熱電子源
【課題】熱陰極からの放熱を減らすことにより、集積化および大面積化を可能とするとともに、消費電力を少なくでき、さらに、通電後の高速応答を可能とすることにより、待機電力を不要とし消費電力を少なくできる熱電子源を提供する。
【解決手段】基板２と、基板２上に設けられ、表面に複数の微細な穴６を有する導電性の熱陰極３とを備え、熱陰極３からの放熱を減らし集積化および大面積化を可能とするとともに、通電後の高速応答を可能とすることにより、消費電力を少なくした。
【解決手段】基板２と、基板２上に設けられ、表面に複数の微細な穴６を有する導電性の熱陰極３とを備え、熱陰極３からの放熱を減らし集積化および大面積化を可能とするとともに、通電後の高速応答を可能とすることにより、消費電力を少なくした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電子を放出する熱電子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を高温にした際に放出される熱電子を使用する熱陰極は、Ｘ線管または高周波電子管のような真空中で動作する真空管の電子源として、あるいは、蛍光灯のようなガス中で動作する放電管の電子源として使用されている。ここで、熱陰極における熱電子の電流密度は、陰極表面の仕事関数および動作温度によって決まる。温度が一定の場合は、熱陰極材料の仕事関数が小さくなると、より大きな電流密度を得ることができ、電流密度が一定の場合は、熱陰極材料の仕事関数が小さくなると、より低い温度で動作させることができる。
【０００３】
真空中であれば、熱陰極の寿命は陰極材料の蒸発によって決まるので、動作温度を低くすれば長寿命化が達成できる。さらに動作温度を低くすることで、加熱に要する電力を低減することもできる。低い温度で動作する熱陰極としてはＢａＯ（酸化バリウム）のような酸化物陰極が良く知られているが、より低い温度で動作する熱陰極材料が求められている。
【０００４】
そのような熱陰極材料の候補としては、ダイヤモンドが考えられる。例えば、特許文献１には、窒素もしくは燐をドーピングしたｎ型半導体ダイヤモンドを熱陰極材料として使用する旨の記載がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３９６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、熱陰極材料にダイヤモンドを使用したとしても、熱陰極に対して加熱が必要であり、その結果、熱陰極からの放熱により他の部材に与える熱ダメージの問題から熱電子源の集積化および大面積化が難しいという問題とともに、熱電子源の消費電力が多くなり、熱電子源の電力効率が著しく低いという問題が生じていた。
【０００７】
また熱陰極は、その使用時には温度が高くなっている必要があるため、温度が低い状態から通電しても高速に応答できず、このため熱陰極を常時加熱しておき、熱陰極上に設けたグリッド電極により熱電子流を制御する必要があり、この常時加熱のための待機電力により消費電力が多くなり、熱電子源の電力効率が著しく低いという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱陰極からの放熱を減らすことにより、集積化および大面積化を可能とするとともに、消費電力を少なくでき、さらに、通電後の高速応答を可能とすることにより、待機電力を不要とし消費電力を少なくできる熱電子源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、表面に複数の微細な穴を有する導電性の熱陰極と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集積化および大面積化が可能になるという効果を奏する。
【００１１】
また、本発明によれば、消費電力が少なくなるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる熱電子源の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下において示す図面では、説明の便宜上、図面の各部材の縮尺を異ならせて記載してある場合がある。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。また、図２は、図１の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。熱電子源１は、基板２、熱陰極３、支持部４、および、固定部５を備えて構成される。
【００１４】
基板２は、Ｓｉ（シリコン）からなる。熱陰極３は、電流が流れ、加熱されると熱電子を放出する。熱陰極３は、８μｍ（マイクロメートル）程度の厚さのｎ型多結晶ダイヤモンド膜からなり、その上側の表面に多数のマイクロキャビティ（微細な穴）６を有する。図では、マイクロキャビティ６は正方形をしているが、長方形や円形でもよく、その形状は特に限定されるものではない。マイクロキャビティ６が円形の場合、その開口径は、１μｍ程度であり、その深さは、２〜４μｍ程度である。なお、熱陰極３がマイクロキャビティ６を有する理由は、後ほど詳しく説明する。
【００１５】
支持部４は、熱陰極３を支持し、固定部５は、支持部４を基板２へ固定する。従って、熱陰極３は、支持部４と固定部５とにより、基板２から分離し空中に浮いた構造となっている。本実施の形態では支持部４および固定部５は、熱電子源１の製造方法の関係でｎ型多結晶ダイヤモンド膜からなるが、他の物質であってもよい。
【００１６】
次に、熱陰極３がマイクロキャビティ６を有する理由を説明する。白熱光源の分野においては、マイクロキャビティー光源と呼ばれる次世代の高発光効率白熱光源が期待されている。この高発光効率白熱光源は、フィラメント表面に１μｍよりも小さい径のマイクロキャビティー（微細な穴）が多数形成されており、その穴径は、カットオフ（遮断）波長λｃの１／２となっている。そして、この高発光効率白熱光源に電流を流すと、カットオフ波長λｃ以上の波長の光を放出しないというものである。
【００１７】
この高発光効率白熱光源は、Waymouthが提案し、その発光特性を予測したもので、例えば、文献（関根征士:照明学会誌，ｖｏｌ．８７，ｐ．２５１，２００３）に、その予測の紹介と文献の著者による詳細な理論検討の結果が紹介されている。
【００１８】
図３は、マイクロキャビティ光源の構造を示す概略図である。マイクロキャビティ光源（高発光効率白熱光源）７は、その熱フィラメント８がＷ（タングステン）からなり、その表面にはマイクロキャビティ（微細な穴）９が多数存在している。マイクロキャビティ９は正方開口の導波管であり、そのカットオフ波長λｃは７００ｎｍ（ナノメートル）である。その正方開口の一辺は、λｃ／２＝３５０ｎｍで、深さはカットオフ波長λｃの数倍（１〜５倍程度）となっている。
