| 研究概要 |
これまでMIM型、MIS型トンネルエミッタの絶縁層にはAl_2O_3やSiO_2などのアモルファス膜が用いられてきた。このとき、電子が絶縁層中を電界で加速されて走行する過程で、ランダムな位置に存在する絶縁物原子との衝突散乱により電子のエネルギーに分散が生じ、上部電極の仕事関数を越え得る電子の数が減少する。本研究では、絶縁層をアモルファスから結晶性絶縁膜にすることによりこの種の衝突散乱が減り、電子の放射効率の向上が期待できると考え、これを検討した。この結果を纏めると次の様になる。
(1)真空蒸着法を用いて50nm-120nmの厚さのBaF_2膜をn-Si(111)基板上に室温から700℃まで堆積温度を変化させて形成した。その結果、X線回折の測定から400℃以上で基板と同じ(111)方位に強く配向した結晶性絶縁膜が得られた。またSEMによるモフォロジー観察の結果のSEMによる、表面が比較的平坦でしかもSi(100)上のような粒子状の析出物は見られなかった。
(2)堆積したBaF_2上に厚さ10nmのAu上部電極を蒸着し,放射面積1mm×1mmのMIS型トンネルエミッタを試作した。この素子の電流-電圧特性を測定した結果、基板温度が高いほど結晶性が良くなるためか高い加速電圧が得られた。しかし、5V以上の加速電圧を得るには120nm以上の厚さが必要であった。
(3)エミッションの測定は、10^<-6>Pa.台の高真空下で行なった。その結果、堆積温度700℃で作製した最も高い加速電圧が得られたBaF_2膜を用いた素子では、Auの仕事関数以上の素子電圧(5V)で、およそ2pA/mm^2の放射電流が観測された。このように電子の放射を確認することは出来たが、結晶性絶縁膜が完全でなかったために、この膜の優位性をアモルファス膜と比較して示すには至らなかった。今後は堆積条件の最適化、BaF_2以外の結晶性絶縁膜の検討等を行なう予定である。
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