(57)【要約】電子放出装置を制御するための制御回路が、印加された電圧によって、放出される電子の数に関係する励起電流を引き出すように形成されている。制御回路は、励起電流によって運ばれた電荷量が所定の電荷しきい値に到達したか否かを決定する第１手段（７）と、励起電流の大きさが所定の電流しきい値に到達したか否かを決定する第２手段（５）と、電荷の量が所定の電荷しきい値に到達したと第１手段（７）が決定した直後、あるいは励起電流の大きさが所定の電流しきい値よりも小さいと第２手段（５）が決定した直後に励起電流をスイッチオフする手段（９）とを備える。制御回路は、例えばＣＮＴアレーを照射に使用することを可能にし、電子放出装置によって引き出された電流に基づいて動作するので、簡素なセットアップを可能にする。
2006516175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された電圧によって、放出された電子の数に関係する励起電流を引き出すように構成された電子放出装置を制御するための制御回路であって、
上記励起電流によって運ばれた電荷量が所定の電荷しきい値に到達したか否かを決定する第１手段（７）と、
上記励起電流の大きさが所定の電流しきい値に到達したか否かを決定する第２手段（５）と、
上記電荷量が所定の電荷しきい値に到達したと上記第１手段（７）が決定した直後、あるいは、上記励起電流の大きさが所定の電流しきい値よりも小さいと上記第２手段（５）が決定した直後に、上記励起電流をスイッチオフする手段（９）と、
を備えることを特徴とする制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の制御回路において、
上記励起電流と所定の関係にある少なくとも１つの補助電流を生成する手段（１１）をさらに備え、上記第１手段（７）および／または第２手段（５）は、上記少なくとも１つの補助電流に基づいて作動するように構成されていることを特徴とする制御回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の制御回路において、
上記第１手段（７）は、
第１入力と第２入力と出力とを有し、上記電荷しきい値を決定するために使用されるリファレンス電圧が上記第１入力に入力されるコンパレータ（７１）と、
上記コンパレータの上記第２入力と他の電圧源との間に接続され、上記励起電流によって運ばれる電荷の量に比例する上記補助電流によって運ばれる電荷の量を引き出すための容量（７３）と、を備えることを特徴とする制御回路。
【請求項４】
請求項３に記載の制御回路において、
上記容量（７３）に対して並列に接続され、上記電子放出装置の所定の放出時間の後に上記容量を放電するために閉じることができる、制御可能なスイッチ（７５）をさらに含むことを特徴とする制御回路。
【請求項５】
請求項３または４に記載の制御回路において、上記第２手段（５）は、
第１入力と第２入力と出力とを有し、上記電荷しきい値を決定するために使用されるリファレンス電圧が上記第２入力に入力されるコンパレータ（５１）と、
電圧源と上記コンパレータ（５１）の上記第２入力との間に接続され、補助電流を上記コンパレータ（５１）の上記第１入力に印加可能な電圧へと変換するように形成された電流―電圧変換器（５３）と、
を含むことを特徴とする制御回路。
【請求項６】
請求項５に記載の制御回路において、上記電流―電圧変換器は抵抗要素であることを特徴とする制御回路。
【請求項７】
請求項１に記載の制御回路において、上記励起電流をスイッチオフする手段（９）は、
制御入力と入力と出力とを有し、上記入力に対し、上記電子放出装置の電子放出に必要な値を下回らない大きさの電圧が印加され得るトランジスタ（９１）を備えることを特徴とする制御回路。
【請求項８】
請求項７に記載の制御回路において、上記トランジスタ（９１）の制御入力とグランドとの間に接続され、印加された制御電圧を永続的に蓄えておくための容量（Ｃ１）を含むことを特徴とする制御回路。
【請求項９】
請求項２および７に記載の制御回路において、
上記少なくとも１つの補助電流を生成する手段（１１）は、第１入力と第２入力と第３入力と出力とを有するカレントミラーを含み、
上記第１入力は、上記トランジスタ（９１）の上記出力に接続され、
上記第２入力は、上記コンパレータ（５１）の上記第２入力に接続され、
上記第３入力は、上記コンパレータ（７１）の上記第２入力に接続され、
