JPS614132A - 電子放出装置および電子放出表面に電子仕事関数低減材料層を形成する方法 - 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】 本発明は排気空間または不活性保護ガスで充填した空間
、および電子放出表面に電子関数低減材料層を適当な材
料の分解反応によってまたは電子関数低減材料を釈放す
る混合物を加熱することによって被覆した電子放出体か
らなる装置に関する。

電子放出体は、例えは真空管における熱電子陰極または
半導体陰極とすることができ、後者の場合、ＮＢＡ陰極
、電界放出エミッタ、特にオランダ特許出願第７９０５
４７０号明細＠（特願昭５５−９４，１２１号）に記載
されている逆バイアス接合陰極の如き種々の半導体陰極
を使用することができる。かかる真空管は撮像管または
表示管として用いるのに適当であるが、またアーガー分
光器、電子顕微鏡および電子平板印刷の装置に用いるこ
とができる。

また、関連装置には光電陰極を設けることができるが、
この場合、入射輻射線は光電陰極から生ずる電子流に生
ずる。かかる光電陰極はフォトセル、撮像管、イメージ
　コンバータおよび光電子増倍管Ｇ、こ用いられる。本
発明の装置の他の応用としては、熱輻射線を電子流に変
換す゛るいわゆる、熱電子コンバータに用いることがで
きる。

不活性保護ガスとは、分解反応、または例えば混合物を
加熱する際に生ずる反応の処理に影響されないガスを意
味する。空間に存在させる保護ガスの分量は反応の影響
により僅かに変えることができ、この場合仕事関数低減
材料は後述するように釈放する。

また、本発明は電子仕事関数低減材料の薄い層を電子放
出体の電子放出表面に、排気空間（ｅｖａｃｕａｔｅｄ
　５ｐａｃｅ）または不活性保護ガスを充填した空間に
おいて被着する方法に関するものである。この場合、電
子仕事関数低減材料は適当な混合物の分解反応または加
熱によって得ることができる。

この種の方法はオランダ特許第１８．１６２号明細書に
記載されている。この場合、セシウムがセシウムおよび
酸化バリウムの溶解混合物の加熱により放電管内に堆積
し、このために塩化セシウムは釈放バリウムにより金属
セシウムに還元され、この金属セシウムは放電管の内部
に広がる。上記オランダ特許明細書に示されている１例
においては、加熱すべき混合物を側管から後方にシール
する真空管のかかる側管に設けている。

側管的以外の放電管内における区域に混合物を設ける可
能性についてオランダ特許明細書に記載されているけれ
ども、混合物をカリウム、セシウムまたはルビジウムを
形成するようにこれらの区域で加熱できる場合には、こ
のオランダ特許明細書にはこれを達成でき手段について
なにら記載していない。

実際上、可能な解決策としては、例えばセシウＬ’ｃＭ
元剤（シリコンまたはジルコニウム）ト共に真空空間に
おいてタンタル抵抗テープ上で、所望加熱する上記テー
プに電流を通すことにより加熱するクロム酸セシウムか
ら得るようにする。しかしながら、多くの問題が生ずる
。

第１に、問題は加熱目的のために抵抗材料としてタンタ
ルを使用する場合に生ずる。クロム酸セシウムの還元に
十分な電力（約１〜２Ｗ）を得るために、数アンペア−
の電流を抵抗テープに通すことが実際上必要とされてい
る。例えば、アーガー分光器、電子顕微鏡および著しく
多くの素子を高電圧で作動する電子平版印刷法の如き多
くの用途において、しばしば付加変成器が必要とされる
。

更に、電流を給電線およびリード・スルー　ピン（ｌｅ
ａｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｉｎｅ）を介して抵抗テープ
に通電し、この場合高電流の観点においてこれらのリー
ド・スルー　ピンは０．５〜１非の直径を有している。