【００１９】
そして、このように形成されたマイクロキャビティ９からは、カットオフ波長λｃ以上のフォトン（光子）は放出されないので、７００ｎｍ以上の波長を持つ赤外光は放射されない。一方、カットオフ波長λｃより短波長である可視光については、マイクロキャビティ９から何の障害も無く放射される。従って、波長７００ｎｍ以上の赤外光が放出される場所は、隣接するマイクロキャビティ９間の分離壁の外側表面だけとなり、マイクロキャビティ光源７の赤外光の放射量は、通常の白熱光源（熱フィラメント）と比べて、非常に少なくなる。この結果、マイクロキャビティ光源７は、投入する電力の大部分が赤外光放射の形で失われる通常の白熱光源（熱フィラメント）と比べて、電力効率が高くなる。
【００２０】
図４は、白熱光源と熱電子源における光の波長と放射エネルギーの関係を示したグラフである。図をみると、フィラメントの温度がＴ＝２０００Ｋになる白熱光源では、カットオフ波長λｃ＝７００ｎｍ以上の赤外領域での放射エネルギーが大部分であることがわかる。従って、マイクロキャビティ光源７では、可視発光に障害を与えること無く赤外放射が抑えられるため、発光効率が大幅に向上することが期待されている。
【００２１】
本実施の形態にかかる熱電子源も同様な原理に基づくものである。通常の熱電子源では、熱陰極であるフィラメントからの赤外放射とフィラメント支持部分からの熱伝導とにより失われるエネルギーが加熱電力として必要となるが、フィラメントの温度が高い（１０００℃以上）ため赤外放射の割合が圧倒的である。
【００２２】
これに対し、熱電子源１では、熱陰極３の表面には多数のマイクロキャビティー６が形成されているため、固定部５を介して通電加熱を行なっても、赤外放射を抑えることが可能である。ここで、熱電子源は、白熱光源と比べてフィラメントの温度が低いため、赤外放射される波長が白熱光源よりも長く、カットオフ波長λｃの値を大きくしても赤外放射の大部分を抑えることが可能である。図をみると、例えば、フィラメントの温度がＴ＝８００Ｋになる熱電子源の場合、カットオフ波長λｃ＝２μｍとすると、赤外放射の大部分が抑えられることがわかる。
【００２３】
従って、マイクロキャビティ６は、半導体プロセスで容易に作成が可能なマイクロメートル単位の開口径があればよい。本実施の形態では、マイクロキャビティ９の開口径は、１μｍ程度としているが、赤外放射を抑えたい割合や熱電子源の製造プロセス等により、適宜、変更可能である。
【００２４】
さらに、熱陰極３は、熱陰極材料に電子を放出しやすいｎ型多結晶ダイヤモンド膜を使用しており、通常の熱電子源よりさらに動作温度が低い（４００〜６００℃）ため、マイクロキャビティ光源で問題となる高熱によるキャビティ構造の形状劣化も問題とならない。さらに、熱陰極３は、赤外放射が抑えられているため放熱量が少ないことと、その動作温度が低いこととに加え、基板２から分離し空中に浮いた構造をしているため、支持部４を介して熱伝導により失われるエネルギーも小さい。
【００２５】
結果として、熱電子源１を加熱する電力が非常に少なくなるので、熱電子源１は消費電力を少なくすることとができ、電力の高効率化が達成できる。さらに、熱陰極から発せられる赤外放射が抑えられているため、放熱量も少なくなり、熱陰極の周囲に存在する部材に対して熱によるダメージを与えることが少なくなる。以上の理由により、熱電子源１は集積化および大面積化に適したものとなる。これは大面積の電子源、例えば電子源を集積した平面ディスプレイや電子ビーム露光装置に適用する際には大きな利点となる。
【００２６】
図５は、熱電子源１を使用した回路の一例を示した図である。図をみると、熱電子源１に通電加熱のための電源１０が接続され、さらに、熱電子源１と電源１０の間に電流をオン・オフできるスイッチ１１が設けられている。
【００２７】
通常の熱電子源の場合、熱電子源の温度を高温まで上げる必要があるため、電源を入れてから動作可能状態になるまで時間がかかり、高速に応答することができない。このため、熱電子源を使用する場合、熱陰極を常時加熱しておき、熱陰極上に設けたグリッド電極により熱電子流を制御するという方法が一般的である。この常時加熱のための待機電力により、通常の熱電子源では、電力効率が著しく低いという問題がある。
【００２８】
一方、本実施の形態では、熱電子源１の赤外放射と熱伝導によるエネルギー損失が抑えられていること、熱電子源１の動作温度が低いこと、および、熱電子源１の大きさが微小でありその熱容量が小さいことから、常時加熱をせずに、通電加熱により高速に温度を上げ、熱電子電流をオンすることが可能である。
【００２９】
これに対し、熱電子電流をオフする場合、従来のように熱電子源の温度を下げて熱電子電流をオフする方法では、熱電子源１のエネルギー損失が小さいため、高速に応答することができない。そのため、本実施の形態では、熱電子源１と電源１０の間にスイッチ１１を設け、このスイッチ１１をオフすることにより熱電子源１への電流の供給を絶ち、熱電子源１の熱電子電流を強制的にオフする方法を採用している。
【００３０】
結果として、熱電子源１は、常時加熱をせずに通電加熱のみで高速に応答することができるため待機電力が不要となり、消費電力を少なくすることとができるので、電力の高効率化が達成できる。
【００３１】
熱電子源１の製造方法について説明する。図６−１〜図６−７は、第１の実施の形態にかかる熱電子源１の断面工程図であり、図１のＡ−Ａ矢視断面に相当する。初めに、図６−１に示すようにＳｉ基板２を準備し、その上に犠牲層となるＳｉＯ2（二酸化シリコン）膜１２を成膜し、図のようにパターンニングする。
【００３２】
次に、図６−２に示すようにマイクロ波プラズマＣＶＤ法により、８μｍ程度の厚さのｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３を形成する。ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３の成長条件は、マイクロ波パワーを１.５ｋＷ、水素流量を２００ｓｃｃｍ、メタンガス流量を４ｓｃｃｍとし、原料ガスのメタン濃度は２％とする。そして原料ガスの圧力は８０Ｔｏｒｒとし、基板は７５０℃に加熱する。ｎ型のドーパントには燐を用い、ダイヤモンド膜成長時にＰＨ3（リン化水素）ガスを同時に供給する。
【００３３】
次に、図６−３に示すようにＡｌ（アルミニウム）膜を成膜し、パターンニングを行い第１のマスク１４を形成する。そして、第１のマスク１４を用いてｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３に対して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いた異方性エッチングを行う。ＲＩＥはＣＦ4（四フッ化炭素）ガスとＯ2（酸素）ガスとを用いて行い、その後、第１のマスク１４を除去する。その結果、図６−４に示すように、ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３は、熱陰極３と支持部４に分離される。
