JPH11213867A - 冷陰極素子 - Google Patents
冷陰極素子Info
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- JPH11213867A JPH11213867A JP1685498A JP1685498A JPH11213867A JP H11213867 A JPH11213867 A JP H11213867A JP 1685498 A JP1685498 A JP 1685498A JP 1685498 A JP1685498 A JP 1685498A JP H11213867 A JPH11213867 A JP H11213867A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い印加電圧によっても十分に電子を放出す
ることが可能な、実用性の高い冷陰極素子を提供する。 【解決手段】 電界を印加されることにより電子を放出
する冷陰極素子であって、Ｘ線光電子分光法によるＣ1S
電子の光電子スペクトルの半値幅Ｈｗが、Ｈｗ≧１．７
２ｅＶであるダイヤモンド状炭素膜より構成されてい
る。
ることが可能な、実用性の高い冷陰極素子を提供する。 【解決手段】 電界を印加されることにより電子を放出
する冷陰極素子であって、Ｘ線光電子分光法によるＣ1S
電子の光電子スペクトルの半値幅Ｈｗが、Ｈｗ≧１．７
２ｅＶであるダイヤモンド状炭素膜より構成されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界を印加される
ことにより電子を放出する冷陰極素子に関する。
ことにより電子を放出する冷陰極素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子放出素子としては熱陰極素子
と冷陰極素子とが知られている。
と冷陰極素子とが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】熱陰極素子は真空管に
代表される分野に用いられているが、熱を付与するため
に集積化が困難である、といった問題がある。一方、冷
陰極素子は熱を用いないため集積化が可能な素子とし
て、フラットパネルディスプレイ、電圧増幅素子、高周
波増幅素子等への応用が期待されている。
代表される分野に用いられているが、熱を付与するため
に集積化が困難である、といった問題がある。一方、冷
陰極素子は熱を用いないため集積化が可能な素子とし
て、フラットパネルディスプレイ、電圧増幅素子、高周
波増幅素子等への応用が期待されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、低い印加電圧
によっても十分に電子を放出することが可能な、実用性
の高い前記冷陰極素子を提供することを目的とする。
によっても十分に電子を放出することが可能な、実用性
の高い前記冷陰極素子を提供することを目的とする。
【０００５】前記目的を達成するため本発明によれば、
電界を印加されることにより電子を放出する冷陰極素子
であって、Ｘ線光電子分光法によるＣ1S電子の光電子ス
ペクトルの半値幅Ｈｗが、Ｈｗ≧１．７２ｅＶであるダ
イヤモンド状炭素膜より構成されている冷陰極素子が提
供される。
電界を印加されることにより電子を放出する冷陰極素子
であって、Ｘ線光電子分光法によるＣ1S電子の光電子ス
ペクトルの半値幅Ｈｗが、Ｈｗ≧１．７２ｅＶであるダ
イヤモンド状炭素膜より構成されている冷陰極素子が提
供される。
【０００６】ここで、ダイヤモンド状炭素膜とは、その
結晶構造がダイヤモンド単結晶構造ではないが、その性
質がダイヤモンドに近いものを言う。
結晶構造がダイヤモンド単結晶構造ではないが、その性
質がダイヤモンドに近いものを言う。
【０００７】このようなダイヤモンド状炭素膜におい
て、半値幅Ｈｗを前記のように設定すると、そのダイヤ
モンド状炭素膜におけるダイヤモンド性、つまり電気絶
縁性が弱められる一方、グラファイト性、つまり導電性
が強められる。これにより冷陰極素子の放出電界が低め
られるので、低い印加電圧によっても十分に電子を放出
することが可能となる。
て、半値幅Ｈｗを前記のように設定すると、そのダイヤ
モンド状炭素膜におけるダイヤモンド性、つまり電気絶
縁性が弱められる一方、グラファイト性、つまり導電性
が強められる。これにより冷陰極素子の放出電界が低め
られるので、低い印加電圧によっても十分に電子を放出
することが可能となる。
【０００８】ただし、前記半値幅ＨｗがＨｗ＜１．７２
ｅＶでは、ダイヤモンド状炭素膜のダイヤモンド性が強
