JPS5887733A - 電子流放出半導体装置 - 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】 〔従来技衿および産業上の利用分野〕 本発明は、ｎ型の第１領域と第２領域とを有する半導体
本体を具える電子流放出半導体装置であって、前記の第
１および第２領域はこれら第１および第２領域間に位置
するｐ−ｎ接合を有する障壁によって互いに分離されて
おり、前記の半導体装置が更に前記の第１および第２領
域に対する電極部を具えており、これら電極部により前
記の第１領域を前記の第２領域に対して正にバイアスす
る電位差を前記の障壁にまたがって印加し、これにより
前記の第２領域から前記の障壁を横切って前記の第１領
域内に注入され、前記の半導体本体の表面区域から放出
される熱い電子の供給を達成するようにした電子流放出
半導体装置に関するものである。また本発明はこのよう
な半導体装置を有する装置にも関するものである。

このような半導体装置は、陰極線管、撮像装置、表示装
置ｉｔ或いは電子リソグラフィに対する電子源として用
いられている。

上述した半導体装置は英国特許第８８００８６号明細書
に記載されている。

この英国特許第８８００８６号明細書に記載されている
主な形態のものでは、第２領域がｐ型溝電性であり、障
壁が、ｐ型筒２領域とｎ型第１領域との間に形成された
１つのｐ−ｎ接合によって与えられている。この１つの
ｐ−ｎ接合は、第１および第２領域に対する電極部間に
充分大きなＹ電位差を与えることにより逆バイアスされ
てなだれ降服する。この英国特許明細書に記載されてい
る場合のすべてにおいて、熱い電子（ホットエレクトロ
ン）を放出する半導体本体表面区域はｎｖ第１領域の表
面である。このｎ型表面領域は電子の仕事関数を減少さ
せる材料で被覆されている。この被覆にもかかわらず、
ｎ型表面領域の電子との実効親和力は可成り大きく、実
際に、なだれ降服において電子の運動工率ルギーは高く
なるにもかかわらず、熱い電子のうち極めてわずかの割
合の電子（通常１％よりも著しく少ない電子）しか自由
空間に放出しえないということを確かめたＯｎ型第１領
域内に注入される熱い電子の大部分は、表面区域と一致
する半導体本体の境界で量子力学的な反射を受ける。

〔発明の目的〕

本発明の目的は電子放出効率を高めた電子流放出半導体
装置を提供せんとするにある。

本発明は、熱い電子が半導体本体の表面区域から反射さ
れてｎｇ第１領域内に戻される可能性を、この表面区域
に隣接する半導体本体内に、熱い電子を前記の表面区域
の方向に加速する強力な電界を形成することにより減少
せしめ毬ことができ、極めて肉薄な表面領域内にｐ型の
ドーピング製産を与えることにより、熱い電子をｎ型第
１領域内に注入する機構に妨害を及ぼすこと無く、且つ
表面区域へのこれら熱い電子の通路中でのこれら電子の
散乱が著しく増大すること無く、表面区域からの熱い電
子の放出を援助する前記の電界を半導体装置内に導入せ
しめつるという事実を確かめ、かかる認識を基に成した
ものである。

〔発明の構成〕

本発明は、ｎ型の第１領域と第２領域とを有する半導体
本体を具える電子流放出半導体装置であって、前記の第
１および第２領域はこれら第１および第２領域間に位置
するｐ−ｎ接合を有する障壁によって互いに分離されて
おり、前記の半導体装置が更に前記の第１および第２領
域に対する電極部を具えており、これら電！＃部により
前記の第１領域を前記の第２領域に対して正にバイアス
する電位差を前記の障壁にまたがって印加し、これレニ
より前記の第２領域から前記の障壁を横切って前記の第
１領域内に注入され、前記の半導体本体の表面区域から
放、出される熱い電子の供給を達成するようにした電子
流放出半導体装置において、前記の半導体本体が、熱い
電子を放出する前記の表面区域に隣接するｐ型表面領域
を具え、該表面領域が、前記のｎ型第１領域と前記の表
面区域との間で、前記の表面区域から離間した位置に電
位のピークを形成し、これにより半導体本体内に・電子
を前記の表面区域の方向に加速するドリフト電界を生せ
しめるようにする作用をするようにしたことを特徴とす
る。

〔発明の効果〕

本発明による半導体装置においては、ｎ型第１領域内に
注入される熱い電子が、著しい量子力学的反射を生じる
ことなくｐ型表面領域の電位ピークに打ち勝ちうる０そ
の理由は、この電位ピークは表面区域に相当する半導体
本体の境界から離間されて半導体本体内に位置する為で
ある。熱い電子は上記の電位ピークを横切った後に表面
区域へ向う方向のドリフト電界による加速影響を受ける
。

