微小冷陰極の放射電流安定化に関する基礎的研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650377
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 嶋脇 秀隆 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (80241587)
• 研究分担者: 石塚 浩 福岡工業大学, 工学部, 教授 (50015517) ; 三村 秀典 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (90144055) ; 横尾 邦義 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60005428)
• キーワード: 微小冷陰極 / 電界電子放射 / DLC / 半導体FEA

研究概要

1. 放射電子電流の増大には、低仕事関数材料のコーティング等による表面改質が有効である。先端の形状効果を排除するため、モールド法を用いてダイアモンドライクカーボン(DLC)をコートした電界放射冷陰極とコートしていない電界放射陰極を製作し、放射電流特性の比較・評価を行い、DLCコートによる実効的な仕事関数の低下のメカニズムの検討を行った。その結果、DLCのコーティングによる実効的な仕事関数は、DlCへの電子の注入障壁、DLCの比誘電率、DLCの電子親和力の3者の相関により決定されることを明らかにし、高輝度電界放射陰極設計の指針を得た。
また、C_<60>をコートした電界放射陰極を製作し、走査型原子顕微鏡(SAP)による評価を行い、微粒子材料のコーティングによるエミッションサイトの増大が放射電流の増大、安定化に有効であるとの指針を得た。
2. 放射電流の変動の抑制には、能動素子と冷陰極の一体化が有効である。このため、半導体デバイスの製作と電界放射陰極アレイ形成との整合性の良い、シリコン熱酸化法とエッチバック法を用いたサブミクロンポリシリコンゲート-シリコン電界放射陰極を製作した。また、放射電子ビームパターンの対称性に優れる積層型平面収束構造のポリシリコンゲート電界放射陰極構造を提案した。

研究成果

• [文献書誌] H.Mimura,H.Shimawaki,K.Yokoo: "Tunneling emission from valence band of Si-metal-oxide-semiconductor electron tunneling cathode" J.Vac.Sci.Technol.B16(2). 818-821 (1998)
• [文献書誌] H.Mimura,K.Yokoo: "Electron Emission from Ploycrystalline Silicon Field Emitter Arrays Coated with a Thin Diamond-like Carbon Layer" Tech.Digest of 11th Int.Vac.Microelectronics Conf.33 (1998)
• [文献書誌] H.Mimura,K.Yokoo: "Enhancement in electron from polycrystalline silicon field emitter arrays coated with diamond-like carbon" J.Appl.Phys.84. 3378-3381 (1998)
• [文献書誌] 横尾邦義,嶋脇秀隆,三村秀典: "曲薄誘電体薄膜をコートした電界放射陰極アレイの電子放射機構" 第59回応用物理関係連合講演会(秋季). 2. 17p-A-2 (1998)
• [文献書誌] 横尾邦義,三村秀典: "半導体電子源の電解電子放射特性" 真空. 4. 428-433 (1998)
• [文献書誌] 嶋脇秀隆,三村秀典,横尾邦義: "エッチバック法を用いたサブミクロンPoly-SiゲートFEAの製作" 第46回応用物理関係連合講演会(春季). 2. 29p-YC-12 (1998)