(57)【要約】【課題】順電圧期間と逆電圧期間とにかかわらず電子通過層を過電流が通過しないようにし、電子通過層の劣化を抑制した電子源の駆動方法を提供する。【解決手段】電子源Ａは、電子通過層４の主表面に設けた表面電極３と表面電極３と対向する下部電極２との間に表面電極３を下部電極２よりも高電位とするように電圧を印加し電子通過層４に電界を作用させることにより電子通過層４から表面電極３をトンネルする電子を放射する。表面電極３を下部電極２よりも高電位とした電圧を印加する順電圧期間Ｔ１と、表面電極３を下部電極２よりも低電位とした電圧を印加する逆電圧期間Ｔ２とにおいて、電子通過層４を通過する電流を設定値に保つ。電子通過層４に流れる電流の振幅は、逆電圧期間Ｔ２において電子通過層４に流れる電流の電流密度が、順電圧期間Ｔ１において電子通過層４に流れる電流の電流密度以下になるように設定する。【選択図】        図１
2005285360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子通過層の主表面に設けた表面電極と表面電極と対向する下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とするように電圧を印加し電子通過層に電界を作用させることにより電子通過層から表面電極をトンネルする電子を放射する電子源の駆動方法であって、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とした電圧を印加する順電圧期間と、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも低電位とした電圧を印加する逆電圧期間とを設け、順電圧期間および逆電圧期間において電子通過層を通過する電流を設定値に保ち、かつ逆電圧期間において電子通過層に流れる電流の電流密度が、順電圧期間において電子通過層に流れる電流の電流密度以下になるように電子通過層に流れる電流の振幅を設定していることを特徴とする電子源の駆動方法。
【請求項２】
電子通過層の主表面に設けた表面電極と表面電極と対向する下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とするように電圧を印加し電子通過層に電界を作用させることにより電子通過層から表面電極をトンネルする電子を放射する電子源の駆動方法であって、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とした電圧を印加する順電圧期間と、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも低電位とした電圧を印加する逆電圧期間とを設け、順電圧期間および逆電圧期間において電子通過層を通過する電流を設定値に保ち、かつ逆電圧期間において電子通過層を移動する電荷量が、順電圧期間において電子通過層を移動する電荷量以下になるように電子通過層に流れる電流の振幅と電流を流す時間とを設定していることを特徴とする電子源の駆動方法。
【請求項３】
前記順電圧期間と前記逆電圧期間とに前記電子通過層に流す電流をそれぞれ矩形波のパルス電流としたことを特徴とする請求項２記載の電子源の駆動方法。
【請求項４】
前記逆電圧期間には複数個のパルス電流を前記電子通過層に間欠的に流すことを特徴とする請求項３記載の電子源の駆動方法。
【請求項５】
前記逆電圧期間における１個のパルス電流のオン期間は、前記順電圧期間における１個のパルス電流のオン期間以下に設定されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の電子源の駆動方法。
【請求項６】
前記順電圧期間と前記逆電圧期間とにおいて前記下部電極と前記表面電極との間に電圧を印加する電源回路の出力電流を電流センサにより監視し、順電圧期間と逆電圧期間とに関してあらかじめ設定された電流値に保たれるように電源回路の出力をフィードバック制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電子源の駆動方法。
【請求項７】
前記順電圧期間と前記逆電圧期間とにおいて電源回路から互いに逆並列に接続された一対の定電流ダイオードの一方を通して前記下部電極と前記表面電極との間に電圧を印加し、順電圧期間と逆電圧期間とに関してあらかじめ設定された電流値が流れるように各定電流ダイオードが選定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電子源の駆動方法。
【請求項８】