【００３４】
次に、図６−５に示すように、再度Ａｌ膜を成膜し、パターンニングを行い第２のマスク１５を形成する。次に、第２のマスク１５を用いて、ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３の熱陰極３の部分に対して、ＲＩＥを用いた異方性エッチングを行い、その後、第２のマスク１５を除去する。その結果、図６−６に示すように、開口径Ｃが１μｍ程度で、深さＤが２〜４μｍ程度である多数の微細な穴６が形成される。最後に、図６−７に示すように、犠牲層であるＳｉＯ2膜１２を除去し、熱電子源１が完成する。
【００３５】
このように、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極に多数のマイクロキャビティを設けることにより、熱陰極からの赤外放射を抑えることができるので、放熱量を減らすことができ、周囲に存在する部材に対して熱によるダメージを与えることを少なくすることが可能となる。この結果、集積化および大面積化が可能となる。
【００３６】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極に多数のマイクロキャビティを設けることにより、熱陰極からの赤外放射を抑えることができるので、放熱量を減らすことができ、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３７】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極が基板から分離し空中に浮いた構造をしているため、支持部を介して熱伝導により失われるエネルギーを小さくすることができるので、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３８】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極にｎ型ダイヤモンドを使用することにより、その動作温度を低くすることができるので、加熱に要する電力を低減することができ、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３９】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、常時加熱をせずに通電加熱のみで高速に応答することができるため待機電力が不要となり、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べて、熱陰極の構成が異なっており、さらに熱陰極の下方にリフレクターが設けられている。第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる熱電子源の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００４１】
図７は、第２の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。また、図８は、図７の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。熱電子源２１は、基板２、熱陰極２３、支持部２４、固定部２５、および、リフレクター２６を備えて構成される。
【００４２】
熱陰極２３は、電流が流れ、加熱されると熱電子を放出する。熱陰極２３は、その上面に多数の微細な穴（マイクロキャビティ）６を有する８μｍ程度の厚さのポリシリコン膜２７と、ポリシリコン膜２７の上に成膜されている１００ｎｍ程度のｎ型ナノダイヤモンド膜２８とで構成されている。このように、低温成長できるナノダイヤモンド膜を熱陰極材料として使用することにより、以下で説明する熱電子源２１の製造方法の自由度を向上させることが可能となる。
【００４３】
支持部２４は、熱陰極２３を支持し、固定部２５は、支持部２４を基板２へ固定する。従って、熱陰極２３は、支持部２４と固定部２５とにより、基板２から分離し空中に浮いた構造となっている。本実施の形態では支持部２４および固定部２５は、熱電子源１の製造方法の関係でポリシリコン膜からなるが、他の物質であってもよい。リフレクター２６は、上方に存在する熱陰極２３とその大きさがほぼ重なるように、基板２上に設けられ、熱陰極２３の底部からの赤外放射を反射する。リフレクター２６は、Ｗ（タングステン）からなる。
【００４４】
このようにリフレクター２６を設けることにより、熱陰極２３底部からの赤外放射は、リフレクター２６で反射され、再び熱陰極２３へ戻る。このため、基板２に対して熱によるダメージを与えることを少なくすることが可能となる。この結果、集積化および大面積化が可能となる。
【００４５】
さらに、この反射した赤外放射によって、熱陰極２３が加熱され、その温度を素早く上昇させることが可能となる。
【００４６】
熱電子源２１の製造方法について説明する。図９−１〜図９−６は、第２の実施の形態にかかる熱電子源２１の断面工程図であり、図７のＡ−Ａ矢視断面に相当する。初めに、図９−１に示すようにＳｉ基板２を準備し、その上にリフレクター２６となるＷ層を成膜し、図のようにパターンニングする。次に、図９−２に示すように、犠牲層となるＰＳＧ（リン珪素ガラス）膜２９を成膜し、図のようにパターンニングする。
【００４７】
次に、８μｍ程度の厚みのポリシリコン膜２７を成膜する。そして、第１のマスクを形成後、ＲＩＥを用いた異方性エッチングを行い、第１のマスクを除去する。第１のマスクには、Ａｌ膜が使用される。その結果、図９−３に示すように、ポリシリコン膜２７は、熱陰極２３を構成する部分と支持部２４とを含む形状に分離される。
【００４８】
次に、第２のマスクを形成後、ＲＩＥによる異方性エッチングを行い、第２のマスクを除去する。第２のマスクには、Ａｌ膜が使用される。その結果、図９−４に示すように、熱陰極２３を構成する部分のポリシリコン膜２７に、開口径Ｃが１μｍ程度で、深さＤが２〜４μｍ程度である多数の微細な穴６が形成される。
【００４９】
次に、図９−５に示すように、熱陰極２３を構成する部分のポリシリコン膜２７上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍ程度の薄いｎ型ナノダイヤモンド膜２８を形成する。第１の実施の形態のｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３は、メタンと水素ガスを用いて成膜されたが、本実施の形態のｎ型ナノダイヤモンド膜２８は、メタンとアルゴンガスを用いて成膜される。そして、ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３の結晶粒のサイズが一般にマイクロメートル単位であるのに対し、ｎ型ナノダイヤモンド膜２８の結晶粒のサイズはナノメートル単位である。このため、ｎ型ナノダイヤモンド膜２８は、本実施の形態のような薄い膜を形成することが可能であり、凹凸に対する被覆性も良く、２００〜４００℃の低温での成膜が可能である。また、ｎ型のドーパントには窒素を用い、ダイヤモンド膜成長時にＮ2ガスを同時に供給する。
