(57)【要約】【課題】  熱雑音の問題がなく、且つ、高い周波数領域の入力信号をも高い効率をもって増幅することができる増幅器又は高い周波数領域の制御信号により高い応答性をもってスイッチングを行うことができるスイッチングデバイス等の電子装置を提供すること。【解決手段】  この電子装置は、出力部３０、バイアス電源４０、電子放出装置６０、制御信号印加部７０及び駆動電圧印加部８０を備える。電子放出装置６０は、下部電極１２と、誘電体からなるエミッタ部１３と、上部電極１４と、陽極１５と、制御極６１と、を備える。駆動電圧印加部によって上下電極間に駆動電圧信号が印加されると、電子が上部電極の上方に放出される。制御信号印加部は、制御極に電子の通過を禁止及び許容させることが可能な入力信号を制御信号として印加する。出力部は、エミッタ部から陽極に到達する電子によりもたらされる電流に基く電気信号を出力電気信号として出力する。【選択図】  図１０
2008022225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなるエミッタ部と、同エミッタ部の下部に形成された下部電極と、同エミッタ部を同下部電極との間に挟んで同下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を有し、同上部電極の電位を同下部電極の電位よりも低くした後に同上部電極の電位を同下部電極の電位と同じとするか又は同下部電極の電位よりも高くする駆動電圧信号が同上部電極と同下部電極との間に印加されることにより電子を同上部電極の上方に放出する電子放出素子を備える電子放出部と、
前記上部電極に対向するように配置されるとともに同上部電極の電位よりも高い所定電位に維持される陽極と、
一定の低側電圧と同低側電圧よりも高い一定の高側電圧とを繰り返す入力信号を前記駆動電圧信号として前記上部電極と前記下部電極との間に印加する電圧印加部と、
前記陽極に接続されるとともに前記電子放出部から前記陽極に到達する電子によりもたらされる電流に基く電気信号を出力電気信号として取り出す出力部と、
を具備した電子装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子装置であって、
前記出力部は、一次巻線及び同一次巻線と電磁誘導結合した二次巻線を備える変圧器を含み、
更に、
前記上部電極及び前記陽極から構成されるスイッチング部と、前記一次巻線と、を直列接続した状態にて含む閉回路を構成するための閉回路構成部と、
前記閉回路に直列に挿入され且つ前記陽極の電位を前記所定電位に維持するための直流電圧を発生する直流電圧源と、
を含む電子装置。
【請求項３】
誘電体からなるエミッタ部と、同エミッタ部の下部に形成された下部電極と、同エミッタ部を同下部電極との間に挟んで同下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を有し、同上部電極の電位を同下部電極の電位よりも低くした後に同上部電極の電位を同下部電極の電位と同じとするか又は同下部電極の電位よりも高くする駆動電圧信号が同上部電極と同下部電極との間に印加されることにより電子を同上部電極の上方に放出する電子放出素子を備える電子放出部と、
前記上部電極に対向するように配置されるとともに同上部電極の電位よりも高い所定電位に維持される陽極と、
前記上部電極と前記陽極との間に同上部電極に対向するように配置されるとともに印加される制御信号に応じて前記電子放出部から放出された電子の通過量を制御することが可能な制御極と、
前記駆動電圧信号を発生して同駆動電圧信号を前記上部電極と前記下部電極との間に印加する駆動電圧印加部と、
前記制御極に前記電子の通過量を制御させることが可能な入力信号を前記制御信号として印加する制御信号印加部と、
前記陽極に接続されるとともに前記電子放出部から前記陽極に到達する電子によりもたらされる電流に基く電気信号を出力電気信号として取り出す出力部と、
を具備した電子装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子装置であって、
前記出力部は、一次巻線及び同一次巻線と電磁誘導結合した二次巻線を備える変圧器を含み、
更に、
前記上部電極、前記制御極及び前記陽極から構成されるスイッチング部と、前記一次巻線と、を直列接続した状態にて含む閉回路を構成するための閉回路構成部と、
前記閉回路に直列に挿入され且つ前記陽極の電位を前記所定電位に維持するための直流電圧を発生する直流電圧源と、
を含む電子装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電子装置において、
前記電子放出部は、前記駆動電圧信号を互いに独立して印加することができる複数の前記電子放出素子を含み、
前記駆動電圧印加部は、前記複数の電子放出素子のうちの一つに、同複数の電子放出素子のうちの他の一つに印加する駆動電圧信号と位相が相違する駆動電圧信号を印加するように構成された電子装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電子装置において、
前記エミッタ部は圧電材料から構成された電子装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電子装置において、
前記エミッタ部は電歪材料から構成された電子装置。
【請求項８】
請求項３に記載の電子装置において、
前記電子放出部は、前記駆動電圧信号を互いに独立して印加することができる少なくとも２個の前記電子放出素子を含み、同少なくとも２個の電子放出素子の一つのエミッタ部は圧電材料から構成され、同少なくとも２個の電子放出素子の他の一つのエミッタ部は電歪材料から構成されている電子装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電子装置において、
前記駆動電圧印加部は、前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子に、前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子に印加する駆動電圧信号と位相が同じ駆動電圧信号を印加するように構成された電子装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子装置であって、
前記駆動電圧印加部は、第１の駆動電圧信号を前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子に印加するとともに、第２の駆動電圧信号を前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子に印加し、前記第１の駆動電圧信号から前記第２の駆動電圧信号を電圧変換によって生成するか又は前記第２の駆動電圧信号から前記第１の駆動電圧信号を電圧変換によって生成するように構成された電子装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の電子装置において、
前記上部電極は複数の微細貫通孔を備え、
前記電子放出部は、前記微細貫通孔を通して電子を前記上部電極の上方に放出するように構成された電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体からなるエミッタ部と下部電極と上部電極とを備えた電子放出素子に電圧を印加することにより電子を上部電極の上方に放出させる電子放出素子を利用した増幅器及びスイッチングデバイス等の電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三極管は、陰極から放出される電子を利用する増幅器又はスイッチング用の装置として良く知られている。三極管は、ヒータを内蔵した陰極、陽極及びグリッドを備えている。陰極、陽極及びグリッドは略真空の空間に収容されている。ヒータに電流を流すと陰極から熱電子が放出される。このとき、陰極の電位を基準にして陽極に正電圧を与えると、放出された熱電子は陽極に向って飛行する。グリッドは網目構造を備えているので、グリッドの電位が陰極の電位と同じであれば、電子はグリッドを通過することができる。一方、グリッドの電位を陰極の電位よりも低くすると、陰極から放出された熱電子はグリッドを通過することができない。その結果、電子は陽極に到達しない。従って、三極管は、グリッドに対し同グリッドの電位を変化させて電子の通過を制御させ得る入力信号を制御信号として印加することにより、入力信号を増幅した出力信号を得る増幅器として用いられ得る。更に、三極管は、グリッドの電位を変化させて電子の通過を許容及び禁止させ得る制御信号を同グリッドに対して印加することにより、陰極と陽極との間を接続及び遮断するスイッチングデバイスとして用いられ得る（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
ところで、上記三極管は熱電子を利用しているので、熱雑音が発生する。そこで、現状、電界効果トランジスタ等の半導体デバイスが三極管に代えて広く用いられている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１７９４４４号公報
【特許文献２】特公平７−９７９０１号公報