前記順電圧期間と前記逆電圧期間とを複数回繰り返した後に、順電圧期間において前記電子通過層を通して流れる電流値を求め、当該電流値が得られるように決定された電圧を順電圧期間において前記下部電極と前記表面電極との間に印加し、前記電流値に対して規定した割合である電流値を逆電圧期間における電流値に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電子源の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体である電子通過層の主表面に設けた表面電極と、表面電極とは電子通過層を介して対向する下部電極との間に表面電極を高電位側とするように電圧を印加することによって電子を放射させる電界放射型の電子源の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電界放射型の電子源には各種原理のものが提案されており、たとえば図６に示すように、ガラス基板あるいはセラミック基板のような絶縁基板からなる支持基板１の上に下部電極２を配置し、下部電極２と表面電極３との間に半導体からなる電子通過層４を介在させた構造を有するものが知られている。電子通過層４には種々構造が知られており、たとえば、電子通過層４を酸化シリコンや窒化シリコンや酸化アルミニウムのような絶縁体層で形成したＭＩＭ構造の電子源や、電子通過層４に多孔質多結晶シリコンのような微細構造を持つ強電界ドリフト層を形成した電子源などが知られている。いずれの電子源も下部電極２と表面電極３との間に表面電極３が高電位となる電圧を印加し、電子通過層４に電界を作用させることによって固体である電子通過層４から表面電極３をトンネルした電子を放出させる。
【０００３】
図６に示す例は、微細構造を持つ電子通過層４を設けた電子源であって、電子通過層４は、ノンドープの多結晶シリコンに対して陽極酸化のようなナノ結晶化処理を実施することによって図７に示すような強電界ドリフト層を持つ構造に形成される。電子通過層４に形成される強電界ドリフト層は、図７に示すように、内部構造として、電子通過層４の厚み方向に延びる多結晶シリコンからなる多数本の柱状のグレイン４１を有し、グレイン４１の間にナノメートルオーダの多数個のシリコンの微結晶４２が存在している。また、グレイン４１および微結晶４２の表面には、それぞれ微結晶４２の粒径よりも小さい膜厚のシリコンの酸化膜が絶縁膜４３，４４として形成されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
この構造の電子源は、図６に示すように、表面電極３にコレクタ電極６を対向させて用いられ、下部電極２と表面電極３との間に表面電極３を下部電極２よりも高電位とするように電源回路５から直流電圧を印加し、さらにコレクタ電極６と表面電極３との間にコレクタ電極６が表面電極３よりも高電位となるように直流電源７により直流電圧を印加する。図６の関係で電圧を印加すると、下部電極２から電子通過層４に電子が注入される。電子通過層４の内部では、絶縁膜４３，４４に集中的に電界が生じており絶縁膜４３，４４は非常に薄いから、絶縁膜４３に生じる電界の電界強度がきわめて大きくなる。したがって、電子通過層４に注入された電子は、絶縁膜４３，４４に生じる強電界により加速され、グレイン４１の間の領域を表面電極３に向かってドリフトし、表面電極３をトンネルして空中に放射される。すなわち、電子通過層４の内部において、電子は絶縁膜４３，４４に沿って移動するから微結晶４２でほとんど散乱されることがなく、表面電極３に向かって大きな速度で移動し表面電極３を容易にトンネルする。
【０００５】
ところで、特許文献１には、電子通過層４の中に存在する欠陥、不純物、ダングリングボンドなどによるトラップに捕獲されている電子を電子通過層４の外に放出させるために、表面電極３を下部電極２に対して高電位とする順電圧期間（特許文献１では、順バイアスを印加する期間）のほかに、表面電極３を下部電極２に対して低電位とする逆電圧期間（特許文献１では、逆バイアス電圧を印加する期間）を設ける技術が記載されている。また、特許文献１に記載の技術では、下部電極２と表面電極３との間に印加する電圧を管理しており、順電圧期間において印加する電圧と逆電圧期間において印加する電圧との大小関係や印加時間についての規定が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２０３５８９号公報（第０００３−００１２段落、図１６−１８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の技術では、下部電極２と表面電極３との間に印加する電圧を管理しているものであるから、絶縁膜４３，４４の一部に絶縁破壊が生じたような場合には、電子通過層４に過大な電流が流れ、大きなジュール熱が発生して電子通過層４の劣化を促進するおそれがある。