真空管におけるこの厚いリード・スルー　ピンの欠点は
一般的に知られている。

他の欠点としては、クロム酸セシウムの使用および付与
する還元反応に関係する。この反応は制御し難く、しば
しば爆発を起こしやすい。更に、この反応において水蒸
気（８２０）　、二酸化炭素（ＣＯ２）および酸化セシ
ウム（ＣｓｚＯ）の如き多くの副生物を生ずる。反応を
生ずる比較的に高い温度（約７２５℃）は、抵抗テープ
を加熱するのに要する上記高電力に上げるのみならず、
純粋セシウムの分量と、−例えば釈放ガニ混合物４．お
けお酸化ヤ’ｙｉＪ−（０分量との間の望ましくない割
合で生ずる。純粋セシウムの蒸気圧対酸化セシウムの蒸
気圧の割合は、実際上、温度の増加に伴って速やかに減
少する。

この問題についての可能な解決策としては、残留生成物
をポンピングによるオーバーディスディレージョン（ｏ
ｖｅｒｄｅｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）を介して除去し、釈
放セシウムを冷却表面に付着させ、しかる後に注意して
加熱して再び拡散することである。しかしながら、この
解決策には高真空−技術および高電圧供給において避け
るのが好ましい多くのステップ（例えばペルティエ素子
による冷却、および再加熱の如き）からなる。

本発明は上述する問題を生じさせるこのとない電子蒸気
放出装置を提供することを目的とする。

更に、本発明の目的は電子放出表面に電子仕事関数低減
材料層を制御手段により被覆することのできる方法を提
供することである。

本発明の装置は分解すべき混合物または材料のための支
持体および加熱素子の両者を形成する半導体本体から構
成したことを特徴とする。

また、本発明の方法は、分解すべき混合物または材料を
分解すべき混合物または材料に対する支持体および反応
を生じさせる加熱素子の両者を形成する半導体本体にま
たは半導体本体上に存在させ、この結果として電子仕事
関数低減材料を釈放し、電子放出体の表面に堆積させる
ことを特徴とする。

本発明は支持体としておよび加熱素子として半導体本体
を用い、例えばダイオードの如き半導体本体に形成する
素子によって比較的に小さい電流（約５０ｍＡ）を有す
る所望電力が得られるという認識に基づくものである。

更に、半導体本体には、分解すべき材料または混合物の
コンテナーとして作用できる、例えばくぼみを形成する
ことができる。

本発明の装置の第１の利点は、半導体装置に通す小電流
を小直径の管の接続導体およびリード・スルーを介して
接続できることである。第２の利点は、この小電流のた
めに変成器を省くことができることである。

分解すべき材料としてはセシウム酸（ｃａｅｓｉｕｍａ
ｃｉｄ）　（ＣｓＮ：＋）が好ましい。それ故、本発明
の方法は分解反応中、殆ど不活性窒素と釈放するために
有利である。更に、関連する分解反応は、形成する酸化
セシウム（Ｃ３２０）の蒸気圧をセシウムの蒸気圧に関
して低くするような低い温度（約３００℃）で、必要に
応じて全装置を焼失しないけれども分解反応を開始しな
い十分に高い温度で生ずる。他の利点は、反応をよく制
御できることであり、この結果として計量分量のセシウ
ムを供給することができる。

セシウム酸の分解反応の使用は、セシウムの供給および
特に半導体陰極上にセシウムの単分子層の成長に十分満
足な結果が得られるけれども、半導体本体をコンテナー
および加熱素子のそれぞれとして使用する場合に問題を
生ずる。

アルミニウムおよび金の如き外部接続に対する半導体技
術において用いられる金属は、実際上、セシウム酸およ
びセシウムのそれぞれと直接接触させるのに耐えること
ができない。電気化学反応のために、セシウム酸はアル
ミニウム上で腐食作用を有し、一方において金はセシウ
ムと接触させる場合には多孔状態になる。

この事は接続導体に対して銀または白金の如き特殊な金
属を選択することによって防止することができる。魅力
のある解決策としては、接続線を、例えば窒化珪素また
はオキシ窒化珪素の如き酸またはセシウムにより侵され
ない保護材料で少なくとも１部を包囲するようにするこ
とである。

