつかの欠点を有している。第１に、ｎｐｎバイポーラ
トランジスタと同様に、ｐ型頭域内に注入された電子及
びｎ型第２領域内に注入された正孔が少数電荷キャリア
を構成し、装置のスイッチング動作時に電荷蓄積時間遅
れを生ずる。この遅延は電子源をスイッチングして装置
により放出される電子束を変える速度を制限する。

実際上、（薄い第８領域を仕事関数低減材料で被覆する
にもかかわらず）加速された電子の小部分のみが表面領
域から飛び出すのみである。放出されなかった大部分の
電子は第８領域の電極接続導体から電流として引き出さ
れる。表面領域がら飛出す電子の数を最大にするために
は第８領域を極めて薄くするのが望ましい。前記英国特
許第８８００８６号明細書にはその厚さを０．０１〜１
０マイクロメートルの厚さ範囲とする旨記載されている
。しかし、コレクタ電流をペース制御するｎｐｎ　）ラ
ンジスタ構造として作用させるためには前記英国特許第
８３００８６号明細書に記載されている装置のｎ型第８
ｆ域をトランジスタのエミッタ効率を劣化することなく
第１及び第２領域と比較して極めて高い不純物濃度にす
ることはできないので、実際上第８領域の厚さを１マイ
クロメートルより著しく薄くする場合には第８領域は高
い　　１電気抵抗値を有するものとなる。その結果、電
子　　〈源をスイッチングし得る速度がこの高いコレク
タ　　」抵抗と、関連する接合容量とから成るＲ、Ｏ，
時定数により更に制限されることになる。更に、ｎ型　
　２第２領域は良好なエミッタ効率を得るために高い不
純物濃度にする必要があるため、ｐ型筒１領域とのｐｎ
接合は大きな容量を有するものとなり、　　　１これが
トランジスタ構造のベース抵抗を経て充電　　１されな
ければならないために電子源の応答速度が更に制限され
る。

前記英国特許第８３００８６号明細書に開示されている
装置を動作させるにはｎｐｎ構造の各領域に電極接続を
行なうことが不可欠である。８つの各別の電極接続に対
するこの要件は電子源の構造及びその製造を複雑にし、
特に斯る装置の二次元アレーを共通の半導体本体に製造
する必要がある場合にその構造及び製造を複雑にする。

斯る二次元　　１アレーは撮像装置２表示装置及び電子
リングラフ　　１電極接続用の接点領域を設けるために
は一般にそ７）ｐ型領域をｎ型第８領域の側面に沿って
表面領威上まで延在させる必要があるが、このようにす
５とｐｎ接合面積、従って接合容量が増大するたり電子
源の応答速度が更に減少することになる。

本発明の目的は上述した欠点を除去することにちり、こ
の目的のために本発明は上述した種類の亀子放出半導体
装置において、前記ｎｐｎ　Ｍ造は前゛ＥＮ型第型筒び
第８領域に電極接続導体を具え、巨つ前記ｐ型筒１領域
は、前記接続導体間に充分傷い電位差を供給して前記第
８領域を前記第２領駿に対し正にバイアスし熱い電子を
前記ｎ型第８順城に注入して前記半導体本体の表面領域
における電子仕事関数を越える状態に設定するまでは、
前記ｎ型第２領域から前記ｎ型第８領域へ流れる電子流
を制限する障壁領域を形成するが、前記ｐ曜障壁領域は
、前記電位差が供給されたときに前記ｐ型第１領域と前
記ｎ型筒２及び第８領域との間のｐｎ接合と関連する空
乏層が互に接触して前て空乏化されて前記熱電子の注入
状態が設定されるような厚さ及びドーピング濃度を有す
ることを特徴とする。

斯る電子放出半導体装置は構造が簡単であると共に、高
い応答速度を有し放出電子束を高速変化し得る電子源を
構成するので、共通半導体本体内に斯る電子源のアレー
として容易に製造することができる。