絶縁膜４３，４４の絶縁破壊は、たとえば電子通過層４の内部に形成されたトラップに電子が捕獲されたり、電子通過層４が経時的に劣化したりすることによって、電子通過層４の内部において局所的に電界が集中することにより生じると考えられる。要するに、特許文献１に記載の技術は、電子通過層４への印加電圧を制御する構成であるから、電子通過層４３の内部において局所的に電流が流れやすい部位が生じ抵抗値が減少しているような場合に、印加電圧を維持するために電子通過層４を通過する電流が増加し、ジュール熱によって電子通過層４の劣化が促進されるおそれを有している。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、順電圧期間と逆電圧期間とにかかわらず電子通過層を過電流が通過しないようにし、電子通過層の劣化を抑制した電子源の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、電子通過層の主表面に設けた表面電極と表面電極と対向する下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とするように電圧を印加し電子通過層に電界を作用させることにより電子通過層から表面電極をトンネルする電子を放射する電子源の駆動方法であって、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とした電圧を印加する順電圧期間と、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも低電位とした電圧を印加する逆電圧期間とを設け、順電圧期間および逆電圧期間において電子通過層を通過する電流を設定値に保ち、かつ逆電圧期間において電子通過層に流れる電流の電流密度が、順電圧期間において電子通過層に流れる電流の電流密度以下になるように電子通過層に流れる電流の振幅を設定していることを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、電子通過層を通過する電流を設定値に保っているから、順電圧期間と逆電圧期間とにかかわらず電子通過層を過電流が通過することがなく、電子通過層の劣化を抑制することができる。すなわち、電子通過層の一部に絶縁破壊が生じていても、逆電圧期間における絶縁破壊の進行を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、電子通過層の主表面に設けた表面電極と表面電極と対向する下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とするように電圧を印加し電子通過層に電界を作用させることにより電子通過層から表面電極をトンネルする電子を放射する電子源の駆動方法であって、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも高電位とした電圧を印加する順電圧期間と、表面電極と下部電極との間に表面電極を下部電極よりも低電位とした電圧を印加する逆電圧期間とを設け、順電圧期間および逆電圧期間において電子通過層を通過する電流を設定値に保ち、かつ逆電圧期間において電子通過層を移動する電荷量が、順電圧期間において電子通過層を移動する電荷量以下になるように電子通過層に流れる電流の振幅と電流を流す時間とを設定していることを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、電子通過層を通過する電流を設定値に保っているから、順電圧期間と逆電圧期間とにかかわらず電子通過層を過電流が通過することがなく、電子通過層の劣化を抑制することができる。すなわち、電子通過層の一部に絶縁破壊が生じていても、逆電圧期間における絶縁破壊の進行を抑制することができる。しかも、順電圧期間と逆電圧期間との電荷量を規定することによって、順電圧期間に電子通過層の内部のトラップに捕獲された電子を解放するのに過不足が生じないように逆電圧期間における電荷量を調節することによって、逆電圧期間において電子源に対する損傷を与えることなくトラップに捕獲された電子を解放することができる。