本発明の装置の好適な構造例では、半導体本体の表面に
コンテナーを構成するくぼみを設けることである。半導
体本体が珪素からなり、セシウム酸の分解反応をセシウ
ムを得るのに用いる場合には、例えばくぼみの底部およ
び壁部を酸化珪素で被覆すると共に、表面を窒化珪素で
被覆する。

次に、本発明を添付図面について説明する。

添付図面は一定の比率で示しておらず、断面を明らかに
示すために厚さ方向における寸法を著しく大きく示して
いる。また、同じ導電率タイプの−半導体領域、よ、−
７，、同。方向、）、よ線や付、７示し、また図面にお
いて、相当する構成部分は同じ符号で示している。

第１図は本発明の装置を示しており、この場合端壁３を
有する真空管２上に半導体陰極４を固定する。半導体陰
極４はオランダ特許出願第７９０５４７０号明細占（特
願昭５５−９４，１２１号）に記載されているタイプの
陰極であり、ｎ−型領域６および７を形成するｐ−型基
体５および例えばイオン注入によって得られる高い受容
体濃度を有する領域８から構成されている。この結果、
半導体陰極４は領域６および８の区域に低い破壊電圧を
有するｐｎ接合９を有している。ｎ−型領域７は接触す
る目的のために著しくドープされ、陰極の表面１１を被
覆する、例えば酸化珪素の如き絶縁材料層１０の接触孔
１２を通して接続導体１３に接続する。酸化物層１０に
おける開口１９の区域に電子流１４を発生するために、
ｐｎ接合９をなだれ増加が生ずるように逆方向にバイア
スする。ｎ−型領域６は十分に薄く選定し、このために
発生した電子の大部分が半導体から去ることがでる。付
加加速を得るために、加速陰極１５を開口１９のまわり
の酸化物層１０上に堆積する。電極１５は適用に応じて
影響されるが、例えば円形、矩形または多角形にするこ
とができる。加速電極１５は接続導体１６を介して所望
電圧に接続でき、このために電子流１４を形成する電子
に、表面エエに対して直角方向の付加加速を与える。ｐ
−型基体５には、その下側に付加的に高められたドープ
ドルー型領域を芥して層１７を金属化により設け、この
Ｎ、１７には更に接続導体１８を設ける。接続導体１３
．１６および１８は真空密手段で真空管２の端壁３を貫
通させる。陰極４の更に詳細な説明については上述する
オランダ特許出願第７９０５４７０号明細書（特願昭５
５−９４，１２１号）を参照することができる。

半導体本体において発生した電子は絶縁層１００開口１
９の区域の表面１１を離れる。仕事関数を減少するため
に、表面１１をセシウムの如き仕事関数低減材料層で被
覆する。この層はただ１個の原子の厚さのみを有する極
めて薄い層の状態で設けるのが好ましい。

しかしながら、使用中、セシウムのこの薄い層は、例え
ば真空管２の背後に残る陽イオンの腐食作用によって損
なう。熱電子陰極により、仕事関数低減材料層は蒸発に
よって徐々に失うことができる。

使用中におけるセシウムのこの損失に対して補償し、し
かもセシウムの最初の層を付与するために、本発明の装
置１は一定量のセシウム酸に対する支持体またはコンテ
ナー２１として作用する半導体本体２０からなる。加熱
の際、表面１１に堆積するセシウム酸は窒素およびセシ
ウムに分解する。窒素を保護ガスとして用いる場合には
、釈放窒素は全量の窒素に殆ど影響されることがなく、
しかも高真空を適用する場合には、なかんずく、その不
活性挙動のために釈放窒素は陰極の作動および全装置の
作動に殆ど影響を与えることがない。

半導体本体２０は、例えばｎ−型領域２５を形成するｐ
−型基体２４からなる。この半導体本体２０はｐ−型基
体２４とｎ−型領域２５との間にｐｎを接合２３を有し
、それ故加熱ダイオードとして作用できる。接触目的の
ために、基体２４にはその下側に金属化層２６およびｌ
または２個以上の接続導体２７を設け、更にｎ−型領域
２５を表面３２上に設けた絶縁材料（例えば酸化珪素）
の層３０の接触孔２８を通して接続導体２９に接続する
。

