高輝度電子源材料の表面電子構造解析と電子源アレイの極限動作解析

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12135201
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 安達 洋 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (80005446)
• 研究分担者: 中根 英章 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (20237332)
• キーワード: FEA / 電界放射 / 放射顕微鏡 / 微小陰極 / 陰極 / 電子線 / 電流変動 / 仕事関数

研究概要

電子源アレイの高輝度化・高出力化のためにFEAの個別マイクロチップの動作解明を目指し以下の検討を行った。
(a)低圧ガス雰囲気によるFEA電子放射特性、特に放射電流特性の向上の検討
FEAの放射特性の向上を目指して低圧ガス雰囲気中での電界放射動作を行った。低圧ガスとしては、水素、窒素、メタン、エチレンである。水素と窒素においてはイオン衝撃による吸着物の脱離と思われる放射電流の均一性や電流値に若干の特性向上がみられた。一方、炭化水素系のガスである、メタンとエチレンの場合は著しい放射電流の増大が観察され、特にエチレンではFNプロットの傾斜の変化、すなわち仕事関数の変化を伴うことも確認できた。これらの効果はガス排出後も継続した。電流密度の増加率は2倍であった。(ディスプレイなどへの応用が考えられる)
(b)上記の解析で見出した放射電流指向性の変動を極端化するため、連携研究の一環として東北大学の研究班で試作されたSiFEAの低圧ガス雰囲気におけるFEA電子放射特性を引き続き検討しているが、今回は放射方向の変動の際にみられた特定方向への指向性を確認するために東北大学の研究班で試作された1チップSiFEAの特性を拡大観察した。現在までの検討ではSiの結晶方位に基づくような明確な放射方向の指向性を確認することはできていない。むしろ、マイクロチップ先端の吸着ガスの脱着現象に伴う放射方向の変動と考えられるような変化を観察した。
(c)電流密度の向上を図るため、W面及びMo面をYOやZrOで修飾した陰極を検討した。YO/W(1OO)陰極では仕事関数2.1eV、ZrO/Mo(100)陰極では2.0eVとなり、従来のW電界放射陰極より10倍の電流密度を得ることができた。また、処理温度も800℃(従来より400度程度低い)と低減することができた。

研究成果

• [文献書誌] H.Nakane, T.Kawakubo, H.Adachi: "Thermal field emitter using yttrium oxide."Technical Report of IEICE Japan. ED2003-184. 21-25 (2003)
• [文献書誌] T.Kawakubo, Y.Saito, N.Miyamoto, H.Nakane, H.Adachi: "Fabrication of thermal field emitter by using yttrium oxide."The 10^<th> International Display Workshops. FED2-5. 1219-1222 (2003)
• [文献書誌] K.Minami, K.Yamane, H.Nakane, H.Adachi: "Real time microscopic observation of emission fluctuation on Mo-tip FEA caused by introduced gas."16^<th> International Vacuum Micro-electronics Conference. O4-4. 31-32 (2003)
• [文献書誌] N.Miyamoto, H.Nakane, H.Adachi: "Observation of low energy electron diffraction image and work function of ZrO/W(100) surface."16^<th> International Vacuum Micro-electronics Conference. P1-14. 115-116 (2003)
• [文献書誌] T.Kawakubo, Y.Saito, N.Miyamoto, H.Nakane, H.Adachi: "Remarkably low value of work function on W(100) produced by Y-O composite layer."16^<th> International Vacuum Micro-electronics Conference. P1-15. 117-118 (2003)
• [文献書誌] N.Miyamoto, H.Nakane, H.Adachi: "Emission Stability of a FEA Observed by an Emission Microscope"Journal of Vacuum Science and Technology. Vol.B21 no.1. 436-439 (2003)