(57)【要約】【課題】  マイクロ放出源から放出される電子線量に関し、非線形性を補償すること。【解決手段】  マイクロ放出源（１０）から放出される電子線量をスイッチングして制御するためのデバイスであって、マイクロ放出源からの出力電流（Ｉｃ ）と分極ポイント調節用の電圧（Ｖ１）とを受領するセンサモジュール（３０）と；このモジュールからの出力信号（Ｖｓｅ）と放出電子量調節用のしきい値電圧（Ｖ２）とを受領する比較器モジュール（３１）と；このモジュールからの出力信号（Ｖｃｏｍ ）と開始信号とを受領しかつ電子放出を行うべきかを決定する論理信号を出力する論理モジュール（３２）と；このモジュールからの出力信号を受領しかつ電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成する制御モジュール（３３）と；しきい値電圧を変更する手段と；を具備している。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するためのデバイスであって、
−前記マイクロ放出源からの出力電流と、前記デバイスの分極ポイントを調節するための電圧と、を受領するセンサモジュール（３０）と；
−このセンサモジュールからの出力信号と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧と、を受領する比較器モジュール（３１）と；
−この比較器モジュール（３１）からの出力信号と、電子放出を開始するための開始信号と、を受領するとともに、前記マイクロ放出源が放出を行うべきかどうかを決定する論理信号を出力する、論理モジュール（３２）と；
−この論理モジュール（３２）からの出力信号を受領するとともに、前記マイクロ放出源からの電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成する、制御モジュール（３３）と；
−Ｎｓｔａｒｔ を、前記電流パルスの開始時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｍｅａｓｕｒｅ を、前記電流パルスの測定時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｏｆｆ を、前記電流パルスの終了時間帯域における電子数としたときに、合計量Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ が電子放出時に実質的に一定なままとなるように、前記しきい値電圧を変更するための手段と；
を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
プログラムされた線量の時間的な減少によって前記開始時間帯域（ｔｓｔａｒｔ ）および前記終了時間帯域（ｔｏｆｆ ）において放出される過剰電子を厳密に補償し得るように電子線量制御を時間可変的にプログラムし得るよう、前記開始信号の時点から時間的に前記しきい値電圧（Ｖ２）を変調するための手段を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項１または２記載のデバイスにおいて、
−前記マイクロ放出源からの電流を検出するためのモジュール（６７）であって、その電流（Ｉｔｉｐ ）を正確に再生することができる、あるいは、その電流に関するゲインを印加することができるような、モジュール（６７）と；
−設定電圧値Ｖ２＝ｆ（Ｉｔｉｐ ）を出力する可変電圧生成モジュール（６８）と；
を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
一組をなす複数のマイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するための１次元型のまたはマトリクス型のデバイスであって、
各マイクロ放出源に関して、
−当該マイクロ放出源からの出力電流と、分極ポイントを調節するための電圧と、を受領するセンサモジュール（３０）と；
−このセンサモジュールからの出力信号と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧と、を受領する比較器モジュール（３１）と；
−この比較器モジュール（３１）からの出力信号と、電子放出を開始するための開始信号と、を受領するとともに、当該マイクロ放出源が放出を行うべきかどうかを決定する論理信号を出力する、論理モジュール（３２）と；
−この論理モジュールからの出力信号を受領するとともに、当該マイクロ放出源からの電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成する、制御モジュール（３３）と；
−Ｎｓｔａｒｔ を、前記電流パルスの開始時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｍｅａｓｕｒｅ を、前記電流パルスの測定時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｏｆｆ を、前記電流パルスの終了時間帯域における電子数としたときに、合計量Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ が電子放出時に実質的に一定なままとなるように、前記しきい値電圧を変更するための手段と；
を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
各マイクロ放出源が、マイクロチップであることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
マイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するための方法であって、
−前記マイクロ放出源からの出力電流を変換するとともに、動作の分極ポイントを調節するというステップと；
−このステップによって得られた信号と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧と、を比較するステップと；
−電子放出を開始させるとともに、前記マイクロ放出源が放出を行うべきかどうかを決定するという論理ステップと；