加熱は、ｐｎ接合により形成されたダイオードを好まし
くは逆方向に作動することによって行われる。破壊が生
ずる場合には、ダイオード特性に影響されるが、このダ
イオードを通る電流を約２０Ｖにおいて、例えば約５０
ｍへに高める。約ＩＷの散逸電力はセシウム酸２１の少
なくとも１部をセシウムおよび窒素に分解させるのに十
分である。

上述する例において、半導体本体２０は管壁３にもたれ
て固定しておらず、このためにこの壁３を介しての熱伝
導はなく、それ故全量の散逸電力を酸の加熱および分解
のそれぞれのために殆ど利用するこができる。所望電流
（約５０ｍＡ）は、抵抗テープを加熱素子として用いる
場合より著しく低く。

このために接続導体２７および２９のリード・スルーは
その断面を著しく（２０〜４０倍）小さくすること−ヵ
、７ｏ。

必要に応じて、半導体本体２０は第１図に示すエンベロ
ツブ３５内に位置することができる。このエンベロツブ
３５には釈放セシウムに対する１または２個以上の開口
２６を設けている。このセシウムがエンベロツブを去る
場合に、このセシウムに選択的方向を与えるために、こ
の例では開口３６にパイプ３７を設ける。セシウムは不
必要な区域に堆積しないト共に、エンベロツブ３５にお
けるセシウムの残留時間が長いため、酸２１の消費を遅
くする。更に、分解反応中に釈放した物質の大部分をエ
ンベロツブ３５に残留することができる。

例えば、アルミニウムまたは金を接続導体２９のために
選定することができる。層３０上に存在するセシウム酸
２１は半導体本体２０に散逸するために溶融させ、酸化
珪素をこの層３０に対して選定する場合に溶融酸を層３
０上に広がりやすくする。溶融酸は接触孔２Ｂの区域で
接続導体２９と接触するようにする。接続導体がアルミ
ニウムからなる場合には、接続導体は電気化学腐食によ
り溶融酸で侵される。

金はセシウムの影響下で多孔性になり、このために接続
導体はすみやかに使用できなくなる。

第１図に示す装置において、保護材料の保護層３１を接
続導体の少なくとも１部に被着するのを避けている。こ
の例では、この材料としては、セシウム酸が被着しない
、または殆ど被着しない窒化珪素とする。また、酸また
はセシウムにより侵されない、例えば銀または白金の如
き金属を選択することができる。

第２図は酸２１のためのくぼみを設けた半導体本体２０
の他の構造例を示している。くぼみの底部および壁部は
酸化珪素層３０で被覆し、その上に、加熱後溶融酸は直
ちに流れると共に、保持表面３２を窒化物Ｎ３４で被覆
する。この窒化物層３４には溶融酸が付着し難く、この
ためにこの酸はくぼみ３３内に殆ど完全に保持される。

くぼみ３３は窒化物層３４をマスクとして用いる腐食処
理により形成することができる。接続導体２９は保護層
により保護することができる。また、第２図に示す符号
は第１図に示す符号と同様の意味を有している。

第３図は接続導体２９および２７を主表面３２に接触す
る変形構造を示しており、この構造は半導体装置をオラ
ンダ特許出願第８２００８７５号明細書く特願昭５８−
３４，６８７号）に記載するように全陰極を有する配置
に設けるのに有利である。

勿論、本発明は上述する例に制限されるものではない。

第１図に示す例において、半導体陰極４を、例えばフィ
ラメント陰極で置換することができ、また半導体本体２
０を真空空間２内に、例えば光電陰極または光電子増倍
管の如き他の電子放出体と連通させることができる。半
導体本体２０における半導体領域の導電率タイプは（同
時に）逆にすることができる。更に、数個のダイオード
を１つの半導体本体に直列に（または平列に）配置する
ことができる。また、半導体本体２０はクロム酸塩の如
きセシウムを釈放する分解すべき他の生成物に対する、
または仕事関数低減材料を加熱する際に釈放するオラン
ダ特許第１８１６２号明細書に記載されているカリウム
、セシウムまたはルビジウム塩および酸の混合物の如き
混合物に対する加熱素子として作用することができる。

