2019 Fiscal Year Research-status Report
原子・ナノ積層構造制御による超高輝度な面放射型ホットエレクトロン放出デバイス
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19K04516
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| Research Institution | Hachinohe Institute of Technology |
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Principal Investigator |
嶋脇 秀隆 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (80241587)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子放出素子 / 面放射型 / ナノ結晶シリコン / グラフェン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ＭＯＳ（金属／酸化膜／半導体）構造からなる面放射型電子放出素子は、真空中にホットエレクトロンを放出する電子源で、動作電圧が低い、ビーム指向性が良い、低真空動作可能など、従来の針状の電子放出素子にはない優れた特長を有している。しかしながら、電子取り出し効率（電子放出効率）が低いという欠点があり、デバイス実用化を妨げている。本研究では、効率の飛躍的な向上を実現するため、グラフェン／極薄酸化ナノ結晶シリコン膜／シリコン構造からなる面放射型電子放出素子を開発して動作検証を行うと共に、十分解明されていない微粒子系からの電子放射機構を明らかにすることを目的とする。また、ホットエレクトロンの機能を活かした新たな電子ビーム応用への展開を目指すものである。本年度は、パルスレーザアブレーション（ＰＬＡ）法により形成されたナノ結晶シリコン（nc-Si）膜上へのグラフェン連続膜の直接合成手法の確立およびグラフェン／極薄酸化ナノ結晶シリコン膜／シリコン構造からなる面放射型電子放出素子の試作、電子放出特性の評価を行った。ＣＶＤ法による表面ラフネスの大きなnc-Si膜上へのグラフェン連続膜の直接合成手法を開発した。形成したグラフェンをゲート電極に用いた電子放出部の面積が100ミクロン径の電子放出素子を試作し、特性評価を行った結果、ゲート電圧約12Ｖからの電子放出を確認するとともに、20Ｖ印加時に１mA/cm^2程度の放出電流が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CVD法による表面ラフネスの大きなnc-Si膜上へのグラフェン連続膜を再現性良く直接合成する手法を開発した。グラフェン／極薄酸化ナノ結晶シリコン膜／シリコン構造からなる面放射型電子放出素子を試作し、動作検証を行い、素子からの電子放出を確認した。これまでに1mA/cm^2の放出電流を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は研究計画に従って、膜厚の依存性の評価、放出電子のエネルギー分布計測等を実施する予定である。
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