上記カレントミラーは、上記第２入力に流入する第１補助電流を、上記第１入力に流入する電流に依存して生成するように形成され、
上記カレントミラーは、上記第３入力に流入する第２補助電流を、上記第１入力に流入する電流に依存して生成するように形成され、
上記出力はグランドに接続されていることを特徴とする制御回路。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御回路において、
上記電流しきい値を決定する第２手段（５）の出力信号と上記電荷しきい値を決定する第１手段（７）の出力信号とをＯＲ操作によって結合し、かつこのＯＲ操作の結果を上記励起電流をスイッチオフする手段（９）のために利用可能とするように形成された、論理回路（１３）を含むことを特徴とする制御回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載の制御回路において、さらに上記ＯＲ操作の結果を、上記制御回路の識別可能な特徴と共に、上位のモニタリング手段のために利用可能とするように形成されたことを特徴とする制御回路。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の制御回路において、
上記励起電流をスイッチオフする手段（９）は第１接続点と第２接続点とを備え、
上記第１接続点は印加される電圧に接続可能であり、かつスイッチオンすることで上記第１接続点と第２接続点との間に導通接続が形成可能であり、
上記第２接続点は、上記励起電流をスイッチオフする手段（９）がスイッチオフされた状態の時に上記第２接続点に対して充電電流を供給するように形成された電流供給手段（１５）に接続されていることを特徴とする制御回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の制御回路において、
上記励起電流をスイッチオフする手段（９）がスイッチオンされた時の充電電流に依存した電流を、上記電荷しきい値を決定する第１手段（７）に対して供給するように形成された電流供給手段（１７）をさらに含むことを特徴とする制御回路。
【請求項１４】
請求項１２に記載の制御回路において、
上記励起電流をスイッチオフする手段（９）がスイッチオンされた時の充電電流に依存した電流を、上記電流しきい値を決定する第２手段に対して供給するように形成された電流供給装置（１９）を、さらに含むことを特徴とする制御回路。
【請求項１５】
印加された電圧によって、放出された電子の数に関係する励起電流を引き出すように構成された電子放出装置を制御するための方法であって、
上記励起電流によって運ばれた電荷量が所定の電荷しきい値に到達したか否かを決定するステップ（７）と、
上記励起電流の大きさが所定の電流しきい値に到達したか否かを決定するステップ（５）と、
上記電荷の量が所定の電荷しきい値に到達したと決定された直後、あるいは、上記励起電流の大きさが所定の電流しきい値よりも小さいと決定された直後に、上記励起電流をスイッチオフするステップ（９）と、
を含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
複数の電子放出装置を含むマルチ電子放出装置を制御するためのアレーにおいて、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御回路を複数個有する制御回路群であって、１つの制御回路は１つの電子放出装置のために設けられたものであり、このアレー内で各上記電子放出装置を明確に識別する識別特徴が各制御回路に関連付けられている制御回路群と、
上記制御回路群をモニタするためのモニタリング手段であって、１つの制御回路内で励起電流の大きさが所定のしきい値に到達したか否かを検出するように形成されたものであり、上記識別特徴に基づいて上記１つの制御回路を永続的に非活性化させるように形成されたモニタリング手段と、