められるため、放出電界が高くなる。
ｅＶでは、ダイヤモンド状炭素膜のダイヤモンド性が強
められるため、放出電界が高くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は陰極ユニット１を示し、そ
の陰極ユニット１はＡｌ製陰極板２と、その表面に形成
された冷陰極素子３とよりなる。その冷陰極素子３は、
Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ、ＸＰＳ）によるＣ1S電子
の光電子スペクトルの半値幅ＨｗがＨｗ≧１．７２ｅＶ
であるダイヤモンド状炭素膜より構成されている。
の陰極ユニット１はＡｌ製陰極板２と、その表面に形成
された冷陰極素子３とよりなる。その冷陰極素子３は、
Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ、ＸＰＳ）によるＣ1S電子
の光電子スペクトルの半値幅ＨｗがＨｗ≧１．７２ｅＶ
であるダイヤモンド状炭素膜より構成されている。
【００１０】前記半値幅Ｈｗは、図２に示すように、ダ
イヤモンド状炭素膜について、Ｘ線光電子分光法による
分析を行い、得られたＣ1S電子の光電子スペクトル４か
ら求められる。即ち、ピーク値の２分の１におけるスペ
クトルの幅（ｅＶ）を半値幅Ｈｗとする。
イヤモンド状炭素膜について、Ｘ線光電子分光法による
分析を行い、得られたＣ1S電子の光電子スペクトル４か
ら求められる。即ち、ピーク値の２分の１におけるスペ
クトルの幅（ｅＶ）を半値幅Ｈｗとする。
【００１１】ダイヤモンド状炭素膜において、半値幅Ｈ
ｗを前記のように設定すると、そのダイヤモンド状炭素
膜におけるダイヤモンド性、つまり電気絶縁性が弱めら
れる一方、グラファイト性、つまり導電性が強められ
る。これにより冷陰極素子３の放出電界が低められるの
で、低い印加電圧によっても十分に電子を放出すること
が可能となる。
ｗを前記のように設定すると、そのダイヤモンド状炭素
膜におけるダイヤモンド性、つまり電気絶縁性が弱めら
れる一方、グラファイト性、つまり導電性が強められ
る。これにより冷陰極素子３の放出電界が低められるの
で、低い印加電圧によっても十分に電子を放出すること
が可能となる。
【００１２】ダイヤモンド状炭素膜はスパッタリングま
たはイオンビーム蒸着法により形成される。イオンビー
ム蒸着法においては、正イオンビームまたは負イオンビ
ームが用いられる。この場合、ダイヤモンド状炭素膜の
原子密度は、スパッタリングによるもの、正イオンビー
ム蒸着法によるもの、負イオンビーム蒸着法によるも
の、の順に高くなる、つまり同一の半値幅Ｈｗを有して
いても、導電性は前記順序で強くなり、放出電界は前記
順序で低くなる。
たはイオンビーム蒸着法により形成される。イオンビー
ム蒸着法においては、正イオンビームまたは負イオンビ
ームが用いられる。この場合、ダイヤモンド状炭素膜の
原子密度は、スパッタリングによるもの、正イオンビー
ム蒸着法によるもの、負イオンビーム蒸着法によるも
の、の順に高くなる、つまり同一の半値幅Ｈｗを有して
いても、導電性は前記順序で強くなり、放出電界は前記
順序で低くなる。
【００１３】これは次のような理由による。即ち、スパ
ッタリングにおいては、蒸着エネルギが不定であると共
に蒸着粒子サイズもランダムであるため、ダイヤモンド
状炭素膜内に多くの欠陥が生じ、これによりその導電性
が阻害される。一方、正、負イオンビーム蒸着法におい
ては、蒸着エネルギを制御することが可能であるから、
ダイヤモンド状炭素膜内の欠陥の発生を大いに抑制して
高密度化を図ることができる。この効果は、負イオンビ
ーム蒸着法によるダイヤモンド状炭素膜において顕著で
あり、これは負イオンの内部ポテンシャルエネルギ（電
子親和力）が正イオンのそれ（電離電圧）よりも低いこ
とに起因する。
ッタリングにおいては、蒸着エネルギが不定であると共
に蒸着粒子サイズもランダムであるため、ダイヤモンド
状炭素膜内に多くの欠陥が生じ、これによりその導電性
が阻害される。一方、正、負イオンビーム蒸着法におい
ては、蒸着エネルギを制御することが可能であるから、
ダイヤモンド状炭素膜内の欠陥の発生を大いに抑制して
高密度化を図ることができる。この効果は、負イオンビ
ーム蒸着法によるダイヤモンド状炭素膜において顕著で
あり、これは負イオンの内部ポテンシャルエネルギ（電
子親和力）が正イオンのそれ（電離電圧）よりも低いこ
とに起因する。
【００１４】以下、具体例について説明する。
【００１５】〔Ｉ〕負イオンビーム蒸着法によるダイヤ