また、電子通過層を移動する電荷量は、電子通過層を通過する電流の振幅と時間との関数であるから、時間を長くすることによって振幅を小さくすることができ、結果的に電子通過層に印加する電圧が低下し、逆電圧期間における電子通過層へのストレスを小さくすることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記順電圧期間と前記逆電圧期間とに前記電子通過層に流す電流をそれぞれ矩形波のパルス電流としたことを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、順電圧期間と逆電圧期間とにおいて矩形波のパルス電流を流しているから、電荷量を電流値とパルス幅との積で決定でき電荷量の管理が容易である。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記逆電圧期間には複数個のパルス電流を前記電子通過層に間欠的に流すことを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、逆電圧期間において電子通過層に電流を間欠的に流すから、電子通過層の温度上昇が抑制され、温度上昇に伴う劣化が抑制される。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項３または請求項４の発明において、前記逆電圧期間における１個のパルス電流のオン期間は、前記順電圧期間における１個のパルス電流のオン期間以下に設定されていることを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、逆電圧期間におけるパルス電流の振幅が順電圧期間におけるパルス電流の振幅と等しい場合でも、逆電圧期間の電荷量を順電圧期間よりも小さくすることになるから、逆電圧期間の発熱量を抑制することができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記順電圧期間と前記逆電圧期間とにおいて前記下部電極と前記表面電極との間に電圧を印加する電源回路の出力電流を電流センサにより監視し、順電圧期間と逆電圧期間とに関してあらかじめ設定された電流値に保たれるように電源回路の出力をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、電子通過層に流す電流をフィードバック制御することによって、電子通過層に流す電流を精度よく制御することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記順電圧期間と前記逆電圧期間とにおいて電源回路から互いに逆並列に接続された一対の定電流ダイオードの一方を通して前記下部電極と前記表面電極との間に電圧を印加し、順電圧期間と逆電圧期間とに関してあらかじめ設定された電流値が流れるように各定電流ダイオードが選定されていることを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、電子通過層に流す電流を設定値に保ちながらもオープン制御になるから、フィードバック制御を行う場合に比較すると電子通過層に電流を流すための構成が簡単になる。
【００２２】
請求項８の発明では、請求項１ないし請求項７の発明において、前記順電圧期間と前記逆電圧期間とを複数回繰り返した後に、順電圧期間において前記電子通過層を通して流れる電流値を求め、当該電流値が得られるように決定された電圧を順電圧期間において前記下部電極と前記表面電極との間に印加し、前記電流値に対して規定した割合である電流値を逆電圧期間における電流値に用いることを特徴とする。
【００２３】
この方法によれば、電子源に対していわゆるエージングを行うから、電子源に付着していた不純物や吸着ガスなどを電子放出面から脱離して電子放出面が清浄化された状態で順電圧期間および逆電圧期間の電流値を決定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る発明の方法によれば、電子通過層を通過する電流を設定値に保っているから、順電圧期間と逆電圧期間とにかかわらず電子通過層を過電流が通過することがなく、電子通過層の劣化を抑制することができる。すなわち、電子通過層の一部に絶縁破壊が生じていても、逆電圧期間における絶縁破壊の進行を抑制することができるという利点がある。
【００２５】