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、電界効果トランジスタ等の半導体デバイスのゲインは、制御信号の周波数が非常に高い周波数（例えばギガヘルツを超えるような周波数）であると、大きく低下する。このため、半導体デバイスを用いた装置は、高周波数の制御信号（入力信号）を効率よく増幅したり、高周波数の制御信号に基いて高速スイッチングを行ったりすることが困難であるという問題を内在している。従って、本発明の目的の一つは、熱雑音の問題がなく、且つ、高い周波数領域の入力信号をも高い効率をもって増幅することができる増幅器又は高い周波数領域の制御信号により高い応答性をもってスイッチングを行うことができるスイッチングデバイス等の電子装置を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成する本発明による電子装置は、誘電体からなるエミッタ部を備える電子放出素子を含む電子放出部を利用する。この電子放出素子は、更に、エミッタ部の下部に形成された下部電極と、エミッタ部を下部電極との間に挟んで下部電極に対向するようにエミッタ部の上部に形成された上部電極と、を有している。この電子放出素子は、上部電極の電位を下部電極の電位よりも低くした後に、上部電極の電位を下部電極の電位と同じとするか又は下部電極の電位よりも高くする駆動電圧信号が上部電極と下部電極との間（上下電極間）に印加されることにより、電子を（エミッタ部及び上部電極から）上部電極の上方に放出する「冷電子供給源」である。
【０００６】
更に、本発明による電子装置は、
前記上部電極に対向するように配置されるとともに同上部電極の電位よりも高い所定電位に維持される陽極と、
一定の低側電圧と同低側電圧よりも高い一定の高側電圧とを繰り返す入力信号を前記駆動電圧信号として前記上部電極と前記下部電極との間に印加する電圧印加部と、
前記陽極に接続されるとともに前記電子放出部（エミッタ部及び上部電極）から前記陽極に到達する電子によりもたらされる電流に基く電気信号を出力電気信号として取り出す出力部と、
を具備している。
【０００７】
これによれば、電圧印加部により、一定の低側電圧と一定の高側電圧とを繰り返す入力信号が前記駆動電圧信号として上下電極間に印加される。換言すると、ローレベルとハイレベルとを繰り返すような矩形波の入力信号（デジタル入力信号）が、電子放出素子から電子を放出させるための駆動電圧信号として上下電極間に印加される。これにより、電子は、電子放出素子から上部電極の上方に繰り返し放出される。
【０００８】
一方、上部電極に対向するように配置された陽極の電位は、上部電極の電位よりも高い電位に維持されている。従って、放出された電子は陽極に確実に到達する。そして、この陽極に到達した電子によりもたらされる電流に基く電気信号（例えば、その電流が流れる負荷抵抗の両端の電圧）が出力電気信号として取り出される。この結果、出力信号はデジタル入力信号を増幅した電気信号となる。
【０００９】
このように、本発明による電子装置は、熱電子ではない冷電子を放出する電子放出素子により電子を放出させているので、熱雑音の問題を有さない。また、この電子放出素子は、高周波数の駆動電圧信号に対しても、応答性良く電子を放出する。従って、上記電子装置は、半導体デバイスと異なり、駆動電圧信号として上下電極間に印加される矩形波状の信号の基本となる入力信号の周波数が高くなってもゲインが低下しない。その結果、この電子装置は、入力信号を効率良く増幅した出力電気信号を取り出すことができる。即ち、この発明により、高効率で雑音の少ない「ＲＦ信号増幅器」及び「高速スイッチング可能なスイッチングデバイス」等の電子装置が提供され得る。
【００１０】
この場合、
前記出力部は、一次巻線及び同一次巻線と電磁誘導結合した二次巻線を備える変圧器を含み、
更に、電子装置は、
前記上部電極及び前記陽極から構成されるスイッチング部と、前記一次巻線と、を直列接続した状態にて含む閉回路を構成するための閉回路構成部と、
前記閉回路に直列に挿入され且つ前記陽極の電位を前記所定電位に維持するための直流電圧を発生する直流電圧源と、
を含んでいることが好適である。
【００１１】
この態様の電子装置は、所謂「スイッチング電源」を構成する。即ち、上部電極及び陽極は、上部電極（エミッタの上面を含む）から陽極へと電子が到達したとき導通し、上部電極から陽極へと電子が到達しないとき非導通となるスイッチング部を構成する。そして、直流電圧源によってもたらされる一次巻線を流れる一次電流をそのスイッチング部によってオン・オフ（通流・遮断）することによって、二次巻線に変圧（昇圧）した電圧を発生させる。
【００１２】
一方、電子放出素子は、半導体デバイスよりも大きな電流を流すことができる。従って、上記構成によれば、半導体デバイスをスイッチング部に用いた場合より、大きい一次電流を一次巻線に流すことができるので、より高い電圧を取り出すことができる。更に、電子放出素子は、半導体デバイスよりも高速なスイッチングを行うことができるので、一次電流を頻繁にオン・オフさせ得る。従って、高い電圧を二次巻線に連続的に発生させることも可能となる。
【００１３】
本発明による他の電子装置は、上述したエミッタ部、上部電極及び下部電極を備える電子放出素子を使用する。
更に、この電子装置は、
前記上部電極に対向するように配置されるとともに同上部電極の電位よりも高い所定電位に維持される陽極と、
前記上部電極と前記陽極との間に同上部電極に対向するように配置されるとともに印加される制御信号に応じて前記電子放出部から放出された電子の通過量を制御する（例えば、電子の通過を禁止及び許容する）ことが可能な制御極と、
前記駆動電圧信号を発生して同駆動電圧信号を前記上部電極と前記下部電極との間に印加する駆動電圧印加部と、
前記制御極に前記電子の通過量を制御させることが可能な入力信号を前記制御信号として印加する制御信号印加部と、
前記陽極に接続されるとともに前記電子放出部から前記陽極に到達する電子によりもたらされる電流に基く電気信号を出力電気信号として取り出す出力部と、
を具備している。
【００１４】
これによれば、駆動電圧印加部により、電子放出素子に駆動電圧信号が常時（繰り返し）与えられる。従って、駆動電圧信号の周期に応じて電子は電子放出部から制御極及び陽極に向けて繰り返し放出される。一方、上部電極に対向するように配置された陽極の電位は、上部電極の電位よりも高い電位に維持されている。他方、前記上部電極と前記陽極との間に配置された制御極には、その制御極に電子放出部から放出された電子の通過量を制御（例えば、電子の通過を禁止及び許容）させることが可能な入力信号が制御信号として印加される。従って、例えば、制御極がエミッタ部から放出された電子を通過させるとき大量の電子が陽極に到達し、制御極がエミッタ部から放出された電子を通過させないときその電子は陽極に到達しない。そして、エミッタ部から放出され且つ陽極に到達する電子によりもたらされる電流に基く電気信号が出力電気信号として取り出される。この結果、出力電気信号は入力信号を増幅した信号となる。
【００１５】
このように、本発明による他の電子装置は、熱電子ではない冷電子を放出する電子放出素子により電子を放出させているので、熱雑音の問題を有さない。更に、この電子装置は、電子放出素子と陽極と制御極とを使用しているので、半導体デバイスと異なり、入力信号の周波数が高くなっても、ゲインが低下しない。その結果、入力信号を効率良く増幅することができる。即ち、この発明によっても、高効率で雑音の少ない「ＲＦ信号増幅器」及び「高速スイッチング可能なスイッチングデバイス」等の電子装置が提供され得る。なお、この電子装置において制御信号として使用される入力信号は、矩形波形を有する信号に限定されない。換言すると、制御極は電子の通過量を徐変できるので、本電子装置は、アナログ信号の増幅を行うことができる。
【００１６】
この場合、
前記出力部は、一次巻線及び同一次巻線と電磁誘導結合した二次巻線を備える変圧器を含み、
更に、この電子装置は、
前記上部電極、前記制御極及び前記陽極から構成されるスイッチング部と、前記一次巻線と、を直列接続した状態にて含む閉回路を構成するための閉回路構成部と、
前記閉回路に直列に挿入され且つ前記陽極の電位を前記所定電位に維持するための直流電圧を発生する直流電圧源と、
を含んでいることが好適である。
【００１７】
この態様の電子装置も、上述した所謂「スイッチング電源」を構成する。即ち、前記上部電極、前記制御極及び前記陽極から構成されるスイッチング部により、直流電圧源によってもたらされる一次巻線を流れる一次電流をオン・オフすることによって、二次巻線に変圧（昇圧）した電圧を発生させる。
【００１８】
前述したように、電子放出素子は、半導体デバイスよりも大きな電流を流すことができる。従って、上記構成によれば、半導体デバイスをスイッチング部に用いた場合より、大きい一次電流を一次巻線に流すことができるので、より高い電圧を取り出すことができる。更に、電子放出素子は、半導体デバイスよりも高速なスイッチングを行うことができるので、一次電流を頻繁にオン・オフさせ得る。従って、高い電圧を二次巻線に連続的に発生させることも可能となる。
【００１９】