【００５０】
なお、本工程を行う前に、ｎ型ナノダイヤモンド膜２８を形成しない部分に、あらかじめ第３のマスクをする工程と、本工程を行った後に、当該第３のマスクを除去する工程が必要であるが、詳しい説明は省略する。
【００５１】
最後に、図９−６に示すように、犠牲層であるＰＳＧ膜２９を除去し、熱電子源２１が完成する。
【００５２】
このように、第２の実施の形態にかかる熱電子源によれば、リフレクターを設けることにより、熱陰極から基板へ向かう赤外放射を反射させることができるので、基板が吸収する放熱量を減らすことができ、基板に対して熱によるダメージを与えることを少なくすることが可能となる。この結果、集積化および大面積化が可能となる。
【００５３】
さらに、第２の実施の形態にかかる熱電子源によれば、リフレクターを設けることにより、リフレクターが反射した赤外放射によって熱陰極２３が加熱され、その温度を素早く上昇させることができるので、加熱に要する電力を低減することができ、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００５４】
さらに、第２の実施の形態にかかる熱電子源によれば、低温成長できるナノダイヤモンド膜を熱陰極材料として使用しているので、熱電子源の製造方法の自由度を向上させることが可能となる。
【００５５】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。例えば、各実施の形態では、Ｓｉ基板を用いているが、ガラス基板を用いることも可能である。ガラス基板を使用した場合、大面積の熱電子源の作成が容易になるという利点がある。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、熱陰極を用いて放電を行う放電装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。
【図２】図１の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】マイクロキャビティ光源の構造を示す概略図である。
【図４】白熱光源と熱電子源における光の波長と放射エネルギーの関係を示したグラフである。
【図５】熱電子源を使用した回路の一例を示した図である。
【図６−１】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−２】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−３】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−４】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−５】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−６】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−７】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。
【図８】図７の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図９−１】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−２】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−３】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−４】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−５】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−６】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２１ 熱電子源
２ 基板
３、２３ 熱陰極
４、２４ 支持部
５、２５ 固定部
６、９ マイクロキャビティ（微細な穴）
７ マイクロキャビティ光源（高発光効率白熱光源）
８ 熱フィラメント
１０ 電源
１１ スイッチ
１２ ＳｉＯ2（二酸化シリコン）膜
１３ ｎ型多結晶ダイヤモンド膜
１４ 第１のマスク
１５ 第２のマスク
２６ リフレクター（Ｗ層）
２７ ポリシリコン膜
２８ ｎ型ナノダイヤモンド膜
２９ ＰＳＧ（リン珪素ガラス）膜
λｃ カットオフ（遮断）波長
Ｃ 開口径
Ｄ 深さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電子を放出する熱電子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を高温にした際に放出される熱電子を使用する熱陰極は、Ｘ線管または高周波電子管のような真空中で動作する真空管の電子源として、あるいは、蛍光灯のようなガス中で動作する放電管の電子源として使用されている。ここで、熱陰極における熱電子の電流密度は、陰極表面の仕事関数および動作温度によって決まる。温度が一定の場合は、熱陰極材料の仕事関数が小さくなると、より大きな電流密度を得ることができ、電流密度が一定の場合は、熱陰極材料の仕事関数が小さくなると、より低い温度で動作させることができる。
【０００３】
真空中であれば、熱陰極の寿命は陰極材料の蒸発によって決まるので、動作温度を低くすれば長寿命化が達成できる。さらに動作温度を低くすることで、加熱に要する電力を低減することもできる。低い温度で動作する熱陰極としてはＢａＯ（酸化バリウム）のような酸化物陰極が良く知られているが、より低い温度で動作する熱陰極材料が求められている。
【０００４】
そのような熱陰極材料の候補としては、ダイヤモンドが考えられる。例えば、特許文献１には、窒素もしくは燐をドーピングしたｎ型半導体ダイヤモンドを熱陰極材料として使用する旨の記載がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３９６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、熱陰極材料にダイヤモンドを使用したとしても、熱陰極に対して加熱が必要であり、その結果、熱陰極からの放熱により他の部材に与える熱ダメージの問題から熱電子源の集積化および大面積化が難しいという問題とともに、熱電子源の消費電力が多くなり、熱電子源の電力効率が著しく低いという問題が生じていた。