請求項２に係る発明の方法によれば、電子通過層を通過する電流を設定値に保っているから、順電圧期間と逆電圧期間とにかかわらず電子通過層を過電流が通過することがなく、電子通過層の劣化を抑制することができるという利点がある。すなわち、電子通過層の一部に絶縁破壊が生じていても、逆電圧期間における絶縁破壊の進行を抑制することができる。しかも、順電圧期間と逆電圧期間との電荷量を規定することによって、順電圧期間に電子通過層の内部のトラップに捕獲された電子を解放するのに過不足が生じないように逆電圧期間における電荷量を調節することによって、逆電圧期間において電子源に対する損傷を与えることなくトラップに捕獲された電子を解放することができる。また、電子通過層を移動する電荷量は、電子通過層を通過する電流の振幅と時間との関数であるから、時間を長くすることによって振幅を小さくすることができ、結果的に電子通過層に印加する電圧が低下し、逆電圧期間における電子通過層へのストレスを小さくすることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に説明する実施形態では、図６、図７に示した従来構成と同様の電界放射型の電子源を用いる場合を想定して説明するが、本発明の技術思想は、下部電極２と表面電極３との間に電子通過層４を備え、下部電極２と表面電極３との間に電圧を印加することによって電子通過層４から表面電極３をトンネルして電子が放射される構造の電子源であって、下部電極２と表面電極３との間で電子通過層４を沿う方向に電流が通過するものであれば、電子通過層４の構造を問わず適用することができる。
【００２７】
図６、図７に示した構造の電子源における電子通過層４は、下部電極２と表面電極３との間で双方向に電流を流すことができる。したがって、電子を放出させるために、下部電極２と表面電極３との間に、表面電極３を下部電極２に対して高電位とするように電圧を印加するときには、表面電極３から電子通過層４を通して下部電極２に向かって電流が流れ、表面電極３を下部電極２に対して低電位とするように電圧を印加すると、下部電極２から電子通過層４を通して表面電極３に向かって電流が流れる。以下では、順電圧期間Ｔ１を電子を放出させるように電圧の印加を開始した時点から逆極性で電圧を印加するまでの期間とし、逆電圧期間Ｔ２を順電圧期間Ｔ１とは逆極性の電圧の印加を開始した時点から順電圧期間Ｔ１の開始までの期間とする（図１（ｂ）参照）。順電圧期間Ｔ１と逆電圧期間Ｔ２とにはそれぞれ電圧を印加しない期間が存在していてもよい。図１（ａ）に示すように、下部電極２と表面電極３との間には電流源を備える電源回路５によって電圧が印加される。後述するように、本実施形態の電源回路５は、電子通過層４の通過電流の電流密度をあらかじめ設定した目標値に保つとともに、電流密度の上限を制限する機能を有している。
【００２８】
以下では、下部電極２と表面電極３との間で電子通過層４を通して流れる電流をダイオード電流と呼ぶ。ダイオード電流は、下部電極２と表面電極３との間で電源回路５を通る経路で流れる電流として検出することができる。ダイオード電流は、上述したように双方向に流すことができるから、向きを区別する必要があるときには、表面電極３から電子を放出させる極性の電圧を印加しているときのダイオード電流を順方向ダイオード電流Ｉｄと呼び、逆極性の電圧を印加しているときのダイオード電流を逆方向ダイオード電流−Ｉｄと呼ぶ。
【００２９】
図示例では、表面電極３に対向してコレクタ電極６を設けてあり、表面電極３とコレクタ電極６との間にはコレクタ電極６を表面電極３よりも高電位とするように直流電源７から電圧が印加している。以下では、表面電極３から放射された電子によって表面電極３とコレクタ電極６との間を流れる電流をエミッション電流Ｉｅと呼ぶ。エミッション電流Ｉｅは、表面電極３とコレクタ電極６との間で直流電源７を通る経路で流れる電流として検出することができる。
【００３０】
図２に順方向ダイオード電流Ｉｄと逆方向ダイオード電流−Ｉｄとエミッション電流Ｉｅとについて、下部電極２の電位を基準電位としたときの表面電極３の電位との関係を示す。すなわち、図示例では電位が０Ｖであるときに、表面電極３の電位が下部電極２の電位と等しいことを示し、電位が正である領域において表面電極３から電子が放射されてエミッション電流Ｉｅが流れるとともに順方向ダイオード電流Ｉｄが流れ、電位が負である領域では電子が放射されずに逆方向ダイオード電流−Ｉｄのみが流れることを示している。また、順方向ダイオード電流Ｉｄと逆方向ダイオード電流−Ｉｄとエミッション電流Ｉｅとのいずれについても表面電極３と下部電極２との電位差が大きいほど大きくなっている。
【００３１】
図２に示す電位と電流との関係を示す特性を計測するには、表面電極３の電位を下部電極２の電位との差が時間とともに広がるように下部電極２の電位に対して高電位側で変化させた後、表面電極３の電位を下部電極２の電位との差が時間とともに広がるように下部電極２の電位に対して低電位側で変化させるという一連の動作を３回繰り返し、３回目の動作時に、順方向ダイオード電流Ｉｄ、逆方向ダイオード電流−Ｉｄ、エミッション電流Ｉｅを計測する。３回目の動作時に計測しているのは、電子源をエージングするためである。なお、エージングのために順電圧期間Ｔ１と逆電圧期間Ｔ２とを繰り返す回数は２回ずつに限定されるものではなく、３回以上繰り返すようにしてもよい。