−前記マイクロ放出源からの電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成するという制御ステップと；
を具備する方法において、
−Ｎｓｔａｒｔ を、前記電流パルスの開始時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｍｅａｓｕｒｅ を、前記電流パルスの測定時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｏｆｆ を、前記電流パルスの終了時間帯域における電子数としたときに、合計量Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ が電子放出時に実質的に一定なままとなるように、前記しきい値電圧（Ｖ２）を変更するというステップを具備していることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
プログラムされた線量の時間的な減少によって前記開始時間帯域（ｔｓｔａｒｔ ）および前記終了時間帯域（ｔｏｆｆ ）において放出される過剰電子を完全にまたは部分的に補償し得るように電子線量制御を時間可変的にプログラムし得るよう、前記開始信号の時点から時間的に前記しきい値電圧（Ｖ２）を変調するというステップを具備していることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法において、
−前記マイクロ放出源からの電流を検出するとともに、その電流（Ｉｔｉｐ ）を正確に再生することができる、あるいは、その電流に関するゲインを印加することができるような、ステップと；
−設定電圧値Ｖ２＝ｆ（Ｉｔｉｐ ）を出力する可変電圧を生成するというステップと；
を具備していることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロチップといったようなマイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するためのデバイスおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本明細書においては、非限定的な例示として、マイクロチップタイプのマイクロ放出源を例にとって説明する。
【０００３】
現在ではナノチューブの主題を伴っているマイクロチップの主題は、ＦＥＤ（電界放出型ディスプレイ、Field Emission Display）に関する一連の応用や、また、マイクロ放出源に関する一連の応用を規定している。その場合、放出流のスイッチングや制御に関する要求は、かなり厳しいものである。
【０００４】
高温放出（ダイオード、トライオード、陰極線管）の場合には、電子は、熱励起を受けることによって十分なエネルギー（『アウトプットワーク』と称される）を獲得し、これにより、電子を原子核に対して保持している電位障壁を超えることができる。その場合、熱励起された電子は、材料表面に向けて移動し、電子を引きつけるような電界が存在する場合には、その材料から飛び出すことができる。常温においては、熱励起エネルギーは、電子が材料から飛び出すには不十分なものである。
【０００５】
低温放出の場合には、真空チャンバ内での電界効果試験という原理をベースとして、トンネル効果によって、電子は、放出源（カソード）から真空中へと飛び出すことができ、アノード上へと収集される。低温放出でもって動作する放出源は、電圧制御型の電流源と見なすことができ、放出される電子流は、Fowler-Nordheim 則に従う。
【０００６】
例えば、これは、タングステンから形成されていて電子放出源として使用されるマイクロチップ（１０）の場合である。マイクロチップ（１０）の電気的等価回路を、図１Ａに示す。電子流は、アノード（１１）とカソード（１２）との間に形成される。制御電圧が、『ゲート』と称される抽出グリッド（１３）とカソード（１２）との間に印加される。図１Ｂは、そのようなマイクロチップ（１０）の動作態様を示している。マイクロチップ（１０）は、一般的な電気的シミュレータ（『Spice タイプ』）と一緒に使用することができる。
【０００７】
このようなマイクロチップ（１０）に関する放出条件は、抽出グリッド（１３）に印加された電圧に対しての放出電流（Ｉｔｉｐ ）の大いなる非線形性によって特徴づけられる。放出電流（Ｉｔｉｐ ）は、次の式を満足する。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
係数（ａｆｎ，ｂｆｎ）は、マイクロチップの一般的特性に依存する。そのような電流−電圧特性の一例を、図２に示す。動作ポイント（Ｖｇｃ（すなわち、ゲートとカソードとの間の電圧）＝Ｖｏｎに関して、Ｉｔｉｐ＝Ｉｏｎ ）の一例が、この図に示されている。理想的な特性が、符号（１４）によって示されている。
【００１０】
実際には、このタイプの特性は、マイクロチップごとに相違するものであって、再現することができない。その結果、破線で示すような複数の曲線（１５）となる。
【００１１】
したがって、低温放出における１つの欠点は、電流値がやや不安定となることである。このことは、本来的に局所的表面汚染に基づくアウトプットワークの擾乱によって生成されるノイズと等価である。このような擾乱は、マイクロチップごとに相違するものであって、また、同一のマイクロチップであっても時間的に変動するものである。
【００１２】
以下のように、可能な２つのタイプのマイクロチップ制御が存在する。
【００１３】
第１は、電流規制デバイスによる電流制御である。このタイプの可能性は、参考文献［１］［２］に示されているように、カソード回路内に直列に配置された単一のすなわち『マルチゲート』のトランジスタを介して、ＦＥＤｓにおいて使用される。各マイクロチップから放出される電流は、理論的にプログラムすることができる。電流は、各マイクロチップの品質および特性とは独立である。電圧（Ｖｇｃ）は、マイクロチップごとに、あるいは、時間的に、変調される。このような制御方式の１つの欠点は、トランジスタによるスイッチングおよび制御回路において、低電圧（ＬＶ）と高電圧（ＨＶ）とを混合することである。それは、抽出電極を、数十Ｖとしなければならないからである。視覚的表示は、このタイプの制御の制限された動作精度周波数に適合させる。
