(57)【要約】      （修正有）【課題】より安定な動作が可能な電子放出手段を提供する。【解決手段】ＰＮ接合１２と、導電層３２と、前記ＰＮ接合１２と前記導電層３２との間に挟まれた誘電体層３０を備える様にし、ＰＮ接合12は、ほぼ平坦な表面を有し導電層32はＰＮ接合12のほぼ平坦な表面を覆うようにする。電子を放出するための方法は、電子源12に電圧をかけて電子源12が熱電子を生成するようにするステップと、電界をかけて電子源12から少なくとも一部の熱電子が放出されるようにするステップを含む。【選択図】図１
2004253382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＮ接合（１２）と、
導電層（３２）と、
前記ＰＮ接合（１２）と前記導電層（３２）との間に挟まれた誘電体層（３０）
備える、放出器（１０）。
【請求項２】
前記ＰＮ接合（１２）は、ほぼ平坦な表面を有し、前記導電層（３２）は前記ＰＮ接合（１２）の前記ほぼ平坦な表面を覆うことからなる、請求項１に記載の放出器。
【請求項３】
前記ＰＮ接合（１２）に接続され、前記ＰＮ接合（１２）のアバランシェ電圧未満の電圧を用いて前記ＰＮ接合（１２）を逆バイアスするように構成された第１の電位と、前記導電層（３２）に接続され、前記誘電体層（３０）に印加される高い電界を生成するのに十分に前記導電層（３２）を帯電させるように構成された第２の電位とをさらに含む、請求項１に記載の放出器。
【請求項４】
前記導電層（３２）は金属であって、約３〜約１５ｎｍの厚みを有し、前記第１の誘電体層（３０）は金属酸化物であって、約５〜約２５ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の放出器。
【請求項５】
ターゲット（２０２）と、
前記ターゲット（２０２）と前記ＰＮ接合（１２）との間に配置される集束手段（２２８）
をさらに備え、
前記導電層（３２）は、前記放出された電子（２０６）を前記ターゲット（２０２）に向けて送り、前記電子が衝当する際に前記ターゲット（２０２）に影響を及ぼすように構成されることからなる、請求項１に記載の放出器。
【請求項６】
請求項１に記載の複数の放出器（３０２）と、前記複数の放出器（３０２）に接続される制御回路（３０４）を備える、集積回路（３００）。
【請求項７】
放出器（１０）を作成するための方法であって、
ＰＮ接合（１２）を設けるステップと、
前記ＰＮ接合（１２）上に誘電体層（３０）を形成するステップと、
前記誘電体層（３０）上に導体層（３２）を形成するステップ
とを含む、方法。
【請求項８】
前記ＰＮ接合（１２）への第１の電気的接続（３４）を形成し、該第１の接続（３４）を、前記ＰＮ接合（１２）のアバランシェ電圧未満の大きさで前記ＰＮ接合（１２）に逆バイアス電圧を印加するように構成するステップと、
前記導体層（３２）に第２の電気的接続（３６）を形成し、該第２の接続（３６）を、前記誘電体層（３０）に印加される高い電界を生成するのに十分な電荷を前記導体層（３２）に加えるように構成するステップ
とをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
電子源（１２）内に熱電子を生成するために、前記電子源（１２）に電圧を印加するステップと、
熱電子の少なくとも一部が前記電子源（１２）から放出されるようにするために、前記電子源（１２）に電界をかけるステップ
とを含む、電子を放出させるための方法。
【請求項１０】
前記電子源はＰＮ接合（１２）を備え、該ＰＮ接合（１２）に電圧を印加する前記ステップは、前記ＰＮ接合（１２）のアバランシェ電圧未満の電位で前記ＰＮ接合（１２）を逆バイアスするステップを含み、前記熱電子の前記少なくとも一部は前記熱電子の少なくとも約６％である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロエレクトロニクスの分野に属する。詳細には、本発明は放出器（または放射源、またはエミッタ。以下同じ）および放出器を組み込んだ素子（または装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
