JP2017143011A - Electron emitting element - Google Patents

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裕治 木村
Yuji Kimura
裕治 木村
片岡　光浩
Mitsuhiro Kataoka
光浩 片岡
久也 高橋
Hisaya Takahashi
久也 高橋
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CI TECHNO KK
Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron-emitting element capable of suppressing leakage current.SOLUTION: An electron-emitting element including a pair of electrodes placed oppositely to each other, where electrons move between the pair of electrodes, further includes two substrates 1, 2 placed oppositely to each other, two electrodes 3, 4 placed between two substrates 1, 2 while spaced apart from each other and laminated thereon, respectively, and a spacer 5 placed between two substrates 1, 2 while spaced apart from the two electrodes 3, 4, and connected with two substrates 1, 2 and defining the distance between the two electrodes 3, 4. At least any one of the two substrates 1, 2 is composed of an insulator.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、互いに離された状態で配置された一対の電極の間を電子が移動する電子放出素子に関するものである。   The present invention relates to an electron-emitting device in which electrons move between a pair of electrodes arranged apart from each other.

電子放出素子として、例えば、電界放出素子、熱電子発電素子が挙げられる。電界放出素子は、金属及び半導体材料に高電界を印加することにより電子が放出される現象を利用したものであり、カソード電極とアノード電極に電圧を印加することにより、カソード電極から電子が放出され、アノード電極に到達する。   Examples of the electron-emitting device include a field emission device and a thermionic power generation device. A field emission device utilizes a phenomenon in which electrons are emitted by applying a high electric field to metal and semiconductor materials, and electrons are emitted from the cathode electrode by applying a voltage to the cathode electrode and the anode electrode. To the anode electrode.

熱電子発電素子は、高温の電極表面から熱電子が放出される現象を利用して、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、エミッタ電極を高温にすることで熱電子が放出され、コレクタ電極に到達する。   The thermoelectric power generation element converts the thermal energy into electric energy by utilizing the phenomenon that the hot electrons are emitted from the surface of the high temperature electrode. The thermoelectrons are emitted by raising the temperature of the emitter electrode, and the collector Reach the electrode.

これらの電子放出素子では、電極間の距離を短くすることで、有利な効果が得られる。例えば、電界放出素子では、電極間への印加電圧の増加により放出電子が増加するが、電極間距離を短くすると、所望の量の放出電子を得るために必要な印加電圧を低くすることができる。   In these electron-emitting devices, an advantageous effect can be obtained by shortening the distance between the electrodes. For example, in a field emission device, the number of emitted electrons increases due to an increase in the applied voltage between the electrodes. However, when the distance between the electrodes is shortened, the applied voltage required to obtain a desired amount of emitted electrons can be lowered. .

また、熱電子発電素子については、高効率な発電を実現するために、電極間の距離をナノメートルオーダー程度に短くすることで、トンネル現象を利用して熱電子放出効率を向上させることが検討されている。また、電極間隔を狭くすれば空間電荷の影響が小さくなり、発電出力が大きくなることが原理的に分かっている。   As for thermionic power generation elements, in order to realize high-efficiency power generation, it is considered to improve thermionic emission efficiency by utilizing the tunnel phenomenon by shortening the distance between the electrodes to the order of nanometers. Has been. Further, it has been found in principle that the effect of space charge is reduced and the power generation output is increased if the electrode interval is reduced.

しかし、電極間の距離を短くすることについては、いくつかの問題がある。例えば、熱電子発電素子において、トンネル現象が発生するナノメートルオーダー程度の微小な間隔で電極間を保持することは困難であり、機械加工による方法では加工精度上の限界の寸法である。   However, there are several problems with reducing the distance between the electrodes. For example, in a thermoelectric power generation element, it is difficult to hold the electrodes at a minute interval of the order of nanometers where a tunnel phenomenon occurs, which is a critical dimension in machining accuracy by a machining method.

これについて、例えば特許文献１では、電極間隔を維持するために絶縁体で構成されるスペーサを電極間に保持する方法が提案されている。   In this regard, for example, Patent Document 1 proposes a method of holding a spacer composed of an insulator between electrodes in order to maintain an electrode interval.