ｐ型障壁（第１）領域は少くとも熱い電子の注入状態に
設定されると両側の空乏層の接触により完全に空乏化さ
れるため、この電子源は少くともこの電圧レベル近辺で
動作するときはニニボーラ多数キャリア装置として動作
するので、少数キャリアの蓄積による遅延は回避される
。また、空乏化された第１領域は（バイポーラトランジ
スタのベース領域として動作する代りに）ｎ型第２及び
第８領域間において負の空間電荷障壁領域として動作す
るため、ｎ型第８領域はその導電型決定不純物濃度をｐ
型第１領域及びｎ型第８領域の少くとも第１領域と隣接
する部分の導電型決定不純物濃度よりも高くすることが
できる。即ち、この第８領域は極めて高い濃度、例えζ
Ｊ少なくとも１ｏ１９不純物象子／ｃ１１Ｉ８に、或い
は縮退濃度にドープすることができるため、その電気抵
抗値を極めて低くすることができる。このことは、第８
＠域に注入されたが表面領域から放出されなかった電子
を引き出すために重要である。この第８領域の極めて高
い不純物濃度は、表面領域と第８領域への熱い電子の発
生点との間の距離を最小に維持して電子源の効率を最大
にするのにも重要である。これと比較してｎ型第２領域
２は低不純物濃度とすることができるため、第１及び第
２領域間の接合容量を最小にすることができる。更に、
中間第１領域には電極接続導体を設ける必要がないので
、第１゜第２及び第８領域を簡単な層構造に構成し、関
連する容量を小さくして電子源の応答速度を更に改善す
ることができる。

本発明装置においては、有孔絶縁層をその厚ぎの少くと
も一部に亘って半導体本体内に埋設して半導体本体にこ
の埋設絶縁層で側面から囲まれた少なくとも一つの半導
体部分を形成し、この部分内に少なくとも第１及び第８
領域を形成してこれら領域の側面を前記埋設絶縁層によ
り限界することにより特にコンパクトで信頼できる低容
量の構造が得られる。斯る半導体部分の構造は共通半導
体本体内に並べて製造して後に詳述するように特に相互
接続構成が簡単な二次元アレーの電子源を製造するのに
有利である。

更に、ｎ型第２及び第８領域間に形成される電位障壁を
中間第１領域のドーピング濃度及び厚さを適当に選択し
て調整して、熱い電子が第８領域内に、この領域を横切
って表面領域まで進みその電子仕事関数を越えるのに丁
度よいエネルギーで注入されるようにすることができる
。これがため、電子仕事関数を越えるのに必要な最小の
電位差よりも著しく大きくない電位差を供給することに
より高い電子放出効率を達成することができるため、電
子源の電力損を最低に維持することができる。

同一の目的のた−めに、電子が放出される表面頁域を電
子仕事関数低減材料で被覆して該領域の電子仕事関数を
低減するのが一般に好適である。

本発明電子放出半導体装置は更に真空状態を維持し得る
真空容器と組み合わせ、電子放出半導体装置を真空容器
内にマウントして動作中真空容器内に電子を放出する装
置を構成することができる。

斯る装置は例えび陰極線管、撮像装＠１表示装置又は超
小形固体装置の製造に使用される電子リソグラフィー装
置とすることができる。

図面につき本発明の種々の実施例を説明する。

各図は線図であり、一定の倍率で描いてない。

各図の種々の部分の相対寸法は図を明瞭とするために著
しく拡大したり縮小したりしである。種々の実施例にお
いて対応する部分には同一の符号を使用しである。

第１図はｐ型の第１領域１をｎ型の第２及び第８領域２
及び８間に設けて成るｎｐｎ構造を具える単結晶シリコ
ン半導体本体１０から成る電子源を示す。電子はこのｎ
ｐｎ構造内に発生され、第１図に矢２４で示すように第
２領域２から第１及び第８領域】及び８を経て本体１０
の表面領域４から自由空間２０に放出される。

本発明においてはｎｐｎｐ造２−１−８はｎ型の第２及
び第８領域のみに電極接続導体を設ける。

これら電極接続導体は領域２及び８とそれぞれオーム接
点を形成する金属層１２及び１８で形成することができ
る。ｐ型空間領域１は、電極□接続導体１２及び１８間
に電位差Ｖを供給して第８領域８を第２領域２に対し充
分正にバイアスして表面領域番と自由空間２０との間の
電子仕事関数を越える充分なエネルギーを有する熱い電
子２４が領域ｓ内に注入される状態に設定するまでは、
領域２から領域８への電子２斗の流れを制限する障壁領
域を形成し、このｐ型空間領域１には電極接続導体を設
けない。この障壁領域１はｎ型領域２及び３の双方とｐ
ｎ接合を形成すると共に、この障壁領域１は前記電位差
が供給されると領域１内に拡がるこれらｐｎ接合の空乏
層が互に接触して空乏化されるような厚さ及び不純濃度
を有する。