放出器は、マイクロエレクトロニクス分野において幅広い潜在的な適用可能性を有する。放出器は電気信号に応答して電子を放出する。放出を制御することにより、ある範囲の有用な電気的および光学的効果を生み出すための基盤が形成される。先行する従来の放出器には、スピント型先端冷陰極素子（spindt tip cold cathode device。または、突起状冷陰極素子）およびフラット型放出器（flat emitter）が含まれる。
【０００３】
スピント先端放出器によって提起される課題には、その生産性およびその耐用年数にわたる安定性が含まれる。スピント先端放出器の製造は、多数の比較的難しい堆積ステップを必要とし、結果として一般的にコストがかかり、時間が費やされる。一旦形成されたなら、先端部は、動作するのに応じて変化する可能性があるので不安定になる場合があり、高真空において動作しない場合には損傷を受けやすくなる。
【０００４】
従来のフラット放出器は、大きな放出表面を提供し、より厳密な真空ではない環境において動作することができるので、比較的有利である。フラット放出器は、電子源と、誘電体層のいずれかの側にある薄い金属層との間に印加される電位によって生成される電界に応答する誘電体放出層を含む。電子は、電子源から、誘電体層内のいずれかの場所にある誘電体の伝導帯まで移動する。一旦、伝導帯内に入ったなら、電子は薄い金属層に向けて加速される。その後、電子は薄い金属層を通り抜けて放出器を出る。
【０００５】
しかしながら、フラット放出器には、いくつかの問題と未解決の要求が残されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の１つの目的は、より安定な動作が可能な放出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、放出器は、ＰＮ接合と、導電層（導体層）と、ＰＮ接合と導電層との間に挟まれる誘電体層とを含む。
【実施例】
【０００８】
本発明は、放出器、放出器素子（または放出器装置）、電子を放出するための方法、および放出器を作成するための方法に関する。本発明の例示的な方法は２つのステップの放出プロセスを含むが、この方法では、熱電子（熱い電子またはホットエレクトロン。以下同じ）を生成するためにＰＮ接合に逆方向バイアスがかけられ、その後、ＰＮ接合に高電界がかけられて、熱電子の少なくとも一部が放出されるようにする。本発明の例示的な放出器はＰＮ接合を含み、薄い誘電体層がその表面の一部にわたって形成される。薄い金属層はその後、誘電体層上に形成される。ＰＮ接合に逆方向バイアスがかけられると、熱電子が生成される。薄い金属層に電圧を印加することにより、薄い誘電体の両端（または全体に）に電界が生成され、それにより、熱電子の一部が薄い誘電体層を突き抜けて、放出されるようになる。本発明の他の例示的な実施形態は、放出器、放出器を形成するための方法、および放出器を組み込んだ素子（または装置）に関し、その素子（または装置）の例には、集積回路、ディスプレイ装置およびメモリ素子（またはメモリ装置）が含まれる。
【０００９】
図１に、本発明の好ましい放出器の実施形態の断面図を全体として１０で示す。放出器１０は、全体として１２で示されるＰＮ接合を含む。たとえば、アルミニウムから形成されることができる導電層１４がＰＮ接合１２の基台（または支持構造）を形成する。例示的なＰＮ接合１２はさらに、概ね図に示されるように配列される第１のＰ＋シリコン領域１６と、Ｐシリコン領域１８と、第２のＰ＋シリコン領域２０とを含む。Ｐ＋領域２０は概ね円柱形であり、Ｐ領域１８の一部によってその周辺を囲まれている。