を備えることを特徴とするアレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出装置を制御するための制御回路に関する。特に、本発明は整列した形で配置されたいわゆるカーボン・ナノチューブを制御するのに適した制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に可能な限り微細な寸法をもつ構造を製造することは、ＩＣ（集積回路）技術の発展においてますます重要となっている。ＩＣを製造する上での基本的な技術の一つはリソグラフィーであり、この方法では、ウエハの全体面積上に配置されたレジストが、所定の部分で不透明あるいは透明となるマスクを使って露光される。このために、所定の波長を生成する光ビームが、光の屈折現象を利用した光学レンズを使用した特別なアッセンブリによってフォーカスされ、次いでウエハに方向づけられ、そこに配置されたレジストを露光する。この技術によって得られる解像度は、光の波長に依存する。より短い光の波長から、より微細な構造寸法が得られる。しかしながら、光のフォーカスに使用されるレンズの光学的透過率の特徴により、光の波長を自由に縮小することは不可能である。この物理的制限にかかわらず、さらに微細な構造を生成するためには、例えば、レジストを照射するために光に代わって電子を用いるような技術を必要とする。
【０００３】
このような技術では、電子は適切な電子放出装置によって放出され、適切にフォーカスされ、ウエハに方向づけられる。単独の電子放出装置では非常に微小なレジスト領域（画素）しか正確に露光できないため、複数の電子放出装置をアレーへと統合することで、より大きなレジスト領域を同時に、かつ選択的に露光できるようにすることは有利であり、その結果、望ましい微細な構造が、ただ一つの電子放出装置を用いた場合よりも高速で生成されることができるようになる。仮に、例えば陰極線管を電子放出に用いた場合、レジスト領域は必然的に大きな物理的寸法を有するため、当業者にとっては、非常に粗い構造しか生成されないことは明白であろう。この様な理由で、例えば上述のカーボン・ナノチューブのような微細な寸法を持つ電子放出装置をここに用いるべきである。
【０００４】
基本的に、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）は、ほとんどの場合は直径数ナノメートルの円筒形を持つ複数の炭素素子であり、それらは基板上に配列され、制御電極を有している。例えば、仮に数１０Ｖの制御電圧がこの制御電極に印加された場合、ＣＮＴは励起電流を引き出す。このような炭素素子の先端に形成された電磁場は、電子の電界放出を引き起こす。
【０００５】
ＣＮＴは、その微細な寸法により、単独の電子ビームを用いた場合に比べて、望ましい微細な構造を素早く生成できる電子ビームのアレーを形成し得るという点で有利である。なぜなら、ＣＮＴアレーは、ある所定の時間にウエハ上の複数の画素を照射できるためである。
【０００６】
しかしながら、ＣＮＴアレーを用いて望ましい構造を得るための必要条件は、各々の画素が、ある所定の値を上回ることも、下回ることもない正確な放射線量によって露光されることである。もし放射線量が多すぎた場合、生成される構成上のポイントは大きすぎるものとなる。しかしながら、もし放射線量が少なすぎた場合には、レジストを露光するために必要なエネルギー線量は得られない。すなわち、レジストはその部分には露光されず、結果として構成上のポイントはまったく生じないか、もしくは小さすぎるポイントが生ずることになる。
【０００７】
しかしながら、ナノ構造を形成することに関する製造上の問題点により、ＣＮＴアレーは、そのアレーから放出される電子線量に関して大きな偏差を含む。その結果、機能的なＣＮＴとは別に、ＣＮＴアレーは小さすぎる電子線量しか放出しないＣＮＴをもいくつか含むことになる。さらに、アレーに配列されたＣＮＴのいくつかは欠陥であり、まったく電子を放出しないということも考えられる。ＣＮＴアレーがウエハを照射するために使用された場合には、望ましい寸法のポイントが生成されるだけでなく、全くポイントが生成されない場合や、小さすぎるかまたは大きすぎるようなポイントが生成される場合が発生するであろう。このような製造上の問題点と、それに関連して低い解像度しか得られないことから、上述したようにたとえ望ましくても、高い解像度を必要とする照射の目的でＣＮＴアレーを使用することは不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、電子放出装置を制御するための制御回路および方法と、マルチ電子放出装置を制御するためのアレーとを提供し、高い解像度を有する照射を可能にすることである。
【０００９】
この目的は、請求項１に記載の制御回路と、請求項１５に記載の電子放出装置の制御方法と、請求項１６に記載のマルチ電子放出装置を制御するアレーとによって達成される。
【００１０】