【００３２】
上述のようにして、下部電極２と表面電極３との電位差に対する順方向ダイオード電流Ｉｄと逆方向ダイオード電流−Ｉｄとエミッション電流Ｉｅとの関係が得られると、下部電極２と表面電極３との間に印加する電圧の基準値を決めることができる。たとえば、エミッション電流Ｉｅの電流密度を１ｍＡ／ｃｍ２とし、順方向ダイオード電流Ｉｄの電流密度を１００ｍＡ／ｃｍ２とし、逆方向ダイオード電流−Ｉｄの電流密度を順方向ダイオード電流Ｉｄの１０％である１０ｍＡ／ｃｍ２などと決めることができる。逆方向ダイオード電流−Ｉｄは、順方向ダイオード電流Ｉｄの５〜３０％であればよい。上述のような条件を満たすために、下部電極２と表面電極３との電位差は図２を参照して求めればよく、たとえば、順方向ダイオード電流Ｉｄの要請から１８Ｖ、逆方向ダイオード電流−Ｉｄの要請から−１６Ｖなどと設定する。なお、逆方向ダイオード電流−Ｉｄの電流密度は、順方向ダイオード電流Ｉｄの電流密度の５〜３０％の範囲で選択すればよい。
【００３３】
ところで、本実施形態では、図１（ｂ）のように、下部電極２と表面電極３との間で電子通過層４に流す電流の波形を矩形波としてあり、電子通過層４には矩形波のパルス電流Ｐ１，Ｐ２を流すようにしている。パルス電流Ｐ１，Ｐ２は、電源回路５により生成され、電源回路５では電子源Ａを通して流れる電流を電流センサ８により監視し、電流センサ８で検出された電流値が電源回路５に与えられた目標値に保たれるように出力電圧をフィードバック制御する。ここに、下部電極２および表面電極３の面積は変化しないから、電流センサ８で検出される順方向ダイオード電流Ｉｄまたは逆方向ダイオード電流−Ｉｄの電流値は電流密度に比例する。すなわち、電源回路５は、電子通過層４に流れる順方向ダイオード電流Ｉｄと逆方向ダイオード電流−Ｉｄとの電流密度をそれぞれ目標値に保つようにフィードバック制御する。
【００３４】
なお、順方向ダイオード電流Ｉｄと逆方向ダイオード電流−Ｉｄとの大きさを、電子通過層４を通過する電流の電流密度で規定しているのは、複数個の電子源Ａに電源回路５から一括して電源を供給し、かつ時間の経過に伴って駆動する電子源Ａの個数が変化する場合には、電流センサ８の出力値が駆動している電子源Ａの個数で変動するからである。したがって、このような場合には、電流センサ８の出力値は駆動する電子源Ａの個数で除算することにより電流密度に代用することになる。
【００３５】
上述したように、逆方向ダイオード電流−Ｉｄの電流密度は順方向ダイオード電流Ｉｄの電流密度の５〜３０％の範囲で選択されるのであって、逆方向ダイオード電流−Ｉｄの電流密度は順方向ダイオード電流Ｉｄの電流密度よりも小さく設定される。したがって、逆方向ダイオード電流−Ｉｄを流したときに、トラップに捕獲された電子のような質量の小さい粒子は移動するが、電子通過層４の内部の微細構造に影響を与えるような大きな電流は流れず、結果的にジュール熱の発生も抑制することができる。
【００３６】
電源回路５では出力電流が目標値に対して規定した閾値を越えるときには出力電流を低減させる（出力を停止する場合も含む）保護回路を備えている。つまり、順方向ダイオード電流Ｉｄおよび逆方向ダイオード電流−Ｉｄは保護回路により上限値が規定され、電子通過層４には電源回路５に設定された目標値に対して極端に大きい電流が流れることがなく、電子通過層４で発生するジュール熱を抑制して電子通過層４の破損を防止することができる。上述のように、順方向ダイオード電流Ｉｄおよび逆方向ダイオード電流−Ｉｄは、ともにパルス電流Ｐ１，Ｐ２であって、パルス幅はたとえば１ｍｓに設定され、順電圧期間Ｔ１および逆電圧期間Ｔ２に対するデューティはたとえば１０％に設定される。つまり、１０ｍｓの順電圧期間Ｔ１および逆電圧期間Ｔ２に対して、順方向ダイオード電流Ｉｄおよび逆方向ダイオード電流−Ｉｄをそれぞれ１ｍｓだけ流すのである。この条件はもちろん一例であって、パルス電流Ｐ１，Ｐ２のパルス幅およびデューティは適宜に設定することができる。
【００３７】