従って、熱い電子がｎ型第１領域を通過する際にこの第
１領域内での散乱の結果としてこれら熱い電子の運動量
の広がりが大きくなるおそれがあるが、この加速用のド
リフト電界により表面区域に対し垂直な方向の運動量お
よびエネルギーの平均成分を“高める。これにより、表
面区域に相当する半導体本体の境界における量子力学的
反射の可能性を減少せしめ、熱い電子の放出を援助する
０従って、本発明によれば、熱い電子をｎ型第１領域内
に注入する第１および第２領域機構に妨害を及ぼすこと
無く、表面区域からの熱い電子の放出の効率を改讐する
ことができる。種々の領域の厚さおよびドーピング濃度
を最適化することにより、また表面をセシウムのような
材料で活性化して電子の仕事関数を減少せしめることに
より、このような表面領域にドリフト電界を有する電子
源の電子放出効率は、ｎ型第１領域内に注入される熱い
電子のうち）％よりも多くが表面区域から放出されつる
程度に高めることができる。

〔他の従来技術〕

ｐ型溝電性の表面舞接領域によってｎ型半導体本体内に
形成されたｐ−ｎ接合であって、ｐ型領域およびｎ型半
導体本体部分に対する電Ｓ部間に電位差を与えることに
より順方向バイアスの下で作動させられるｐ−ｎ接合を
有する電子源は既知である。このような既知の電子源は
例えば英国特許第１１４７８８８号（特公昭４９−９２
５５号）明細書に記載されている、。電子はｎ型半導体
本体部分から、順方向バイアスされたｐ−ｎ接合を紅で
ｐ型頭域内に注入され、このｐ型領域はｐ型材料中での
電子の拡散再結会長よりも肉薄であり、電子の仕事関数
を減少させる材料で被覆されている。これらの電子はｐ
型領域を経て拡散し、これら電子の一部が上記の材料で
被覆されたｐ型領域の表面区域から放出される。

このような順方向バイアスｐ−ｎ接合電子源は、被覆材
料および半導体材料の組合せを適当に選択することによ
りｐ副領域の電子親和力を有効に抑圧しつる為、電子親
和力が負の陰極、すなわち１ネガテイブ・エレクト四ン
・アフィニティ・力ｖ　−ト（ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ　ａｆｆ’１ｎｉｔｙ　ｃａｔｈｏｄｅ　
）″とじて知られている１しかし、実際には、電子親和
力の減少度を大きくする為に、半導体材料の禁止帯の鴨
を珪素の禁止帯の幅よりも広くする必要がある。従って
、９れらの電子源に対して、砒化ガリウム、燐化ガリウ
ム、その他の禁止帯幅の広い材料が用いられている。こ
の場合、注入された電子の運動エネルギーはほんのわず
かであり、放出電流はｐ型頭域内で生じるキャリアの再
結合により制限される。この再結合効果を減少させる為
にｐ副領域の厚さを最小にするのは、ｐ型領域中に良好
な電流路を形成したりバイアスの目的の為の別伊の電極
部を設けたりする必要性の為に複雑となるＯｐ型頭領域
中の再結合効果を最小にしたり、順方向バイアスされた
ｐ−ｎ接合における注入効率を高く維持する為には、ｐ
副領域に対するドーピング濃度を極めて高くすることは
望ましいことではない０しかし、注入された電子はｐ副
領域において少数キャリアを構成する為、これら電子源
のスイッチング速度は少数キャリア蓄積効果の為に遅い
。更に、電子の仕事関数を減少させる材料の被膜は電子
源の作動中栓々に失なわれ、従って電子源の寿命が制限
される。

〔発明の効果〕 上述した電子親和力が負の電子源に比べて、本発明によ
れば、第１および第２領域間の障壁を逆バイアスするこ
とにより大きな運動エネルギーを有し表面の方向に向う
熱い電子を発生する電子源を提供するものであり、この
本発明による電子源によれば、表面障壁が存在してもま
た珪素を半導体材料として用いた場合でも優れた電子放
出効率を得ることができる。エネルギーが失なわれるま
での熱い電子の特性長は半導体材料中でのこれら電子の
平均自由工程よりも著しく長く、従ってこれら熱い電子
はｎ型第１領域および平均自由工程程度の厚さを有する
表面領域を特に損失無く通過しつる。１表面領域にｐ型
ドーピング濃度を与えることにより前述したように表面
区域からの電子の放出を援助する有利な電界分布が得ら
れ、また本発明による電子源のこの表面領域は別個の電
［ｉ１部を必要とせず、少くとも電子源、の作動中にこ
の表面領域の厚さ全体に亘って空乏化される程度にこの
表面領域を肉薄にすることができる。従って、本発明に
よる電子源の少数キャリア蓄積効果を無視することがで
き、スイッチング速度が速くなる。