モンド状炭素膜の形成 図３は、公知の超高真空型負イオンビーム蒸着装置（NI
ABNIS:Neutral andIonized Alkaline metal bombardmen
t type heavy Negative Ion Source)を示す。その装置
は、センタアノードパイプ５、フィラメント６、熱遮蔽
体７等を有するセシウムプラズマイオン源８と、サプレ
ッサ９と、高純度高密度炭素よりなるターゲット１０を
備えたターゲット電極１１と、負イオン引出し電極１２
と、レンズ１３と、マグネット１４を有する電子除去体
１５と、偏向板１６とを有する。 ダイヤモンド状炭素
膜３（便宜上、冷陰極素子と同一の符号を用いる）の形
成に当っては、（ａ）図３に示すように、各部に所定の
電圧を印加する、（ｂ）セシウムプラズマイオン源８に
よりセシウムの正イオンを発生させる、（ｃ）セシウム
の正イオンによりターゲット１０をスパッタして炭素等
の負イオンを発生させる、（ｄ）サプレッサ９を介して
負イオン引出し電極１２により負イオンを引出して負イ
オンビーム１７を発生させる、（ｅ）レンズ１３により
負イオンビーム１７を収束する、（ｆ）電子除去体１５
により負イオンビーム１７に含まれる電子を除去する、
（ｇ）偏向板１６により負イオンのみを電極板２に向け
て飛行させる、といった方法を採用した。
モンド状炭素膜の形成 図３は、公知の超高真空型負イオンビーム蒸着装置（NI
ABNIS:Neutral andIonized Alkaline metal bombardmen
t type heavy Negative Ion Source)を示す。その装置
は、センタアノードパイプ５、フィラメント６、熱遮蔽
体７等を有するセシウムプラズマイオン源８と、サプレ
ッサ９と、高純度高密度炭素よりなるターゲット１０を
備えたターゲット電極１１と、負イオン引出し電極１２
と、レンズ１３と、マグネット１４を有する電子除去体
１５と、偏向板１６とを有する。 ダイヤモンド状炭素
膜３（便宜上、冷陰極素子と同一の符号を用いる）の形
成に当っては、（ａ）図３に示すように、各部に所定の
電圧を印加する、（ｂ）セシウムプラズマイオン源８に
よりセシウムの正イオンを発生させる、（ｃ）セシウム
の正イオンによりターゲット１０をスパッタして炭素等
の負イオンを発生させる、（ｄ）サプレッサ９を介して
負イオン引出し電極１２により負イオンを引出して負イ
オンビーム１７を発生させる、（ｅ）レンズ１３により
負イオンビーム１７を収束する、（ｆ）電子除去体１５
により負イオンビーム１７に含まれる電子を除去する、
（ｇ）偏向板１６により負イオンのみを電極板２に向け
て飛行させる、といった方法を採用した。
【００１６】図４は負イオンビーム１７の質量スペクト
ルを示す。この負イオンビーム１７の主たる負イオンは
構成原子数が１であるＣ- イオンと構成原子数が２であ
るＣ2 - イオンである。ただし、イオン電流はＣ- ＞Ｃ
2 - である。
ルを示す。この負イオンビーム１７の主たる負イオンは
構成原子数が１であるＣ- イオンと構成原子数が２であ
るＣ2 - イオンである。ただし、イオン電流はＣ- ＞Ｃ
2 - である。
【００１７】表１は負イオンビーム蒸着法によるダイヤ
モンド状炭素膜３の例１〜７における形成条件を示す。
例１〜７の厚さは０．４〜０．８μｍであった。
モンド状炭素膜３の例１〜７における形成条件を示す。
例１〜７の厚さは０．４〜０．８μｍであった。
【００１８】
【表１】
【００１９】次に、例１〜７についてＸ線光電子分光法
による分析を行い、得られたＣ1S電子の光電子スペクト
ル４から半値幅Ｈｗを求めた。
による分析を行い、得られたＣ1S電子の光電子スペクト
ル４から半値幅Ｈｗを求めた。
【００２０】その後、例１〜７について、図５に示す方
法で、放出電界の測定を行った。即ち、電圧調整可能な
電源１８にＡｌ製導電板１９を接続し、その導電板１９
上に、中央部に縦０．８cm、横０．８cm（０．６４c
m2 ）の開口２０を有する厚さ１５０μｍのカバーガラ
ス２１を載せ、また、そのカバーガラス２１上に陰極ユ
ニット１のダイヤモンド状炭素膜３を載せ、さらに、そ
の陰極板２に電流計２２を接続した。次いで、電源１８
より導電板１９に所定の電圧を印加して、電流計２２に
より電流を読取った。そして、測定電流と開口２０の面
積とから、放出電流密度（μＡ／cm2 ）を求め、実用性
を考慮して、その放出電流密度が８μＡ／cm 2 に達した
とき、それに対応する電圧とカバーガラス２１の厚さと
から放出電界（Ｖ／μｍ）を求めた。
法で、放出電界の測定を行った。即ち、電圧調整可能な
電源１８にＡｌ製導電板１９を接続し、その導電板１９