【００１４】
第２は、電圧制御である。注意を払わなければ、放出電流は、変調してしまうこととなって、多くの用途において好ましくない。電流の偏向が既知である場合には特に極値が既知である場合には、さらに、制御対象物理量が電荷である場合には、このタイプの手法は、可変観測時間ウィンドウ（Ｔｎｏｍ ）と組み合わせることにより、満足のいくものである。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
本発明によるデバイスは、本来的に高速でありなおかつ観測される線形性欠陥が修正されるようなタイプの回路である。抽出グリッドの高電圧（ＨＶ）制御回路は、電荷量を制御している低電圧（ＬＶ）回路とは独立である。このことは、回路の使用を単純化し、ノイズに対する感受性を低減する。
【００１７】
したがって、いくつかの手法によって、マイクロチップから放出される電子の量を測定することができる。場合によっては、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、電流制御のもとで動作することができる。所定時間内において校正済み電流源（電流源（１６））からの電流は、Ｑ＝Ｔ×ｔという式に則って、電荷量を規定する。このタイプの電流規制システムは、感受性チップ電流検出部材（１７）と、参照電流試験部材（１８）と、電流調整部材（１９）と、を備えている。このシステムは、開放ループにおいても、また、閉塞ループにおいても、動作することができる。
−開放ループにおいては、シーケンシャル校正が行われ、図３Ａに示すように、単一の参照量を有して所定数の測定がプログラムされる。
−閉塞ループにおいては、図３Ｂに示すように、また、参考文献［３］に示されているように、リアルタイムでの電流のサーボ制御が行われる。
【００１８】
図３Ａに示す実施形態においては、システムに関する仕様は、校正を行うのに必要な時間を許容しなければならない。このタイプの実施態様では、電子ビームの不完全性を修正することができない。それは、反復周波数が、校正リフレッシュ周波数よりも、大きいからである。
【００１９】
図３Ｂに示す実施形態においては、カウンターリアクションループの安定性が重要であって、通常は能動的補償を犠牲にして、ループシステムの通過帯域が保証されなければならない。そのため、速度に関する性能が悪くなる。
【００２０】
速度や安定性やノイズや線形性という観点からの様々な要求のために、多くの応用において、このタイプの実施態様を使用することができない。
【００２１】
弱い電荷量を制御するための一般的方法においては、要求される電荷量を設定し、要求された放出線量に到達した時点で、様々な構成的入力変数を使用することによって、電子ビームを遮断する（『線量制御』）。この場合、電荷量は、前もって設定される。この制御のために使用されるデバイスは、チップ電流を動的なものとして動作しなければならない。特に、同じマイクロチップにおいて時間的な電流変動を含有するものとして動作しなければならない。理論的には、このタイプの方法は、非常に良好な線形性を可能とする。しかしながら、現実の機能的モジュールを使用することにより、また、高周波数動作に関する要求により、電流状態の関数として制御される電荷量に関して、非線形性が強いものとなる。
【００２２】
参考文献［４］には、数値的にアドレッシング可能な電子ビーム放出源として使用される複数の小型カソードからなる２次元ネットワークが記載されている。このネットワークにおいては、各放出源に関しての内部電子焦点合わせ機構と、電子流を正確に制御することによって各放出源を制御するための閉塞ループ型電子放出線量制御回路と、を備えている。放出源に対して接続されたこのタイプの放出線量制御回路を使用することによって、各書込サイクル時に供給される線量を、放出源ごとの不適合や温度や経時劣化の影響にかかわらないものとすることができる。この制御回路は、一定時間によってではなく、一定線量によって、放出を終了する。放出源には、積分素子が接続されている。
【００２３】
しかしながら、このタイプの制御回路は、非線形性の原因である。さらに、複数のマイクロチップからなる１次元的配列または２次元的配列に関して、放出線量の分散を補償することができない。それは、マイクロチップに固有の電流分散のためである。
【特許文献１】米国特許第６，３９２，３５５号明細書（参考文献［３］）
【非特許文献１】T. Matsukawa 氏、K. Koga 氏、S. Kanemaru 氏、H. Tanoue 氏、 および、J. Itoh 氏による“Structure optimisation of transistor-based Si fieldemitter arrays”と題する文献（TIDW'98, pages 671-674, FED 2-4）（参考文献［１］）
【非特許文献２】J. Itoh 氏、S. Kanemaru 氏、および、T. Matsukawa 氏による“Active matrix field emitter FEDs”と題する文献（199, SID）（参考文献［２］）
【非特許文献３】L.R. Baylor 氏、D.H. Lowndes 氏、M.L. Simpson 氏、C.E.Thomas氏、M.A. Guillorn 氏、V.I. Merkulov 氏、J.H. Whealton 氏、E.D. Ellis 氏、D.K. Hensley 氏、および、A.V. Melechko 氏による“Digital electrostatic electron-beam array lithography”と題する文献（J. Vac. Sci. Technol. B20 (6), Nove-Dec2002, pages 2646-2650）（参考文献［４］）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の目的は、このタイプの非線形性を補償して、制御デバイスを線形的なものとして実用的なものとすることであり、また、１次元的デバイスまたは２次元的デバイスに関しての特定の解決手法を提供することである。