【００１０】
概ね環状のＮ＋シリコン領域２２がＰＮ接合１２の上側表面の近くに位置する。環状Ｎ＋領域２２の内側には、浅い第２のＮ＋シリコン領域２４がある。浅いＮ＋領域２４は、約５０〜２００オングストロームの厚みを有することができ、特定の例によれば、約１００オングストロームの厚みにすることができる。浅いＮ＋領域２２は、ほぼ平坦な上部表面を有することが好ましい。表面を参照する際に本明細書において用いられる用語である「ほぼ平坦な」とは、突起、隆起またはその他の凹凸が実質的にない表面の状態を幅広く指すことを意図している。
【００１１】
Ｐ＋およびＰ領域１６〜２０およびＮ＋領域２２〜２４は電子源から形成されており、その例示的な材料はシリコン（またはケイ素）およびポリシリコンである。Ｎ＋、Ｐ＋およびＰ領域１６〜２４の形成は、シリコンに比較的少数の不純物原子をドープすることにより達成されることは当業者には理解されよう。本明細書において用いられる「＋」という記号は、増強されたレベルのドーピングを示す。ドーピング不純物のタイプおよび濃度、ならびに不純物を注入する際に用いられるエネルギーのような要因が、ある領域がＮ／Ｎ＋領域になるか、またはＰ／Ｐ＋領域になるかを決定する。
【００１２】
誘電体層２６がＰＮ接合の上側表面に、好ましくは概ね円形または環状に形成され、ウェル２８が画定される。例示的な誘電体は、ＳｉまたはＴｉの窒化物および酸化物を含む。誘電体層２６およびその内側のウェル２８は、マスク処理を用いる堆積などの標準的な形成工程を用いて形成されることができる。ウェル２８内では、薄い誘電体層３０が浅いＮ＋領域２４上に形成される。薄い誘電体層３０は、誘電体層２６と同じ材料から形成されることができるか、または、異なる材料から形成されることができる。
【００１３】
本発明を利用する設計者には、薄い誘電体層３０の厚みを最適化することにより、最大の放出効果（最大の放出効率）が得られることが理解されよう。薄い誘電体層３０は、たとえば約５〜約２５ｎｍの厚みを有することができ、特定の実施例によれば、約１００オングストロームの厚みにすることができる。層を薄くすることにより、層のトンネル抵抗（tunneling resistance）が減少し、より低い電圧で放出が生成されるのに対して、厚みを増すことにより、そのトンネル抵抗が大きくなる。層３０は、いくつかの用途については低Ｋ（low-K。または低誘電率）誘電体から形成されることができる。１つの低Ｋ誘電体層３０は、トンネル効果を高めるためにナノサイズの間隔を有する多孔質層である。層３０は、当技術分野において一般的に知られている方法によって多孔性になされることができる。
【００１４】
導電層３２が薄い誘電体層３０上に形成され、形成および電気的接続の都合により、ウェル２８の外に延在し、層２４の一部を覆う場合がある。導電層３２は、たとえば金属あるいは合金から形成されることができ、例示的な層３２はＡｌ、Ｔａ、Ｐｔまたはそれらの合金から形成される。ウェル２８内に位置する導電層３２の部分は、十分な電界を与えるのに十分な厚みを有し、かつ、電子および光子放出が層３２を通り抜けられるように十分に薄くなければならない。ウェル２８内の層３２の部分の厚みは、印加されるバイアス電圧、誘電体層部分３０の厚み、構成材料、放出器の最終的な用途などの種々の設計要因に従って選択されることができることは当業者には理解されよう。一例として、ウェル２８内に位置する層３２の部分は、約３〜１５ｎｍの厚みにすることができ、特定の例によれば、約１０ｎｍの厚みにすることができる。
【００１５】