本発明は、例えばＣＮＴで構成されるようなアレーにおいて、これら個々のＣＮＴに対しもしくはいくつかのＣＮＴを含むより小さなグループに対して、制御回路を設けることで、高い解像度が得られるという知見に基づいている。このとき、制御回路はＣＮＴによって引き出された励起電流を用いて放出された電子線量を明確に検出し、望ましい放射線量が得られた時に対応するＣＮＴをスイッチオフする。さらに、本発明に従えば、励起電流の大きさが検出され、対応するＣＮＴが所定の期間内に十分な電子線量を供給することが可能かどうかが決定される。もし励起電流の大きさが小さすぎた場合、本発明の制御回路は対応するＣＮＴを非作動状態とし、不完全なポイント等がウエハ上に生成されないようにする。
【００１１】
ＣＮＴによって放出される電荷の量は、ＣＮＴによって引き出された励起電流の大きさに依存する。したがって、励起電流を、ＣＮＴによって放出された電荷の量を測定するために利用することができる。ここで、ある時間間隔内に電流によって運ばれる電荷は、この時間間隔内の電流の流れを積分することから測定できるという事実を利用する。ＣＮＴによってある所定量の電荷が放出されたかどうかを決定するためには、その電荷量が所定の電荷しきい値に達しているかどうかをモニタすれば十分である。もしこの電荷しきい値が達成された場合、励起電流をスイッチオフすることで、ＣＮＴをスイッチオフすることができる。また、ＣＮＴの適切な機能は、励起電流に基づいて、すなわち励起電流の大きさが所定の電流しきい値に達しているかどうかをモニタすることにより決定される。もしこの電流しきい値が達成されなければ、このことはレジストを照射するのに必要な電荷の量が所定の時間間隔の内にＣＮＴから放出されなかったということに等しい。この場合、励起電流のスイッチが切られることにより、ＣＮＴを非作動化させることができる。
【００１２】
本発明の利点は、ＣＮＴを制御するための制御回路が、励起電流の大きさと、この励起電流によって運ばれる電荷量という測定可能な二つの量に基づいて構成されているという点である。一つの実施例に従えば、個別のコンパレータが、励起電流の大きさが所定の電流しきい値に達しているか否か、およびこの励起電流によって運ばれた電荷が所定の電荷しきい値に達しているか否かをモニタするために使用される。コンパレータは標準的な要素であるから、本発明の制御回路は低コストで実現することが可能である。
【００１３】
本発明のもう一つの利点は、励起電流の大きさと励起電流によって運ばれる電荷の量との両方は、特に正確な方法でモニタ可能であるということである。なぜなら、励起電流自体は必ずしもモニタされる必要がないからである。実施例に従えば、励起電流と所定の関係にある複数の補助的な電流がカレントミラーを使って生成される。励起電流の大きさと電荷の量との両方は、励起電流に影響を与えることなしにこのような補助的な電流に基づいてモニタされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の望ましい実施例は、添付図に基づいて以下に詳しく述べる。
【図１】電子放出装置を制御するための本発明の制御回路を表す図である。
【図２】本発明の制御回路の一つの実施例を表す図である。
【図３】本発明の制御回路の他の実施例を表す図である。
【図４ａ】露光されるべき基板の周辺に配置されたカーボン・ナノチューブを有するトランジスタの概略図である。
【図４ｂ】トタンジスタの導通状態における制御回路とカーボン・ナノチューブと露光されるべき基板との間における電圧と電位の状況を表す図である。
【図４ｃ】トタンジスタの遮断状態における制御回路とカーボン・ナノチューブと露光されるべき基板との間における電圧と電位の状況を表す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は電子放出装置１を含むアッセンブリが本発明の制御回路３によって制御される様子を表している。制御回路３は、電子放出装置１によって引き出された励起電流４の大きさが所定の電流しきい値を超えているか否かをモニタする手段５を含む。さらに、制御回路３は、電子放出装置によって放出された電荷量が所定の電荷しきい値を超えているか否かをモニタする手段７を含む。電子放出装置を制御するための本発明の制御回路はさらに、励起電流をスイッチオフするための手段９を含む。励起電流は、その電荷しきい値が超えられた場合、またはその値が電流しきい値を下回っている場合に、励起電流４をスイッチオフすることにより電子放出装置１をスイッチオフすることでも役立っている。励起電流をスイッチオフするための手段９は、図１には図示されていない、例えば後続の照射処理のための別の機能を持つ構成を利用して再びスイッチオンされることができる。それにより、電子放出装置１は再び励起電流を引き出し、電荷を放出できるようになる。