ところで、上記電子放出素子において、電子放出の一周期は、上部電極の電位が下部電極の電位よりも低い電位に設定された時点から上部電極の電位が下部電極の電位よりも高い電位又は上部電極と同じ電位に設定される時点までの期間である。後述するように、電子放出素子のエミッタ部が圧電材料からなる場合、電子は上部電極の電位が下部電極の電位よりも高い電位となったときに放出される。電子放出素子のエミッタ部が電歪材料からなる場合、電子は上部電極の電位が下部電極の電位よりも低い電位となったときに放出される。つまり、電子放出素子は、電子放出の前記一周期内の所定の期間において電子を放出する。従って、電子装置（電子放出部）が、一つの電子放出素子のみを備える場合、電子が間歇的に放出されるので、電子が放出されない期間においても入力信号（制御信号）が変化する場合、その期間の入力信号は全く増幅されない。
【００２０】
そこで、この電子装置において、
前記電子放出部は、前記駆動電圧信号を互いに独立して印加することができる複数の前記電子放出素子を含み、
前記駆動電圧印加部は、前記複数の電子放出素子のうちの一つに、同複数の電子放出素子のうちの他の一つに印加する駆動電圧信号と位相が相違する駆動電圧信号を印加するように構成されていることが好適である。
【００２１】
これによれば、複数の電子放出素子から異なるタイミングにて電子が放出される。従って、電子放出がなされていない期間を消滅又は短縮できるので、入力信号が増幅されない期間を消滅又は短縮することができる。更に、放出される電子量が変動し難くなるので、入力信号の波形を大きく変形することなく増幅することが可能となる。
【００２２】
ところで、上述した電子放出素子のエミッタ部は圧電材料から構成されていてもよく、電歪材料から構成されていてもよい。
【００２３】
更に、前記電子放出部は、前記駆動電圧信号を互いに独立して印加することができる少なくとも２個の前記電子放出素子を含み、同少なくとも２個の電子放出素子の一つのエミッタ部は圧電材料から構成され、同少なくとも２個の電子放出素子の他の一つのエミッタ部は電歪材料から構成されることもできる。
【００２４】
この場合、前記駆動電圧印加部は、前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子に、前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子に印加する駆動電圧信号と位相が同じ駆動電圧信号を印加するように構成されることが好適である。
【００２５】
エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子においては、上部電極の電位が下部電極の電位よりも低くなったときにエミッタ部の双極子の正極側が上部電極側に向くので、上部電極からエミッタ部上面に電子が供給・蓄積され、上部電極の電位が下部電極の電位よりも高くなったときにエミッタ部の双極子の負極側が上部電極側に向くので、蓄積されていた電子がクーロン斥力によってエミッタ部から上部電極の上方に放出される。
【００２６】
これに対し、エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子においては、上部電極の電位が下部電極の電位よりも低くなったときにエミッタ部の双極子の正極側が上部電極側に向くので、上部電極からエミッタ部上面に電子が供給され、その際にエミッタ部上面において二次電子が発生し、その二次電子が（一次電子の一部とともに）エミッタ部から上部電極の上方に放出される。そして、上部電極の電位が下部電極の電位よりも高くなったときにエミッタ部上面に残存していた電子が上部電極へと戻る。
【００２７】
従って、上記構成のように、前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子と、前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子と、に位相が同じ駆動電圧信号が印加されれば、一方のエミッタ部から電子が放出されていないときに他方のエミッタ部から電子が放出される。この結果、電子放出がなされていない期間を消滅又は短縮できるので、入力信号が増幅されない期間を消滅又は短縮することができる。
【００２８】
更に、この場合、前記駆動電圧印加部は、第１の駆動電圧信号を前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子に印加するとともに、第２の駆動電圧信号を前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子に印加し、前記第１の駆動電圧信号から前記第２の駆動電圧信号を電圧変換によって生成するか又は前記第２の駆動電圧信号から前記第１の駆動電圧信号を電圧変換によって生成するように構成されることが好適である。
【００２９】
これによれば、前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子と、前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子と、に個別の電圧発生源を用意することなく、互いに位相が同じで電圧レベルのみが異なる駆動電圧信号を付与することができる。この結果、安価な電子装置が提供され得る。
【００３０】
これらの電子装置において、
前記上部電極は複数の微細貫通孔を備え、
前記電子放出部は、前記微細貫通孔を通して電子を前記上部電極の上方に放出するように構成されていることが好適である。
【００３１】
このような電子放出部（電子放出素子）は、多量の電子を少ない消費電力で発生させることができるので、電子装置全体の消費電力を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明による誘電体からなるエミッタ部を備えた電子放出素子を使用する電子装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１に示したように、本発明の第１実施形態に係る電子装置は、電子放出装置１０と、電圧印加部２０と、出力部３０と、バイアス電源４０と、を備えている。
【００３４】
電子放出装置１０は、電子を放出する電子放出部１０Ａを備えている。
電子放出部１０Ａは、基板１１、下部電極（下部電極層）１２、エミッタ部１３及び上部電極（上部電極層）１４、を備えている。下部電極１２、エミッタ部１３及び上部電極１４は一つの電子放出素子を構成している。
電子放出装置１０は、更に、陽極１５及び密閉部材（収容部）１６を備えている。
【００３５】
基板１１は、図１及び図２に示したように、互いに直交するＸ軸及びＹ軸により形成される平面（Ｘ−Ｙ平面）に平行な上面及び下面を有し、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸方向に厚み方向を有する薄板体である。基板１１は、酸化ジルコニウムを主成分とした材料（例えば、ガラス又はセラミックス）からなっている。
【００３６】
下部電極１２は、導電性物質（ここでは、銀又は白金）からなり、基板１１の上面の上に層状に形成されている。即ち、下部電極１２は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である薄膜の電極である。下部電極１２は、接続導線Ｌ１によって電圧印加部２０の出力端子Ｐ１に接続されている。
【００３７】
エミッタ部１３は、比誘電率が大きい誘電体（例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸鉛（ＰＴ）及びジルコン酸鉛（ＰＺ）の３成分系材料ＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺ）であって、圧電材料からなっている。エミッタ部１３は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である薄板体である。エミッタ部１３は、下部電極１２の上面の上に形成されている。エミッタ部１３の上面には、図２に拡大して示したように、誘電体の粒界１３ａによる凹凸が形成されている。
【００３８】
上部電極１４は、導電性物質（ここでは、白金）からなり、エミッタ部１３の上面の上に層状に形成されている。即ち、上部電極１４は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である薄膜の電極である。上部電極１４は、エミッタ部１３を下部電極１２との間に挟み、且つ、下部電極１２に対向するようにエミッタ部１３の上部に形成されている。上部電極１４には、図２及び上部電極１４の部分拡大平面図である図３に示したように、複数の微細な貫通孔１４ａが形成されている。微細貫通孔１４ａの周部であってエミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）と対向する部分は、エミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）から所定の距離だけ離間している。この上部電極１４の構造は、「庇構造」とも呼ばれる。上部電極１４は、図１に示したように、接続導線Ｌ２によって接地されている。
【００３９】
下部電極１２、エミッタ部１３及び白金レジネートペーストからなる上部電極１４は焼成処理によって一体化させられている。この一体化のための焼成処理により、上部電極１４となる膜が例えば厚み１０μｍから厚み０．１μｍに収縮する。このとき、上部電極１４には前述した複数の微細貫通孔１４ａが形成される。
【００４０】