ところで、逆方向ダイオード電流−Ｉｄによりトラップから解放され電子通過層４の外に放出される電子の量は、逆方向ダイオード電流−Ｉｄにより移動する電荷量に比例すると考えられる。この知見によれば、トラップから電子を解放して電子通過層４から放出するには、逆方向ダイオード電流−Ｉｄにより移動する電荷量を管理するのが望ましいと言える。電荷量は、電流と時間との積として求めることができるから、図１（ｂ）に示した制御のように、順方向ダイオード電流Ｉｄのパルス電流Ｐ１と逆方向ダイオード電流−Ｉｄのパルス電流Ｐ２とのパルス幅を等しくしている場合と同じ電荷量であれば、図３に示すように、逆方向ダイオード電流−Ｉｄを流すためのパルス電流Ｐ２の振幅を図１の例よりも小さくし、かつパルス電流Ｐ２のパルス幅を大きくすることが可能である。このように、パルス電流Ｐ２の振幅を小さくすることは、すなわち下部電極２と表面電極３との間に印加する電圧が図１に示す例よりも小さくなることであって、電子通過層４に作用する電界も小さくなる。その結果、軽量な電子をトラップから解放して移動させながらも、電子通過層４の微細構造への影響を少なくすることができる。なお、逆方向ダイオード電流−Ｉｄを流すパルス電流Ｐ２の振幅とパルス幅との積で求められる電荷量は、順方向ダイオード電流Ｉｄを流すパルス電流Ｐ１の振幅とパルス幅との積で求められる電荷量以下に設定する。この設定によって、トラップに捕獲された電子を電子通過層４から放出させるのに必要な電荷量に対して過剰な電荷量になることを防止でき、逆方向ダイオード電流−Ｉｄによるジュール熱の発生を抑制することができる。
【００３８】
逆方向ダイオード電流−Ｉｄで生じるジュール熱による電子通過層４の温度上昇をさらに抑制するには、図４に示すように、１回の逆電圧期間Ｔ２に複数個のパルス電流Ｐ２１〜Ｐ２３を流すようにすればよい。つまり、逆方向ダイオード電流−Ｉｄを間欠的に流すのである。このように、複数個のパルス電流Ｐ２１〜Ｐ２３を間欠的に流すことによって、パルス電流Ｐ２１〜Ｐ２３の休止期間に電子通過層４から放熱されるから、パルス電流Ｐ２１〜Ｐ２３と同じ振幅でパルス電流Ｐ２１〜Ｐ２３の合計のパルス幅を有する１個のパルス電流Ｐ２を流す場合に比較すると、電子通過層４の温度上昇を抑制することができる。すなわち、温度上昇に伴う電子通過層４の劣化を抑制することができる。ここにおいて、パルス電流Ｐ２１〜Ｐ２３のパルス幅は、順方向ダイオード電流Ｉｄを流す際のパルス電流Ｐ１のパルス幅以下であることが望ましい。この条件により、逆方向ダイオード電流−Ｉｄによる電子通過層４の発熱量は、順方向ダイオード電流Ｉｄによる電子通過層４の発熱量を越えることがない。つまり、逆電圧期間Ｔ２において電子通過層４の温度が順電圧期間Ｔ１よりも上昇することがないのである。
【００３９】
ところで、上述した各例では電流源を備えた電源回路５を用いて下部電極２と表面電極３との間に電圧を印加し、電子通過層４に電流を流しているが、図５に示すように、双方向のパルス電流を適宜のタイミングで発生する電源回路９を用いるとともに、電源回路９と電子源Ａとの間に、２個の定電流ダイオードＤｉ１，Ｄｉ２を逆並列に接続した並列回路を挿入してもよい。定電流ダイオードＤｉ１は順方向ダイオード電流Ｉｄを決定し、定電流ダイオードＤｉ２は逆方向ダイオード電流−Ｉｄを決定するから、上述した各条件を満たすように各定電流ダイオードＤｉ１，Ｄｉ２の仕様を選択する。この構成ではフィードバック制御を行う必要がなく、電源回路９はパルス電流Ｐ１，Ｐ２のパルス幅を決定するだけであって、パルス電流Ｐ１，Ｐ２の振幅に関しては定電流ダイオードＤｉ１，Ｄｉ２の仕様で決定されるからオープン制御になるから構成が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態を示す概略回路図、（ｂ）は同上の動作説明図である。
【図２】同上に用いる電子源の動作説明図である。
【図３】同上の他の動作例を示す動作説明図である。
【図４】同上の別の動作例を示す動作説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略回路図である。
【図６】電子源の使用例を示す概略回路図である。
【図７】電子源の一例を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  支持基板
２  下部電極
３  表面電極
４  電子通過層
５  電源回路
６  コレクタ電極
７  直流電源
８  電流センサ
Ａ  電子源
Ｐ１，Ｐ２  パルス電流
【図１】
2005285360.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005285360.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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