本９発明による電子源においては、表面領域の厚さを電
子の平均自由工程程度とし、熱い電子を表面区域の方向
に加速する際の表面電界の影響を最小にするようにする
のが好ましい。例えば表面領域の厚さを多くともｌＱｎ
ｍとすることができる。

このような肉薄の表面領域は零バイアスの際でも、前記
のｎ型第１領域とで形成される空乏層によってこの表面
領域の厚さ全体に亘って空乏化されうる。このようにす
ることにより極めて大きなドリフト電界が得られ、しか
もこの電子源のスイッチング速度を極めて速くしつる。

ｎ型第１領域に、例えばｎ型ドーパントイオンの注入に
より前記の表面区域から離間したドーピング濃度のピー
クを与えると、製造処理或いは熱い電子を発生する第１
および第２領域の！ＩＩｌ成を著しく複雑にすること無
く、表面区域とｎ型第１領域のドーピング濃度のピーク
部との間にｐ型のドーピング濃度部を与えることができ
る。更に、表面領域は別個の電極部を必要としない為、
このｐ型表面領域の導入により電極部の構造を複雑にす
る必要がない。このことは、ＷＬ電子源アレイを同じ半
導体本体内に形成する場合に特に有利なことである。従
って、表面領域と第１および第２領域とより成る構造体
には２つのみの１！極部を設けるだけで足り、一方の電
極部を第１領域に対するものとし、他方の電極部をｆｓ
２領域に対するものとすればよい。更に、ｎ型第１領域
に対する電極部は表面領域の一部分に接触させることも
できる。

このように電極部を表面領域の一部分に接触させるのは
、ｎ型第１領域に対する電極部を、ｐ型ドーピング濃度
を与える際のマスクとして用いる際に行なうことができ
るっこのようにするのは、前記の構造体の製造を簡単に
するのに有利なことである。

熱い電子はなだれ降服或いは電界放出によって発生しつ
る。従って、前記の第８領域をｐ型導電性とし、第１お
よび第２領域間のＩＩＩＩ！！！を、Ｐ型筒２領域がｎ
型第１領域とで形成するｐ−ｎ接合によって与えること
ができる。

本発明によれば、ドリフト電界を形成するｐ型ドーピン
グ濃度部を、例えば本発明の優先権の基礎となる英国特
許出願と同日出願の英国特許出願第８１δδ５０１号明
細書に記載されているようになだれ降服に必要とする臨
界レベルよりも低い作動電圧で熱い電子を発生する電子
源内にも設けることができる。この場合、前記の第２領
域をｎ型導電性とし、この＃！２領域を、ｎＢＨの第１
および第２領域とでｐ−ｎ接合を形成するｐ型ドーピン
グ濃度を有する障壁領域によってｎ型第１領域から分離
させることができる。

本発明による半導体装置を有し、真空に膳持しうる真空
容器を具える装置の場合、半導体装置を前記の容器内に
装着し、この半導体装置が、真空容器を具える前記の装
置の作動中前記の真空中に電子を放出しつるようにする
。真空容器を具えるこのような装置は、例えば陰極線管
、撮像装置、表示装置或いは超小型ソリッドスラート装
置ｉトすることかできる。従って、真空容器を具える装
置の種類に依存して、半導体本体が単一の電子源或いは
電子源のアレイを有するようにする仁とができる。

〔図面における実施例〕

図面はＳ図的なもので、各部の寸法は実際のものに比例
するものではない。また−実権例で用いた参照符号は一
般に他の実施例における対応部分或いは類似部分を参照
するのにも用いた。

第１図に示す半導体装置は単結晶珪素半導体本体１０を
有しており、この半導体本体はｎ型筒１頭域δを有し、
この第１領域８は障壁領域ｌにより半導体本体１０の第
２領域２から分離されており、ｐ型頭域ｌと第１および
第２領域８および２との間に２つのｐ−ｎ接合が位置す
る。従って、本例ではｎ型領域２および８とでそれぞれ
２つのｐ−ｎｍ＆を形成するあるｐ型ドーピング濃度を
有する領域ｌにより＃壁領域が形成される。この電子源
は領域２および８のそれぞれに対する電極層（Ｉ！極部
）１２および１８を有する。領域２および８に対しオー
ム＋Ａ抗接点を形成する金属層を有するようにすること
のできるこれらの電極層１２および１８は、障壁領域１
にまたがって載位差Ｖを印加し、領域８′ｆ領域２に対
して正にバイアスする作用をし、これにより、領域２か
ら障壁領域ｌを横切って領域δ内に注入され半導体本体
１０の表面区域番から放出される熱い電子（ホットエレ
クトロン）の供給を達成させる。