【０００７】
また熱陰極は、その使用時には温度が高くなっている必要があるため、温度が低い状態から通電しても高速に応答できず、このため熱陰極を常時加熱しておき、熱陰極上に設けたグリッド電極により熱電子流を制御する必要があり、この常時加熱のための待機電力により消費電力が多くなり、熱電子源の電力効率が著しく低いという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱陰極からの放熱を減らすことにより、集積化および大面積化を可能とするとともに、消費電力を少なくでき、さらに、通電後の高速応答を可能とすることにより、待機電力を不要とし消費電力を少なくできる熱電子源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、表面に複数の微細な穴を有する導電性の熱陰極と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集積化および大面積化が可能になるという効果を奏する。
【００１１】
また、本発明によれば、消費電力が少なくなるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる熱電子源の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下において示す図面では、説明の便宜上、図面の各部材の縮尺を異ならせて記載してある場合がある。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。また、図２は、図１の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。熱電子源１は、基板２、熱陰極３、支持部４、および、固定部５を備えて構成される。
【００１４】
基板２は、Ｓｉ（シリコン）からなる。熱陰極３は、電流が流れ、加熱されると熱電子を放出する。熱陰極３は、８μｍ（マイクロメートル）程度の厚さのｎ型多結晶ダイヤモンド膜からなり、その上側の表面に多数のマイクロキャビティ（微細な穴）６を有する。図では、マイクロキャビティ６は正方形をしているが、長方形や円形でもよく、その形状は特に限定されるものではない。マイクロキャビティ６が円形の場合、その開口径は、１μｍ程度であり、その深さは、２〜４μｍ程度である。なお、熱陰極３がマイクロキャビティ６を有する理由は、後ほど詳しく説明する。
【００１５】
支持部４は、熱陰極３を支持し、固定部５は、支持部４を基板２へ固定する。従って、熱陰極３は、支持部４と固定部５とにより、基板２から分離し空中に浮いた構造となっている。本実施の形態では支持部４および固定部５は、熱電子源１の製造方法の関係でｎ型多結晶ダイヤモンド膜からなるが、他の物質であってもよい。
【００１６】
次に、熱陰極３がマイクロキャビティ６を有する理由を説明する。白熱光源の分野においては、マイクロキャビティー光源と呼ばれる次世代の高発光効率白熱光源が期待されている。この高発光効率白熱光源は、フィラメント表面に１μｍよりも小さい径のマイクロキャビティー（微細な穴）が多数形成されており、その穴径は、カットオフ（遮断）波長λｃの１／２となっている。そして、この高発光効率白熱光源に電流を流すと、カットオフ波長λｃ以上の波長の光を放出しないというものである。
【００１７】
この高発光効率白熱光源は、Waymouthが提案し、その発光特性を予測したもので、例えば、文献（関根征士:照明学会誌，ｖｏｌ．８７，ｐ．２５１，２００３）に、その予測の紹介と文献の著者による詳細な理論検討の結果が紹介されている。
【００１８】
図３は、マイクロキャビティ光源の構造を示す概略図である。マイクロキャビティ光源（高発光効率白熱光源）７は、その熱フィラメント８がＷ（タングステン）からなり、その表面にはマイクロキャビティ（微細な穴）９が多数存在している。マイクロキャビティ９は正方開口の導波管であり、そのカットオフ波長λｃは７００ｎｍ（ナノメートル）である。その正方開口の一辺は、λｃ／２＝３５０ｎｍで、深さはカットオフ波長λｃの数倍（１〜５倍程度）となっている。
【００１９】
そして、このように形成されたマイクロキャビティ９からは、カットオフ波長λｃ以上のフォトン（光子）は放出されないので、７００ｎｍ以上の波長を持つ赤外光は放射されない。一方、カットオフ波長λｃより短波長である可視光については、マイクロキャビティ９から何の障害も無く放射される。従って、波長７００ｎｍ以上の赤外光が放出される場所は、隣接するマイクロキャビティ９間の分離壁の外側表面だけとなり、マイクロキャビティ光源７の赤外光の放射量は、通常の白熱光源（熱フィラメント）と比べて、非常に少なくなる。この結果、マイクロキャビティ光源７は、投入する電力の大部分が赤外光放射の形で失われる通常の白熱光源（熱フィラメント）と比べて、電力効率が高くなる。
【００２０】
図４は、白熱光源と熱電子源における光の波長と放射エネルギーの関係を示したグラフである。図をみると、フィラメントの温度がＴ＝２０００Ｋになる白熱光源では、カットオフ波長λｃ＝７００ｎｍ以上の赤外領域での放射エネルギーが大部分であることがわかる。従って、マイクロキャビティ光源７では、可視発光に障害を与えること無く赤外放射が抑えられるため、発光効率が大幅に向上することが期待されている。
【００２１】
本実施の形態にかかる熱電子源も同様な原理に基づくものである。通常の熱電子源では、熱陰極であるフィラメントからの赤外放射とフィラメント支持部分からの熱伝導とにより失われるエネルギーが加熱電力として必要となるが、フィラメントの温度が高い（１０００℃以上）ため赤外放射の割合が圧倒的である。
【００２２】
これに対し、熱電子源１では、熱陰極３の表面には多数のマイクロキャビティー６が形成されているため、固定部５を介して通電加熱を行なっても、赤外放射を抑えることが可能である。ここで、熱電子源は、白熱光源と比べてフィラメントの温度が低いため、赤外放射される波長が白熱光源よりも長く、カットオフ波長λｃの値を大きくしても赤外放射の大部分を抑えることが可能である。図をみると、例えば、フィラメントの温度がＴ＝８００Ｋになる熱電子源の場合、カットオフ波長λｃ＝２μｍとすると、赤外放射の大部分が抑えられることがわかる。
【００２３】
従って、マイクロキャビティ６は、半導体プロセスで容易に作成が可能なマイクロメートル単位の開口径があればよい。本実施の形態では、マイクロキャビティ９の開口径は、１μｍ程度としているが、赤外放射を抑えたい割合や熱電子源の製造プロセス等により、適宜、変更可能である。
【００２４】