陽極１５は、導電性物質（ここでは、銅）からなっていて、上部電極１４に対向するように上部電極１４と平行に配設されている。即ち、陽極１５は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である板状の電極である。この陽極１５の電位は、後述するように、バイアス電源４０により上部電極１４の電位よりも高い値に維持されている。これにより、陽極１５はエミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して放出された電子を捕獲するようになっている。陽極１５は上部電極１４とともにスイッチング部を構成している。
【００４１】
密閉部材１６は、基板１１、下部電極１２、エミッタ部１３及び上部電極１４を収容する密閉空間を形成する容器である。この密閉空間は略真空状態（例えば、１０２〜１０−６Ｐａが好ましく、より好ましくは１０−３〜１０−５Ｐａの圧力）に維持されている。
【００４２】
電圧印加部２０は、電圧信号ＶＰ１を接地端子Ｐ２と出力端子Ｐ１との間に発生するようになっている。電圧信号ＶＰ１は、図１に示した電子装置によって増幅する対象となる入力信号である。この入力信号は、例えば、携帯電話のアンテナを介した受信信号、基地局又は中継局に携帯電話から送信されてきた信号（又は、その信号を電圧変換した信号）等であってよい。
【００４３】
電圧信号ＶＰ１は、図４の（Ａ）に示したように、電圧Ｖｂと電圧−Ｖａ（Ｖａ＞Ｖｂ＞０）とを繰り返す電圧信号である。即ち、電圧信号ＶＰ１は、出力端子Ｐ１の電位から接地端子Ｐ２の電位（＝０）を減じた電圧であり、接地端子Ｐ２を基準（＝０Ｖ）としたときの出力端子Ｐ１の電位であると言うこともできる。例えば、電圧Ｖａ（の大きさ）は２００Ｖであり、電圧Ｖｂ（の大きさ）は５０Ｖである。
【００４４】
上述したように、上部電極１４は接地されている。電圧印加部２０の接地端子Ｐ２は、図１に示したように、接続導線Ｌ３により接地されている。この結果、電圧印加部２０は、上部電極１４と下部電極１２との間（上下電極間）に、図４の（Ａ）に示した電圧信号ＶＰ１に基く図４の（Ｂ）に示した駆動電圧信号Ｖinを印加する。駆動電圧信号Ｖinは、下部電極１２を基準としたときの上部電極１４の電位である。
【００４５】
再び図１を参照すると、出力部３０は、負荷素子（この場合、抵抗体）３１と、その負荷素子３１の両端に配設された一対の出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４と、からなっている。出力端子Ｐ３は陽極１５の端部に接続導線Ｌ４によって接続されている。出力端子Ｐ４は接続導線Ｌ５によってバイアス電源４０のプラス端子に接続されている。このように構成された出力部３０は、負荷素子３１に流れる電流Ｉによって負荷素子３１の両端に生じる電位差を出力電気信号（出力電圧信号、出力電圧）Ｖoutとして出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４から出力するようになっている。
【００４６】
バイアス電源４０は、直流電圧Ｖｃを出力する直流定電圧電源である。バイアス電源４０のマイナス端子は接続導線Ｌ６によって接地されている。直流電圧Ｖｃは、その直流電圧Ｖｃによって陽極１５にもたらされる電位が、エミッタ部１３から上部電極１４を通して陽極１５へと到達する単位時間あたりの電子の量が最大となる場合であっても、上部電極１４の電位よりも高くなるような値に選択されている。
【００４７】
（エミッタ部が圧電材料である場合の電子放出メカニズム）
次に、エミッタ部１３が圧電材料からなる電子放出部１０Ａの電子放出メカニズムについて簡単に説明する。
【００４８】
先ず、図５の（Ａ）に示したように、下部電極１２の電位を基準とした上部電極１４の実際の電位Ｖka（即ち、素子端電圧Ｖka）が正の所定電圧Ｖｐ（＝Ｖａ）に維持され、エミッタ部１３の電子が総て放出した直後であって、電子がエミッタ部１３に蓄積されていない状態から説明を開始する。このとき、エミッタ部１３の双極子の負極はエミッタ部１３の上面（Ｚ軸正方向、即ち、上部電極１４側）に向いた状態となっている。
【００４９】
この状態において、駆動電圧信号Ｖinが負の所定電圧であるＶｍ（＝−Ｖｂ）に向けて減少させられると、図５の（Ｂ）に示したように、エミッタ部１３の双極子の負極が下部電極１２側に向くように双極子が反転し始める。即ち、分極反転（負側分極反転）が開始する。この分極反転により、エミッタ部１３の上面と、上部電極１４と、これらの周囲の媒質（この場合、真空）との接触箇所（トリプルジャンクション）及び／又は微細貫通孔１４ａを形成している上部電極１４の先端部分において電界が大きくなり（電界集中が発生し）、図５の（Ｃ）に示したように、上部電極１４からエミッタ部１３に向けて電子が供給され始める。
【００５０】
この供給された電子は、主としてエミッタ部１３の上部の微細貫通孔１４ａ近傍に蓄積される。その後、所定の時間が経過して負側分極反転が完了すると、素子端電圧Ｖkaは負の所定電圧Ｖｍに向けて急激に変化し、負の所定電圧Ｖｍに到達する。
【００５１】
次に、駆動電圧信号Ｖinが正の所定電圧であるＶｐ（＝Ｖａ）に向けて増大させられると、素子端電圧Ｖkaは増大し始める。この状態においては、図５の（Ｄ）に示したように、エミッタ部１３の帯電状態が維持される。その後、素子端電圧Ｖkaが正の抗電界電圧Ｖｄ近傍の電圧に到達する。これにより、図５の（Ｅ）に示したように、双極子の負極がエミッタ部１３の上面側（上部電極１４側）に向き始める。即ち、分極が再び反転する（正側分極反転が開始する）。
【００５２】
その後、正側分極反転が完了する時点の近傍になると、負極がエミッタ部１３の上面側に反転した双極子の数が多くなる。この結果、図５の（Ｆ）に示したように、双極子と電子との間のクーロンの反発力（クーロン斥力）により微細貫通孔１４ａの近傍に蓄積されていた電子が微細貫通孔１４ａを通って上方（Ｚ軸正方向）に放出される。
【００５３】
そして、正側分極反転が完了すると、素子端電圧Ｖkaは急激に増大を開始し、電子が活発に放出される。次いで、電子の放出は完了し、素子端電圧Ｖkaは所定電圧Ｖｐ（＝Ｖａ）に到達する。この結果、エミッタ部１３の状態は図５の（Ａ）に示した当初の状態に復帰する。以上が、電子の蓄積及び放出に係る一連の作動原理である。
【００５４】
（作動）
次に、上記のように構成された電子装置の作動について説明する。前述したように、電圧印加部２０は、この電子装置によって増幅する対象となる入力信号を、出力端子Ｐ１に電圧信号ＶＰ１として出力する。その結果、電圧印加部２０は、図４の（Ｂ）及び図６の（Ａ）に示した駆動電圧信号Ｖinを上下電極間に印加する。即ち、駆動電圧信号Ｖinは、可変又は一定時間Ｔｍだけ低側電圧（−Ｖｂ）となり、その後、可変又は一定時間Ｔｐだけ高側電圧（Ｖａ）となる電圧信号を一周期分として繰り返す信号となる。これにより、電子は、可変又は一定時間Ｔｍの期間においてエミッタ部１３の上部に蓄積され、可変又は一定時間Ｔｐの期間においてエミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して陽極１５に向けて放出される。そして、放出された電子は、電位がバイアス電源４０によって所定電位に維持されている陽極１５に到達する。
【００５５】
この陽極１５に到達した電子は出力部３０の負荷素子３１を流れる電流Ｉをもたらす。その結果、負荷素子３１の両端に電圧降下分に相当する出力電気信号（出力電圧信号）Ｖoutが現れる。この出力電気信号Ｖoutは、図６の（Ｂ）のように変化し、出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４から取り出される。即ち、出力電気信号Ｖoutはデジタルの（矩形波の）入力信号ＶＰ１を増幅した電気信号となる
【００５６】
このように、上記電子装置は、熱電子ではない冷電子を放出する電子放出素子（下部電極１２、エミッタ部１３及び上部電極１４からなる素子）により電子を放出させているので、熱雑音の問題を有さない。また、この電子放出素子は、高周波数の駆動電圧信号に対しても、応答性良く電子を放出する。従って、上記電子装置は、半導体デバイスと異なり、駆動電圧信号として上下電極間に印加される矩形波の基本（元）となる入力信号の周波数が高くなってもゲインが低下しない。加えて、半導体デバイスに生じる暗電流がないので、電子装置の電力損失も小さい。その結果、この電子装置は、矩形波の入力信号を効率良く増幅した出力電気信号を取り出すことができる、高効率且つ雑音の少ない「ＲＦ信号増幅器」となっている。
【００５７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電子装置について説明する。この電子装置は、第１実施形態に係るエミッタ部１３を電歪材料（例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）及びチタン酸鉛（ＰＴ）の２成分系材料ＰＭＮ−ＰＴ）から構成した点のみにおいて第１実施形態に係る電子装置と相違している。従って、第２実施形態に係る電子装置の構造は、第１実施形態に係る電子装置の構造と同一であるので説明を省略する。
【００５８】
第２実施形態に係る電子装置の作動も、第１実施形態に係る電子装置の作動と実質的に同一である。但し、エミッタ部１３が電歪材料からなっているので、電子放出メカニズム及び電子を放出するための駆動電圧信号Ｖinが、圧電材料からなるエミッタ部１３を備える第１実施形態のそれらと相違する。以下、係る相違点を中心に説明する。
