2023 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of stability and life of radiation and high temperature tolerant vacuum electron devices by lowering of operating voltage
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21H01860
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
後藤 康仁 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00225666)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 昌善 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, 研究グループ長 (80357607)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フィールドエミッタアレイ / 耐熱・耐放射線 / 電子デバイス / 窒素組成 / 仕事関数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高周波の反応性スパッタリング法を利用して作製した、異なる組成持つ窒化ハフニウム(HfN)薄膜の結晶性、硬度、電気抵抗率などを評価し、窒素組成ないしは成膜条件と各種物性の間の関係を明らかにした。薄膜表面の吸着分子を脱離させたうえで仕事関数を評価する真空装置における測定環境の改善、すなわち圧力の低下に取り組み、到達圧力10^-9 Pa台の低い圧力を実現した。この環境でHfN薄膜の仕事関数の窒素組成依存性を評価した。また、表面安定性の試験として、大気中で加熱した試料表面を、ヘリウムイオンビームを用いた共鳴弾性散乱を用いた高感度分析により調べ、窒素組成が高い薄膜ほど、酸素の混入が少ないことを明らかとした。以上の結果から、HfN薄膜の組成を介して、仕事関数、表面の安定性に関する関係を得た。
2022年度問題となったフィールドエミッタアレイ(FEA)作製時にHfNがフッ酸に溶ける問題は、ドライエッチングを利用してエミッタ先端の露出を行うことで回避できることを確認した。作製したFEAの電子放出特性をエージング開始直後から約100時間程度にわたって測定して安定性を評価した。FEAの耐放射線性能の評価として、FEAの絶縁体の主な要素である二酸化シリコンを電極で挟んだ系やFEAを用いた光検出素子を動作させながらガンマ線照射行い、短時間の安定性とガンマ線照射下における特性評価方法に関する知見を得た。
FEAの一定の性能が得られたので、FEAにコレクタを付加して真空電子デバイスとし、これを用いた増幅回路を構成して信号の増幅を確認するとともに、発振回路を構成して定常的な発振が可能な程度に安定性を有することも確認した。FEAの寿命については今後長時間の動作試験を行って確認する必要がある。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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