負の電子親和力を有効に利用した電池駆動可能なダイヤモンド冷陰極の作製とそのデバイス応用

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555011
• Research Institution: International Christian University
• Principal Investigator: 岡野 健 国際基督教大学, 教養学部, 助教授 (20233356)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 順司 工業技術院, 電子技術総合研究所・電子デバイス部, 主任研究員 ; 澤邊 厚仁 青山学院大学, 理工学部, 教授 (70187300) ; 小泉 聡 科学技術庁, 無機材質研究所・先端機能センター, 研究員 (90215153)
• Keywords: ダイヤモンド / 窒素添加 / 電子放出 / 冷陰極 / 負性電子親和力

Research Abstract

これまでの研究で,尿素を不純物源として成長した窒素添加多結晶ダイヤモンド薄膜から非常に低い電圧/電界で電子が放出されることが確認されている.本年度の実績として,窒素添加ダイヤモンドからの電子放出機構の解明のため,まずホウ素添加ダイヤモンドからの電子放出機構の解明を行った.この結果,ホウ素添加ダイヤモンド表面からアノード電極間には1000V程度の電圧が印加され,数10V程度の低い電圧のみがホウ素添加ダイヤモンドバルクにかかることが確認された.さらに,ホウ素添加ダイヤモンドの表面近傍には48V/μmという大きな電界が存在し,この高電界によってホウ素添加ダイヤモンド中から電子が引き出されることが確認された.
一方,気相成長法を用いる最大の弱点を補う意味あいから,ダイヤモンド微粒子と尿素をペースト状に混ぜ,これをシリコンで作製した逆ピラミッド状の鋳型に塗り込み焼結することで,電子放出に一番影響があると思われる,エミッタ表面状態を均一にする試みを行い,予想されたとおり,エミッタのエッジ部分と中央部分でほぼ同等の電子放出特性を有する電子放出源の開発が可能となった.この技術により,鋳型として用いるシリコン基板のサイズまで,ダイヤモンド電子放出源のサイズを拡大することが可能となり,今後予想される壁掛けテレビなどの応用に大きな可能性を見出すことができた.
これらの結果から,次年度以降は窒素添加ダイヤモンドからの電子放出機構の解明と同時に,実用的なデバイス開発を目指すものとする.

Research Products

• [Publications] T.Yamada,A.Sawabe,S.Koizumi,J.Itoh,K.Okano: "Uniform Electron Emission from a Nitrogen-Doped Diamond-Based Electron Emitter Fabricated by the Sintering Technique"IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS. Vol.21 No.11. 531-533 (2000)
• [Publications] D.S.Mao,X.Wang,W.Li,X.H.Liu,Q.Li,J.F.Xu,K.Okano: "Electron field emission from a patterned diamond-like carbon flat thin film using a Ti interfacial layer"J.Vac.Sci.Technol.. B18(5). 2420-2423 (2000)
• [Publications] T.Yamada,A.Sawabe,S.Koizumi,J.Itoh,K.Okano: "Potential profile between boron-doped diamond electron emitter and anode electron"APPLIED PHYSICS LETTERS. Vol.76 No.10. 1297-1299 (2000)