第１図の半導体装置においては、＃壁領域１を構成する
ｐ型頭域がｎ型領域２および８の双方とでｐ−ｎ接合を
形成し、このｐ型頭域の厚さおよびドーピングａ度は、
少くとも区位差Ｖを印加した際に空乏層が領域１内で互
いに接触合体することにより正孔が空乏化され、表面区
域会および自由空間２０間に存在する電位障壁に打ち勝
つの（こ充分なエネルギーで熱い電子２４が供給されつ
るような厚さおよびドーピングｍ度とする。このような
空乏化障壁領域１を有する電子源は本件の優先権主張に
係る英国特許出願と同日出願である英国特許出願第８１
８８５０１号明細書に記載されている。

本発明によれば、第１図の電子源の半導体本体ｌＯが更
に、熱い電子２４が放出される表［＊Ｉ区域４に隣接し
ｐ型ドーピング濃度を有する戎面領域５を有し、この表
面領域６がｎ型第１領域８と表向区域４との間に電位の
ピークを形成する作用をし、この電位のピークが第２１
１Ｊに示すように半導体本体において表面区域４から離
間されており、電子２４を前記の表面区域４の方向にｍ
連するドリフト電界１５を形成するようにする。このよ
うにすることにより、表面区域４の区域において熱い電
子２４を自由空間２０内に放出するのを援助するのに有
利な電界形状が得られる。

れたこの電極層１８は例えば領域８および５間のｐ−ｎ
接合の全周縁に亘って表面領域６に接触させることもで
きる。領域５の表面区域鳴には仕事関数を減少させる為
の材料、例えばセシウムより戊る極めて肉薄な被膜１４
を被覆する。表面区域４が何も被覆されていない清浄な
珪素表面である場合には、表面４壁は４〜５６Ｖの範囲
にあるが、被膜１４を既知のようにして設けることによ
りこの表面障壁は約２　ｅＶに減少する。

第１図は特にコンパクトで低容量構造の電子源を示す。

孔を有する絶縁層１１ｉゴその厚さの少くとも一部分に
亘って半導体本体１０内しこ埋込み、この埋込み絶縁層
１１によって横方１旬力（画成された半導体手体１０の
少くとも一部分９をｊ杉或するＯ領域ｌおよび３はこの
部分９内に形成されて１．：、す、これらの領域の縁部
を凹んで絶縁層１１によって画成されている。電極層２
１８＆ま表面領域５に接触しうるも障壁領域１に接触す
ることなく部分９のと側面に信頼的に設けることができ
るＯこのＩ在極層１８は絶縁層ｌｌ上に且つこの絶縁ｊ
曽を横１７３つて延在させ、外部接続体（例ｉｋ１ワイ
ヤのｊ踪態σ〕接続体）を接着せしめつる延長接点領域
）２構成するようにすることができる。メサ部分９の上
側面は電子２４を放出する表面区域４を構成する。

第１図の半導体装置におＩ、ｚでＧま、高固有抵１１℃
のｎ型エビタキシル層（ｎ−型）を低固有抵抗のｎ型基
板２ａ上に改良させることにより領域２を形成しつる。

この基板２ａＧｊこの基板２ａの背面全体に亘って延在
せしめつる金属層１ｚに対しイ氏抵抗接続される。この
ような基板構Ｇ蚤は半導体本体１０内に１個のみの電子
源を有する装置の場合に特に適している。しかし、この
ような基板構成な共通半導体本体１０内にＩ＆０１の電
子源を有する装置に対しても用いることができ、この場
合各別の領域１および３を有する各別の電子源に対し領
域２および電極層１２を共通にするも電極層１８は各別
に設ける。