さらに、熱陰極３は、熱陰極材料に電子を放出しやすいｎ型多結晶ダイヤモンド膜を使用しており、通常の熱電子源よりさらに動作温度が低い（４００〜６００℃）ため、マイクロキャビティ光源で問題となる高熱によるキャビティ構造の形状劣化も問題とならない。さらに、熱陰極３は、赤外放射が抑えられているため放熱量が少ないことと、その動作温度が低いこととに加え、基板２から分離し空中に浮いた構造をしているため、支持部４を介して熱伝導により失われるエネルギーも小さい。
【００２５】
結果として、熱電子源１を加熱する電力が非常に少なくなるので、熱電子源１は消費電力を少なくすることとができ、電力の高効率化が達成できる。さらに、熱陰極から発せられる赤外放射が抑えられているため、放熱量も少なくなり、熱陰極の周囲に存在する部材に対して熱によるダメージを与えることが少なくなる。以上の理由により、熱電子源１は集積化および大面積化に適したものとなる。これは大面積の電子源、例えば電子源を集積した平面ディスプレイや電子ビーム露光装置に適用する際には大きな利点となる。
【００２６】
図５は、熱電子源１を使用した回路の一例を示した図である。図をみると、熱電子源１に通電加熱のための電源１０が接続され、さらに、熱電子源１と電源１０の間に電流をオン・オフできるスイッチ１１が設けられている。
【００２７】
通常の熱電子源の場合、熱電子源の温度を高温まで上げる必要があるため、電源を入れてから動作可能状態になるまで時間がかかり、高速に応答することができない。このため、熱電子源を使用する場合、熱陰極を常時加熱しておき、熱陰極上に設けたグリッド電極により熱電子流を制御するという方法が一般的である。この常時加熱のための待機電力により、通常の熱電子源では、電力効率が著しく低いという問題がある。
【００２８】
一方、本実施の形態では、熱電子源１の赤外放射と熱伝導によるエネルギー損失が抑えられていること、熱電子源１の動作温度が低いこと、および、熱電子源１の大きさが微小でありその熱容量が小さいことから、常時加熱をせずに、通電加熱により高速に温度を上げ、熱電子電流をオンすることが可能である。
【００２９】
これに対し、熱電子電流をオフする場合、従来のように熱電子源の温度を下げて熱電子電流をオフする方法では、熱電子源１のエネルギー損失が小さいため、高速に応答することができない。そのため、本実施の形態では、熱電子源１と電源１０の間にスイッチ１１を設け、このスイッチ１１をオフすることにより熱電子源１への電流の供給を絶ち、熱電子源１の熱電子電流を強制的にオフする方法を採用している。
【００３０】
結果として、熱電子源１は、常時加熱をせずに通電加熱のみで高速に応答することができるため待機電力が不要となり、消費電力を少なくすることとができるので、電力の高効率化が達成できる。
【００３１】
熱電子源１の製造方法について説明する。図６−１〜図６−７は、第１の実施の形態にかかる熱電子源１の断面工程図であり、図１のＡ−Ａ矢視断面に相当する。初めに、図６−１に示すようにＳｉ基板２を準備し、その上に犠牲層となるＳｉＯ2（二酸化シリコン）膜１２を成膜し、図のようにパターンニングする。
【００３２】
次に、図６−２に示すようにマイクロ波プラズマＣＶＤ法により、８μｍ程度の厚さのｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３を形成する。ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３の成長条件は、マイクロ波パワーを１.５ｋＷ、水素流量を２００ｓｃｃｍ、メタンガス流量を４ｓｃｃｍとし、原料ガスのメタン濃度は２％とする。そして原料ガスの圧力は８０Ｔｏｒｒとし、基板は７５０℃に加熱する。ｎ型のドーパントには燐を用い、ダイヤモンド膜成長時にＰＨ3（リン化水素）ガスを同時に供給する。
【００３３】
次に、図６−３に示すようにＡｌ（アルミニウム）膜を成膜し、パターンニングを行い第１のマスク１４を形成する。そして、第１のマスク１４を用いてｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３に対して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いた異方性エッチングを行う。ＲＩＥはＣＦ4（四フッ化炭素）ガスとＯ2（酸素）ガスとを用いて行い、その後、第１のマスク１４を除去する。その結果、図６−４に示すように、ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３は、熱陰極３と支持部４に分離される。
【００３４】
次に、図６−５に示すように、再度Ａｌ膜を成膜し、パターンニングを行い第２のマスク１５を形成する。次に、第２のマスク１５を用いて、ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３の熱陰極３の部分に対して、ＲＩＥを用いた異方性エッチングを行い、その後、第２のマスク１５を除去する。その結果、図６−６に示すように、開口径Ｃが１μｍ程度で、深さＤが２〜４μｍ程度である多数の微細な穴６が形成される。最後に、図６−７に示すように、犠牲層であるＳｉＯ2膜１２を除去し、熱電子源１が完成する。
【００３５】
このように、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極に多数のマイクロキャビティを設けることにより、熱陰極からの赤外放射を抑えることができるので、放熱量を減らすことができ、周囲に存在する部材に対して熱によるダメージを与えることを少なくすることが可能となる。この結果、集積化および大面積化が可能となる。
【００３６】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極に多数のマイクロキャビティを設けることにより、熱陰極からの赤外放射を抑えることができるので、放熱量を減らすことができ、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３７】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極が基板から分離し空中に浮いた構造をしているため、支持部を介して熱伝導により失われるエネルギーを小さくすることができるので、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３８】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、熱陰極にｎ型ダイヤモンドを使用することにより、その動作温度を低くすることができるので、加熱に要する電力を低減することができ、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３９】