また導電層３２には、放出レベル密度を高めるために、ナノホール開口部（nanohole opening）を設けることができる。これらのナノホール開口部は、誘電体層部分３０を突き抜けるが、通常は導電層３２を通り抜けるだけの十分なエネルギーをも持たない電子のための放出経路を提供することになる。ナノホール開口部はアニーリング工程中に生成されることができ、限定はしないが、円形、クラック状、割れ目、空隙、Ｓ字型などを含む種々の形状のうちの任意の形状を有することができる。ナノホール開口部は均一なサイズを有することができるか、または異なるサイズを有することができる。ナノホールの分布は、ウェル２８内の導体層３２のエリアにわたって概ね一様であることが好ましい。ナノホールの例示的な寸法は、クラック状または割れ目状のホールの場合、約１〜約５０ナノメートルの幅と、約１０〜約１００ナノメートルの長さとを含む。クラック状および割れ目状のナノホールについて考えるとき、一般的に長さは幅よりも重要ではない。概ね円形であるナノホールの場合、あるいはより厳密にはクラックよりも円形として近似することができるナノホールの場合、ホールは約１〜約５０ナノメートルの直径を有することができる。
【００１６】
２つの接続が確立され、第１の接続部３４は金属層１４とＮ＋領域２２との間に、第２の接続部３６は金属層１４と導体層３０との間に確立される。接続部３４は図１では、酸化物層２６内の通路を通って延在するものとして概略的に示されている。これは実際にはエッチングなどを用いて実現することができる。接続部３４は２つのダイオード、すなわちコンタクトダイオード（contact diode。または接触型ダイオード）および放出型ダイオード（emission diode）を形成するための役割を果たす。コンタクトダイオードは、概ね環状のＮ＋領域２２によって形成される端子を有する。環状のコンタクトダイオード内の浅いＮ＋領域は、放出ダイオードを形成する。
【００１７】
Ｎ＋領域２２は、浅いＮ＋領域２４よりも高い濃度でドープされることができる。領域２２内のより高いドーピングは一般的に、接続部３４に関して、接続を強化し、直列抵抗を減少させるために望ましい。浅い領域２４内のドーピングは、良好なＰＮ接合放出効果を達成し、かつ絶縁破壊電圧の閾値を高めるように選択されたより低い濃度で行うことができる。個々のドーピング濃度は、最終的な用途である応用形態、印加される電圧、用いられる材料およびドーピング不純物などの当技術分野において一般的に知られているような要因に応じて異なるであろう。
【００１８】
一例として、領域２２には約５×１０１５原子／ｃｍ２の濃度でヒ素をドープすることができ、浅いＮ＋領域２４には約２×１０１５原子／ｃｍ２の濃度でヒ素をドープすることができ、Ｐ＋領域２０には約３×１０１３原子／ｃｍ２の濃度でホウ素をドープすることができる。ドーピング後に、種々の領域を、たとえば約３０分間、約９５０℃で熱的に活性化させることができる。
【００１９】
本発明の例示的な放出器は、数多くの利点および利益を提供する。たとえば、Ｎ＋領域２４の表面は、放出された電子の散乱を極めて低く抑えるためにほぼ平坦にすることができる。さらに、領域２４では、放出中心において非常に高い密度を達成することができる。本明細書において用いられる用語「放出中心」は、熱電子を放出することができる場所を広い意味で指すことを意図している。本明細書において用いられる用語「熱電子」は、格子と熱平衡状態にない電子を広く指すことを意図している。領域２４からの放出中心を、その表面の原子における密度のオーダーとすることができる。たとえば、本発明を実施することにより、ドープされたＮ＋シリコン領域２４では、１μｍ２当たり約１０５よりも高い放出中心密度を生成できる可能性があるものと考えられ、１μｍ２当たり約１０６の濃度が実現可能であると考えられる。
【００２０】
例示的な放出器１０は、本発明の電子を放出する例示的な方法を説明するのに有用であろう。ＰＮ接合１２のアバランシェ電圧（または、なだれ電圧）よりも低いレベルの電位が接続部３４に印加され、接合１２に逆バイアスがかけられる。これにより、接合１２内、具体的には、領域２４と領域２０の接合境界付近に熱電子が生成される。熱電子は薄い誘電体層部分３０に全体的に向かう方向に、ある速度で移動する。印加される電位をアバランシェ電圧未満に保持することにより、ＰＮ接合が比較的長い耐用年数を享受することになり、接合絶縁破壊の可能性を大幅に低減することが確保される。