【００２５】
本発明は、例えばマイクロチップといったようなマイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するためのデバイスに関するものであって、
−マイクロ放出源からの出力電流と、デバイスの分極ポイントを調節するための電圧と、を受領するセンサモジュールと；
−このセンサモジュールからの出力信号と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧と、を受領する比較器モジュールと；
−この比較器モジュールからの出力信号と、電子放出を開始するための開始信号と、を受領するとともに、マイクロ放出源が放出を行うべきかどうかを決定する論理信号を出力する、論理モジュールと；
−この論理モジュールからの出力信号を受領するとともに、マイクロ放出源からの電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成する、制御モジュールと；
−Ｎｓｔａｒｔ を、電流パルスの開始時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｍｅａｓｕｒｅ を、電流パルスの測定時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｏｆｆ を、電流パルスの終了時間帯域における電子数としたときに、合計量Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ が電子放出時に実質的に一定なままとなるように、しきい値電圧を変更するための手段と；
を具備している。
【００２６】
例示としての第１の実施形態においては、本発明によるデバイスは、プログラムされた線量の時間的な減少によって開始時間帯域および終了時間帯域において放出される過剰電子を厳密に補償し得るように電子線量制御を時間可変的にプログラムし得るよう、開始信号の時点から時間的にしきい値電圧を変調するための手段を具備している。
【００２７】
第２の実施形態においては、本発明によるデバイスは、
−マイクロ放出源からの電流を検出するためのモジュールであって、その電流を正確に再生することができる、あるいは、その電流に関するゲインを印加することができるような、モジュールと；
−設定電圧値Ｖ２＝ｆ（Ｉｔｉｐ ）を出力する可変電圧生成モジュールと；
を具備している。
【００２８】
本発明は、また、一組をなす複数のマイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するための１次元型のまたはマトリクス型のデバイスに関するものであって、
各マイクロ放出源に関して、
−当該マイクロ放出源からの出力電流と、分極ポイントを調節するための電圧と、を受領するセンサモジュールと；
−このセンサモジュールからの出力信号と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧と、を受領する比較器モジュールと；
−この比較器モジュールからの出力信号と、電子放出を開始するための開始信号と、を受領するとともに、当該マイクロ放出源が放出を行うべきかどうかを決定する論理信号を出力する、論理モジュールと；
−この論理モジュールからの出力信号を受領するとともに、当該マイクロ放出源からの電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成する、制御モジュールと；
−Ｎｓｔａｒｔ を、電流パルスの開始時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｍｅａｓｕｒｅ を、電流パルスの測定時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｏｆｆ を、電流パルスの終了時間帯域における電子数としたときに、合計量Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ が電子放出時に実質的に一定なままとなるように、しきい値電圧を変更するための手段と；
を具備している。
【００２９】
本発明は、さらに、マイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するための方法に関するものであって、
−マイクロ放出源からの出力電流を変換するとともに、動作の分極ポイントを調節するというステップと；
−このステップによって得られた信号と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧と、を比較するステップと；
−電子放出を開始させるとともに、マイクロ放出源が放出を行うべきかどうかを決定するという論理ステップと；
−マイクロ放出源からの電流パルスの開始および終了のために必要な電圧を生成するという制御ステップと；
を具備する方法において、
−Ｎｓｔａｒｔ を、電流パルスの開始時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｍｅａｓｕｒｅ を、電流パルスの測定時間帯域における電子数とし、かつ、Ｎｏｆｆ を、電流パルスの終了時間帯域における電子数としたときに、合計量Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ が電子放出時に実質的に一定なままとなるように、しきい値電圧を変更するというステップを具備している。
【００３０】
本発明は、以下のような幅広い応用分野を有している。
−冷陰極からの電子放出。
−微小な電荷量のスイッチングおよび制御。
−電荷量測定エラーの補償。
−大きな動作周波数。