さらに、第１の実施の形態にかかる熱電子源によれば、常時加熱をせずに通電加熱のみで高速に応答することができるため待機電力が不要となり、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べて、熱陰極の構成が異なっており、さらに熱陰極の下方にリフレクターが設けられている。第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる熱電子源の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００４１】
図７は、第２の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。また、図８は、図７の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。熱電子源２１は、基板２、熱陰極２３、支持部２４、固定部２５、および、リフレクター２６を備えて構成される。
【００４２】
熱陰極２３は、電流が流れ、加熱されると熱電子を放出する。熱陰極２３は、その上面に多数の微細な穴（マイクロキャビティ）６を有する８μｍ程度の厚さのポリシリコン膜２７と、ポリシリコン膜２７の上に成膜されている１００ｎｍ程度のｎ型ナノダイヤモンド膜２８とで構成されている。このように、低温成長できるナノダイヤモンド膜を熱陰極材料として使用することにより、以下で説明する熱電子源２１の製造方法の自由度を向上させることが可能となる。
【００４３】
支持部２４は、熱陰極２３を支持し、固定部２５は、支持部２４を基板２へ固定する。従って、熱陰極２３は、支持部２４と固定部２５とにより、基板２から分離し空中に浮いた構造となっている。本実施の形態では支持部２４および固定部２５は、熱電子源１の製造方法の関係でポリシリコン膜からなるが、他の物質であってもよい。リフレクター２６は、上方に存在する熱陰極２３とその大きさがほぼ重なるように、基板２上に設けられ、熱陰極２３の底部からの赤外放射を反射する。リフレクター２６は、Ｗ（タングステン）からなる。
【００４４】
このようにリフレクター２６を設けることにより、熱陰極２３底部からの赤外放射は、リフレクター２６で反射され、再び熱陰極２３へ戻る。このため、基板２に対して熱によるダメージを与えることを少なくすることが可能となる。この結果、集積化および大面積化が可能となる。
【００４５】
さらに、この反射した赤外放射によって、熱陰極２３が加熱され、その温度を素早く上昇させることが可能となる。
【００４６】
熱電子源２１の製造方法について説明する。図９−１〜図９−６は、第２の実施の形態にかかる熱電子源２１の断面工程図であり、図７のＡ−Ａ矢視断面に相当する。初めに、図９−１に示すようにＳｉ基板２を準備し、その上にリフレクター２６となるＷ層を成膜し、図のようにパターンニングする。次に、図９−２に示すように、犠牲層となるＰＳＧ（リン珪素ガラス）膜２９を成膜し、図のようにパターンニングする。
【００４７】
次に、８μｍ程度の厚みのポリシリコン膜２７を成膜する。そして、第１のマスクを形成後、ＲＩＥを用いた異方性エッチングを行い、第１のマスクを除去する。第１のマスクには、Ａｌ膜が使用される。その結果、図９−３に示すように、ポリシリコン膜２７は、熱陰極２３を構成する部分と支持部２４とを含む形状に分離される。
【００４８】
次に、第２のマスクを形成後、ＲＩＥによる異方性エッチングを行い、第２のマスクを除去する。第２のマスクには、Ａｌ膜が使用される。その結果、図９−４に示すように、熱陰極２３を構成する部分のポリシリコン膜２７に、開口径Ｃが１μｍ程度で、深さＤが２〜４μｍ程度である多数の微細な穴６が形成される。
【００４９】
次に、図９−５に示すように、熱陰極２３を構成する部分のポリシリコン膜２７上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍ程度の薄いｎ型ナノダイヤモンド膜２８を形成する。第１の実施の形態のｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３は、メタンと水素ガスを用いて成膜されたが、本実施の形態のｎ型ナノダイヤモンド膜２８は、メタンとアルゴンガスを用いて成膜される。そして、ｎ型多結晶ダイヤモンド膜１３の結晶粒のサイズが一般にマイクロメートル単位であるのに対し、ｎ型ナノダイヤモンド膜２８の結晶粒のサイズはナノメートル単位である。このため、ｎ型ナノダイヤモンド膜２８は、本実施の形態のような薄い膜を形成することが可能であり、凹凸に対する被覆性も良く、２００〜４００℃の低温での成膜が可能である。また、ｎ型のドーパントには窒素を用い、ダイヤモンド膜成長時にＮ2ガスを同時に供給する。
【００５０】
なお、本工程を行う前に、ｎ型ナノダイヤモンド膜２８を形成しない部分に、あらかじめ第３のマスクをする工程と、本工程を行った後に、当該第３のマスクを除去する工程が必要であるが、詳しい説明は省略する。
【００５１】
最後に、図９−６に示すように、犠牲層であるＰＳＧ膜２９を除去し、熱電子源２１が完成する。
【００５２】
このように、第２の実施の形態にかかる熱電子源によれば、リフレクターを設けることにより、熱陰極から基板へ向かう赤外放射を反射させることができるので、基板が吸収する放熱量を減らすことができ、基板に対して熱によるダメージを与えることを少なくすることが可能となる。この結果、集積化および大面積化が可能となる。
【００５３】
さらに、第２の実施の形態にかかる熱電子源によれば、リフレクターを設けることにより、リフレクターが反射した赤外放射によって熱陰極２３が加熱され、その温度を素早く上昇させることができるので、加熱に要する電力を低減することができ、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００５４】
さらに、第２の実施の形態にかかる熱電子源によれば、低温成長できるナノダイヤモンド膜を熱陰極材料として使用しているので、熱電子源の製造方法の自由度を向上させることが可能となる。
【００５５】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。例えば、各実施の形態では、Ｓｉ基板を用いているが、ガラス基板を用いることも可能である。ガラス基板を使用した場合、大面積の熱電子源の作成が容易になるという利点がある。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、熱陰極を用いて放電を行う放電装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。
【図２】図１の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】マイクロキャビティ光源の構造を示す概略図である。
【図４】白熱光源と熱電子源における光の波長と放射エネルギーの関係を示したグラフである。