【００２１】
接続部３６に電位をかける結果として、導体層３２に電圧が印加され、薄い誘電体層３０にかかる電界が生成されるようになる。かけられる電位の大きさは、薄い誘電体層３０にかかる高い電界を生成するのに十分な大きさであることが好ましい。一例にすぎないが、ある電位を印加して、少なくとも約１０７Ｖ／ｃｍの高い電界が誘電体層３０にわたって（両端または全体に）生成されるようにすることができる。高い電界によって、熱電子の一部が、その初期の速度から誘電体層３０に向けて加速され、薄い誘電体層３０を突き抜け、導体層３２から放出されるようになる。層３０にかかる電界は、接続部３６がベース層１４と導体３２との間に存在することを必ずしも必要としないことに留意されたい。たとえば、接続部３６は層２２と３２を結合することができるが、それでも電界が層３０にわたって生成される。
【００２２】
接続部３４および３６の両端に印加する電位の大きさを、設計および応用形態の要因に基づいて選択することができる。ＰＮ接合層１４〜２４、誘電体層３０、導電層３２の用いられる材料および厚み、所望の放出電流などの要因を考慮することができる。本発明の方法および放出器は、少なくとも約６％の放出効率を提供するように構成することができる。
【００２３】
そのために、本発明の例示的な方法は２つのステージの放出プロセスを用いる。すなわち、第１のステージは電子源に電圧を印加して、電子源において熱電子を生成し、第２のステージは電界をかけて、少なくとも一部の電子が電子源から放出されるようにする。１つの好ましい方法の実施形態では、電子源はＰＮ接合であり、それにアバランシェ電圧未満の電圧が印加され、熱電子が生成されるようにする。本発明の方法はいくつかの利点を提供する。たとえば、ＰＮ接合のアバランシェ電圧未満の電位で動作させることにより、比較的均一なターンオン電圧を利用することができる。これは、改善された放出電流制御を提供する。たとえば、１つの素子（または装置）内に複数の放出器が存在する場合には、これが望ましい場合もある。本発明の方法の他の利点は、当業者には明らかであろう。
【００２４】
電気的、電気化学的および電気光学的効果のための基盤としての放出の一般的な有用性に起因して、本発明の放出器および電子を放出するための方法には幅広い潜在的用途がある。さらに、本発明の放出器は、集積回路製造技術に容易に組み込まれる。以下、例示として、本発明の放出器および電子を放出する方法のいくつかの特に好ましい応用形態について説明する。
【００２５】
図２は、集束された電子２０４を生成して、ターゲット２０２に衝突させるのに有用な、全体として２００で示す放出器を含む、本発明の例示的な放出器素子（または放出器装置）の例示的な概略図である。この応用形態では、本発明の放出器２００からの放出２０６が、静電集束デバイスまたはレンズ２０８によって集束される。放出器２００は一般的に、全体として２１０で示されるＰＮ接合のような電子源を含む。ＰＮ接合２１０は、Ｐ領域２１２と、Ｎ領域２１４と、下側にある金属基板層２１６とを含む。金属酸化物のような概ね円形または環状の誘電体層２１８がＮ領域２１４の一部を覆い、その中にウェルが画定される。薄い誘電体層部分２２０が、Ｎ領域２１４の一部分の上にわたってウェルの底部に位置する。薄い金属層２２２が誘電体層部分２２０上に形成される。
【００２６】
アバランシェ電圧未満の電位が接続部２２４の両端にかけられると、接合境界付近に熱電子が生成される。接続部２２６の両端に電位をかけることにより、導体層２２２が帯電し（または充電され）、薄い誘電体層部分２２０に高い電界がかけられる。高い電界によって、熱電子２０６の一部が層２２０を突き抜けて、導体層２２２から放出される。