【００１６】
図２は本発明の望ましい実施例を示し、ここでは手段９と、手段５と、電荷しきい値を測定するための手段７とが破線で示されている。
【００１７】
励起電流をスイッチオフするための手段９は基本的に、制御入力９３と、入力９５と、出力９７とを有する高電圧トランジスタとして構成されることができるトランジスタ９１を含む。トランジスタ９１の入力９５は、励起電流がその技術的な電流方向に関してこの入力に流入することができるように、つまり、電子放出装置がその物理的電流方向に関して励起電流を引き出すように、図２には示されていない電子放出装置の制御電極に接続されている。
【００１８】
図４ａは、露光されるべき基板４２の周辺に配置されたＣＮＴ４０を有するトランジスタ９１の概略図である。制御回路の「残りの部分」は図４ａに詳しくは図示されていない。一例として、トランジスタ９１は以下の記述においては、自己遮断型(self-blocking)Ｎ‐ＭＯＳＦＥＴであると仮定する。
【００１９】
露光されるべき基板は、グランドに対する電位として、例えば数１０Ｖから＋５０Ｖまで高められる。この電圧は、ＣＮＴのための典型的な作動電圧(operating voltage)に相当する。
【００２０】
図４ｂは、グランドに対し＋５Ｖの電圧がトランジスタの制御入力９３に印加され、基板がグランドに対し＋５０Ｖである状況を表している。正の制御電圧によりトランジスタ９１は導通し、そのため、＋５０Ｖの電圧が基板４２とＣＮＴの頂点との間に印加される。その結果、電流がトランジスタを通って流れ、電子がＣＮＴから基板上に飛び、このようにしてレジストは露光される。
【００２１】
対照的に、図４ｃはトランジスタ９１の制御入力９３がグランドと同じ（０Ｖ）である、すなわちトランジスタが遮断している状況を表している。この場合には、基板４２とＣＮＴとの間に電圧が印加されることはない。これが、ＣＮＴから電子が放出されない理由である。しかしながら、＋５０Ｖは、接続点９５と、例えばグランドのようなリファレンス電位にある接続点９７との間に作用する。
【００２２】
電界放出により、一般的に基板４２の電圧は、電子放出装置を含むソースの先端から電子を放出させるのに十分な数１０Ｖから５０Ｖまでの大きさをもっている。ＣＮＴ４０においては、このソースは、おおよそ数ナノメートルの直径を持つ円筒形で、基板上に配列された炭素素子を複数個含んでいる。
【００２３】
図４ｂと図４ｃに示されるように、トランジスタ９１の導電性を制御するための電圧が制御入力９３に印加可能である。この電圧が印加されると、例えば、自己遮断状態のトランジスタ９１が「スイッチオン」され、入力９５に流入している励起電流は出力９７まで通過する。トランジスタ９１自体が導通状態にあるときに、トランジスタ９１が印加される電圧により「スイッチオフ」されると、それによって励起電流の流れが途絶える。
【００２４】
入力９３がグランドＭに接続されている場合には、トランジスタ９１は遮断状態に変化し、したがって励起電流をスイッチオフする。必要に応じて、トランジスタ９１の接続点９３において電圧を「蓄積」する働きを持つ容量Ｃ１を、制御入力９３とグランドＭとの間に配置してもよい。
【００２５】
励起電流をスイッチオフするための手段９は、制御入力９３とグランドＭの間に接続された選択的スイッチ９９をさらに含み、このスイッチ９９は制御入力９９０１をさらに含む。このスイッチはこの制御入力の信号に依存して開閉する。これにより、容量Ｃ１に蓄積された電流に左右されることなく、制御入力９３をグランドＭに接続することができ、その結果、例えば自己遮断状態のトランジスタ９１を素早くスイッチオフでき、容量Ｃ１を素早く放電できる。これは高い解像度を得るために必要なことである。
【００２６】
図２に示された実施例はまた、少なくとも一つの補助電流を生成するための手段１１を含む。手段１１は、励起電流をできるだけ正確に測定でき、したがって誤差を許さないものでれば、大変有利である。補助電流と励起電流の間に所定の関係がある場合、電流しきい値と電荷しきい値はともに、この補助電流に基づいて決定されることができる。
【００２７】