特表２００２−５４０６３６号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-540636

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、電極に直接スペーサが接続されているため、スペーサの表面を電流がリークしやすい。   However, in the apparatus described in Patent Document 1, since the spacer is directly connected to the electrode, current easily leaks from the surface of the spacer.

本発明は上記点に鑑みて、リーク電流を抑制できる電子放出素子を提供することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide an electron-emitting device capable of suppressing leakage current.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、互いに対向するように配置された一対の電極を備え、一対の電極の間を電子が移動する電子放出素子であって、互いに対向するように配置された２つの基板（１、２）と、互いに離された状態で２つの基板の間に配置され、２つの基板にそれぞれ積層された２つの電極（３、４）と、２つの電極から離された状態で２つの基板の間に配置され、２つの基板と接続され、２つの電極の間の距離を規定するスペーサ（５）と、を備え、２つの基板のうち少なくともいずれか一方は、絶縁体で構成されている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided an electron-emitting device that includes a pair of electrodes arranged to face each other and moves electrons between the pair of electrodes, and faces each other. Two substrates (1, 2) arranged in such a manner, two electrodes (3, 4) respectively disposed between the two substrates in a state of being separated from each other, and two electrodes A spacer (5) disposed between the two substrates in a state of being separated from the electrodes, connected to the two substrates and defining a distance between the two electrodes, and comprising at least one of the two substrates One is made of an insulator.

これによれば、スペーサが２つの電極から離された状態で配置されており、２つの電極とスペーサは、絶縁体で構成された基板により電気的に絶縁されているため、スペーサを介したリーク電流を抑制することができる。   According to this, since the spacer is arranged in a state of being separated from the two electrodes, and the two electrodes and the spacer are electrically insulated by the substrate made of an insulator, the leakage through the spacer Current can be suppressed.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態にかかる電子放出素子の断面図である。It is sectional drawing of the electron-emitting element concerning 1st Embodiment. 第２実施形態にかかる電子放出素子の断面図である。It is sectional drawing of the electron-emitting element concerning 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の電子放出素子は、互いに対向するように配置された一対の電極を備え、この一対の電極の間を電子が移動する電界放出素子であり、電界放出ディスプレイ、電子顕微鏡等に用いられる。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. The electron-emitting device of the present embodiment is a field-emission device that includes a pair of electrodes arranged to face each other and moves electrons between the pair of electrodes, and is used in a field-emission display, an electron microscope, and the like. .

図１に示すように、本実施形態の電子放出素子は、互いに対向するように配置された２つの基板１、２と、互いに離された状態で２つの基板１、２の間に配置され、２つの基板１、２にそれぞれ積層された２つの電極３、４と、スペーサ５とを備えている。   As shown in FIG. 1, the electron-emitting device of this embodiment is disposed between two substrates 1 and 2 that are disposed so as to face each other, and two substrates 1 and 2 that are separated from each other. Two electrodes 3 and 4, and a spacer 5, which are respectively stacked on two substrates 1 and 2, are provided.

基板１は、例えばモリブデン等で構成された導電性基板である。基板２は、例えばＡｌ２Ｏ３等で構成された絶縁基板である。ここで、絶縁基板とは、酸化物、窒化物、セラミック、高抵抗の半導体材料等の高抵抗材料で構成された基板をいう。 The substrate 1 is a conductive substrate made of, for example, molybdenum. The substrate 2 is an insulating substrate made of, for example, Al 2 O 3 or the like. Here, the insulating substrate refers to a substrate made of a high resistance material such as an oxide, nitride, ceramic, or a high resistance semiconductor material.

図１に示すように、基板１には電極３が積層されている。電極３は、電子放出素子に電界が印加されることにより電子を放出するカソード電極であり、金属や低抵抗の半導体材料等の導電材料で構成されている。半導体材料とは、例えば、ダイヤモンド、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、カーボンナノチューブ等である。本実施形態では、電極３は、基板１に積層された図示しないシリコン基板と、このシリコン基板に積層されたカーボンナノチューブで構成されている。   As shown in FIG. 1, an electrode 3 is laminated on the substrate 1. The electrode 3 is a cathode electrode that emits electrons when an electric field is applied to the electron-emitting device, and is made of a conductive material such as a metal or a low-resistance semiconductor material. Examples of the semiconductor material include diamond, Si, GaN, SiC, BN, GaAs, InP, and carbon nanotube. In this embodiment, the electrode 3 includes a silicon substrate (not shown) stacked on the substrate 1 and carbon nanotubes stacked on the silicon substrate.