次に第１図に示す特定例の電子源の４遣方法につき説明
する。燐がドーピングされ、固有抵抗が例えば５　Ｑ　
−ｃｗｔ　（約１０１５燐原子／ｅｌｌ”）であり、厚
さが例えば５μｍである珪素層を、燐がドーピングされ
、固有抵抗が例えば０．０５０−　Ｃ１Ｋであり、厚さ
が例えば２４０７７ｍである珪素基板ｚａ上に既知のよ
うにしてエピタキシアル層長させる。絶縁層１１は、既
知の熱酸化技術を用し）て例えるｆ珪素表面よりもｏ、
ｌｐｍ以上深くなる充分な深さとシるまでエピタキシア
ル層の主表面内にｍ６的に形成しつる。選択したこの特
定の深さ瘉ま、特定の岸ざの領域１．３および５を信頼
的に設シすうるよ−にする必要のある部分９の高ざによ
って決まる。

この場合、領域１，３および５をイオン注入により部分
９内に形成しつる。領域１を形成するのに、硼素イオン
を例えばｇｘｌＯ”Ｃ−のドーズ凌および例えば４．５
　ｋｅｙのエネルギーで用り、％る。またｎ型領域３を
形成するのに砒素イオンを例えをｆ５　ｘ　ｌ　Ｏ”ｅ
ｌｌ−”　１７）　Ｆ−スｌｔ＠ヨＵ　１０　ｋｅＶの
エネルギーでイオン注入することができる。ｐ型表１＃
４Ｊ領域５を形成するには、硼素イオンを例え＆ず７．
５　Ｘ　１０”イ”のドーズ量および例えＧｉｏ、８ｋ
ｅｖのエネルギーで局部的にイオン住人する。この第２
の硼素イオン注入＆よ、まず最初に電極ＩＷ１３ｅ設け
、この電極層をイオン注入マスクとして作用させること
により局部的に行なうこと力５できる。この目的の為に
電極層１３を例えＧｉｎ　３□ノ多結晶珪素を以って構
成すること力３できる。例えｌず【真空中７００″Ｃの
温度でイオン注入部をアニー電〕ング処理した後、アル
ミニウムとすることのできる金属層１２を設けて基板２
乙に対するＩＩＥ極層を［形成し、表面区域４にＧま被
膜１４を既知のようにして設ける。

得られる半導体装置の特性は領域１．８および５の各々
に対してｊ＆終的に得られる実効的なドーピングａ度お
よび厚さに依存し、これらドーピングａ度および厚さは
イオン注入工程およびアニーリング条件に依存する。と
述、したようにして製造した電子源においては、領域８
の深さは２５　ｎｍとなり、その実効的なドーピング濃
度は５　Ｘ　１０”ｃｍ　”となり、この濃度のピーク
は表面区域４から約１２　ｎｍの位置に生じるというこ
とを確かめた。

領域８の深さをこのように浅くすることにより、領域８
における電子２４のエネルギー損失が僅かとなり、従っ
て表面区域４から電子が放出される可能性が高まる。表
面区域４から放出されない電子は電極層１８を経て取出
される。ｎ型領域８のドーピングａ度をその厚さが薄い
にもかかわらず上述したように高くすることにより、こ
の領域８の電気抵抗が、放出される電子流（１！Ｅ子線
束）を念速に調整（変調）しつる程度に充分低くなる。

また障壁領域ｌの厚さは約ｓ　ｏ　ｎｍであり、そのド
ーピング濃度は約２Ｘ１０　　ｃｌｌｌ　　で邊９、こ
れにより領域２から領域８への電子流に対する心位障壁
は約４ボルトになるということご確かめた。

この障壁領域１は、ｎ型領域２および８を零バイアスも
だ際に形成される空乏層によってはその）ｌさの一部分
に亘って空乏化されない。これらの空乏層を＃壁領域ｌ
の全厚さに亘って広げる為には、少くとも所定の最小値
の電位差Ｖを印加する必要がある。また表面領域５の厚
さは約７．５　ｎｍであり、その実効的なドーピングａ
ｔ−ｆは５ｘｌｏ１９ｃｍ−８であり、これにより珪素
表面区域４から約５　ｎｍだけ離間した位置にｏ、７ｅ
ｖの電位ピークが得られ、平均ドリフト電界１５は２　
Ｘ　１０１６ボルト・Ｃ１ｌ”’−１であるということ
を確かめた。この表向領域５はたとえ零バイアス時でも
ほぼ完全に空乏化される。このような電子源は約４ボル
トの電圧Ｖで作動しつる。