本発明では第１図に示すように、有孔絶縁層１１を半導
体本体１０内にその厚さの少なくとも一部に亘って埋設
して埋設絶縁層１１で側面から限界された少くとも一つ
の半導体部分９を形成する。領域１及び８をこの部分９
内に形成してそれらの側面を絶縁層１１で限界する。こ
のようにすると、電極接続導体１８が部分９の上表面に
ｐ副領域１と接触することなく高信頼度に設けられた極
めてコンパクトな低容量構造を実現することができる。

更に、電極接続導体１８を形成する金属層は絶縁層１１
上で拡大して外部接続導体（例えばワイヤ）をボンディ
ングし得る広い接点領域を形成することができる０部分
９の上表面は電子２４が放出される表面領域鳩を提供す
る。金属層１８が充分薄い場合には、この金属層は表面
領域鳴止を延在ぎせることもできる。しかし、金属層１
８は第１図に示すように厚くして部分９の周縁部で領域
８と接触させるのが好適である。

第１図の装置においては、領域２は低固有抵抗のｎ型基
板２ａ上の高固有抵抗のｎ型エピタキシャル層により形
成することができる。基板２ａは、基板２ａの背面全面
上に設けることができる金属層１２への低抵抗接続導体
を構成する。斯る基板構成は本体１０に一つの電子源の
み番有する装置に特に好適である。しかし、この構成は
共通半導体本体内にこれらの電子源を複数個具える装置
にも使用することができ、この場合には共通半導体本体
に共通の領域２と共通の接続ｉ体１２を設けると共に、
各別の領域１及び８を有する個々の電子源の電極接続導
体１８を個別に設ければよい。

第１図の装置の製造について以下に説明する。

例えば５Ω・国の固有抵抗（約１０１５原子／ｃｍ”　
　）及び例えば５μｍの厚さを有するリンドープシリフ
上に既知の方法でエピタキシャル成長する。絶縁層１１
はこのエピタキシャル層の主表面に、既知の熱酸化技術
を用いてシリコン表面から例えば０．１μｍ以上の充分
な深さまで局部的に形成することができる。採用する特
定の深さは特定の厚さの領域１及び８を完全に収容する
のに必要な部分９の厚さにより宙まる。次に、領域１及
び８はメサ部分９内にイオン注入により形成することか
で一部るｏｐ型領領域１形成には例えば２　Ｘ　１０１
４Ｃｍ−”のドーズ量及び例えば４．５　ＫｅＶのエネ
ルギーのホウ素イオンを用いることができると共に、領
域３の形成には例えば５　Ｘ　１０１４ｃｍ−”のドー
ズ蓋及び１０Ｋｅ■のエネルギーのヒ素イオンを用いる
ことができる。注入イオンのアニール後、アルミニウム
とし得る金属層１８及び１２を設けて電極接続導体を形
成する。このようにすると、約５ナノ秒以下の応答時間
を有し電極１８に供給する電圧を約４ボルトのレベルを
中心に切り換えることにより放出電子の高速変調を行な
うことができる電子陣を得ることができる。この極めて
高い動作速度は１熱い電子２４の注入状態が設定される
と領域１が空乏化されるため、及び部分９内のｎｐｎｉ
造は関連する容量が極めて低いため１及びｎ型領域８は
高いドーピング濃度を有するための結果である。

ｎ型領域８の最終的に得られるドーピング濃度及び厚さ
は使用する特定のイオンの種類、エネルギー及びドーズ
量とアニール条件により決まる。

０．０２５μｍの推定厚さ及び５Ｘ１０”ロー３の推定
ドーピング濃度は前記５　Ｘ　１０　”Ｃｍ−”７１０
　Ｋ６Ｖ　テ注入したヒ素イオンを真空中において７０
０℃でアニールすることにより形成することができる。

