2021 Fiscal Year Annual Research 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 / 面放出型 / ナノ結晶シリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ＭＯＳ（金属／酸化膜／半導体）構造からなる平面型（面放出型）電子放出素子は、量子力学的トンネル効果を利用して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が、電子放出効率（電子取り出し効率）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、効率低下の要因となっている絶縁層および上部電極での電子の非弾性散乱を抑制するため、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出型電子放出素子を開発し、効率の向上と、放出電子のエネルギー分析、膜厚依存性等の評価により十分解明されていない微粒子系薄膜からの電子放射機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、リーク電流抑制のためグラフェン成膜の前にアニール処理（Ar/O2ガス雰囲気中800℃、30分）を施し、p型Si基板（10^15/cm^3）を用いた面放出型電子放出素子の試作と電子放出特性の評価を行った。その結果、リーク電流は10^-7Aオーダーとこれまでの素子より4桁低く抑えられ、アニール処理の効果を確認した。最大電子放出効率約5%を達成した。放出電流の安定性は変動率±9％と比較的安定していた。真空度10＾-6Paから10＾3Paまで大気を導入しながらエミッション電流の変動を測定した結果、真空度に依らずほぼ一定の値を示し、低真空環境においても動作可能であることが明らかとなった。
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