フィールドエミッタアレイ

電界エミッタアレイ(FEA) は、大面積電界電子源の特殊な形態です。FEA は、集積回路の製造に使用されるものと同様のリソグラフィ技術によってシリコン基板上に作成されます。FEA の構造は、多数の個別の類似した小電界電子エミッタで構成され、通常は規則的な 2 次元パターンで編成されます。FEA は、「フィルム」または「マット」タイプの大面積ソースとは区別する必要があります。「フィルム」または「マット」タイプの大面積ソースでは、均一な堆積プロセスを使用して、このフィルムに十分な数の個別の放出サイトが含まれることを期待または予測して、均一な堆積プロセスを使用して基板上に薄いフィルム状の材料層が堆積されます。

スピントアレイ

元々の電界エミッタアレイはSpindt アレイで、個々の電界エミッタは小さく鋭いモリブデンの円錐です。各エミッタは酸化膜の円筒形の空隙内に堆積され、対向電極は膜の上部に堆積されます。対向電極 (「ゲート」と呼ばれる) には、円錐形のエミッタごとに別々の円形の開口部があります。このデバイスは、SRI Internationalでこの技術を開発し、1968 年にウェーハ上に微細加工された単一のエミッタチップについて説明した最初の論文を発表したCharles A. Spindt にちなんで名付けられました。 ^[3] Spindt、Shoulders、および Heynick は、エミッタチップのアレイを含む真空デバイスの米国特許^[4]を 1970 年に申請しました。

それぞれの円錐はスピントチップと呼ばれます。スピントチップは先端が鋭いため、比較的低いゲート電圧（100 V未満）で高い局所電界を生成できます。リソグラフィ製造技術を使用すると、個々のエミッターを非常に密集させて配置することができ、その結果、平均（または「マクロ」）電流密度が最大2×10 ⁷ A/m ² ^[要出典]まで高くなります。スピント型エミッターは、他のFEA技術よりも高い放出強度と狭い角度分布を備えています。^[5]

ナノスピントアレイ

ナノスピントアレイは、従来のスピント型エミッターの進化形です。個々のチップは数桁小さく、その結果、チップからゲートまでの距離が短くなるため、ゲート電圧を低くすることができます。さらに、個々のチップから抽出される電流が低くなるため、信頼性が向上するはずです。^[6]

カーボンナノチューブ（CNT）アレイ

FEA の別の形態は、酸化膜内に空隙を作成し (スピントアレイの場合と同様)、標準的な方法を使用して各空隙内に 1 つ以上のカーボンナノチューブ(CNT) を成長させることによって製造されます。

「自立型」CNT アレイを成長させることも可能です。

アプリケーション

本質的に非常に小さな電子ビーム発生器 (FEA) は、さまざまな分野で応用されてきました。FEA はフラットパネルディスプレイ (ここでは電界放出ディスプレイ(または「ナノ放出ディスプレイ」) として知られています) の作成に使用されてきました。また、マイクロ波発生器や RF 通信でも使用され、進行波管(TWT)のカソードとして機能します。

最近、電界効果アレイをX 線管の冷陰極として使用することに新たな関心が集まっています。FEA は、従来の熱陰極に比べて、低消費電力、瞬時スイッチング、電流と電圧の独立性など、多くの潜在的な利点を備えています。

参考文献

^ swenson (2013-03-05). 「電子フィールドエミッタ技術の新たなプレーヤーが、より優れたイメージングと通信を実現します」。NIST 。 2021年8月21日閲覧。
^ 「シリコンカーバイドフィールドエミッタ」。NIST。2013年3月5日。 2021年8月21日閲覧。
^ Spindt, CA (1968). 「薄膜電界放出カソード」. Journal of Applied Physics . 39 (7). AIP Publishing: 3504–3505. doi :10.1063/1.1656810. ISSN 0021-8979.
^ 1973年8月28日に付与された米国特許3,755,704
^ Spindt, CA; Brodie, I.; Humphrey, L.; Westerberg, ER (1976). 「モリブデンコーン付き薄膜電界放出カソードの物理的特性」. Journal of Applied Physics . 47 (12). AIP Publishing: 5248–5263. doi :10.1063/1.322600. ISSN 0021-8979.
^ Scaduto, David A.; Lubinsky, Anthony R.; Rowlands, John A.; Kenmotsu, Hidenori; Nishimoto, Norihito; et al. (2014-03-19). 「統合型静電集束機能を備えた SAPHIRE (高解像度エミッター読み出し機能付きシンチレーターアバランシェ光伝導体) の空間分解能と時間的性能の調査」。Whiting, Bruce R.; Hoeschen, Christoph (編)。Medical Imaging 2014: Physics of Medical Imaging。Vol. 9033。SPIE。p. S-1。doi : 10.1117/12.2043187。

参照

[1] swenson (2013-03-05). 「電子フィールドエミッタ技術の新たなプレーヤーが、より優れたイメージングと通信を実現します」。NIST 。 2021年8月21日閲覧。

[2] 「シリコンカーバイドフィールドエミッタ」。NIST。2013年3月5日。 2021年8月21日閲覧。

[SpindtArticle-3] Spindt, CA (1968). 「薄膜電界放出カソード」. Journal of Applied Physics . 39 (7). AIP Publishing: 3504–3505. doi :10.1063/1.1656810. ISSN 0021-8979.

[SpindtPatent-4] 1973年8月28日に付与された米国特許3,755,704

[5] Spindt, CA; Brodie, I.; Humphrey, L.; Westerberg, ER (1976). 「モリブデンコーン付き薄膜電界放出カソードの物理的特性」. Journal of Applied Physics . 47 (12). AIP Publishing: 5248–5263. doi :10.1063/1.322600. ISSN 0021-8979.

[6] Scaduto, David A.; Lubinsky, Anthony R.; Rowlands, John A.; Kenmotsu, Hidenori; Nishimoto, Norihito; et al. (2014-03-19). 「統合型静電集束機能を備えた SAPHIRE (高解像度エミッター読み出し機能付きシンチレーターアバランシェ光伝導体) の空間分解能と時間的性能の調査」。Whiting, Bruce R.; Hoeschen, Christoph (編)。Medical Imaging 2014: Physics of Medical Imaging。Vol. 9033。SPIE。p. S-1。doi : 10.1117/12.2043187。