図１に示すように、基板２には電極４が積層されている。電極４は、電極３から放出された電子を捕獲するアノード電極であり、金属や低抵抗の半導体材料等の導電材料で構成されている。本実施形態では、電極４は、モリブデンで構成されている。   As shown in FIG. 1, an electrode 4 is laminated on the substrate 2. The electrode 4 is an anode electrode that captures electrons emitted from the electrode 3 and is made of a conductive material such as a metal or a low-resistance semiconductor material. In the present embodiment, the electrode 4 is made of molybdenum.

本実施形態では、電極３および電極４は板状とされている。電極３の上面は、基板１の上面よりも寸法が小さくされており、電極３は、基板１の上面の内周部に積層されている。また、電極４の上面は、基板２の下面よりも寸法が小さくされており、電極４は、基板２の下面の内周部に積層されている。そして、基板１の上面、基板２の下面の外周部には、スペーサ５が接続されている。   In the present embodiment, the electrode 3 and the electrode 4 are plate-shaped. The upper surface of the electrode 3 is smaller in size than the upper surface of the substrate 1, and the electrode 3 is laminated on the inner peripheral portion of the upper surface of the substrate 1. Further, the upper surface of the electrode 4 is smaller in size than the lower surface of the substrate 2, and the electrode 4 is laminated on the inner peripheral portion of the lower surface of the substrate 2. A spacer 5 is connected to the outer periphery of the upper surface of the substrate 1 and the lower surface of the substrate 2.

スペーサ５は、電極３と電極４との距離を一定に保つためのものであり、ここではＳＵＳで構成されている。図１に示すように、スペーサ５は、２つの電極３、４から離された状態で２つの基板１、２の間に配置され、２つの基板１、２と接続されている。   The spacer 5 is used to keep the distance between the electrode 3 and the electrode 4 constant, and is made of SUS here. As shown in FIG. 1, the spacer 5 is disposed between the two substrates 1 and 2 while being separated from the two electrodes 3 and 4, and is connected to the two substrates 1 and 2.

図１に示すように、本実施形態の電子放出素子はスペーサ５を２つ備えている。そして、２つのスペーサ５は、基板１、２、電極３、４の面内方向において、電極３、４の両側に配置されている。   As shown in FIG. 1, the electron-emitting device of this embodiment includes two spacers 5. The two spacers 5 are arranged on both sides of the electrodes 3 and 4 in the in-plane direction of the substrates 1 and 2 and the electrodes 3 and 4.

具体的には、スペーサ５は円柱状とされており、長手方向が基板１、２、電極３、４の厚み方向と一致するように配置されている。そして、長手方向の一方の端部において基板１と接続され、他方の端部において基板２と接続されるように、基板１、２の外側からねじ止めされている。   Specifically, the spacer 5 has a cylindrical shape, and is arranged so that the longitudinal direction thereof coincides with the thickness direction of the substrates 1 and 2 and the electrodes 3 and 4. And it is screwed from the outer side of the board | substrates 1 and 2 so that it may connect with the board | substrate 1 in one edge part of a longitudinal direction, and it connects with the board | substrate 2 in the other edge part.

スペーサ５の長手方向の寸法は、電極３、電極４の厚みと、これら２つの電極の間の距離とを合わせた寸法となっており、スペーサ５によって、２つの電極の間の距離が規定されている。   The dimension of the spacer 5 in the longitudinal direction is a dimension obtained by combining the thicknesses of the electrodes 3 and 4 and the distance between these two electrodes. The spacer 5 defines the distance between the two electrodes. ing.

このような構成により、基板１、電極３、スペーサ５は、絶縁基板である基板２によって、電極４と電気的に絶縁されている。   With such a configuration, the substrate 1, the electrode 3, and the spacer 5 are electrically insulated from the electrode 4 by the substrate 2 which is an insulating substrate.