−特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）と互換的な手段。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図４に示すような、マイクロ放出源から放出される電子線量をスイッチングして制御するためのデバイスは、マイクロチップ（１０）を具備して構成されている。マイクロチップ（１０）は、アノード（１１）とカソード（１２）と抽出グリッド（１３）とを備えているものであって、カソード（１２）に対しての抽出グリッド（１３）の電圧値が真空中での抽出電圧値よりも大きい場合には、電流を供給することができる。寄生キャパシタンス（２０，２１）が、マイクロ技術におけるそのようなマイクロチップ（１０）の製造に際して、本来的に存在している。
【００３２】
このデバイスは、
−電子−電圧変換を行うとともに、マイクロチップ（１０）から出力された電流（Ｉｃ ）と、このデバイスの分極ポイントを調節するための電圧（Ｖ１）と、を受領する、センサモジュール（３０）であって、モジュールの感度（Ｒ）がＶ／電子数という単位で表されるような、センサモジュール（３０）と；
−センサモジュール（３０）からの出力信号（Ｖｓｅ）と、放出される電子の量を調節するためのしきい値電圧（Ｖ２）と、を受領するとともに、十分な電荷検出信号（Ｖｃｏｍ ）を出力する、比較器モジュール（３１）と；
−この信号（Ｖｃｏｍ ）と、電子放出を開始するための開始信号と、を受領するとともに、マイクロチップが放出を行うべきかどうかを決定する論理データ信号を出力する、論理モジュール（３２）と；
−この論理モジュール（３２）からの出力信号と、信号（Ｖｇ−ｏｎ，Ｖｇ−ｏｆｆ ）と、を受領するとともに、マイクロチップ電流パルスの開始のために必要な電圧と、マイクロチップ電流パルスの放出停止のために必要な電圧と、を生成する（数十Ｖ）、制御モジュール（３３）と；
を具備している。
【００３３】
このデバイスは、１次元的配列（ストリップ）または２次元的配列（マトリクス）のいずれの形態とされたにしても、複数のマイクロチップからなる配列に対して実際に応用可能である。また、配列どうしのいかなる組合せに対しても応用可能である。このデバイスは、特定の高電圧技術を使用して形成することができ、放出される電子線量を高速で制御することができる。
【００３４】
以下、各モジュール（３０，３１，３２，３３）について説明する。
【００３５】
［センサモジュール（３０）］
このモジュール（３０）の役割は、マイクロチップ（１０）において利用可能な基本情報を処理することであり、放出すべき電子の数（Ｎ）を決定し得るよう、その情報を、入力値と比較し得る値へと変換することである。
【００３６】
このモジュールは、有利には、電流−電圧変換を行うＣＴＩＡ（容量性トランスインピーダンスアンプ、 Capacitive TransImpedance Amplifier）アンプから構成することができる。入力変数は、マイクロチップのカソード電流（Ｉｃ ）である。このアンプは、Ｖ／ｅ− という単位で表現される変換ゲイン（Ｒ）によって特徴づけられる。このモジュールは、アンプ（３５）と、カウンターリアクションキャパシタ（Ｃｆｂ）（３６）と、リセットデバイス（３７）と、を備えて構成されている。このセンサモジュールの出力偏向（ΔＶｓ ）に関する結果は、次式である。
【００３７】
【数３】
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【００３８】
このタイプの手段は、マイクロチップキャパシタンス上において直接的に積分を行うような手段と比較して、次のようないくつかの理由で、有利である。すなわち、
−信号が、入力サイドの寄生キャパシタンスに対して過敏でないこと。
−変換ゲインを、正確に固定できること。変換ゲインは、Ｃｆｂの値によって規定される。例えば、変換ゲインは、Ｃｆｂ＝７ｆＦに対して、２３μＶ／ｅ− とすることができる。
−カソード分極ポイントが、外部変数（Ｖ１）によって固定されること。
【００３９】
［比較器モジュール（３１）］
このモジュール（３１）は、入力ポート上において、次の２つのアナログ電圧を受領する。すなわち、
−センサモジュール（３０）からの出力電圧（Ｖｓｅ）と、
−比較しきい値の値を固定する制御電圧（Ｖ２）と、
を受領する。
【００４０】
このモジュールは、開放ループ型のアンプ（４０）を備えている。このアンプの出力レベルは、２つの入力電圧の関数としての２つの論理状態に対応して、２つの状態（ＶＤＤ、および、ＶＳＳ）を有している。すなわち、
−Ｖｓｅ＞Ｖ２である場合には、論理出力（Ｖｃｏｍ ）は、“１”に等しいままであり、
−Ｖｓｅ＝Ｖ２である場合には、論理出力（Ｖｃｏｍ ）がスイッチングされ、論理値“０”にセットされる。
【００４１】
［論理モジュール（３２）］
このモジュール（３２）は、複数の内部信号を順序づけする機能と発生させる機能とを有している。すなわち、このモジュールの役割は、
−リセット信号が到達するまでは、比較器モジュール（３１）の出力ポートから得られる決定信号（Ｖｃｏｍ ）を獲得することと、
−センサモジュール（３０）と制御モジュール（３３）とをリセットするのに有効な非オーバーラップ時間帯域を生成することと、
である。
【００４２】
このモジュールは、シーケンスの開始時点における開始信号によって起動され、以下の表に示すようなデータ信号に従う。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
［制御モジュール（３３）］
このモジュール（３３）は、開始信号の出現と同期させつつ、必要な電流をマイクロチップから放出させるのに必要な抽出グリッド電圧を確立する。放出された電子が実際に到達したときには（決定信号（Ｖｃｏｍ ）が比較器モジュール（３１）から放出されたときには）、このモジュール（３３）は、電子電流が数桁にわたって低減するようなレベルに抽出グリッド電圧をセットすることによって、電子流を遮断する。このような開始値および終了値は、マイクロチップのトランスコンダクタンスおよびマイクロチップの幾何形状に依存する。制御電圧は、２０Ｖから約５０Ｖへとスイッチングすることができ、この場合には、特定の高電圧技術（ＨＶＣＭＯＳ）の使用を必要とする。したがって、このモジュール（３３）の主要な機能は、レベルを、［０〜３Ｖ］から［２０Ｖ〜５０Ｖ］へと移行させることである。
【００４５】
