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微小冷陰極の平面型ディスプレイ(Field emission display : FED)や超高周波デバイス等への応用にあたり、放射電流の均一性の向上、動作電圧の低電圧化、低エネルギー分散化、安定性の向上が希求されている。さらに、簡易で再現性に優れた製作プロセスの開発も重要な課題である。本研究では、低電圧で動作し、簡易なプロセスで大面積にわたって放射電流の均一性に優れた微小冷陰極を開発するための基礎的な研究を行うことを目的としている。
本年度は、レーザーアブレーション法を用いて、シリコン微結晶膜からなる平面型エミッタを製作し、電子放射特性の評価をおこなった。シリコン微結晶膜の形成には、Nd : YAGレーザー(4倍波:波長266nm)を用い、シリコン基板上にシリコンターゲットをレーザーアブレーションさせ成膜した。その際、RFラジカル源により酸素ガスをラジカル化して基板表面に照射し、シリコン微結晶の表面を酸化した。
動作実験の結果、電子放射は、Auゲート電極の仕事関数付近の低電圧から計測された。放射電流密度は、ゲート電圧20Vで60μA/cm2まで増加し、まだ飽和していない。しかしながら、基板-ゲート電極間のリーク電流が大きく、放射効率(ゲート電流密度に対するエミッション電流密度の比)は0.5%と小さい。今後、成膜条件ならびに酸化条件、ゲート膜厚等の最適化により、放射電流量ならびに電子放射効率の改善を図る。
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