本実施形態の電子放出素子において、電極３に電圧を印加すると電極３から電子が放出される。そして、本実施形態の電子放出素子を例えば電界放出ディスプレイに用いた場合、アノード電極である電極４側に配置された蛍光体に電子が衝突することで、蛍光体が発光する。また、本実施形態の電子放出素子を電子顕微鏡に用いた場合、電極３から放出された電子が観察対象に衝突する。   In the electron-emitting device of this embodiment, when a voltage is applied to the electrode 3, electrons are emitted from the electrode 3. When the electron-emitting device according to the present embodiment is used in, for example, a field emission display, the phosphor collides with the phosphor disposed on the electrode 4 side that is the anode electrode, so that the phosphor emits light. Further, when the electron-emitting device of this embodiment is used in an electron microscope, electrons emitted from the electrode 3 collide with an observation target.

このような電子放出素子では、電極間の距離を短くすることで、所望の量の放出電子を得るために必要な印加電圧を低くすることができる。しかし、トンネル現象が発生するナノメートルオーダー程度の微小な間隔で電極間を保持することは困難であり、機械加工による方法では加工精度上の限界の寸法である。   In such an electron-emitting device, the applied voltage required to obtain a desired amount of emitted electrons can be lowered by shortening the distance between the electrodes. However, it is difficult to hold the electrodes at a minute interval on the order of nanometers where tunneling occurs, and this is a critical dimension in machining accuracy by a method using machining.

これについて、例えば特許文献１では、電極間隔を維持するために絶縁体で構成されるスペーサを電極間に保持する方法が提案されている。電極間隔を維持する方法としてスペーサを用いる方法は、電極間隔の制御、信頼性共に有利であり、また、このようなスペーサを用いた電子放出素子は、安価に作製することができる。   In this regard, for example, Patent Document 1 proposes a method of holding a spacer composed of an insulator between electrodes in order to maintain an electrode interval. A method using a spacer as a method for maintaining the electrode interval is advantageous in both control of the electrode interval and reliability, and an electron-emitting device using such a spacer can be manufactured at low cost.

しかしながら、電界放出素子では、カソード電極とアノード電極間に高電界が印加されるため、電極間の絶縁性が低くなると、電流漏れや異常放電などが起きるおそれがある。そして、特許文献１に記載の装置では、電極に直接スペーサが接続されているため、スペーサの表面を電流がリークしやすい。   However, since a high electric field is applied between the cathode electrode and the anode electrode in the field emission device, current leakage or abnormal discharge may occur if the insulation between the electrodes is lowered. In the apparatus described in Patent Document 1, since the spacer is directly connected to the electrode, current easily leaks from the surface of the spacer.

これに対し本実施形態では、スペーサ５が電極３、４から離された状態で配置されており、電極４とスペーサ５は、絶縁基板である基板２により電気的に絶縁されているため、スペーサ５を介したリーク電流を抑制することができる。   On the other hand, in this embodiment, the spacer 5 is disposed in a state of being separated from the electrodes 3 and 4, and the electrode 4 and the spacer 5 are electrically insulated by the substrate 2 that is an insulating substrate. The leakage current via 5 can be suppressed.

また、電極間にスペーサを配置する方法では、電極間隔が短くなるに従いスペーサの厚みも薄くなり、絶縁性が低くなるため、電極間の電流リークが増加する問題があった。   Further, in the method of arranging the spacers between the electrodes, there is a problem that current leakage between the electrodes increases because the spacers become thinner and the insulation becomes lower as the electrode interval becomes shorter.

これに対し本実施形態では、スペーサ５の長さは基板１と基板２との距離により定まり、基板１と基板２との距離が一定であれば、電極３と電極４との距離が変化してもスペーサ５の長さは変化しない。そのため、スペーサ５の長さを維持し、絶縁性を保ったまま電極３と電極４との距離を短くすることが可能であり、電流リークをさらに抑制することができる。   On the other hand, in this embodiment, the length of the spacer 5 is determined by the distance between the substrate 1 and the substrate 2, and if the distance between the substrate 1 and the substrate 2 is constant, the distance between the electrode 3 and the electrode 4 changes. However, the length of the spacer 5 does not change. Therefore, it is possible to shorten the distance between the electrode 3 and the electrode 4 while maintaining the length of the spacer 5 and maintaining the insulating property, and it is possible to further suppress current leakage.