斯る薄い領域８を使用すると領域８における電子２４の
エネルギー損失が低くなって表面領域４からの電子の放
出が増大する。表面領域４から放出されなかった電子は
電極接続導体１８を経て引き出される。このｎ型領域８
はその厚さが薄いにもかかわらず高いドーピング濃度を
有するので、放出電子束の高速変調に有効な充分低い抵
抗値を示す。

障壁領域１のドーピング濃度及び厚さも特定のイオンの
種類、エネルギー及びドーズ量とアニール条件により決
まり、領域２及び８間に所望の高さの電子に対する電位
障壁が発生すると共に少くとも所定の最小値の電位差Ｖ
が与えられたときにのみ領域ｌが空乏化されるように選
択することができる。前記２　Ｘ　１０”イ”／　４．
５　ｘｅｖの注入ホウ素イオンを真空中において７００
°Ｃでアニール処理すると、得られる障壁領域１は約０
．０５μｍの厚さ及び約２Ｘ１０　　ｅｌｍ　　のドー
ピング濃度を有するものとなり、領域２から領域８への
電子流に対し約４ポル“トの電位障壁を発生する。この
場合、この障壁領域１は零バイアスのときはｐ型領域１
とｎ型領域２及び８との間のｐｎ接合の空乏層によりそ
の厚さの一部が空乏化されない。これらの空乏層を領域
１の厚さ全体に拡げるためには少くとも所定の最小値の
電位差■を供給する必要がある。

このように空乏層のいわゆる１パンチスルー”により領
域ｌを完全に空乏化するのに必要な電位差■の値は領域
】のドーピング濃度と厚ざにより決まる。領域１がその
厚さ全体に亘って空乏化されるまでは、領域】の非空乏
化部分が領域８への熱い電子２４の注入を禁止し、バイ
アス電圧を供給するとこのバイアス電圧は注入される電
子分布のエネルギーを増大する作用をなす。こうして電
子２４の注入が発生する際、注入された電子２４の工葎
ルギーを電子仕事関数より著しく高くして表面領域４か
らの電子放出効率を高くすることができる。この模様を
第２図に示す。

第２図において、曲Ｍａは熱的に平衡した零バイアス状
態における電子源内から自由空間までの電子エネルギー
及び電位分布図を示すものである。

曲線すは領域２及び８間に領域１を完全に空乏化するの
に丁度充分な電位差を印加した状態における同様の図を
示すものである。曲線ａとｂを比較すると明らかなよう
に、領域８と自由空間２０との間の表面障壁の電位が領
域２に対し低レベル（一層圧）に変化するため、電子注
入が生ずると、注入電子２４のエネルギーは対応する量
だけ上昇したものとなる。領域１を完全に空乏化するの
に必要な電位差Ｖは領域１の厚さ及びドーピング濃度に
より決まり、例えば約４ボルトとすることができる。バ
イアスＶをこの最小値以上に増大すると、領域２及び８
間の障壁の高さが減少して領域３内への電子流が増大す
る。

領域２及び８間の障壁の高さは、ｎ型領域８内に注入さ
れる電子２４が領域８を横断すると共に区域鳴の電子仕
事関数を越えるのに丁度よいエネルギーを有するものと
なるように選択することができる。この電子仕事関数は
清浄なシリコン表面の場合には４〜５８Ｖである。しか
し、第１図に示すように、表面領域４には既知のように
電子仕事除数を低減する材料、例えばバリウム又はセシ
ウムで被覆することができる。この場合には電子仕事関
数は約２　ｅＶに減少する。障壁領域】がパンチスルー
により空乏化されると共に約４ボルトの障壁高ざを有す
る上述した第１図の電子源の特定の例には斯るセシウム
被膜１４を設ける。この装置に約４ボルトの電位差Ｖを
印加すると、熱い電子２４が障壁領域−１を横切って注
入され、表面区域鳴から自由空間２０に良好な効率で放
出される。