【００２７】
レンズ２０８内では、導体内のアパーチャ２２８を所定の電圧に設定することができ、その電圧はレンズ２０８の集束作用を変更するために調整することができる。レンズ２０８は、所望の集束作用を実施するために２つ以上の導体層から形成できることは当業者には理解されよう。放出２０６はレンズ２０８によって集束され、集束されたビーム２０４がターゲットの陽極媒体２０２上に向けられる。ターゲットの陽極媒体２０２は陽極電圧（アノード電圧）Ｖａに設定される。Ｖａの大きさは、意図される放出器の用途、陽極媒体２０２と放出器２００との間の距離などの要因に依存するであろう。
【００２８】
たとえば、陽極媒体が記憶装置のための記録可能なメモリ媒体である場合、Ｖａは約５００〜約２０００Ｖになるように選択されるであろう。レンズ２０８は、そのアパーチャ２２０内の電圧Ｖｌに応答して、アパーチャ内に電界を形成することにより、電子放出２０６を集束する。接続部２２６の両端の電位に対して、ある適当な電圧差に設定することにより、放出器２００から放出される電子２０６はアパーチャの中心に向けられ、その後、陽極媒体２０２に引き付けられて、集束されたビーム２０４が形成される。
【００２９】
陽極媒体２０２を、いくつかの放出器の応用形態のうちの任意のものに適合するように構成することができ、ターゲット媒体２０２を含む２つの好ましい応用形態には、視認ディスプレイ（または表示装置。以下同じ）またはメモリが含まれる。陽極媒体２０２がディスプレイを構成する場合には、陽極媒体２０２上へのビームの集束を用いて、視認ディスプレイを刺激するための作用を実施することができる。同様に、陽極媒体２０２がメモリ媒体を構成する場合には、集束されたビーム２０４により、媒体の電気化学的特性を変化させることができる。これらの変化は、たとえば、陽極媒体２０２の部分を空間的に編成し、その後、放出された電子２０４によりこれらの部分のいくつかを選択的に変更することにより、二値または他の様式で「符号化」されて、検索可能な情報を格納することができる。視認ディスプレイ媒体およびメモリ媒体は、アレイ状に配列された複数の放出器２００を用いることができ、さらに放出器２００および陽極媒体２０２のうちのいずれか一方を他方に対して移動させるために、モータによって駆動されるマイクロポジショナのような可動子を用いることができる。また制御回路を用いて、放出器２００および／または他の構成要素を制御することができる。
【００３０】
図３は、たとえば、本発明の例示的な集積回路の実施形態３００の概略図であり、それは、アレイまたは他の幾何学的形状に配列される少なくとも１つの、好ましくは、複数の集積化された放出器（集積放出器）３０２を含む。放出器制御回路（エミッタ制御回路）３０４が集積回路３００に組み込まれ、集積放出器３０２を動作させるために用いられる。
【００３１】
図４は、本発明の集積放出器４００を用いるディスプレイへの応用形態の実施形態を概略的に示すものである。詳細には、この実施形態は、集積回路４０４内に形成される複数のＰＮ接合フラット放出器４０２を必要とする。各放出器４０２は、全体として図４の上方への矢印によって示されるような電子を放出する。ディスプレイ４１０を形成する複数の個別の画素４０８を有する陽極構造４０６が、放出された電子を受ける。画素４０８は、放出器４０２からの放出が衝当する際に光子を生成する燐光体物質（または、蛍光体物質）であることが好ましい。電源、制御回路などの他の構成要素を設けることもできる。
【００３２】
特定の好ましいメモリ装置を図５のＡおよび図５のＢに概略的に示す。そのメモリ装置は、本発明の複数のフラット放出器５００を含み、それは少なくとも１つのＰＮ接合と、誘電体層と、薄い金属層とを含む。この例示的な実施形態では、複数の放出器５００は集積回路（ＩＣ）５０２に組み込まれる。集積放出器５００と位置合わせされることができる集束機構５０５からなるレンズアレイ５０４を用いて、記録表面媒体５０８に影響を及ぼす電子の集束されたビーム５０６が生成される。表面媒体５０８は、集積放出器５００および／またはレンズアレイ５０４に対して媒体５０８を位置決めする可動子５１０に結合される。可動子５１０は、その中にリーダ回路５１２を組み込まれることが好ましい。