【００５９】
（エミッタ部が電歪材料である場合の電子放出メカニズム）
先ず、下部電極１２の電位を基準とした上部電極１４の実際の電位Ｖka（即ち、素子端電圧Ｖka）が０（即ち、上部電極１４の電位と下部電極１２の電位とが等しい。）とき、エミッタ部１３から電子は放出されない。この状態において、駆動電圧信号Ｖinが負の所定電圧であるＶｍ（＝−Ｖｅ）に向けて減少させられると（上部電極１４の電位が下部電極１２の電位よりも低い電位に設定されると）、図７に示したように、エミッタ部１３の双極子の負極が下部電極１２側に向くように双極子が反転し始める。即ち、分極反転（負側分極反転）が開始する。この分極反転により、上記トリプルジャンクション等において電界が大きくなり（電界集中が発生し）、図７に示したように、電子が上部電極１４からエミッタ部１３に向けて引き出される。
【００６０】
この上部電極１４からエミッタ部１３の上部に向けて供給される電子は、一次電子と呼ばれる。一次電子の一部は、陽極１５に向けて放出される。また、一次電子の他の一部はエミッタ部１３と衝突し、その衝突によってエミッタ部１３から二次電子が放出される。この二次電子の一部も微細貫通孔１４ａを通って陽極１５に向けて放出される。その後、駆動電圧信号Ｖinが０又は正の所定電圧に変更されると（上部電極１４の電位が下部電極１２の電位と等しいか高い電位に設定されると）、一次電子の発生が停止し、それに伴って二次電子の発生も停止する。従って、エミッタ部１３から陽極１５に向かう電子放出も停止する。なお、駆動電圧信号Ｖinが０又は正の所定電圧に変更されたとき、エミッタ部１３の上部に存在している電子は上部電極１４に移動する。その結果、エミッタ部１３の上部に蓄積される電子の量が過大となりすぎないので、次の電子放出動作の際にエミッタ部１３の上部に蓄積されている電子が一次電子の発生を阻害しない。また、図７に示した例においては、「庇構造」は形成されていないが、「庇構造」が形成されていてもよい。
【００６１】
（作動）
次に、第２実施形態に係る電子装置の作動について説明する。前述したように、電圧印加部２０は、この電子装置によって増幅する対象となる入力信号を、出力端子Ｐ１に電圧信号ＶＰ１として出力する。この場合、電圧信号ＶＰ１は、０Ｖと正の一定電圧Ｖｅ（Ｖｅ＞０）とを繰り返し発生する矩形波状の電圧信号となるように選択又は変換されている。従って、電圧印加部２０は、図８の（Ａ）に示した駆動電圧信号Ｖinを上下電極間に印加する。即ち、駆動電圧信号Ｖinは、可変又は一定時間Ｔｍだけ高側電圧（０Ｖ）となり、その後、可変又は一定時間Ｔｐだけ低側電圧（−Ｖｅ）となる電圧信号を一周期分として繰り返す信号となる。これにより、電子は、可変又は一定時間Ｔｐの期間において、エミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通過して（及び／又は上部電極１４から直接）陽極１５に向けて放出され、電位がバイアス電源４０によって所定電位に維持されている陽極１５に到達する。
【００６２】
この陽極１５に到達した電子は出力部３０の負荷素子３１を流れる電流Ｉをもたらす。その結果、負荷素子３１の両端に電圧降下分に相当する出力電気信号Ｖoutが現れる。出力電気信号Ｖoutは、図８の（Ｂ）のように変化し、出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４から取り出される。即ち、出力電気信号Ｖoutはデジタルの（矩形波の）入力信号ＶＰ１を増幅した電気信号となる
【００６３】
このように、第２実施形態に係る電子装置も、冷電子を放出する電子放出素子（下部電極１２、エミッタ部１３及び上部電極１４からなる素子）を用いているので、三極管のように熱雑音の問題を有さない。また、エミッタ部１３が電歪材料にて構成されている電子放出素子も、高周波数の駆動電圧信号に対して応答性良く電子を放出する。従って、この電子装置も、矩形波の入力信号を効率良く増幅した出力電気信号を取り出すことができる。更に、この電子装置は、上部電極１４から得られる一次電子とエミッタ部１３から得られる二次電子とが陽極１５に到達するので、大電流を必要とする用途に好適に使用することができる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子装置について図９を参照しながら説明する。この電子装置は、第１実施形態に係る出力部３０を出力部５０に置換した点にのみにおいて第１実施形態に係る電子装置と相違している。従って、以下、第３実施形態に係る電子装置について、この電子装置と第１実施形態に係る電子装置との相違点を中心として説明する。
【００６５】
出力部５０は、一次巻線５１及び二次巻線５２からなる変圧器ＥＴと、ダイオードＤ、コイルＬ、コンデンサＣ及び抵抗Ｒからなる周知の平滑回路（積分回路部）ＳＣと、を備えている。
【００６６】
一次巻線５１の一端は接続導線Ｌ４によって陽極１５に接続されている。一次巻線５１の他端は接続導線Ｌ５によってバイアス電源４０のプラス端子に接続されている。二次巻線５２は一次巻線５１と電磁誘導結合している。二次巻線５２の巻線回数は、一次巻線５１の巻線回数に比べて極めて大きい。この結果、一次巻線５１に流れる電流が変化するとき、その変化を抑制するように二次巻線５２に電圧が発生する。
【００６７】
二次巻線５２の両端は平滑化回路ＳＣに接続されている。この結果、二次巻線５２の両端に発生した電圧が平滑化回路ＳＣによって平滑化され、出力電気信号Ｖoutとして出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４から出力される。
【００６８】
この電子装置の電圧印加部２０は、出力端子Ｐ１に電圧信号ＶＰ１を出力するようになっている。但し、電圧信号ＶＰ１は、スイッチング制御用の矩形波電圧信号である。電圧信号ＶＰ１は、図４の（Ａ）に示したように、一定の周期をもって電圧Ｖｂと電圧−Ｖａ（Ｖａ＞Ｖｂ＞０）とを繰り返す電圧信号である。この結果、電圧印加部２０は、上下電極間に、図４の（Ｂ）に示した駆動電圧信号Ｖinを印加する。駆動電圧信号Ｖinは、一定時間Ｔｍだけ低側電圧（−Ｖｂ）となり、その後、一定時間Ｔｐだけ高側電圧（Ｖａ）となる電圧信号を一周期分（周期Ｔ＝Ｔｍ＋Ｔｐ）として繰り返す信号である。
【００６９】
（作動）
次に、上記のように構成された電子装置の作動について説明する。駆動電圧信号Ｖinが低側電圧（−Ｖｂ）となったとき、エミッタ部１３の上部に電子が蓄積される。その後、駆動電圧信号Ｖinが高側電圧（Ｖａ）となると、電子がエミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通過して陽極１５に向けて放出され、陽極１５に到達する。陽極１５に到達した電子は一次巻線５１を流れる電流Ｉをもたらす。
【００７０】
次いで、再び、駆動電圧信号Ｖinが低側電圧（−Ｖｂ）となったとき、エミッタ部１３から陽極１５への電子放出は停止するので、電流Ｉが急激に減少して消滅する。その結果、二次巻線５２の両端に大きな電圧が発生する。その昇圧（変圧）された電圧は平滑化回路ＳＣにより平滑化され、絶対値の大きな直流電圧に変換される。変換された直流電圧は、出力電気信号Ｖoutとして出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４から取り出される。なお、時間Ｔｐは電子放出が開始されてから完了するまでの時間より短い時間（好ましくは、単位時間あたりの電子放出量が０から最大となるまでの時間）に選択されている。
【００７１】
このように、出力部５０は、一次巻線５１及び同一次巻線５１と電磁誘導結合した二次巻線５２を備える変圧器ＥＴを含んでいる。更に、この電子装置は、上部電極１４及び陽極１５から構成されるスイッチング部と、一次巻線５１と、を直列接続した状態にて含む閉回路を構成するための閉回路構成部（接続導線Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５及びＬ６）と、その閉回路に直列に挿入され且つ陽極１５の電位を所定電位に維持するための直流電圧を発生するバイアス電源（直流電圧源）４０と、を含んでいる。
【００７２】
この結果、第３実施形態に係る電子装置は、所謂「スイッチング電源」を構成している。電子放出装置１０の電子放出素子は、上部電極１４と陽極１５との間に、半導体デバイスよりも大きな電流を流すことができる素子である。従って、この電子装置によれば、半導体デバイスをスイッチング部に用いた場合より、大きい一次電流を一次巻線５１に流すことができるので、より高い電圧（直流電圧）を出力端子Ｐ３及び出力端子Ｐ４から取り出すことができる。更に、電子放出素子は、半導体デバイスよりも高速なスイッチングを行うことができるので、一次電流を頻繁にオン・オフさせ得る。従って、高い電圧を二次巻線５２に連続的に発生させることも可能となり、平均的に高い電圧が端子Ｐ３〜Ｐ４間から取り出され得る。
【００７３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る電子装置について図１０及び図１１を参照しながら説明する。この電子装置は、第１実施形態に係る電子装置と以下の点において主として相違している。
・電子放出装置１０を電子放出装置６０に置換した点
・制御信号印加部７０を備える点
・電圧印加部２０を駆動電圧印加部８０に置換した点
【００７４】