また、本実施形態では、電極３が絶縁基板である基板２によって電極４と電気的に絶縁されているため、基板２の厚みを大きくすることにより、電極３と電極４との絶縁性を容易に高めることができる。   In this embodiment, since the electrode 3 is electrically insulated from the electrode 4 by the substrate 2 which is an insulating substrate, the insulation between the electrode 3 and the electrode 4 can be easily achieved by increasing the thickness of the substrate 2. Can be increased.

また、スペーサ５が電極３または電極４に接している場合、スペーサ５を絶縁材料で構成する必要がある。これに対し本実施形態では、スペーサ５が電極３および電極４から離された状態で配置されており、電極３は、絶縁基板である基板２によって、電極４と電気的に絶縁されている。そのため、スペーサ５を金属等の導電材料で構成することができる。   Further, when the spacer 5 is in contact with the electrode 3 or the electrode 4, the spacer 5 needs to be made of an insulating material. On the other hand, in this embodiment, the spacer 5 is arranged in a state of being separated from the electrode 3 and the electrode 4, and the electrode 3 is electrically insulated from the electrode 4 by the substrate 2 which is an insulating substrate. Therefore, the spacer 5 can be made of a conductive material such as metal.

なお、本実施形態ではカソード電極である電極３をシリコン基板に積層されたカーボンナノチューブで構成したが、電極３を、ダイヤモンドを主成分とする半導体材料で構成することがより好ましい。ここで、ダイヤモンドを主成分とする半導体材料とは、例えばダイヤモンドに半導体不純物が添加されたものをいう。また、ダイヤモンドの結晶粒界にグラファイト等が存在するものも、ダイヤモンドを主成分とする半導体材料とする。   In the present embodiment, the electrode 3 which is a cathode electrode is composed of carbon nanotubes laminated on a silicon substrate, but the electrode 3 is more preferably composed of a semiconductor material mainly composed of diamond. Here, the semiconductor material containing diamond as a main component refers to a material obtained by adding semiconductor impurities to diamond, for example. A semiconductor material containing diamond as a main component is also one in which graphite or the like is present at the crystal grain boundary of diamond.

例えば、電極３をシリコン基板にダイヤモンド膜が積層された構成とすることがより好ましい。ダイヤモンドは、カーボンナノチューブや他の半導体材料、金属材料に比べて仕事関数が小さく、電子を放出しやすい特性を持っているからである。また、ダイヤモンド膜はダイヤモンド構造を持つため固く、外部からの衝撃に強いからである。   For example, it is more preferable that the electrode 3 has a structure in which a diamond film is laminated on a silicon substrate. This is because diamond has a smaller work function than carbon nanotubes, other semiconductor materials, and metal materials, and has a characteristic of easily emitting electrons. In addition, the diamond film has a diamond structure, so it is hard and resistant to external impacts.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の電子放出素子は、互いに対向するように配置された一対の電極を備え、この一対の電極の間を移動する熱電子を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子である。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The electron-emitting device of this embodiment includes a pair of electrodes arranged to face each other, and a thermoelectron power generation device that converts thermal energy into electrical energy using thermoelectrons moving between the pair of electrodes It is.

図２に示すように、本実施形態の電子放出素子は、基板１、２、電極３、４、スペーサ５に加え、基板６を備えており、電極３と電極４との間に接続された図示しない負荷に電力を供給する。   As shown in FIG. 2, the electron-emitting device of this embodiment includes a substrate 6 in addition to the substrates 1, 2, 3, 4, and the spacer 5, and is connected between the electrode 3 and the electrode 4. Power is supplied to a load (not shown).

本実施形態では、基板１および基板２が絶縁基板とされており、熱伝導率の高いＡｌＮで構成されている。図２に示すように、基板１には基板６が積層されている。基板６は導電性基板であり、例えばモリブデン等で構成されている。   In this embodiment, the board | substrate 1 and the board | substrate 2 are made into the insulated substrate, and are comprised with AlN with high heat conductivity. As shown in FIG. 2, a substrate 6 is laminated on the substrate 1. The substrate 6 is a conductive substrate and is made of, for example, molybdenum.