第２図は、電極層１２および１３間にバイアス電圧Ｖを
印加し、電子源を真空容器中の陰極としてバイアスした
際に自由空間中に成子を放出するこの電子源の電子エネ
ルギーおよび電位ご示す線図である。図示の障壁領域１
はｎ型領域２および８とで形成されたｐ　−ｎｍ会と関
連する空乏層によって空乏化されている。表面区域４上
の肉薄被膜１４は電子の仕事関数を減少させる表面双極
千層として示しである。表面領域５のｐ型ドーピング一
度により、第２図に示すように表面区域４に１１３Ｉ！
ｌ’する有利な電界形状が得られる。すなわち、表向領
域５により表面区域会から離間した電位ピークを形成し
、熱い電子が多くの反射無く上記の電位ピークを横切り
つるようになる。その理由は、このピークが半導体本体
の境界面と一致することなく半導体本体内にある為であ
る。熱い電子３４が上記のピークを横切ると、これらの
電子は表面区域４に向う方向のドリフト電界１５内に入
り、従ってこのドリフト電界が、半導体本体のＬ紀の境
界面を横切って真空自由空間内に電子が放出されるのを
援助する。

本発明によるト述した１表面領域５は多くの異なる構造
の熱い電子の電子源に設けたり、異なる電子注入機構を
用いた椙々の型の熱い電子の電子源に設けたりすること
もできる。従って、このような表面領域５は第１および
２図に示す型の半導体装置とは異なる型の半導体装置、
すなわち絶縁層１１を領域ｌ、８および５の栗ざに亘っ
て半導体されないｐ型の深い環状の境界領域によって半
導体本体１０の上側面までもたらした半導体装置にも設
けることができる。この場合には、を記のｐ型の境界領
域内に存在する深いｎ型の環状境界領域を経てｎ型領域
δに接点を形成することができる。この変形例の場合も
、ｎ型領域２からｐ型障壁藏域ｌを横切って領域３およ
び５内に電子２注入する前述した例と同じ電子注入機構
を用いている。

第８図は本発明の他の例として異なるｐ型の熱い電子の
電子源を示す０この場合には、空乏化された表面領域５
を形成するｐ型ドーピング噛斐を、１つのｐ−ｎｓ合２
１より収る＃壁によってｐ項第２領域２から分離された
ｎ型第１領域８内に４える。基板２ａは多重にドーピン
グしたｐｍ珪素とし、こ９基板上にｐ型壇素のエピタキ
シアル層２を成長させ、このエピタキシアル層２内に例
えばイオン注入によりｎ型領域８および表面領域６を形
成する。領域８および６を設ける前に、深いｎ型領域２
８を例えばドーパント（不純物）の拡散によりエピタキ
シアル層２内に設ける。このｎ型領域２８はｐ−ｎ接合
２１（領域２および８間のｐ　−ｍｓ会）を半導体本体
ｌＯの上側面までもたらす環状の境界領域であり、電極
層１８に対する接点領域を構成する。ｎ型領域８によっ
て形成されるｐ−ｎ接合２１の中央部分の降服電圧はｎ
型領域２８によって形成される前記のｐ−ｎ接合の周辺
部分よりも低い。

領域８および２のドーピング濃度は、逆バイアスしたｐ
−ｎｓき２１の降服がなだれイオン化によって生じるよ
うに既知のようにして選択することができる。電極層１
２および１８間に適当な大きさの電圧Ｖを印加して領域
８を領域２に対して正にバイアスすることにより、ｐ”
”接合８１の中央部分が降服し、これにより熱い電子が
領域３内に供給されるようになる。本発明によれば、表
面領域５のｐ型ドーピング一度によって得られる形状の
電界によって、これらの熱い電子２４が表面区域４から
放出されるのを援助する。従ってｒｊｉＪ述した例で説
明したように、表口領域５が第８図の電子源内に表面区
域４がら離間された電位ピークを導入し、表面区域鳴の
方向に電子２４をノ用律するドリフト電界を形成する。

このような特徴は英国特許出願公開第２０５４９５９Ａ
号（特開昭５６−１５５２９号）明細書に記載された構
造の異なるなだれ降服装置にも導入することができる。

本発明による第１，２或いは８図の１子諒は真空容器を
有する多くの檎々の形態の装置内に冷陰極として設ける
ことができる。第４図は上述した装置の一例、すなわち
陰極＠管を示す。この第４図の装置は真空管８８を有し
ており、この真空管はフレヤ状となっており、その内側
に螢光スクリーン３４で被覆された４ｍを有している。