少なくとも一つの補助電流を生成するための手段１１は、例えば、第１入力１１０３と、第２入力１１０５と、第３入力１１０７とを有するカレントミラー１１０１と、グランドＭに接続された出力１１０９とを含むことができる。カレントミラー１１０１の第１入力１１０３はトランジスタ９１の出力９７に接続されており、そのため、励起電流はこの第１入力に流入することができ、さらに第２入力１１０５と第３入力１１０７とのそれぞれに流入する二つの補助電流を生成することができる。
【００２８】
カレントミラー１１０１の第２入力１１０５に流入する補助電流は、図２に示された実施例の中においては、電荷しきい値を決定するための手段７に利用されている。手段７はさらに、第１入力７１０１と、第２入力７１０３と、出力７１０５とを有する第１コンパレータ７１を含む。電荷しきい値を決定するために利用することができる所定のリファレンス電力は、入力７１０１に印加されてもよい。コンパレータ７１の第２入力７１０３は、容量７３を介し、供給電圧ＶDDを提供する供給電圧源に接続されている。容量７３は、カレントミラー１１０１の第２入力１１０５に流入する補助電流を積分する働きをし、補助電流は励起電流と所定の関係にある。そのため、補助電流によって運ばれた電荷に比例する電圧が、公知の関係（電荷量＝∫Ｉｄｔ、電圧＝（１／Ｃ）∫Ｉｄｔ、Ｃは容量７３の値を表す）により、第２入力７１０３に存在する。
【００２９】
コンパレータ７１は二つの入力７１０１と７１０３とにおける電圧を比較し、この比較の結果を出力７１０５に提供する。第２入力７１０３の電圧が第１入力７１０１の電圧よりも大きければ、これはすなわち、容量がすでに電荷しきい値を超える一定量の電荷を引き出したということを意味する。
【００３０】
ここで注目すべきことは、上述した容量７３は、例えば適切に接続された演算増幅器のような積分機能を持つあらゆる機能を持つ構成と交換されうるということである。
【００３１】
上記容量７３と並列に、制御入力７５０１に接続され得るスイッチ７５を設け、上記電子放出装置の新たな電子放出処理の前に、スイッチ７５を橋絡させるによって容量７３を放電させるようにしてもよい。
【００３２】
図２に示された実施例はさらに、第１入力５１０１と、第２入力５１０３と、出力５１０５とを有する第２コンパレータ５１を含む。電流しきい値を決定するのに利用可能なリファレンス電圧は、入力５１０１に印加可能である。この実施例において、このコンパレータの第２入力は、カレントミラー１１０１の第３入力１１０７に接続されており、カレントミラー１１０１には励起電流と所定の関係にあるもう一つの補助電流が流入する。コンパレータ５１の第２入力５１０３はまた、抵抗を介して電圧ＶDDを供給する電圧源にも接続されている。この抵抗を通過した補助電流は、第２入力５１０３における電圧に帰着し、この電圧は第１入力５１０１におけるリファレンス電圧と比較される。この電圧が第１入力５１０１におけるリファレンス電圧よりも小さければ、すなわち、補助電流の大きさが、抵抗５３にかかる電圧によって示される電流しきい値を下回ったということを意味する。この場合には、コンパレータ５１の出力５１０５において、その値（補助電流の値）が電流しきい値を下回ることを示す出力信号が存在する。
【００３３】
ここで注目すべきことは、抵抗５３は、例えば電流制御された電圧源のような、電流を電圧に変換する機能を持つあらゆる構成と交換されうるということである。
【００３４】
図２に示された実施例において、コンパレータ７１、５１の出力は、論理回路１３の入力１３０１、１３０３にそれぞれ接続されており、この論理回路１３は、第１出力１３０５と第２出力１３０７をさらに含んでいる。論理回路１３は、その入力における信号が、ＯＲ操作のような適切な処理を用いて結合されるかもしくは評価されることができ、そしてこの操作の結果は、第１出力１３０５からスイッチ９９の制御入力９９０１に接続されるように構成されている。もし電流しきい値を下回る値が生じたり、もしくは電荷しきい値を超える値が生じたりした場合には、スイッチ９９は論理回路１３の第１出力１３０５における信号にしたがって閉じられ、そのためトランジスタ９１は遮断状態に変化し、励起電流をスイッチオフする。コンパレータ７１と５１との２つの出力信号は、論理回路１３の中で互いに結合され、その結果、線量すなわち放出された電荷量が正しい値をもつ場合もしくは電流の大きさが電流しきい値を超えない場合に、（高電圧の）トランジスタ９１が開かれる。
【００３５】