このタイプのスイッチングおよび制御デバイスは、使用している原理に固有であるような多数の制限を有している。センサモジュール（３０）の出力ポート上において得られる電圧（Ｖｓｅ）は、マイクロチップから放出されるカソード電流（Ｉｃ ）に比例する。Ｖ１が開始電圧レベルであるとすれば、マイクロチップから放出される電子の数（Ｎｅ ）は、次のようになる。
【００４６】
【数４】
2004295124.tif 000007
【００４７】
Ｑｅ は、放出される電荷であり、ｑは、電子の電荷である。
【００４８】
したがって、校正された電荷（Ｑｃ ）は、以下の関係式を使用して、Ｖ２によってプログラムすることができる。
【００４９】
【数５】
2004295124.tif 000008
【００５０】
比較しきい値（Ｖ２）の値は、プログラムされた電荷量を固定する。すべてのモジュールが完全であれば、センサモジュール（３０）は、カソード電流（Ｉｃ ）の代理信号（Ｖｓｅ）を、即座に伝達する。比較器モジュール（３１）は、遅延を有することがなく、抽出グリッドの制御は、瞬時的に動的とされ、図７Ａに示すタイムチャートのようにして、電子流を生成したり消滅させたりすることとなる。電子電流のレベルに無関係に、放出電荷は同一となり、そして、図７Ｂに示すように、
−公称電流（Ｉｃｎｏｍ）が、所定時間（ｔｎｏｍ ）後の時点で遮断され、
−電流（２×Ｉｃｎｏｍ）が、時間（ｔｎｏｍ／２ ）の後の時点で遮断され、
−公称電流（０．５×Ｉｃｎｏｍ）が、時間（２×ｔｎｏｍ ）の後の時点で遮断される、
こととなる。
【００５１】
３つの場合の各々において、グレーでハッチングした面積は、互いに等しいものとなる。
【００５２】
実際には、電流パルスの全体的持続時間は、プログラムされた電流レベルの関数として線形的ではない。上述した寄生キャパシタンス（２０，２１）のせいで、数十Ｖによる抽出グリッド（１３）のスイッチングは、一時的に、センサモジュール（３０）の入力ポートを乱す。そのため、飽和を防止するために、分極を維持しなければならない。このタイプの飽和は、平衡に復帰するまでに大きな時定数を必要とし、そのため、高周波数での動作を不可能なものとする。センサモジュール（３０）の分極が維持されていて電子流が生成されているこの時間中は、電子電荷が既に放出されていて、放出された電荷量を全体的に平衡化する必要がある。しかしながら、電荷量は、前もって既知ではない電流レベルに依存することのために、測定することができない。このタイプの現象は、非線形性の第１原因である。
【００５３】
電子ビームが消滅し、ＶｓｅがＶ２に到達したときに、他の現象が起こる。比較器モジュール（３１）は、決定を行うに際して遅延を有している。このような遅延は、すべての電子モジュールにおいて本来的なものである。この遅延時にも、マイクロチップ（１０）は、放出を継続する。そのため、付加的な消滅電荷が、放出された電荷量に対しての全体的バランスのために、追加される。図８は、プログラムされた電子の数（Ｎ）に関してのエラーの発現を示しており、そのような現象を示している。一定の遅延を有している場合に、放出された電子の数を、プログラムされた電子の数に対しての時間の関数としてプロットした場合には、電流レベルに依存して放出された電子の数に関して、エラーが観測される。この図８において、曲線（４５）は、２×Ｉｉｎｏｍ に対応しており、曲線（４６）は、Ｉｉｎｏｍ に対応しており、曲線（４７）は、Ｉｉｎｏｍ／２ に対応しており、曲線（４８）は、放出された電子数に対応している。したがって、放出される電荷量に関しては、プログラム電荷量と比較して、オーバーシュートが存在する。このことは、非線形性の第２の原因である。
【００５４】
それら非線形性を補償するための第１手法は、時間の関数として変化するような比較しきい値を使用することである。これを行うに際して必要なことは、図９に示すように、比較器モジュール（３１）に対する入力（Ｖ２）として、階段形状（５０）を送出することのみである。
【００５５】
本発明の目的は、カソード電流（Ｉｃ ）を制御することによりまたしきい値（Ｖ２）の値にフィードバックをかけることにより、他の補償手法を提案することによって、それら非線形性を補償することである。
【００５６】
マイクロチップ電流パルスのプロファイル（５５）（図１０）を解析することにより、そのようなプロファイルは、一連をなす複数の基本的時間帯域（ｔ１〜ｔ６）へと分解することができる。
−ｔ１：電圧（Ｖｇａｔｅ）を立ち上げるための時間＋ＣＴＩＡをリセットするための時間
−ｔ２：ＣＴＩＡをリセットして、電荷注入効果を中止し移行を中止するための時間
−ｔ３：測定時間
−ｔ４：比較器が決定を行う遅延時間
−ｔ５：Ｖｇａｔｅ（論理）の遮断による遅延時間
−ｔ６：電子流を停止するための遅延時間
【００５７】
これら複数の基本的時間帯域のうちのいくつかは、一緒のものとしてグループ分けすることができ、これにより、次のような、より簡単化されたモデルが得られる。
−ｔ１＋ｔ２＝ｔｓｔａｒｔ ：初期化時間であって、ｔｉｎｉｔｉａｔｅ（パルスの開始に対応）からｔｓｔａｒｔ＿ｔｅｓｔ（線量制御の実効的な開始に対応）までにわたる時間
−ｔ３＝ｔｍｅａｓｕｒｅ：実際に制御可能な測定時間であって、ｔｓｔａｒｔ＿ｔｅｓｔ からｔｅｎｄ＿ｔｅｓｔ（線量制御の終了に対応）までにわたる時間
−ｔ４＋ｔ５＋ｔ６＝ｔｏｆｆ ：停止までの時間であって、ｔｅｎｄ＿ｔｅｓｔ から、線量放射の実効的な停止に対応するｔｅｎｄまでにわたる時間
【００５８】
初期化時間（ｔｓｔａｒｔ ）において電流が公称値（Ｉｓｔｅａｄｙ−ｓｔａｔｅ）へと迅速に到達することを考慮すれば、さらに、停止時間（ｔｏｆｆ ）において停止することを考慮すれば、第１近似としては、電流は、電流パルスの全体的持続時間にわたって一定である。開始時には、Ｖｇａｔｅのための立上げ時間が短く、停止時には、Ｖｇａｔｅに関する論理的遅延および放出停止遅延が、決定を行う比較器モジュール（３１）の遅延によって、主に支配される。
【００５９】
電子数として放出される合計線量は、以下の式によって表すことができる。
【００６０】
【数６】
2004295124.tif 000009
【００６１】
予測された電子線量は、Ｎｍｅａｓｕｒｅ によって固定される。しかしながら、実際には、開始時間および終了時間がゼロではないことのために、過剰の線量を追加することができる。図１２は、電流状態の関数として、放出される電子数を、曲線でもって示している。