上に、中央部に縦０．８cm、横０．８cm（０．６４c
m2 ）の開口２０を有する厚さ１５０μｍのカバーガラ
ス２１を載せ、また、そのカバーガラス２１上に陰極ユ
ニット１のダイヤモンド状炭素膜３を載せ、さらに、そ
の陰極板２に電流計２２を接続した。次いで、電源１８
より導電板１９に所定の電圧を印加して、電流計２２に
より電流を読取った。そして、測定電流と開口２０の面
積とから、放出電流密度（μＡ／cm2 ）を求め、実用性
を考慮して、その放出電流密度が８μＡ／cm 2 に達した
とき、それに対応する電圧とカバーガラス２１の厚さと
から放出電界（Ｖ／μｍ）を求めた。
【００２１】表２は例１〜７に関する半値幅Ｈｗと放出
電界を示す。
電界を示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】〔II〕正イオンビーム蒸着法によるダイヤ
モンド状炭素膜の形成 このダイヤモンド状炭素膜３の形成には、図３の装置を
用い、またアルゴンの正イオンによりスパッタを行って
炭素の正イオンを発生させ、さらに負イオン引出し電極
１２、レンズ１３、偏向板１６および陰極板２の極性
を、前記〔Ｉ〕の場合（図３参照）と逆に設定した。
モンド状炭素膜の形成 このダイヤモンド状炭素膜３の形成には、図３の装置を
用い、またアルゴンの正イオンによりスパッタを行って
炭素の正イオンを発生させ、さらに負イオン引出し電極
１２、レンズ１３、偏向板１６および陰極板２の極性
を、前記〔Ｉ〕の場合（図３参照）と逆に設定した。
【００２４】表３は、正イオンビーム蒸着法によるダイ
ヤモンド状炭素膜３の例１〜５における形成条件を示
す。例１〜５の厚さは０．４〜０．８μｍであった。
ヤモンド状炭素膜３の例１〜５における形成条件を示
す。例１〜５の厚さは０．４〜０．８μｍであった。
【００２５】
【表３】
【００２６】次に、例１〜５について、前記と同様の方
法で半値幅Ｈｗを求め、また前記と同様の方法で、放出
電界の測定を行った。
法で半値幅Ｈｗを求め、また前記と同様の方法で、放出
電界の測定を行った。
【００２７】表４は例１〜５に関する半値幅Ｈｗと放出
電界を示す。
電界を示す。
【００２８】
【表４】
【００２９】〔III 〕スパッタリングによるダイヤモン
ド状炭素膜の形成 このダイヤモンド状炭素膜３の形成には、公知の高周波
スパッタ装置を用いた。
ド状炭素膜の形成 このダイヤモンド状炭素膜３の形成には、公知の高周波
スパッタ装置を用いた。
【００３０】表５は、スパッタリングによるダイヤモン
ド状炭素膜３の例１〜３における形成条件を示す。例１
〜３の厚さは０．４〜０．８μｍであった。
ド状炭素膜３の例１〜３における形成条件を示す。例１
〜３の厚さは０．４〜０．８μｍであった。
【００３１】
【表５】
【００３２】次に、例１〜３について、前記と同様の方
法で半値幅Ｈｗを求め、また前記と同様の方法で、放出
電界の測定を行った。
法で半値幅Ｈｗを求め、また前記と同様の方法で、放出
電界の測定を行った。
【００３３】表６は例１〜３に関する半値幅Ｈｗと放出
電界を示す。
電界を示す。
【００３４】
【表６】
【００３５】〔IV〕電界放出特性 前記各ダイヤモンド状炭素膜３に関し、表２，４，６に
基づいて半値幅Ｈｗと放出電界との関係をグラフ化した
ところ、図６の結果を得た。図６から明らかなように、
半値幅ＨｗをＨｗ≧１．７２ｅＶに設定すると、ダイヤ
モンド状炭素膜３の放出電界を大いに低くすることがで
きる。この場合、ダイヤモンド状炭素膜３の電界放出特
性は、スパッタリングによるもの、正イオンビーム蒸着
法によるもの、負イオンビーム蒸着法によるもの、の順
に高くなることが判る。
基づいて半値幅Ｈｗと放出電界との関係をグラフ化した
ところ、図６の結果を得た。図６から明らかなように、
半値幅ＨｗをＨｗ≧１．７２ｅＶに設定すると、ダイヤ
モンド状炭素膜３の放出電界を大いに低くすることがで
きる。この場合、ダイヤモンド状炭素膜３の電界放出特
性は、スパッタリングによるもの、正イオンビーム蒸着
法によるもの、負イオンビーム蒸着法によるもの、の順
に高くなることが判る。
【００３６】本発明に係る冷陰極素子は、フラットパネ
ルディスプレイ、電圧増幅素子、高周波増幅素子、高精
度至近距離レーダ、磁気センサ、視覚センサ等に応用さ
れる。
ルディスプレイ、電圧増幅素子、高周波増幅素子、高精
度至近距離レーダ、磁気センサ、視覚センサ等に応用さ
れる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことによって、低い印加電圧によっても十分に電子を放