この真空管３３は八−メチック封じして真空自由空ｊ…
２゜を形成する。真空管８８内には集束電極２５゜２６
および調量電極２７．２８が設けられている。

電子ビーム２４は半導体本体１０内に位置する本発明に
よる１個以上の電子源によって発生させられる。この半
導体本体１０は真空管８８内の保持器２９上に装着し、
電極層ｌ’ｌ、１Ｂと真空管８８の口金を貫通する端子
ビン８０との間を電気接続する。また本発明による前述
した電子源は例えばビジコン型の撮像装置内にも設ける
ことができる。適用しつる池の可能な装置は、情報を表
わす電荷パターンを、半導体本体ｌＯの電子源によって
発生させた変１１された電子流によりターゲット上に記
憶させ、この電荷パターンを後に好ましくは同じ電子源
によって発生させた一定の電子ビームによって読取るよ
うにした蓄積管である。

本発明による４子源を共通の半導体本体内にアレイとし
て製造すＱのに珪素の集積回路のｍｓに用いられている
既知の技術を用いることができる。

この製造は、２つの領域８および２に対する電極接続の
みを必要とする簡単なＳ造の前述した電子源によって容
易となる。この場片、装置の半導体本体に前述した電子
源の２次元のアレイを設け、各１子源を、独自の各別の
屯千政出を行なうように各別に制御しつるようにＴるこ
とができる。半導体本体１０のバルクは領域２とは反対
の導（型で僅かにドーピングした材料とし、この材料内
に領域２を島として設けることができる。各別の＋Ｊｊ
子源はＸ−Ｙクロスバ一方式で互いに接続することがで
きる。アレイの各Ｘ方向におけるｎ型領域８はＸ方向に
延在する共通の電極層１３（１１゜１８（２１等を有す
るようにすることができる。

また領域２を構成する島はアレイのＹ方向に延１ピする
細条２（１）、２（２）、２（３１等の形態とし、各Ｙ
方向における各別の電子源の領域２を１つの共通の島内
で互いに接続するようにすることができる。これらの細
条２（１）、２（２）。

２（３）等の各々は電極層１２（１１，１２（２１１２
［１１１）等を有するようにすることができる。

Ｘ−Ｙアレイの各別の電子源は、電極層１２（１１１２
（２１等および１８（１）、１８（２１等を選択し、領
域５を経る電子放出の為にこれら電極層に作動電圧Ｖ　
’（Ｙ　）およびＶ（Ｘ）ｔ−印加して領域３を領域２
に対して正にバイアスすることにより制御することがで
きる。またこれらの興なる電極層に異なるバイアス電圧
を印加し、これにより異なる電子源から異なる電子流２
４が放出され、アレイの全体から所望の電子流パターン
が発生されるようにすることができる。

、このような２次元アレイ装置は第１図の陰極線管の真
空管δ３よりも平坦な真空管を有しつる表示装置におけ
る電子源として用いるのに特に有益である。このような
平坦な表示装置においては、陰極線管におけるように１
つの電子ビームを１向させる代りに、真空管の−Ｈの側
に装着した半導体本体１０内のアレイから櫨々の電子流
パターンを発生させること←よりＩ＃像を真空管の池方
の側における螢光スクリーン８４上に生ぜしめることが
できる。このような２次元アレイは半導体装置、集積１
ｇ１賂およびその池の超小型ソリッドステート装置の製
造に際しての電子リングラフィに対しても用いることが
できる◇この電子リソグラフィに対して用いる場合には
、アレイ（リソグラフィの露光装置の露光室内の電子源
として装着する。このＩ！洸室はｄ光作動に際して露光
室内を真空にする為の真空ポンプに連絡されている。表
示装置および成子リソグラフィに対して半導体２ｅＫ元
或子源アレイを用いることに関しては英国特許出願公開
第２０１３１１１９８Ａ号（英国特許出顧第７９０２４
５５号）明細書に既に記載されている、不発明による表
面領域５は上記の英国特許出願公ＭＫｚｏｘａａｎｓＡ
号明細書に記載された３戒極型のｐ−ｎ接合醒子源（単
一の璽子源或いはアレイの電子源）のｎ！！Ｉ１頭域内
に設けることができる。この場合、本発明にょる電子源
には、半導体表面から絶縁され、しかも熱い電子２４を
放出する表面区域４における空乏化表面領域５の縁部の
周りに延在する加速電極を設けることができる。