以下、第４実施形態に係る電子装置について、これらの相違点を中心として説明する。
電子放出装置６０は、電子放出装置１０が備える構成要素に加えて、制御極６１を備えている。制御極６１は、周知の三極管が備えるグリッドと同様な金属格子板（網目状金属板）である。制御極６１は、上部電極１４と陽極１５との間に上部電極１４（及び陽極１５）に対向するように（上部電極１４と平行に）配置されている。制御極６１は、制御極６１に印加される制御信号に応じてエミッタ部１３から放出された電子の通過量を制御極６１の電位に応じて制御できるようになっている。従って、制御極６１は、制御極６１の電子の通過を禁止及び許容することができる。例えば、制御極６１の電位が制御信号によって上部電極１４より低い電位に設定されると、エミッタ部１３から陽極１５に向けて放出された電子は制御極６１を通過することができない。これに対し、制御極６１の電位が制御信号によって上部電極１４と同じ電位に設定されると、エミッタ部１３から陽極１５に向けて放出された電子は制御極６１を通過することができる。
【００７５】
制御信号印加部７０は、制御信号ＶＰ５を接地端子Ｐ６と出力端子Ｐ５との間に発生するようになっている。制御信号ＶＰ５は、図１０に示した電子装置によって増幅する対象となる入力信号である。この入力信号は、例えば、携帯電話のアンテナを介した受信信号、基地局又は中継局に携帯電話から送信されてきた信号（又は、その信号を電圧変換した信号）である。制御信号ＶＰ５は、制御極６１に電子の通過を禁止及び許容せしめるための前述した制御信号である。より具体的に述べると、制御信号ＶＰ５は、制御極６１の電位をエミッタ部１３から電子放出が行われている際の上部電極１４の電位と等しくする通過許可電圧（Ｖon、この場合０Ｖ）と、制御極６１の電位をエミッタ部１３から電子放出が行われている際の上部電極１４の電位よりも低い電位とする通過禁止電圧（Ｖoff＝−Ｖsig、Ｖsig＞０）とを繰り返す矩形波状電圧信号である。
【００７６】
制御信号印加部７０の出力端子Ｐ５は接続導線Ｌ７により制御極６１に接続されている。制御信号印加部７０の接地端子Ｐ６は接続導線Ｌ８により接地されている。
【００７７】
駆動電圧印加部８０は、電圧信号ＶＰ７を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７との間に発生するようになっている。電圧信号ＶＰ７は、電圧Ｖｂと電圧−Ｖａ（Ｖａ＞Ｖｂ＞０）とを繰り返す電圧信号である。出力端子Ｐ７は接続導線Ｌ１によって下部電極１２と接続されている。接地端子Ｐ８は接続導線Ｌ３によって接地されている。これにより、駆動電圧印加部８０は、一定時間Ｔｍだけ低側電圧（−Ｖｂ）となり、その後、一定時間Ｔｐだけ高側電圧（Ｖａ）となる電圧信号を一周期分として繰り返す駆動電圧信号Ｖinを上下電極間に印加するようになっている。
【００７８】
（作動）
次に、上記のように構成された電子装置の作動について説明する。図１１の（Ａ）に示したように、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間（時間Ｔｐ）、駆動電圧信号Ｖinは高側電圧（Ｖａ）となる。これにより、図１１の（Ｃ）に示したように、時刻ｔ１〜時刻ｔ１ａの期間、それまでにエミッタ部１３に蓄積されていた電子がエミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して陽極１５に向けて放出される。次いで、駆動電圧信号Ｖinは、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間（時間Ｔｍ）、低側電圧（−Ｖｂ）となる。このとき、エミッタ部１３の上部に電子が蓄積される。その後、駆動電圧信号Ｖinは、時刻ｔ３〜時刻４の期間、再び高側電圧（Ｖａ）となり、時刻ｔ３〜時刻ｔ３ａの期間、電子が放出される。
【００７９】
一方、制御信号ＶＰ５は、図１１の（Ｄ）に示したように、通過許可電圧（Ｖon）と通過禁止電圧（Ｖoff）とを繰り返す信号となっている。この結果、出力電気信号Ｖoutは、電子放出が行われている時刻ｔ１〜時刻ｔ１ａ及び時刻ｔ３〜時刻ｔ３ａの期間、制御信号ＶＰ５が通過許可電圧（Ｖon）であるとき電子放出量に応じた電圧となり、制御信号ＶＰ５が通過禁止電圧（Ｖoff）であるとき０Ｖとなる。
【００８０】
このように、第４実施形態に係る電子装置によれば、駆動電圧印加部８０により、電子放出装置６０の電子放出素子に駆動電圧信号Ｖinが、常時、繰り返し（周期Ｔ＝Ｔｐ＋Ｔｍ）与えられる。従って、駆動電圧信号Ｖinの周期Ｔ（例えば、時刻ｔ１〜ｔ３）に応じて電子はエミッタ部１３から制御極６１及び陽極１５に向けて繰り返し放出される。一方、上部電極１４に対向するように配置された陽極１５の電位は、上部電極１４の電位よりも高い電位に維持されている。他方、制御極６１には、制御極６１にエミッタ部１３から放出された電子の通過を禁止及び許容させることが可能な入力信号が制御信号ＶＰ５として印加される。従って、制御極６１がエミッタ部１３から放出された電子を通過させるとき電子が陽極１５に到達し、制御極６１がエミッタ部１３から放出された電子を通過させないときその電子は陽極１５に到達しない。そして、エミッタ部１３から放出され且つ陽極１５に到達する電子によりもたらされる電流Ｉに基く電気信号が出力電気信号Ｖoutとして取り出される。この結果、出力電気信号Ｖoutは入力信号である制御信号ＶＰ５を増幅した信号となる。
【００８１】
この結果、第４実施形態に係る電子装置は、第１実施形態に係る電子装置と同様、熱電子ではない冷電子を放出する電子放出素子により電子を放出させているので、熱雑音の問題を有さない。更に、この電子装置は、電子放出素子と陽極と制御極とを使用しているので、半導体デバイスと異なり、入力信号の周波数が高くなっても、ゲインが低下しない。その結果、入力信号を効率良く増幅することができる。なお、この電子装置において制御信号として使用される入力信号は、制御信号ＶＰ５のように矩形波形を有する信号でなくてもよい。
【００８２】
更に、第４実施形態に係る電子装置においても、エミッタ部１３を電歪材料から構成してもよい。この場合、駆動電圧信号Ｖinとして、図１１の（Ｂ）に示したように、０Ｖと負の所定電圧（−Ｖｅ、Ｖｅ＞０）とを繰り返す電圧信号が使用される。
【００８３】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子装置について図１２を参照しながら説明する。この電子装置は、第４実施形態に係る出力部３０（図１０を参照。）を第３実施形態にて採用した出力部５０（図９を参照。）に置換した点にのみにおいて第４実施形態に係る電子装置と相違している。この場合、制御信号ＶＰ５は、入力信号ではなく、スイッチング制御用の矩形波電圧信号である。
【００８４】
この第５実施形態に係る電子装置も、第３実施形態の電子装置と同様、所謂「スイッチング電源」を構成している。電子放出装置６０の電子放出素子は、上部電極１４と陽極１５との間に、半導体デバイスよりも大きな電流を流すことができる素子である。従って、この電子装置によれば、半導体デバイスをスイッチング部に用いた場合よりも大きい一次電流を一次巻線５１に流すことができるので、より高い電圧を取り出すことができる。なお、この電子装置においても、エミッタ部１３は圧電材料及び電歪材料のいずれで構成されてもよい。
【００８５】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子装置について図１３及び図１４を参照しながら説明する。この電子装置は、図１０に示した第４実施形態に係る電子装置と以下の点において主として相違している。
・電子放出装置６０を電子放出装置９０に置換した点
・駆動電圧印加部８０を駆動電圧印加部１００に置換した点
【００８６】
以下、第６実施形態に係る電子装置について、これらの相違点を中心として説明する。
電子放出装置９０は、第１電子放出素子９０−１及び第２電子放出素子９０−２を備えている。即ち、電子放出装置９０の電子放出部は、二つの電子放出素子を備えている。電子放出素子９０−１及び電子放出素子９０−２は、互いに独立して駆動電圧信号を印加することができるようになっている。
【００８７】
第１の電子放出素子９０−１は、下部電極１２−１、エミッタ部１３−１及び上部電極１４−１を備えている。下部電極１２−１、エミッタ部１３−１及び上部電極１４−１は、前述した下部電極１２、エミッタ部１３及び上部電極１４とそれぞれ同一である。
【００８８】
第２の電子放出素子９０−２は、下部電極１２−２、エミッタ部１３−２及び上部電極１４−２を備えている。下部電極１２−２、エミッタ部１３−２及び上部電極１４−２は、前述した下部電極１２、エミッタ部１３及び上部電極１４とそれぞれ同一である。
【００８９】
駆動電圧印加部１００は、電圧信号ＶＰ７−１を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７−１との間に発生するとともに、電圧信号ＶＰ７−２を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７−２との間に発生するようになっている。電圧信号ＶＰ７−１及び電圧信号ＶＰ７−２は、電圧信号ＶＰ７と同一の電圧である。但し、電圧信号ＶＰ７−１及び電圧信号ＶＰ７−２は、互いに位相が相違している。出力端子Ｐ７−１は接続導線Ｌ１によって下部電極１２−１と接続されている。出力端子Ｐ７−２は接続導線Ｌ１１によって下部電極１２−２と接続されている。接地端子Ｐ８は接続導線Ｌ３によって接地されている。