ハンチスＡ／−構造の代りに、零バイアスのときに領域
１の両側の空乏層が領域ｌ内で互に接触して零バイアス
時でも空乏化される障壁領域ｌを用いることもできる。

これは、＃Ｉ１図の構造において領域１の厚さを増大す
ると共に隣接する領域２ノト一ヒンメ濃度を増大するこ
とにより達成することができる。零バイアス時でも空乏
化される障壁領域１は米国特許第４１４９１７４号明細
書により多数キャリアダイオード、ホットエレクトロン
トランジスタ及びホットホールトランジスタに対して既
知である。障壁領域１を零バイアスで略々完全に空乏化
された状態に維持する共に特定の障壁高さを得るための
条件についてはこの米国特許第４１４９１７４号明細書
を参照されたい。本発明装置の特定の例においては、零
バイアスで空乏化されると共に約８ボルトの障壁高さを
有する障壁領域ｌを、２　Ｘ　１０１？リン原子／ｃＪ
Ｉのｎ型ドーピング濃度を有するエピタキシャル層２と
、０．１２５μ電の厚さ及び２．５　Ｘ　１０”　（Ｊ
−’のドーピング濃度を有する領域ｌを用いることによ
り得る。米国特許第４１４９１７４号明細書に開示され
ている高品質ダイオードと比較して、これら領域１，２
の厚さ及びドーピング濃度の選択値は領域８に注入され
る電子のエネルギーを増大するために、１１１！領域１
（７）タイオードとして理想的な値から故意にずらせで
ある。

第２図につき説明したパンチスルー障壁領域１を有する
電子源と比較して、零バイアス時に空乏化される領域１
を有する斯る電子源は印加電圧Ｖが極めて低いレベル（
零ポルト又は略々零ボルト）にスイッチされたときでも
少数キャリア（正孔）が略々完全に空乏化されるという
利点を有する。

しかし、このような極めて低い電圧レベルは本発明電子
源をスイッチオフするには必要ない。その理由は、この
スイッチオフは印加電圧を電子２４の放出を生起するの
に必要なレベル（前述したように８〜４ボルトとするこ
とができる）より僅かに低くすることにより達成するこ
とができるためである。更に、完全に空乏化された障壁
領域１を有する断る電子源のエピタキシャル層２の増大
したドーピング濃度は領域１及び２間の接合の容量を増
大すると共に、領域１の増大した厚さは表面領域４と障
壁領域における熱い電子２４の発生点との距離を増大す
る。これらの点から、零バイアス時に空乏化される障壁
領域１よりもパンチスルー障壁領域１を用いるのが有利
である。

埋設絶縁層１１及び半導体部分９を有する第１図の構成
によれば極めて低い容量を有する極めて簡単なｎｐｎ構
造を製造することができる。本発明電子源の他の構成例
を第８図に示す。本例では絶縁層１１を本体１０内に領
域ｌ及び８の深さに亘って埋設せず、領域２と１間及び
１と８間のｐｎ接合をｐ型及びｎ型の深い環状領域２１
及び２８により本体１０の上表面まで延長する。更に、
表面領域４から電子を放出する状態に設定されていると
きでも、ｐ型領域２１はｎ型領域Ｂ８とｎ型エピタキシ
ャル層２との間のその厚さの一部が完全に空乏化されな
いようにする。ｎ型領域２８は金属電極１８の接点領域
として作用する。領域２１及び２８は領域１及び８をイ
オン注入処理により形成する前に別々のドーピング工程
で形成する。

本発明による第１，２又は８図の装置構造は真空容器を
有する種々の装置に電子源として組み込むことができる
。第４図は斯る装置の一例の陰極線管の例を示す。この
第４図の装置はフレア一部と内面にけい光スクリーン８
４が被覆さ・れた端壁を有する真空管８８を具える。管
８８は気密封止されて真空室２０を有する。管３８内に
は集束電ｉ２５．２６と偏向電極２７．２８を具える。

電子ビーム２４は半導体本体ｌｏ内に形成された本発明
による一個又はそれ以上の電子源から発生される。本体
１０は管８８内のホルダ２９上にマウントし、金属層１
２，１３と管８８のベースを貫通する端子ビン８０との
間を電気接続する。本発明による斯る電子源は例えばビ
ディフン形の撮像装置に組み込むこともできる。他の可
能な適用製電としては、本体１０の電子源により発生さ
れた変調された電子流によりターゲット上に情報を表わ
す電荷パターンを記録し、次いでこの電荷バタ−ンを同
一の電子源により発生される一定電子ビームにより読取
るようにしたメモリ装置がある。