更に、セシウムの量を評価するために坪量することがで
き、特にセシウムが放出区域において失われるために電
子ビームの強さをある限界以下に低下する場合には、新
しい分量のセシウムを半導体本体２０を加熱することに
より供給するようにするこ・とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための線図、第２図は
第１図に示す装置の半導体本体の断面図、および 第３図は第２図に示す半導体本体の変形構造を示す説明
用線図である。 １−発明の装置　　　　２−真空管 ３−真空管の端壁　　　４−半導体陰極５．２４・−ｐ
−型基体　　　６，７．２５・−ｎ−型領域８−高受容
体濃度を有する領域 ９・−・ｐｎ接合　　　　　　１０．３０−・−絶縁材
料層１１−陰極表面　　　　　１２．２８　’Ｔ−接触
孔１３．１６．１８．２７．２９−接続導体、　　　　
　　１４−−ゝ＋０　　１５−”４１１７−・金属化層
　　　　　１９，２６．３６・・−開口２０−・半導体
本体 ２１・−コンテナー　（セシウム酸） ３２−ｎ−型領域の表面（保持表面） ３３−＜ぼみ　　　　　　３４−窒化物層３５−・・エ
ンベロツブ 特許出願人　　　エン・べ−・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気空間または不活性保護ガスで充填した空間、お
   よび電子放出表面に電子仕事関数低減材料層を適当な材
   料の分解反応を介して、または電子仕事関数低減材料を
   釈放する適当な混合物を加熱することによって被覆した
   または被覆できる電子放出体からなる電子放出装置にお
   いて、分解すべき混合物または材料のための支持体およ
   び加熱素子の両者を形成する半導体本体から構成したこ
   とを特徴とする電子放出装置。 ２、半導体本体はｐｎ接合を有する特許請求の範囲第１
   項記載の電子放出装置。 ３、半導体本体にはその面に分解すべき混合物または材
   料のためのくぼみを有する特許請求の範囲第１または２
   項記載の電子放出装置。 ４、電子仕事関数低減材料をセシウム酸の分解中に釈放
   されるセシウムとした特許請求の範囲第１〜３項のいず
   れか一つの項記載の電子放出装置。 ５、半導体本体の給電線をセシウムまたはセシウム酸の
   影響から保護する層で被覆した特許請求の範囲第４項記
   載の電子放出装置。 ６、保護層は窒化珪素またはオキシ窒化珪素からなる特
   許請求の範囲第５項記載の電子放出装置。 ７、半導体本体を電子仕事関数低減材料に対する少なく
   とも１つの出口開口を有する実質的に閉鎖した空間内に
   位置させた特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一つの
   項記載の電子放出装置。 ８、電子仕事関数低減材料を適当な混合物の加熱により
   、または分解反応により得るようにする排気空間または
   不活性保護ガスで充填した空間における電子放出体の電
   子放出表面に電子仕事関数低減材料の薄い層を形成する
   方法において、分解すべき混合物または材料を分解すべ
   き混合物または材料に対する支持体および反応を生じさ
   せるための加熱素子の両者を形成する半導体本体にまた
   は半導体本体上に存在させ、これにより電子仕事関数低
   減材料を釈放し、電子放出体の表面に堆積させることを
   特徴とする電子放出表面に電子仕事関数低減材料層を形
   成する方法。 ９、電子仕事関数低減材料をセシウム酸の分解によって
   得られるセシウムとする特許請求の範囲第８項記載の方
   法。 １０、電子仕事関数低減材料を単分子層の形態で設ける
   特許請求の範囲第８または９項記載の方法。 １１、表面より放出される電子ビームの強さを、このビ
   ームの強さに影響されるけれども、半導体本体を介して
   供給する熱の供給を変えて制御する特許請求の範囲第８
   、９または１０項記載の方法。