出することが可能な、実用性の高い冷陰極素子を提供す
ることができる。
ことによって、低い印加電圧によっても十分に電子を放
出することが可能な、実用性の高い冷陰極素子を提供す
ることができる。
【図１】陰極ユニットの断面図である。
【図２】ダイヤモンド状炭素膜に関するＸ線光電子分光
法によるＣ1S電子の光電子スペクトルである。
法によるＣ1S電子の光電子スペクトルである。
【図３】超高真空型負イオンビーム蒸着装置の概略図で
ある。
ある。
【図４】前記装置によるビームスペクトルである。
【図５】放出電界測定方法の説明図である。
【図６】半値幅と放出電界との関係を示すグラフであ
る。
る。
１ 陰極ユニット ２ 陰極板 ３ 冷陰極素子（ダイヤモンド状炭素膜）
Claims (3)
- 【請求項１】 電界を印加されることにより電子を放出
する冷陰極素子であって、Ｘ線光電子分光法によるＣ1S
電子の光電子スペクトルの半値幅Ｈｗが、Ｈｗ≧１．７
２ｅＶであるダイヤモンド状炭素膜より構成されている
ことを特徴とする冷陰極素子。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンド状炭素膜はイオンビー
ム蒸着法により形成された、請求項１記載の冷陰極素
子。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、負イオン
ビームを用いるイオンビーム蒸着法により形成された、
請求項１記載の冷陰極素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1685498A JP3765358B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 冷陰極素子 |
| US09/237,844 US6268686B1 (en) | 1998-01-29 | 1999-01-27 | Cold cathode element |
| KR1019990002830A KR100303632B1 (ko) | 1998-01-29 | 1999-01-29 | 냉음극소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1685498A JP3765358B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 冷陰極素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11213867A true JPH11213867A (ja) | 1999-08-06 |
| JP3765358B2 JP3765358B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=11927814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1685498A Expired - Fee Related JP3765358B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 冷陰極素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3765358B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001202870A (ja) * | 2000-01-14 | 2001-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 冷陰極素子 |
-
1998
- 1998-01-29 JP JP1685498A patent/JP3765358B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001202870A (ja) * | 2000-01-14 | 2001-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 冷陰極素子 |
| JP4545864B2 (ja) * | 2000-01-14 | 2010-09-15 | 本田技研工業株式会社 | 冷陰極素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3765358B2 (ja) | 2006-04-12 |
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