図２に示すように、基板６には電極３が積層されている。電極３は、熱源からの熱が加わることにより熱電子を放出するエミッタ電極であり、金属や低抵抗の半導体材料等の導電材料で構成されている。半導体材料とは、例えば、ダイヤモンド、Ｓｉ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等である。   As shown in FIG. 2, the electrode 3 is laminated on the substrate 6. The electrode 3 is an emitter electrode that emits thermoelectrons when heat from a heat source is applied, and is made of a conductive material such as a metal or a low-resistance semiconductor material. The semiconductor material is, for example, diamond, Si, GaN, SiC, BN, GaAs, InP, or the like.

本実施形態では、電極３は、基板６に積層された図示しないシリコン基板と、このシリコン基板に積層されたＮ型ダイヤモンドの層とで構成されている。ダイヤモンドは仕事関数が小さいため、電極３をこのような構成とすることにより、低い温度で発電することができる。電極３を上記の構成とした本実施形態では、１０００℃以下の温度、例えば２００℃程度で発電することができる。   In this embodiment, the electrode 3 includes a silicon substrate (not shown) laminated on the substrate 6 and an N-type diamond layer laminated on the silicon substrate. Since diamond has a small work function, the electrode 3 having such a configuration can generate power at a low temperature. In the present embodiment in which the electrode 3 is configured as described above, power can be generated at a temperature of 1000 ° C. or lower, for example, about 200 ° C.

電極４は、電極３から放出された電子を捕獲するコレクタ電極であり、金属や低抵抗の半導体材料等の導電材料で構成されている。電極４は、基板２に積層された図示しないシリコン基板と、このシリコン基板に積層されたＮ型ダイヤモンドの層とで構成されている。   The electrode 4 is a collector electrode that captures electrons emitted from the electrode 3, and is made of a conductive material such as a metal or a low-resistance semiconductor material. The electrode 4 is composed of a silicon substrate (not shown) laminated on the substrate 2 and an N-type diamond layer laminated on the silicon substrate.

基板６の上面は、基板１の上面よりも寸法が小さくされており、図２に示すように、基板６は基板１の内周部に積層されている。本実施形態のスペーサ５は、電極３、４、基板６から離された状態で基板１、２の間に配置され、長手方向の一方の端部において基板１と接続され、他方の端部において基板２と接続されている。   The size of the upper surface of the substrate 6 is smaller than that of the upper surface of the substrate 1, and the substrate 6 is laminated on the inner peripheral portion of the substrate 1 as shown in FIG. 2. The spacer 5 of this embodiment is disposed between the substrates 1 and 2 while being separated from the electrodes 3, 4 and the substrate 6, connected to the substrate 1 at one end in the longitudinal direction, and at the other end. It is connected to the substrate 2.

本実施形態の電子放出素子は、電極３と電極４との間に図示しない負荷を接続した状態で用いられる。電極３に熱源からの熱が加えられると、電極３から熱電子が放出され、電極４に到達する。そして、熱電子は電極３と電極４との間の負荷を通って電極３に戻る。これにより、負荷に電力を供給することができる。   The electron-emitting device of this embodiment is used in a state where a load (not shown) is connected between the electrode 3 and the electrode 4. When heat from a heat source is applied to the electrode 3, thermoelectrons are emitted from the electrode 3 and reach the electrode 4. The thermoelectrons return to the electrode 3 through a load between the electrode 3 and the electrode 4. Thereby, electric power can be supplied to the load.

このような熱電子発電素子では、電極間の距離をナノメートルオーダー程度に短くすることで、高効率に発電することができる。しかし、このような微小な間隔で電極間を保持することは困難であり、機械加工による方法では加工精度上の限界の寸法である。   In such a thermionic power generation element, power can be generated with high efficiency by shortening the distance between the electrodes to the order of nanometers. However, it is difficult to maintain the gap between the electrodes at such a small interval, and the machining method has a limit on the processing accuracy.

これについて、本実施形態では、第１実施形態と同様に、スペーサ５によって電極３と電極４との距離を維持しており、これにより、電極間の距離を短くすることができる。そして、スペーサ５が電極３、４から離された状態で配置されており、電極４とスペーサ５は、絶縁基板である基板２により電気的に絶縁されているため、スペーサ５を介したリーク電流を抑制することができる。   In this embodiment, similarly to the first embodiment, the distance between the electrode 3 and the electrode 4 is maintained by the spacer 5, and thus the distance between the electrodes can be shortened. Since the spacer 5 is arranged in a state of being separated from the electrodes 3 and 4 and the electrode 4 and the spacer 5 are electrically insulated by the substrate 2 which is an insulating substrate, the leakage current through the spacer 5 Can be suppressed.