【００３３】
リーダ回路５１２は、媒体５０８への第１のオーミックコンタクト（オーム接点）５１６と、可動子５１０、好ましくは半導体または導体基板への第２のオーミックコンタクト（オーム接点）５１８とを形成する増幅器５１４として図５のＢに示されている。集束されたビーム５０６が媒体５０８に衝当する際に、集束されたビームの電流密度が十分に高い場合には、その媒体は相変化を生じ、影響を受けた媒体エリア５２０が生成される。媒体５０８の表面に低電流密度の集束されたビーム５０６が加えられると、増幅器５１４によって種々の流量の電流が検出され、リーダ出力が生成される。こうして、放出器５００からのエネルギーで媒体５０８に影響を及ぼすことにより、媒体の構造的に相変化する特性を用いて、その媒体に情報が格納される。例示的な相変化材料はＩｎＳｅである。
【００３４】
本発明のさらに別の態様は、放出器を形成するための方法に関する。図６は、本発明の例示的な方法６００のステップを示す流れ図である。例示的な方法６００を説明する際に、本明細書において説明され、図１〜図５に示されるような本発明の放出器について考えてみることが有用であろう。実際のところ、当業者には、それらの放出器および素子（または装置）に関する記述が本発明の方法の代替的なステップを説明する際に有用であることが理解されよう。
【００３５】
ここで図６を参照すると、方法６００は実質的に（または、ほぼ）平坦な表面を有するＰＮ接合を設けるステップ（ブロック６０２）を含む。その後、ＰＮ接合の実質的に平坦な表面上に誘電体層が形成され（ブロック６０４）、その後、誘電体層上に薄い導体層が形成される（ブロック６０６）。ＰＮ接合、誘電体層および薄い導体層は、例示として、図１に示される放出器１０の構成要素１２、３０および３２と、それぞれ、同じ材料、寸法および形状にすることができる。
【００３６】
次に、方法６００は、ＰＮ接合を逆バイアスするために、ＰＮ接合に電圧を印加するように構成される、ＰＮ接合への電気的接続を形成するステップ（ブロック６０８）を含む。その接続は、ＰＮ接合のアバランシェ電圧未満の電圧を印加するように構成されることが好ましい。またこの方法は、薄い導体層を帯電させ（または充電し）て、誘電体層（の両端）にかかる高い電界を生成するように構成される、薄い導体層への電気的接続を形成するステップ（ブロック６１０）も含む。他の例示的な方法ステップは、図２〜図５の例示的な放出器素子を考慮すると理解されるように、たとえば、ターゲット、集束手段および集積回路を設けるステップを含むことができる。
【００３７】
本発明による電子を放出するための方法は、電子源(12)に電圧をかけて電子源(12)が熱電子を生成するようにするステップと、電界をかけて電子源(12)から少なくとも一部の熱電子が放出されるようにするステップを含む。
【００３８】
以下、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．ＰＮ接合（１２）と、
導電層（３２）と、
前記ＰＮ接合（１２）と前記導電層（３２）との間に挟まれた誘電体層（３０）
備える、放出器（１０）。
２．前記ＰＮ接合（１２）は、ほぼ平坦な表面を有し、前記導電層（３２）は前記ＰＮ接合（１２）の前記ほぼ平坦な表面を覆うことからなる、上項１に記載の放出器。
３．前記ＰＮ接合（１２）に接続され、前記ＰＮ接合（１２）のアバランシェ電圧未満の電圧を用いて前記ＰＮ接合（１２）を逆バイアスするように構成された第１の電位と、前記導電層（３２）に接続され、前記誘電体層（３０）の両端にかかる高い電界を生成するのに十分に前記導電層（３２）を充電するように構成された第２の電位とをさらに含む、上項１に記載の放出器。