【００９０】
上部電極１４−１は、接続導線Ｌ２により接地されている。これにより、下部電極１２−１と上部電極１４−１との間には、電圧信号ＶＰ７−１に基く駆動電圧信号Ｖin１が印加される。上部電極１４−２は、接続導線Ｌ１２により接地されている。これにより、下部電極１２−２と上部電極１４−２との間には、電圧信号ＶＰ７−２に基く駆動電圧信号Ｖin２が印加される。
【００９１】
図１４の（Ａ）に示したように、駆動電圧信号Ｖin１は、時刻ｔ１〜時刻ｔ４及び時刻ｔ５〜時刻ｔ８等の期間において高側電圧（Ｖａ）となり、高側電圧が発生している期間の間の期間である時刻ｔ４〜時刻ｔ５等の期間において低側電圧（−Ｖｂ）となる。
【００９２】
図１４の（Ｂ）に示したように、駆動電圧信号Ｖin２は、時刻ｔ３〜時刻ｔ６等の期間において高側電圧（Ｖａ）となり、時刻ｔ２〜時刻ｔ３及び時刻ｔ６〜時刻ｔ７等の期間において低側電圧（−Ｖｂ）となる。時刻ｔ１と時刻ｔ３との時間差は、時刻ｔ４と時刻ｔ６との時間差及び時刻ｔ５と時刻ｔ７との時間差等と同一である。即ち、前述したように、電圧信号ＶＰ７−１及び電圧信号ＶＰ７−２は、互いに位相のみが相違しているので、駆動電圧信号Ｖin１及び駆動電圧信号Ｖin２も互いに位相のみが相違している。
【００９３】
これにより、第１の電子放出素子９０−１において、電子はエミッタ部１３−１から図１４の（Ｃ）に実線Ｃ１により示したように放出される。第２の電子放出素子９０−２において、電子はエミッタ部１３−２から図１４の（Ｃ）に破線Ｃ２により示したように放出される。従って、陽極１５に到達した電子の合計（放出された総ての電子が陽極１５に到達した場合において、その電子によりもたらされる電流Ｉ）は、図１４の（Ｄ）に示したように、平滑化される。その他の作動は、第４実施形態と同様であるので省略する。
【００９４】
以上のように、第６実施形態の電子装置によれば、複数の電子放出素子から異なるタイミングにて電子が放出される。従って、電子放出がなされていない期間を消滅又は短縮できるので、入力信号（制御信号ＶＰ５）が増幅されない期間或いは制御信号ＶＰ５によって出力電気信号Ｖoutを制御することができない期間を消滅又は短縮することができる。更に、放出される電子量が時間的に変動し難くなるので、入力信号の波形を大きく変形することなく増幅することが可能となる。
【００９５】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る電子装置について図１５及び図１６を参照しながら説明する。この電子装置は、図１３に示した第６実施形態に係る電子装置と以下の点において主として相違している。
・電子放出装置９０を電子放出装置１１０に置換した点
・駆動電圧印加部１００を駆動電圧印加部１２０に置換した点
【００９６】
以下、第７実施形態に係る電子装置について、これらの相違点を中心として説明する。
電子放出装置１１０は、第６実施形態の第１の電子放出素子９０−１及び第２の電子放出素子９０−２に代え、第３の電子放出素子１１０−３、第４の電子放出素子１１０−４、第５の電子放出素子１１０−５及び第６の電子放出素子１１０−６を備えている。即ち、第６実施形態の電子放出部は、全部で４つの電子放出素子を備えている。
【００９７】
第３の電子放出素子１１０−３は、下部電極１２−３、エミッタ部１３−３及び上部電極１４−３を備えている。下部電極１２−３、エミッタ部１３−３及び上部電極１４−３は、第２実施形態に係る電子装置の電子放出部（電子放出素子）の各対応する部分と同一の構成を備えている。即ち、エミッタ部１３−３は電歪材料から構成されている。
【００９８】
第４の電子放出素子１１０−４は、下部電極１２−４、エミッタ部１３−４及び上部電極１４−４を備えている。下部電極１２−４、エミッタ部１３−４及び上部電極１４−４は、第１実施形態に係る電子装置の電子放出部（電子放出素子）の各対応する部分と同一の構成を備えている。即ち、エミッタ部１３−４は圧電材料から構成されている。第４の電子放出素子１１０−４の大きさ（従って、上部電極１４−４の面積）は、第３の電子放出素子１１０−３の大きさ（従って、上部電極１４−３の面積）と同じである。
【００９９】
第５の電子放出素子１１０−５は、下部電極１２−５、エミッタ部１３−５及び上部電極１４−５を備えている。下部電極１２−５、エミッタ部１３−５及び上部電極１４−５は、第２実施形態に係る電子装置の電子放出部（電子放出素子）の各対応する部分と同一の構成を備えている。即ち、エミッタ部１３−３は電歪材料から構成されている。第５の電子放出素子１１０−５の大きさ（従って、上部電極１４−５の面積）は、第３の電子放出素子１１０−３の大きさ（従って、上部電極１４−３の面積）と同じである。
【０１００】
第６の電子放出素子１１０−６は、下部電極１２−６、エミッタ部１３−６及び上部電極１４−６を備えている。下部電極１２−６、エミッタ部１３−６及び上部電極１４−６は、第１実施形態に係る電子装置の電子放出部（電子放出素子）の各対応する部分と同一の構成を備えている。即ち、エミッタ部１３−６は圧電材料から構成されている。第６の電子放出素子１１０−６の大きさ（従って、上部電極１４−６の面積）は、第３の電子放出素子１１０−３の大きさ（従って、上部電極１４−３の面積）と同じである。
【０１０１】
これらの第３〜第６の電子放出素子１１０−３〜１１０−６は、それぞれの上下電極間に互いに独立して駆動電圧信号を印加することができるようになっている。
【０１０２】
駆動電圧印加部１２０は、電圧信号ＶＰ７−３を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７−３との間に発生するとともに、電圧信号ＶＰ７−４を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７−４との間に発生するようになっている。出力端子Ｐ７−３は接続導線Ｌ１３によって下部電極１２−３と接続されている。出力端子Ｐ７−４は接続導線Ｌ１４によって下部電極１２−４と接続されている。接地端子Ｐ８は接続導線Ｌ３によって接地されている。
【０１０３】
更に、駆動電圧印加部１２０は、電圧信号ＶＰ７−５を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７−５との間に発生するとともに、電圧信号ＶＰ７−６を接地端子Ｐ８と出力端子Ｐ７−６との間に発生するようになっている。出力端子Ｐ７−５は接続導線Ｌ１５によって下部電極１２−５と接続されている。出力端子Ｐ７−４は接続導線Ｌ１６によって下部電極１２−６と接続されている。
【０１０４】
上部電極１４−３は、接続導線Ｌ２により接地されている。これにより、下部電極１２−３と上部電極１４−３との間には、電圧信号ＶＰ７−３に基く駆動電圧信号Ｖin３が印加される。同様に、上部電極１４−４、上部電極１４−５及び上部電極１４−６は、それぞれ図示しない接続導線により接地されている。これにより、下部電極１２−４と上部電極１４−４との間には電圧信号ＶＰ７−４に基く駆動電圧信号Ｖin４が印加される。下部電極１２−５と上部電極１４−５との間には電圧信号ＶＰ７−５に基く駆動電圧信号Ｖin５が印加される。下部電極１２−６と上部電極１４−６との間には電圧信号ＶＰ７−６に基く駆動電圧信号Ｖin６が印加される。
【０１０５】
電圧信号ＶＰ７−３は、０（Ｖ）とＶｅ（Ｖｅ＞０）とを一定の周期をもって繰り返す矩形波状の電圧信号である。従って、駆動電圧信号Ｖin３は、図１６の（Ａ）に示したように、０（Ｖ）と−Ｖｅとを一定の周期をもって繰り返す矩形波状の電圧信号となる。即ち、駆動電圧信号Ｖin３は、例えば時刻ｔ１〜時刻ｔ３において−Ｖｅとなり、時刻ｔ３〜時刻ｔ５において０（Ｖ）となる。周期Ｔ１は時刻ｔ１〜時刻ｔ５の時間である。時刻ｔ１〜時刻ｔ３の時間は、時刻ｔ３〜時刻ｔ５の時間と等しくなるように設定されている。
【０１０６】
電圧信号ＶＰ７−４は、電圧信号ＶＰ７−３を電圧変換することにより得られる電圧信号である。具体的には、駆動電圧印加部１２０は、電圧信号ＶＰ７−３が０（Ｖ）であるとき−Ｖａ（Ｖａ＞０）となり、電圧信号ＶＰ７−３がＶｅであるときＶｂ（Ｖｂ＞０）となるように電圧信号ＶＰ７−３を電圧変換し、その電圧変換した信号を電圧信号ＶＰ７−４として出力するようになっている。
【０１０７】
この結果、駆動電圧信号Ｖin４は、駆動電圧信号Ｖin３と同期した信号であって、図１６の（Ｂ）に示したように、−ＶｂとＶａとを一定の周期Ｔ１をもって繰り返す矩形波状の電圧信号となる。即ち、駆動電圧信号Ｖin３は、例えば時刻ｔ１〜時刻ｔ３において−Ｖｂとなり、時刻ｔ３〜時刻ｔ５においてＶａとなる。
【０１０８】
電圧信号ＶＰ７−５は、電圧信号ＶＰ７−３と同一の波形を有し、且つ、その位相が電圧信号ＶＰ７−３から１／４周期（Ｔ１／４）だけ遅れた信号である。電圧信号ＶＰ７−５は、電圧信号ＶＰ７−３を図示しない位相シフト回路により位相のみをシフトした信号である。従って、駆動電圧信号Ｖin５は、図１６の（Ｃ）に示したように、０（Ｖ）と−Ｖｅとを一定の周期Ｔ１をもって繰り返す矩形波状の電圧信号となる。即ち、駆動電圧信号Ｖin５は、例えば時刻ｔ２〜時刻ｔ４において−Ｖｅとなり、時刻ｔ４〜時刻ｔ６において０（Ｖ）となる。なお、時刻ｔ１〜ｔ６は、この順に発生し、隣り合う時刻間の時間は周期Ｔ１の１／４（即ち、Ｔ１／４）である。