本発明による電子源を共通半導体本体内にアレーとして
製造するにはシリコン集積回路の製造に使用されている
既知の技術を使用することができる。この製造は、本発
明による電子源は２個のｎ型領域８及び２にのみ電極接
続導体を有する簡単なｎｐｎ構造であることにより容易
に行なうことができる。ｔｓ５及び６図は個々に制御し
て、各々の電子放出を調整することができる斯る電子源
の二次元アレーの一例を示す。第５及び６図の装置の本
体１０は一方の主表面に完全に絶縁分離された部分９の
二次元アレーを具え、その各部分９に第１図に示された
ものと同様のｎｐｎ電子放出構造を具える。しかし、本
例では本体１ｏのバルク部分は高ドープｐ型材料とし、
このバルク内に第２領域２をｎ型のアイランドとして設
ける。個々の電子源はＸ−Ｙクロスバ−システムに一緒
に接続する。アレーの各Ｘ方向の部分９のｎｆｉ領域δ
はＸ方向に延在してメサ部分９の上表面において領域８
と接触する共通の電極接続導体１．９　（１）　。

１３　（２）　、−−−−一を有する。領域２を構成す
るｎ型アイランドはアレーのＹ方向に延在して各Ｙ方向
の個々のｎｐｎ電子源のｎ型領域２を共通アイラ２２（
２）を第６図に示す）を介してそのストライプと接触す
る電極接続導体１２（１）　、　１２（２）　、　１２
（８）−機能ｍ−を有する。これらの接点領域はｎ型領
域８と同一のドーピング処理により酸化物で囲まれた個
々の部分に形成することができる。これら接点領域部分
はｐ型領域１を形成するのに使用されるドーピング処理
に対してはマスクする。Ｘ−Ｙアレーの個々の電子源は
、関連する電極接続導体１２（１）、１２（２）　−＋
　ｗ−及び１８（１）　、　１３（２）　。

−機能ｍ−を選択し、それら導体に動作電圧ｖ（ｙ）及
び■（３）を供給、してその領域δを領域２に対し正に
バイアスすることにより駆動制御することができる。

種々の大きさのバイアスＶ　（ＸＩ）　、　Ｖ　（Ｘ２
）　、　−−−ｉＶ　（Ｙｌ）　、　Ｖ　（Ｙ２）　、
　−−”””−を種々の接続導体に供給することにより
種々の電子源から種々の電子束２４を発生させてアレー
全体から所望の電子束パターンを発生させることができ
る。

斯る二次元アレー装置は表示装置の電子源として特に有
効であり、この表示装置は第４図の陰極線管の真空管８
８よりもつと平たい真空管を有するものとすることがで
きる。斯る平形表示装置においては、陰極線管のような
一本の電子ビームを偏向する伐、りに管の一側にマウン
トされた半導体本体１０の電子源アレーから種々の電子
束パターンを発生させることにより管の他側のけい光ス
クリーン８４上に画像を発生させることができる。

斯る二次元の電子源アレーは半導体装置、集積回路及び
他の超小形固体装置の製造に使用される電子リンルブラ
フィー装置にも有用である。この周速においては電子源
アレーを露光装置の室内に電子源としてマウントする。

この室は真空ポンプに連結して露光中真空にする。製造
すべき固体装置の本体をこの室内に入れ、その表面上の
電子感応レジスト層を電子源アレーからの電子束パター
ンに、例えば電子レンズ系を介して露光する。斯る後に
固体装置の本体を露光室から取り出し、更に既知の方法
で処理する。半導体電子源の二次元アレーを表示装置及
び電子リソグラフィー装置ｔしこ使用することは英国特
許公開第２０１８３９８Ａ号として公開された英国特許
出願第７９０２４５５’号に既に記載されており、詳し
くはこれを参照されたい。

第５及び第６図の構造には図を明瞭とするために被膜１
４は図示してない。しかし、断る被膜１４を第５及び第
６図の装置の各ｎｐｎ電子源メサ部分の表面領域４に設
けることができる。第５及び第６図は一例として電子放
出表面領域４における電極接続導体の孔を矩形として示
しであるが、これらの孔は他の形状、例えば円形にする
こともできる。特に大きな二次元アレーの場合には高導
電率のｎ型埋込領域を各ｎ型ストライブ２（１）。