【図５】熱電子源を使用した回路の一例を示した図である。
【図６−１】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−２】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−３】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−４】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−５】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−６】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図６−７】第１の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる熱電子源の上面図と側面図である。
【図８】図７の熱電子源のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図９−１】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−２】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−３】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−４】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−５】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【図９−６】第２の実施の形態にかかる熱電子源の断面工程図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２１ 熱電子源
２ 基板
３、２３ 熱陰極
４、２４ 支持部
５、２５ 固定部
６、９ マイクロキャビティ（微細な穴）
７ マイクロキャビティ光源（高発光効率白熱光源）
８ 熱フィラメント
１０ 電源
１１ スイッチ
１２ ＳｉＯ2（二酸化シリコン）膜
１３ ｎ型多結晶ダイヤモンド膜
１４ 第１のマスク
１５ 第２のマスク
２６ リフレクター（Ｗ層）
２７ ポリシリコン膜
２８ ｎ型ナノダイヤモンド膜
２９ ＰＳＧ（リン珪素ガラス）膜
λｃ カットオフ（遮断）波長
Ｃ 開口径
Ｄ 深さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、表面に複数の微細な穴を有する導電性の熱陰極と、
を備えることを特徴とする熱電子源。
【請求項２】
前記微細な穴の開口部の寸法は、所定の赤外線波長の略２分の１に相当すること、
を特徴とする請求項１に記載の熱電子源。
【請求項３】
前記微細な穴の開口径は、１マイクロメートルであり、前記穴の深さは、２〜４マイクロメートルであること、
を特徴とする請求項１または２に記載の熱電子源。
【請求項４】
前記基板と前記熱陰極の間に設けられ、前記熱陰極を前記基板から浮かした状態で支持し、
前記熱陰極へ電流を供給するとともに、前記熱陰極から前記基板への熱伝導を抑制する支持部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項５】
前記基板と前記熱陰極との間に、前記熱陰極からの赤外放射を反射する反射部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項６】
前記支持部に接続され、前記熱陰極へ電流を供給する電源と、
前記支持部に接続され、前記電流を遮断するスイッチと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項７】
前記熱陰極は、ｎ型ダイヤモンドを含むこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項８】
前記熱陰極は、シリコンと、前記シリコンが前記基板と向かい合う面と反対側の表面に成膜されたｎ型ダイヤモンドとを含むこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、表面に複数の微細な穴を有する導電性の熱陰極と、
を備えることを特徴とする熱電子源。
【請求項２】
前記微細な穴の開口部の寸法は、所定の赤外線波長の略２分の１に相当すること、
を特徴とする請求項１に記載の熱電子源。
【請求項３】
前記微細な穴の開口径は、１マイクロメートルであり、前記穴の深さは、２〜４マイクロメートルであること、
を特徴とする請求項１または２に記載の熱電子源。
【請求項４】
前記基板と前記熱陰極の間に設けられ、前記熱陰極を前記基板から浮かした状態で支持し、
前記熱陰極へ電流を供給するとともに、前記熱陰極から前記基板への熱伝導を抑制する支持部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項５】
前記基板と前記熱陰極との間に、前記熱陰極からの赤外放射を反射する反射部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項６】
前記支持部に接続され、前記熱陰極へ電流を供給する電源と、
前記支持部に接続され、前記電流を遮断するスイッチと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項７】
前記熱陰極は、ｎ型ダイヤモンドを含むこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱電子源。
【請求項８】
前記熱陰極は、シリコンと、前記シリコンが前記基板と向かい合う面と反対側の表面に成膜されたｎ型ダイヤモンドとを含むこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱電子源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図６−６】
【図６−７】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図６−６】
【図６−７】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【公開番号】特開２００８−２１０７５６（Ｐ２００８−２１０７５６Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４９０６３（Ｐ２００７−４９０６３）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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