高効率ダイヤモンド平面構造型電子エミッターの作製と電子特性解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750271
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 牧 哲朗 大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (80273605)
• Keywords: ダイヤモンド / 電子エミッター / 負性電子親和力 / 水素終端 / サルファー

Research Abstract

水素終端ダイヤモンド表面は負性電子親和力を示し,この特性が電子エミッター応用に重要であるが,大気中にさらすと表面にp形の導電性が生じる.昨年度の研究成果から,このp形の導電性は,電子エミッションにはむしろ不適であることが明らかとなった.本年度では,このp形導電性の制御に重点をおき,さらに,ドナーライクセンターの導入,電極構造の最適化を行った.
1.水素終端ダイヤモンド表面の導電性制御
水素終端表面の導電性を制御するために,これを誘起する起源が,ダイヤモンド表面への大気中からの吸着種である可能性に着目した.ダイヤモンド表面導電性の大気中での影響を詳細に調査し,in situプロセスによるダイヤモンド表面のパッシベーションを試みた.in situプロセスにより,PLD法によるアモルファスCaF_2をダイヤモンド表面に堆積させることにより,水素終端ダイヤモンド表面の導電性の発現機構検証ならびにその制御に成功した.
2.サルファードープによるドナーライクセンターの導入
SF_6ドープによるダイヤモンド薄膜のn形化を試みた結果,ドナーライクセンターの導入の可能性が明らかとなった.イオン注入によるサルファードープしたダイヤモンド薄膜のエミツション特性は,閾値電界はドープ量に依存しない一方,エミッション電流値は,ドープ量の増大に伴い増加した.サルファードープに伴いエミッションエリアが実効的に増大した可能性が考えられる.
3.カソード構造を最適化することによるエミッション特性の改善
従来の3極構造エミッターでは,カソード直前に存在する電位障壁が電子放出効率を抑制していた(約0.1〜0.3%).この電位障壁を軽減させるために,カソード近傍に新しい電極を導入した.この4極構造により,ダイヤモンド電子エミッターを作製し,電子エミッション特性を測定した結果,電子放出効率の改善(1%以上)に成功した.

Research Products

• [Publications] Tetsuro Maki: "The Great Improvement of Surface Smoothness of CaF_2 in Pulsed Laser Deposition even under the Two-photon Absorption Process"in Applied Surface Science. (to be published).
• [Publications] Takeshi Kobayashi: "PLD Growth of CaF_2 for Fabrication of Diamond MIS Structure"The 2nd CREST Symp. on "Function Evolution of Materials and Devices based on Electron/Photon related Phenomena. 57-57 (2001)
• [Publications] Takeshi Hosomi: "Surface Conduction of Diamond Film Induced by High-Temperature CaF_2 Deposition"New Diamond and Frontier Carbon Technology. 11・5. 325-329 (2001)
• [Publications] Tetsuro Maki: "The Great Improvement of Surface Smoothness of CaF_2 in Pulsed Laser Deposition for Fabrication of Diamond MIS Structure"in Function Evolution of Materials and Devices(FEMD) Newsletter. 3・4(to be published). (2002)