４．前記導電層（３２）は金属であって、約３〜約１５ｎｍの厚みを有し、前記第１の誘電体層（３０）は金属酸化物であって、約５〜約２５ｎｍの厚みを有する、上項１に記載の放出器。
５．ターゲット（２０２）と、
前記ターゲット（２０２）と前記ＰＮ接合（１２）との間に配置される集束手段（２２８）
をさらに備え、
前記導電層（３２）は、前記放出された電子（２０６）を前記ターゲット（２０２）に向けて送り、前記電子が衝当する際に前記ターゲット（２０２）に影響を及ぼすように構成されることからなる、上項１に記載の放出器。
６．上項１に記載の複数の放出器（３０２）と、前記複数の放出器（３０２）に接続される制御回路（３０４）を備える、集積回路（３００）。
７．放出器（１０）を作成するための方法であって、
ＰＮ接合（１２）を設けるステップと、
前記ＰＮ接合（１２）上に誘電体層（３０）を形成するステップと、
前記誘電体層（３０）上に導体層（３２）を形成するステップ
とを含む、方法。
８．前記ＰＮ接合（１２）への第１の電気的接続（３４）を形成し、該第１の接続（３４）を、前記ＰＮ接合（１２）のアバランシェ電圧未満の大きさで前記ＰＮ接合（１２）に逆バイアス電圧を印加するように構成するステップと、
前記導体層（３２）に第２の電気的接続（３６）を形成し、該第２の接続（３６）を、前記誘電体層（３０）の両端に印加される高い電界を生成するのに十分な電荷を前記導体層（３２）に加えるように構成するステップ
とをさらに含む、上項７に記載の方法。
９．電子源（１２）内に熱電子を生成するために、前記電子源（１２）に電圧を印加するステップと、
熱電子の少なくとも一部が前記電子源（１２）から放出されるようにするために、前記電子源（１２）に電界をかけるステップ
とを含む、電子を放出させるための方法。
１０．前記電子源はＰＮ接合（１２）を備え、該ＰＮ接合（１２）に電圧を印加する前記ステップは、前記ＰＮ接合（１２）のアバランシェ電圧未満の電位で前記ＰＮ接合（１２）を逆バイアスするステップを含み、前記熱電子の前記少なくとも一部は前記熱電子の少なくとも約６％である、上項９に記載の方法。
【００３９】
本発明の特定の実施形態について図示し説明したが、他の変更形態、置換形態および代替形態が当業者には明らかであることを理解されたい。そのような変更形態、置換形態および代替形態を、特許請求の範囲から決定される本発明の思想および範囲から逸脱することなく実施することができる。たとえば、メモリおよび表示装置の他に数多くの応用形態を本発明の放出器を用いて実施することができる。
【００４０】
本発明の種々の特徴は特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好ましい１実施形態による放出器の概略的な断面図である。
【図２】本発明の好ましい１実施形態による放出器装置の略図である。
【図３】本発明の好ましい１実施形態による集積放出器回路の略図である。
【図４】本発明の好ましい１実施形態による放出器ディスプレイ装置の略図である。
【図５】本発明の好ましい１実施形態による放出器メモリ装置の略図である。
【図６】本発明の放出器を作成する好ましい１実施形態による方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  放出器（エミッタ）
１２  PN接合（電子源）
３０  誘電体層
３２  導電層（導体層）
３４、３６  電気的接続部
【図１】
2004253382.tif 000003
【図２】
2004253382.tif 000004
【図３】
2004253382.tif 000005
【図４】
2004253382.tif 000006
【図５】
2004253382.tif 000007
【図６】
2004253382.tif 000008