【００６２】
理論的には、上述したように、放出される電子数は、水平な曲線（５６）によって示されているように、電流（Ｉｔｉｐ ）に無関係に同じであるべきである。
【００６３】
曲線（５７）は、初期化時に放出される電子数を示しており、曲線（５８）は、終了時に放出される電子数を示している。シーケンシングは、電流に無関係に、時間（ｔｓｔａｒｔ およびｔｏｆｆ ）が一定なままとなるようにすることができる。言い換えれば、これら時間（ｔｓｔａｒｔ およびｔｏｆｆ ）の間に放出される電子が電流状態のみに依存するようなものとすることができる（アフィン変換関数）。
【００６４】
放出される電子数は、曲線（５９）のようになる。すなわち、横軸Ｘのすべての値に関して、曲線（５６，５７，５８）の和となる。
【００６５】
これら曲線から得られた相対的数値表現は、放出電子数に関するエラーが、設定値に対して、１．３〜２．６倍であることを示している。これは、要求された放出制御精度に関して、許容できないものである。
【００６６】
本発明によるデバイスの目的は、マイクロチップの電流状態に無関係に、プログラムされた電子数を正確に放出させ得ることであり、その値に到達した時点で電子ビームを遮断することである。したがって、上述した各時間の間に放出される電子の合計は、一定なままでなければならない。すなわち、放出される電子数は、マイクロチップ電流（Ｉｔｉｐ ）に無関係に、線形かつ一定でなければならない。
【００６７】
電流パルスに関して初期化時および終了時に放出される電子数の変動に関する法則（アフィン変換関数）は、既知である。したがって、試験時に実効的に測定される電子数（Ｎｍｅａｓｕｒｅ ）を、合計量（Ｓ＝Ｎｓｔａｒｔ＋Ｎｍｅａｓｕｒｅ＋Ｎｏｆｆ ）が一定なままとなるように、することができる。実際、したがって、Ｎｍｅａｓｕｒｅ は、Ｉｔｉｐ が増加する際には、減少させる必要がある。
【００６８】
これを得るために、検出しきい値電圧（Ｖ２）の値を、電子放出時に変更する。補償は、以下の法則を満たすような過剰電子量に関して行う。
【００６９】
【数７】
2004295124.tif 000010
【００７０】
２つのタイプの補償が可能であって、時間補償、あるいは、電流の関数としての補償である。図１３Ａは、補償を行わない場合に関して、チップ電流（Ｉｔｉｐ ）の関数としての電子数についての、理論的曲線（６０）と測定された曲線（６１）とを示している。図１３Ｂは、電流の関数としての補償を行った場合に関して、チップ電流（Ｉｔｉｐ ）の関数としての電子数についての、理論的曲線（６０）と測定された曲線（６１’）とを示している。曲線（６１’）は、電流の関数としてのそのような動的補償を使用したことによって改良が得られたことを示している。
【００７１】
図１３Ｂは、チップ電流の関数としての放出電子数に関する安定性を示している。ただし、使用した方法に本来的なオフセットが存在している。ｔｍｅａｓｕｒｅ として表される時間は、ゼロとすることができない。それは、その場合には何も試験されないからである。適切に動作するために補償に関して必要な最小時間は、センサモジュール（３０）によって追加されるノイズが、このセンサモジュールによって処理される信号と比較して弱いもののままであり得るような、ものでなければならない（典型的には、Ｎｏｆｆｓｅｔ＝４００個という電子数、すなわち、ΔＶｓ＿ｍｉｎ＝８ｍν）。
【００７２】
本発明は、また、一組をなす複数のマイクロ放射源から放出される電子線量に関して１次元的なあるいはマトリクス的なスイッチングおよび制御に関するものであって、様々なモジュール（３０，３１，３２，３３）と、各マイクロ放射源に関して上述のようにしてしきい値電圧を変更するための手段と、を備えている。
【００７３】
［例示としての実施態様］
［時間補償］
このタイプの補償は、図１４に示されている。これは、すべての要求をカバーするわけではない。マイクロチップどうしの間の不一致を補償することはできるものの、同一マイクロチップに関しての高周波擾乱を補償することはできない。しかしながら、電流擾乱の反復周波数が、プログラムされたパルスの発生周波数よりも小さいことが確かである場合には、使用することができる。しきい値電圧（Ｖ２）は、プログラムされた線量の時間的な減少によってｔｓｔａｒｔ 時間帯域およびｔｏｆｆ 時間帯域において放出される過剰電子を正確に補償し得るように電子線量制御を時間可変的にプログラムし得るよう、開始信号の時点から時間的に変調される。
【００７４】
【数８】
2004295124.tif 000011
【００７５】
この時間変動は、電源（６５）によって制御される。
【００７６】
［電流の関数としての動的な補償］
電流擾乱の周波数が、電流を基本的放出時間帯域にわたって変化させ得るようなものである場合には、上述した時間的修正では、もはや不十分である。放出される電子数の平衡は、以下の式によって表される。
【００７７】
【数９】
2004295124.tif 000012
【００７８】
２つの変数（Ｉｔｉｐ ，Ｔ）は、試験時に同時的に変化する。そのため、他方を測定しつつ一方の変数を試験することはできない。電流の関数としての動的な修正が必要である。
【００７９】
図１５は、チップ電流の関数としての補償に関して、単純化された態様を示している。チップ電流検出モジュール（６７）は、チップ電流を正確に再生することができる、あるいは、例えば電流ミラーを使用することによってこの電流に関するゲイン（Ｘ）を導入することができる。この出力電流が、センサモジュール（３０）によって測定される。入力電流（Ｉｔｉｐ ）は、また、設定電圧値Ｖ２＝ｆ（Ｉｔｉｐ ）を出力する可変電圧生成モジュール（６８）に対しての参照値としても、使用される。時間的な決定は、常に、比較器モジュール（３１）によって行われる。しかしながら、決定しきい値（Ｖ２）は、放出電流の瞬時値に基づいて算出される。この結果、最適な補償が行われる。
【００８０】
より詳細には、図１１と同じ記号を使用すると、各時間帯域において放出される電子数は、以下のようにして計算することができる。
【００８１】
【数１０】