２　（２）　、　２　（８）　、　−−＝−の底面に沿
って設けて直列抵抗を低減することができる。

本発明においては多くの変形が可能である○ｎｐｎ構造
はｎ型の第２及び第８領域２及び８にのみ電極接続導体
を設ける必要があるが（即ち中間領域１には電極接続導
体を設ける必要がないが）本発明による電子源の半導体
本体１０にはｎｐｎ構造２−１−８に接続しない追加の
電極を設けることもできる。例えば、本発明電子源には
半導体“表面から絶縁、され且つ電子２４を放出するｎ
型第８領域８の表面領域の周囲に位置する加速電極を付
加することができる。こ′の場合にはｎ型第８領域３は
電子２４が放出される表面領域４から遠く離れた区域に
おいて深いｎ型接点領域を介してその電極接続導体１８
と接触させることができる。

本発明とは異なるタイプの絶縁された加速電極の使用に
ついては前記英国特許出願公開 第２０１８１３９８Ａ号に既に開示されており、これを
参照されたい。斯る追加の電極は偏向用に、表面領域４
の周囲に位置する２個以上の別個の電極に分割すること
もできる。

単結晶シリコン本体ｌＯの代りに本発明電子源の半導体
本体は他の半導体材料、例えばＩ−ｖ半導体化合物、又
はガラスその他の適当な材料の基板上に堆積された多結
晶シリコン或は水素添加アモルファスシリコンとするこ
ともできる。