【０１０９】
電圧信号ＶＰ７−６は、電圧信号ＶＰ７−５を電圧変換することにより得られる電圧信号である。具体的には、駆動電圧印加部１２０は、電圧信号ＶＰ７−５が０（Ｖ）であるとき−Ｖａ（Ｖａ＞０）となり、電圧信号ＶＰ７−５がＶｅであるときＶｂ（Ｖｂ＞０）となるように電圧信号ＶＰ７−５を電圧変換し、その電圧変換した信号を電圧信号ＶＰ７−６として出力するようになっている。
【０１１０】
この結果、駆動電圧信号Ｖin６は、駆動電圧信号Ｖin５と同期した信号であって、図１６の（Ｄ）に示したように、−ＶｂとＶａとを一定の周期Ｔ１をもって繰り返す矩形波状の電圧信号となる。即ち、駆動電圧信号Ｖin６は、例えば時刻ｔ２〜時刻ｔ４において−Ｖｂとなり、時刻ｔ４〜時刻ｔ６においてＶａとなる。
【０１１１】
このように構成された電子装置においては、駆動電圧信号Ｖin３により、図１６の（Ｅ）の曲線Ｃ３に示した電子放出量の電子がエミッタ部１３−３から放出される。即ち、第３の電子放出素子１１０−３は、例えば時刻ｔ１の直後から電子をエミッタ部１３−３から放出する。その電子放出は、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間において終了する。
【０１１２】
一方、駆動電圧信号Ｖin５により、図１６の（Ｅ）の曲線Ｃ５に示した電子放出量の電子がエミッタ部１３−５から放出される。即ち、第５の電子放出素子１１０−５は、例えば時刻ｔ２の直後から電子をエミッタ部１３−５から放出する。その電子放出は、時刻ｔ３と時刻ｔ４の間において終了する。
【０１１３】
更に、駆動電圧信号Ｖin４により、図１６の（Ｅ）の曲線Ｃ４に示した電子放出量の電子がエミッタ部１３−４から放出される。即ち、第４の電子放出素子１１０−４は、例えば時刻ｔ３の直後から電子をエミッタ部１３−４から放出する。その電子放出は、時刻ｔ４と時刻ｔ５の間において終了する。
【０１１４】
加えて、駆動電圧信号Ｖin６により、図１６の（Ｅ）の曲線Ｃ６に示した電子放出量の電子がエミッタ部１３−６から放出される。即ち、第６の電子放出素子１１０−６は、例えば時刻ｔ４の直後から電子をエミッタ部１３−６から放出する。その電子放出は、時刻ｔ５と時刻ｔ６の間において終了する。
【０１１５】
このように、第３〜第６電子放出部１１０−３〜１１０−６からは、一部の期間が重複し、且つ、互いに異なるタイミングにおいてピークを有する電子放出が行われる。その結果、図１６の（Ｆ）に示したように、これらの電子放出により放出される電子の量を合成した波形は略平坦な波形を有するようになる。その他の作動は、第４実施形態と同様であるので省略する。
【０１１６】
以上のように、第７実施形態の電子装置によれば、複数の電子放出素子から異なるタイミングにて電子が放出される。従って、電子放出がなされていない期間を消滅又は短縮できるので、入力信号（制御信号ＶＰ５）が増幅されない期間或いは制御信号ＶＰ５によって出力電気信号Ｖoutを制御することができない期間を消滅又は短縮することができる。更に、放出される電子量が時間的に変動し難くなるので、入力信号の波形を大きく変形することなく増幅することが可能となる。
【０１１７】
また、電子放出装置１１０（の電子放出部）は、駆動電圧信号を互いに独立して印加することができる少なくとも２個の電子放出素子（例えば、第３の電子放出素子１１０−３と第４の電子放出素子１１０−４）を含み、同少なくとも２個の電子放出素子の一つ（第４の電子放出素子１１０−４）のエミッタ部１２−４は圧電材料から構成され、同少なくとも２個の電子放出素子の他の一つ（第３の電子放出素子１１０−３）のエミッタ部１３−３は電歪材料から構成されている。
【０１１８】
更に、駆動電圧印加部１２０は、エミッタ部１３−４が圧電材料からなる電子放出素子（第４の電子放出素子１１０−４）に、エミッタ部１３−３が電歪材料からなる電子放出素子（第３の電子放出素子１１０−３）に印加する駆動電圧信号Ｖin３と位相が同じ駆動電圧信号Ｖin４を印加するように構成されている。
【０１１９】
換言すると、駆動電圧印加部１２０は、第１の駆動電圧信号Ｖin４を前記エミッタ部が圧電材料からなる電子放出素子（第４の電子放出素子１１０−４）に印加するとともに、第２の駆動電圧信号Ｖin３を前記エミッタ部が電歪材料からなる電子放出素子（電子放出部１１０−３）に印加し、前記第２の駆動電圧信号Ｖin３（実際には出力電圧ＶＰ７−３）から前記第１の駆動電圧信号Ｖin４（実際には出力電圧ＶＰ７−４）を電圧変換によって生成するように構成されている。なお、前記第１の駆動電圧信号から前記第２の駆動電圧信号を電圧変換によって生成してもよい。
【０１２０】
従って、エミッタ部が圧電材料からなる一つの電子放出素子と、エミッタ部が電歪材料からなる一つの電子放出素子と、に対して個別の電圧発生源（二つの電圧発生源）を用意することなく、一つの電圧発生源を使用して互いに位相が同じで電圧レベルのみが異なる駆動電圧信号を付与することができる。この結果、安価な電子装置が提供され得る。
【０１２１】
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る電子装置は、熱雑音の問題がなく、且つ、高い周波数領域の入力信号をも高い効率をもって増幅することができる増幅器又は高い周波数領域の制御信号により高い応答性をもってスイッチングを行うことができるスイッチングデバイス等の電子装置となっている。
【０１２２】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記電子放出素子は、上部電極に微細貫通孔を複数備えていたが、上部電極に微細貫通孔を備えない素子であってもよい。このような冷電子を放出する誘電体を用いた電子放出素子は、例えば、以下の文献にも開示されている。
・  安岡、石井著「強誘電体陰極を用いたパルス電子源」応用物理第６８巻第５号、ｐ５４６〜５５０（１９９９）
・  V.F.Puchkarev, G.A.Mesyats, On the
mechanism of emission from the ferroelectric ceramic cathode, J.Appl.Phys., vol
78, No. 9, 1 November, 1995, p.5633-5637
・  H.Riege, Electron emission
ferroelectrics - a review, Nuc1. Instr. and Meth. A340, p. 80-89 (1994)
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子装置の回路図である。
【図２】図１に示した電子放出素子の基板、下部電極、エミッタ部及び上部電極の断面図である。
【図３】図１に示した電子放出素子の上部電極の部分平面図である。
【図４】（Ａ）は図１に示した電圧印加部の出力端子の電圧を、（Ｂ）は図１に示した電子放出素子の上下電極間に印加される駆動電圧信号を示した図である。
【図５】図１に示した電子放出素子の各状態を示した図である。
【図６】（Ａ）は図１に示した電子放出素子の上下電極間に印加される駆動電圧信号を示した図であり、（Ｂ）は図１に示した出力部に発生する出力電気信号を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電子装置が備える電子放出素子からの電子放出の様子を説明するための図である。
【図８】（Ａ）は第２実施形態に係る電子装置が備える電子放出素子の上下電極間に印加される駆動電圧信号を示した図であり、（Ｂ）は第２実施形態に係る電子装置が備える出力部に発生する出力電気信号を示した図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る電子装置の回路図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る電子装置の回路図である。
【図１１】図１０に示した電子装置の各部の信号波形を示したタイムチャートである。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る電子装置の回路図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る電子装置の回路図である。
【図１４】図１３に示した電子装置の各部の信号波形を示したタイムチャートである。
【図１５】本発明の第７実施形態に係る電子装置の回路図である。
【図１６】図１５に示した電子装置の各部の信号波形を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１２４】
１０…電子放出装置、１０Ａ…電子放出部、１１…基板、１２…下部電極、１３…エミッタ部、１４…上部電極、１４ａ…微細貫通孔、１５…陽極、１６…密閉部材、２０…電圧印加部、３０…出力部、３１…負荷素子、４０…バイアス電源、５０…出力部、５１…一次巻線、５２…二次巻線、６０…電子放出装置、６１…制御極、７０…制御信号印加部、８０…駆動電圧印加部、９０…電子放出装置、１００…駆動電圧印加部、１１０…電子放出装置、１２０…駆動電圧印加部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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