この場合、ｎ型の第１領域８に、熱い電子２４を放出す
る表面区域嶋から離れた区域における深いｎ型接点領域
を経て電極層を接続することができる。

本発明は上述した例のみに限定されず、檀々の変更を加
えうること勿論である。例えば、本発明による１子源の
半導体本体は単結晶珪素本体１０とせずに、他の半導体
材料、例えば夏−Ｖ族半導体化合物とするか或いはガラ
スやその池の適当な材料の基板上に堆積した多結晶又は
水素添加無定形珪素とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体装置の一例の一部分を示す
断面図、 第２図は第１図の半導体装置におけるエネルギー号説明
する為の線図、 第８図は本発明半導体装置の池の例の一部分を示す断面
図、 第４図は本発明による半導体装置を有する陰極線′ｇを
示す説明図である。 ｌ・・・＃壁領域（ｐ壁領域） ２・・・第２領域　　　　　２ａ・・・基板３・・・第
１領域　　　　　４・・・表面区域５・・・表面領域　
　　　　　９・・・メサ部分ｌＯ・・・単結晶珪素半導
体本体 １１・・・絶縁層　　　　　１２．１３・・・電極層１
４・・・被膜　　　　　　　１５・・・ドリフト電界２
０・・・自重空間　　　　２８・・・ｎ型領域２４・・
・熱い電子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌｎ型の第１領域と第２領域とを有する半導体本体を具
   える電子流放出半導体装置であって１．前記の第１およ
   び第２領域はこれら第１および第２領域間に位置するｐ
   −ｎ接合を有する障壁によって互いに分離されており、
   前記の半導体装置が更に前記の第１および第２領域に対
   する電極部を具えており、これら電極部により前記の第
   １領域を前記の第２領域に対して正にバイアスする電位
   差を前記の障壁にまたがって印加し、これにより前記の
   第２領域から前記の障壁を横切って前記の第１領域内に
   注入され、前記の半導体本体の表面区域から放出される
   熱い電子の供給を達成するようにした電子流放出半導体
   装置において、前記の半導体本体が、熱い電子を放出す
   る前記の表面区域に隣接するｐ型表面領域を具え。 該表面領域が、前記のｎ型第１領域と前記の表面区域と
   の間で、前記の表面区域から離間した位置に電位のピー
   クを形成し、これにより半導体本体内に、電子を前記の
   表面区域の方向に加速するドリフト電界を生せしめるよ
   うにする作用をするようにしたことを特徴とする電子流
   放出半導体装置。 東　特許請求の範囲】記載の電子流放出半導体装置にお
   いて、前記のｐ型表面領域が零ノくイアス時に前記の第
   １領域とで形成される空乏領域によってこの表面領域の
   厚さの少くとも一部分に亘って空乏化されるようなドー
   ピング濃度を当該表面領域が有するようにしたことを特
   徴とする電子流放出半導体装置。 ＆　特許請求の範囲１または２記載の電子流放出半導体
   装置において、前記の表面領域の厚さを多くとも１０ｎ
   ｍとしたことを特徴とする電子流放出半導体装置。 ４、特許請求の範囲１〜δのいずれか１つに記載の電子
   流放出半導体装置において、前記の表面領域と前記の第
   １および第２領域とて成る領域構造体が２つのみの電極
   部を有し、こ・れら１１Ｅ極部の一方を前記の第１領域
   に対するものとし、他方の電極部を前記の第２領域に対
   するものとしたことを特徴とする電子流放出半導体装置
   。 ＆　特許請求の範囲１〜４のいずれが１つに記載の電子
   流放出半導体装置において、前記のｎ型第１領域に対す
   る電極部を前記の表面領域の一部分にも接触させたこと
   を特徴とする電子流放出半導体装置。 ＆　特許請求の範囲１〜５のいずれか１つに記載の電子
   流放出半導体装置において、前記の第２領域をｎ型の導
   電性とし、この＠２’ｅｊｌ域を、ｎ型の第１および第
   ２領域の双方とでｐ−ｎ接合を形成するｐ型障壁領域に
   よって前記のｎ型第１領域から分離したことを特徴とす
   る電子流放出半導体装置。 フ、　特許請求の範囲１〜５いずれか１つに記載の電子
   流放出半導体装置において、前記の第２領域をｐ型溝電
   性とし、このｐ型筒２領域が前記のｎ型第１領域とで形
   成するｐ−ｎ接合を以って前記の障壁を形成するように
   したことを特徴とする電子流放出半導体装置。 ＆　特許請求の範囲１〜７のいずれか１つに記載の電子
   流放出半導体装置において、ｍｆ記の表面領域の前記の
   表面区域を、電子の仕事関数を減少させる材料で被覆し
   たことを特徴とする電子流放出半導体装置。 ９、　特＃１１−請求の範囲１〜８のいずれか１つに記
   載の電子流放出半導体装置において、前記の表面区域の
   少くとも一部分に沿って半導体本体に、当該半導体本体
   から電気的に絶縁された少くとも１つの電極を設けたこ
   とを特徴とする電子流放出半導体装置。