第１〜６図について説明した例においては、ｎ型第８．
領域が電子２４を自由空間に放出する表面領域４となっ
ているが、このｎ型第８領域を表面領域４から、少くと
も一つの追加のｐ型不純物ドープ領域により分離し、こ
のｐ型頭域により半導体本体内に電位ピークを導入して
表面区域４に隣接して区域４の半導体表面からの電子２
４の放出を助け、る電界を発生するように構成すること
もできる。斯るｐ型不純物ドープ電界領域を有する電子
源は本願人に係十本願と同日出願に開示され、特許請求
されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明半導体装置の一例の一部の断面図、 第２図は斯る半導体装置のバイアス状態と無バイアス状
態におけるエネルギー分布図、第８図は本発明半導体装
置の他の例の一部の断面図、 第４図は本発明電子源を具える陰極線管を示すＩｓ図、 第５図は本発明半導体装置の他の例の一部の断面図兼斜
視図、 第６図は第５図と直交する方向に見た第５図の半導体装
置の一部の断面図兼斜視図である。 １・・・ｐ型筒１領域　　　２・・・ｎ型第２領域２ａ
・・・半導体基板　　　３・・・ｎ型第８領域４・・・
電子放出表面領域 ９・・・半導体部分（メサ部分） １０・・・半導体本体　　　１１・・・埋設絶縁層１２
．１３・・・電極接続導体 １４・・・仕事関数低減材料被膜 ２１・・・深いｐ型頭域　　２８・・・深いｎ型領域２
４・・・電子　　　　　　２０・・・真空室２５．２６
・・・集束電極　２７．２８・・・偏向電極２９・・・
ホルダ　　　　　８０・・・端子ビン８８・・・真空管
　　　　　　８４・・・けい光スクリーン２（１）　、
　２（２）　−−−−−−−・ｎ型ストライプ（共通＊
ｇ領領域１　ｇ（１）　、　１２（２）　−−−−−・
・・電極接続導体１８（１）　、　１８（２）−−−”
−・・・電極接続導体Ｖ（Ｘｌ）、Ｖ（Ｘ２）−−−１
Ｖ（Ｙｌ）、Ｖ（Ｙ２）−−−−−−バイアス電圧 ２２（２）・・・接点領域。 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペン７アプリケン 第１頁の続き ０発　明　者　へラルダス・ゲゴリウス・ベトラス・フ
ァン・ゴルコム オランダ国５６２１ベーアー・アイ ンドーフエン・フルーネヴアウ ツウエツハ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体本体内に、ｐ型の第１領域をｎ型の第２及び
   第８領域間に挾んで成るｎｐｎ構造を具え、該ｎｐｎ構
   造内に電子を発生すると共にその電子を第２領域から第
   １及び第８領域を経て半導体本体の表面領域から放出し
   得る電子放出半導体装置において、前記ｎｐｎ構造は前
   記ｎ型筒２及び第８領域に電極接続導体を具え、且つ前
   ｆＩｐ型第１領域は、前記接続導体間に充分高い電位差
   を供給して前記第８領域を前記第２領域に対し正にバイ
   アスし熱い電子を前記ｎ型第８領域に注入して前記半導
   体本体の表面領域における電子仕事関数を越える状態に
   設定するまでは、前記ｎ型第３領域から前記ｎ型第８領
   域へ流れる電子流を制限する障壁領域を形成するが、前
   記ｐ型障壁領域は、前記電位差が供給されたときに前記
   ｐ型筒１領域と前記ｎ型筒２及び第８領域との間のｐｎ
   接合と関連する空乏層が互に接触して前記障壁領域の少
   くとも一部がその厚さ全体に亘って空乏化されて前記熱
   電子の注入状態が設定されるような厚さ及びドーピング
   濃度を有することを特徴とする電子放出半導体装置。 ｉ　特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記ｎ
   型第８領域は前記ｐ型筒１領域の導電型決定ドーピング
   濃度及び少くとも前記ｎ型第２領域の前記第１領域と隣
   接する部分の導電型決定ドーピング濃度よりも高い導電
   型決定ドーピング濃度を有することを特許とする電子放
   出半導体装置。 ＆　特許請求の範囲第１又は２項記載の装置において、
   少くとも前記ｎ型第２領域の前記第１領域と隣接する部
   分は前記第１領域の導電型決定ドーピング濃度より低い
   導電型決定ドーピング濃度を有することを特徴とする電
   子放出半導体装置。 ４　特許請求の範囲第１，２又は８項記載の装置におい
   て、有孔絶縁層をその厚さの少くとも一部に亘って半導
   体本体内に埋設して半導体本体内にこの埋設絶縁層によ
   り側面から囲まれた少くとも一つの半導体部分を形成し
   、該半導体部分内に前記第１及び第８領域を形成してこ
   れら領、域の側面を前記埋設絶縁層により限界したこと
   を特徴とする電子放出半導体装置。 ＆　特許請求の範囲第４項記載の装置において、前記埋
   設絶縁層で限界された半導体部分の上表面を電子が放出
   される前記表面領域となし、電極接続導体を前記半導体
   部分の上表面において前記第３領域と接触させると共に
   前記埋設絶縁層上を延在させたことを特徴とする電子放
   出半導体装置。 ａ　特許請求の範囲第１〜５項の何れか一項記載の装置
   において、前記半導体本体は一方の主表面に前記ｎｐｎ
   構造の二次元アレーを具え、該アレーの一方向のｎ型第
   ８領域は該一方向に延在する共通の電極接続導体を具え
   、且つ該アレーの前記一方向と直交する方向のｎ型第２
   領域は該直交方向に延在する共通のｎ型ストライプ領域
   を形成することを特徴とする電子放出半導体装置。 ７、　特許請求の範囲第１〜６項の何れか一項記載の装
   置において、前記障壁領域は・−零バイアス時には前記
   障壁領域と前記ｎ型筒２及び第８領域との間のｐｎ接合
   の空乏層によりその厚さの一部が空乏化されないように
   し、前記空乏層を前記障壁領域の厚さ全体に拡げて前記
   表面領域の電子仕事関数を越えるのに充分なエネルギー
   を有する前記熱い電子の注入状態を設定するためには前
   記電極接続導体間に少くとも所定の最小値の電位差を供
   給する必要があるようにしたことを特徴とする電子放出
   半導体装置。 ＆　特許請求の範囲第１〜６環の何れか一項記載の装置
   において、前記障壁領域の厚さ及びドーピング濃度は、
   零バイアス時に前記障壁層と前記ｎ型筒２及び第８領域
   との間に形成される空乏層が前記障壁領域において少く
   とも互に接触するような値にしたことを特徴とする電子
   放出半導体装置。 張　特許請求の範囲第１〜８項の何れか一項記載の装置
   において、前記表面領域は電子仕事関数を低減する材料
   で被覆したことを特徴とする電子放出半導体装置。 １０、　　特許請求の範囲第１〜９項の何れか一項記載
   の装置において、前記半導体本体の少くとも前記ｎ型第
   ８領域の周辺部に沿って半導体本体゛から絶縁された少
   くとも一個の電極を設けたことを特徴とする電子放出半
   導体装置。