JPS6025859B2 - 冷電子放出陰極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＰＮ接合半導体におけるＰ型層の表面をセシウムと酸素
とで活性化して負の電子親和力とするところにより冷電
子放出陰極が得られる。

このような電子放出陰極を例えは撮像管の走査用電子ビ
ームの発生源として用いる場合は、Ｐ型層とＮ型層の間
あるいはＮ型層とＮ型基板との間に絶縁層を介挿してそ
の絶縁層に微小な電子通過孔を設ける。しかしこのよう
な孔を設けると、Ｎ型半導体基板における広い範囲から
上記孔に電子が集中するために孔の緑の部分における電
子密度が高くなる。かつＰ型層の表面に設けた電極にも
前記孔と対向するように電子放出孔が形成されるために
該Ｐ型層の中央部に注入された電子が上記電極の縁に向
って電子放出面と平行な方向へ移動し、孔の緑の部分の
電子密度が一層高くなる。従って従釆の陰極はＰ型層の
表面から真空中へ放出される電子流の密度が周辺部で高
く、中央部で抵くなって均一な密度分布が得られない欠
点があった。本発明は上述の欠点を除去しようとするも
のである。第１図は本発明実施例の冷電子放出陰極の断
面図で、Ｎ型シリコン半導体基板１の裏面にオーミック
接触の金属薄膜２を設け、また表面には中央の一部を円
形に残して他の部分に適宜の不純物を拡散することによ
り円形の孔３を有するＰ型の半導体層４を形成してある
。このような半導体の表面にＮ型のシリコン半導体層５
をェピタキシャル成長させて、更に上記孔３と対向する
部分にイオン注入法でＮ型不純物を注入してある。第２
図ａにおける曲線Ｑはこのイオン注入法によって注入し
た不純物の密度分布を示したもので、前記孔３の中心点
Ｃを通る任意の直線上における上記点Ｃからの距離を十
×および−ｘ、また孔３の緑の位置を±神とし、注入し
た不純物密度Ｑを縦軸に取ってある。すなわち孔３の中
央部におけるＮ型不純物の密度を高くして、周辺部に向
う程低くしてある。また上述のＮ型ェピタキシャル半導
体層５の上に更にＰ型のェピタキシャル半導体層６を成
長させて、その表面に前記孔３と対向するように孔７を
有するオーミック接触の金属薄膜８を被着してある。こ
のような半導体装置を真空容器中に収して孔７に陽極９
を対設し、かつ孔７によって露出したＰ型層６の表面に
セシウムおよび酸素を吸着させて活性化することにより
負の電子親和力をもった電子放出面を形成してある。か
つ金属薄膜２と８の間に電源１０を接続してＮ型ェピタ
キシヤル半導体層５とＰ型ェピタキシャル半導体層６と
の間に形成され夕ＰＮ接合に順万向電圧を加えると共に
電源１１によって陽極９に適当な正餐圧を加えてある。
上述の装置において、Ｎ型層５とＰ型層６とによって形
成されるＰＮ接合に順方向電圧を加えてあるから、Ｎ型
基板１からＮ型ェピタキシャル層５を介してＰ型ェピタ
キシャル６に電子注入が行われる。

かつＰ型層４は絶縁層として作用するもので、これを絶
縁膜とすることもできる。従って広い範囲のＮ型基板１
から孔３の部分に電子が集中し、Ｐ型ェピタキシャル６
に注入された電子は負の電子親和力をもった表面から第
１図に矢印で示したように真空中へ放出された陽極９に
捕捉される。この場合Ｎ型基板１からＮ型層５に流入す
る電子は、広い範囲から孔３に集中するためにその縁の
部分における電子密度が中央部より高くなり、またＰ型
層６に注入された電子は表面に向って拡散すると同時に
孔７の緑の電極に牽引されてその中央部から周辺へ移動
する。しかし前述のようにＮ型ェピタキシャル層５にお
いては、その不純物濃度が中央部において高く、周辺に
向うに従って低くなるようにしてあるから、該Ｎ型層５
の電気抵抗は周辺部が低く、周辺部が高くなる。このた
めＮ型層５からＰ型層６に注入される電子流の密度は孔
３の中央部が高く周辺が低くなる。従って上述の両作用
が互に相殺されて、Ｐ型層６の表面においては電子密度
の分布がほぼ均一になるもので、このため真空中へ放出
される電子流の密度ｉの分布を第２図ｂに曲線ｑで示し
たように距離ｘに関係なくほぼ均一にすることができる
。またＮ型層５における不純物の濃度分布を第２図ａに
曲線でＲで示したように中央で更に高くすると、電子流
分布は同図ｂにおける曲線ｒのように周辺に向って次第
に低くなる。一例を示すと、基板１の不純物濃度が１び
６／地のとき、曲線Ｑの不純物濃度Ｑはｘが０において
１び８／柵、またｘが±神において１び７／泳であり、
このとき曲線ｑのように半径が±０．松。程度の範囲に
おいてほぼ一様な密度の電子放出が行われる。また第２
図ａにおける曲線Ｒの不純物濃度はｘが０で５×１ぴ８
ノ塊，ｘが土ｘｏで３×１び６／係程度であって、この
ときは曲線ｒのようにｘが０における電子放出密度が極
大となり、その２分の１の密度の点は±０．７神程度で
ある。なお従来の陰極は第２図ａに破線Ｓで示したよう
にＮ型ェピタキシャル層の不純物濃度が均一であったた
めに放出される電子流分布は同図ｂに破線ｓで示したよ
うに中央部で低くなったものである。以上実施例につい
て説明したように本発明の冷電子放出陰極は各部均一な
密度あるいは中央部において高い密度の電子流を得るこ
とがきる。

従って糠像管の走査用電子ビームの発生源等として用い
た場合に実効的にビームの径が小さくなて解像度が向上
すると共に残像も減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の断面図、第２図は第１図の陰極
の作用を説明する線図である。 なお図において、１はＮ型半導体基板、２，８は金属薄
膜、３，７は孔、４はＰ型層、５はＮ型ェピタキシャル
半導体層、６はＰ型ェピタキシャル半導体層、９は陽極
である。汐／亀 次之風

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中央に孔を有する絶縁層と上記孔の部分におけるＮ
   型半導体層とがＮ型半導体基板上に形成されて、かつ上
   記Ｎ型半導体層における不純物濃度が前記孔の縁から中
   心に向つて次第に高くなつていると共にこのＮ型半導体
   層の表面に電子放出面であるところのＰ型半導体層が設
   けられてＰＮ接合を形成していることを特徴とする冷電
   子放出陰極。