2004295124.tif 000013
【００８２】
電圧（Ｖ２）を変更することによって補償すべき過剰放出電子数は、次式によって表される。
【００８３】
【数１１】
2004295124.tif 000014
【００８４】
よって、ΔＶ２の関数としては、次式によって表される。
【００８５】
【数１２】
2004295124.tif 000015
【００８６】
センサブロックのキャパシタンス、および、時間［ｔｓｔａｒｔ＋ｔｏｆｆ］が既知であることにより、プログラムされるべきＶ２の変化は、直接的にＩに比例する。Ｖｒｅｆ（ＮｓｔａｒｔおよびＮｓｔｏｐが存在しなかった場合に、測定時間帯域において要求される線量を得るために印加される電圧）に対してプログラムされるべき電位差は、したがって、例えば抵抗ＲＬ を使用することによって、電圧ＲＬ×Ｉ を設定することにより、使用することができる。この場合、ＲＬ ＝（ｔｓｔａｒｔ＋ｔｏｆｆ）／Ｃである。ＣＴＩＡアンプがハイ状態へと再充電されるという特殊なケースにおいては、電圧ＲＬ×Ｉ が、マイクロチップに対する供給を停止しこれにより理想的な場合（ＮｓｔａｒｔおよびＮｓｔｏｐ がない場合）よりも迅速に放出を停止させ得るよう、電圧Ｖｒｅｆ に対して追加されなければならない。
【００８７】
例えば、図１５におけるブロック（６８）は、図１６に示すようにして構成することができる。
【００８８】
トランジスタの寸法は、当業者には公知なように、特定の機能を満たし得るように選択される。
【００８９】
このタイプの実施形態は、電子放出サイトの近傍においてあるいは電子放出サイトにおいてすべての要求された機能を実行し得るという点において、有利であり、以下のような様々な利点を有している。
−マイクロチップや他の任意のデバイスからの放出における非一様性を個別的に補償し得ること。
−様々な機能をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）内において実行し得ること。
−そのため、マイクロチップの製造効率の改良に寄与し得るとともに、マイクロチップの寿命の改良に寄与し得ること。
−様々な周縁インターフェースを複雑化することなく、大面積の２次元放射源に対して直接的にアクセスし得ること（画素内信号の自動的処理）。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１Ａ】マイクロチップの電気的等価回路を示す図である。
【図１Ｂ】マイクロチップの構成を示す図である。
【図２】マイクロチップの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図３Ａ】開放ループ型マイクロチップに対しての電流規制システムを示す図である。
【図３Ｂ】閉塞ループ型マイクロチップに対しての電流規制システムを示す図である。
【図４】マイクロチップから放出される電子線量をスイッチングして制御するためのデバイスを示す図である。
【図５】図４のデバイスにおけるセンサモジュールを示す図である。
【図６】図４のデバイスにおける比較器モジュールを示す図である。
【図７Ａ】図４のデバイスの動作を示すタイムチャートである。
【図７Ｂ】図４のデバイスの動作を示すタイムチャートである。
【図８】プログラムされた複数の電子に関してのエラーの発現を示すグラフである。
【図９】可変しきい値によってプログラムされた複数の電子に関してのエラー補償を示すグラフである。
【図１０】複数の基本時間帯域への電流パルスの分解を示すグラフである。
【図１１】図１０の場合の分解よりも単純化された分解を示すグラフである。
【図１２】様々な基本時間帯域における線量の分散を示すグラフである。
【図１３Ａ】チップ電流に対しての電子数の変化を表すグラフであって、電流に関する補償を使用しない場合を示している。
【図１３Ｂ】チップ電流に対しての電子数の変化を表すグラフであって、電流に関する補償を使用した場合を示している。
【図１４】本発明による時間補償の一例を示す図である。
【図１５】本発明によるチップ電流の関数としての単純化された補償スキームを示す図である。
【図１６】本発明によるチップ電流の関数としての単純化された補償スキームを示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０  マイクロチップ（マイクロ放出源）
３０  センサモジュール
３１  比較器モジュール
３２  論理モジュール
３３  制御モジュール
６７  チップ電流検出モジュール
６８  可変電圧生成モジュール
Ｎｓｔａｒｔ   電流パルスの開始時間帯域における電子数
Ｎｍｅａｓｕｒｅ 電流パルスの測定時間帯域における電子数
Ｎｏｆｆ     電流パルスの終了時間帯域における電子数
Ｓ        合計量
ｔｓｔａｒｔ   開始時間帯域
ｔｏｆｆ     終了時間帯域
Ｖ１      デバイスの分極ポイントを調節するための電圧
Ｖ２      しきい値電圧
【図１Ａ】
2004295124.tif 000016
【図１Ｂ】
2004295124.tif 000017
【図２】
2004295124.tif 000018
【図３Ａ】
2004295124.tif 000019
【図３Ｂ】
2004295124.tif 000020
【図４】
2004295124.tif 000021
【図５】
2004295124.tif 000022
【図６】
2004295124.tif 000023
【図７Ａ】
2004295124.tif 000024
【図７Ｂ】
2004295124.tif 000025
【図８】
2004295124.tif 000026
【図９】
2004295124.tif 000027
【図１０】
2004295124.tif 000028
【図１１】
2004295124.tif 000029
【図１２】
2004295124.tif 000030
【図１３Ａ】
2004295124.tif 000031
【図１３Ｂ】
2004295124.tif 000032
【図１４】
2004295124.tif 000033
【図１５】
2004295124.tif 000034
【図１６】
2004295124.tif 000035