また、第１実施形態と同様に、スペーサ５の長さを維持し、絶縁性を保ったまま電極３と電極４との距離を短くすることが可能であり、電流リークをさらに抑制することができる。また、基板１または基板２の厚みを大きくすることにより、電極３と電極４との絶縁性を容易に高めることができる。また、スペーサ５を金属等の導電材料で構成することができる。   In addition, as in the first embodiment, the length of the spacer 5 can be maintained, the distance between the electrode 3 and the electrode 4 can be shortened while maintaining the insulating property, and current leakage can be further suppressed. it can. Further, by increasing the thickness of the substrate 1 or the substrate 2, the insulation between the electrode 3 and the electrode 4 can be easily increased. The spacer 5 can be made of a conductive material such as metal.

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 (Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably.

例えば、上記第１実施形態では基板１が導電性基板、基板２が絶縁基板とされ、上記第２実施形態では基板１および基板２が絶縁基板とされているが、２つの基板１、２のうち少なくともいずれか一方が絶縁体で構成されていればよい。すなわち、上記第１実施形態において、基板１を絶縁基板とし、基板２を導電性基板としてもよく、基板１および基板２を絶縁基板としてもよい。また、上記第２実施形態において、基板１および基板２のうちいずれか一方のみを絶縁基板とし、他方を導電性基板としてもよい。なお、基板１を導電性基板とする場合、基板１の仕事関数を電極３の仕事関数よりも大きくすることが好ましい。   For example, in the first embodiment, the substrate 1 is a conductive substrate and the substrate 2 is an insulating substrate. In the second embodiment, the substrate 1 and the substrate 2 are insulating substrates. At least one of them may be made of an insulator. That is, in the first embodiment, the substrate 1 may be an insulating substrate, the substrate 2 may be a conductive substrate, and the substrate 1 and the substrate 2 may be insulating substrates. In the second embodiment, only one of the substrate 1 and the substrate 2 may be an insulating substrate and the other may be a conductive substrate. When the substrate 1 is a conductive substrate, it is preferable that the work function of the substrate 1 is larger than the work function of the electrode 3.

また、電子放出素子がスペーサ５を１つのみ備えていてもよい。また、電子放出素子がスペーサ５を３つ以上備えていてもよい。   Further, the electron-emitting device may include only one spacer 5. Further, the electron-emitting device may include three or more spacers 5.

また、電界放出素子、熱電子発電素子以外の電子放出素子に本発明を適用してもよい。   Further, the present invention may be applied to electron emission elements other than field emission elements and thermoelectron power generation elements.

１ 基板
２ 基板
３ 電極
４ 電極
５ スペーサ 1 substrate 2 substrate 3 electrode 4 electrode 5 spacer

Claims (3)

互いに対向するように配置された一対の電極を備え、前記一対の電極の間を電子が移動する電子放出素子であって、
互いに対向するように配置された２つの基板（１、２）と、
互いに離された状態で前記２つの基板の間に配置され、前記２つの基板にそれぞれ積層された２つの電極（３、４）と、
前記２つの電極から離された状態で前記２つの基板の間に配置され、前記２つの基板と接続され、前記２つの電極の間の距離を規定するスペーサ（５）と、を備え、
前記２つの基板のうち少なくともいずれか一方は、絶縁体で構成されている電子放出素子。 An electron-emitting device comprising a pair of electrodes arranged to face each other, wherein electrons move between the pair of electrodes,
Two substrates (1, 2) arranged to face each other;
Two electrodes (3, 4) disposed between the two substrates in a state of being separated from each other and stacked on the two substrates, respectively;
A spacer (5) disposed between the two substrates in a state of being separated from the two electrodes, connected to the two substrates, and defining a distance between the two electrodes;
An electron-emitting device in which at least one of the two substrates is made of an insulator. 前記２つの電極のうち、電子を放出する電極は、半導体材料で構成されている請求項１に記載の電子放出素子。   The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electrode that emits electrons among the two electrodes is made of a semiconductor material. 前記半導体材料は、ダイヤモンドを主成分とする請求項２に記載の電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 2, wherein the semiconductor material contains diamond as a main component.
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