論理回路１３の第２出力１３０７における信号は選択的であり、例えば、別の上位モニタリング手段に供給されることができる。このことは、複数の電子放出装置１がアレーに配列され、各電子放出装置が本発明の制御回路を含んでいる場合に特に有利である。論理回路１３の第２出力１３０７は各制御回路に関連した識別特徴を提供し、その特徴はマルチ電子放出装置を形成する配列の中で、該当する電子放出装置を明快に識別する。この識別特徴を用いて、上位のモニタリング手段は複数の制御回路をモニタすることができ、例えば、値が電流しきい値を下回った場合に、それぞれの制御回路などを無効にすることができる。
【００３６】
図３は電子放出装置を制御するための制御回路の他の実施例を表している。この実施例の多くの機能は図２の中にすでに含まれているため、同一の参照番号を持つ機能については再度の説明を省略する。
【００３７】
図２に示された実施例とは対照的に、図３に示す励起電流をスイッチオフするための手段９は、さらにいわゆるクロックパンチスルー(clock-punch-through)効果を緩和するための電流供給装置を含む。このクロックパンチスルー効果は、接続点電位の急速で急激な変化に起因しうるものであり、この変化とは、隣接する接続点においてさえもスイッチ操作の間及び直後に電位変動をもたらすものであって、これは例えば接続点の結合容量のような、寄生的な結合要素に起因する。このとき、電位変動の大きさと持続時間は、隣接する接続点を通って流れる電流によって決定される。これはすなわち、電流のない接続点に電流が供給された場合に、特に強力なクロックパンチスルーが存在するということを意味する。さらに、寄生的容量は、例えば励起電流によって再充電されるため、励起電流は効果を失う。この効果を可能な限り防ぐため、同一のバイアス電流が全ての分岐回路に対して導入され、スイッチオンされた電流の電位降下を用いた測定と、電荷を測定するためのその電流の積分とが、悪影響を受けないようにされる。本発明の実施例では、一定の（バイアス）電流が、トランジスタ９１の「下流」にある接続点内の回路に常に導かれる。
【００３８】
この実施例の中の電流供給装置１５は電流源１５０１を含み、この電流源の入力に対し、電圧が印加されることができる。この電圧とは例えば、トランジスタ９１と並列に接続された電圧ＶDDなどであり、この電流源によって出力された再充電電流がトランジスタ９１を通った励起電流の上に付加されるようになっている。電流源１５０１によって供給されるこの再充電電流は、上述の寄生的な結合容量を再充電するのに用いられ、したがってこのために励起電流を失うことはない。励起電流をスイッチオフするための手段９をスイッチオンする際に、このことは非常に重要である。なぜなら、ここでスイッチ９９が開かれ、所定の電圧が制御入力９３に印加されることでトランジスタ９１がスイッチオンされ、導通状態になるためである。もし仮に、所定量に設定することも可能な再充電電流を接続点９７に対して供給する電流供給装置１５が用いられなかったとすれば、励起電流の一部が寄生的な容量を再充電するのに用いられる必要があるであろうし、その結果、手段９はある時間後に定常状態へと変化するだけであろう。このような電流供給装置１５がなければ、励起電流の一部をこのスイッチングの間に測定することはできないであろうし、その結果、電流しきい値も電荷しきい値も、十分な精度で測定することが不可能であろう。しかしながら、例えば電子放出装置から放出される電荷の量を選択的に決定し、これによって高い解像度を得るためには、これらしきい値を十分な精度で測定することが不可欠である。
【００３９】
電流供給装置１５から接続点９７に供給される電流は、上述の寄生的な容量を再充電する働きも持っており、その結果、手段９をスイッチオンする際にその定常状態はより高速で確立される。
【００４０】
ここで注目すべきことは、電流源１５０１を用いた電流供給装置１５を実現することは、可能な実施例の一つを表しているに過ぎない。一般に、再充電電流は、例えば適切に接続されたカレントミラーもしくは電圧制御された電流源などの、再充電電流を供給可能な機能を持つあらゆる構成によって生成されることができる。
【００４１】
図３に示す実施例はさらに、電荷しきい値を決定するための手段７に対し、電流供給装置１５から供給される再充電電流に依存した別の電流を供給するもう一つの電流供給装置１７を含む。図３に示された実施例においては、電流供給装置１７は容量７３に並列に接続され、かつその出力が接続点７１０３に接続されている電流源１７０１を含む。
【００４２】
ここで注目すべきことは、電流供給装置１７を実現させるためにこの実施例に用いられている電流源１７０１は、電流供給装置１７を実現させるための一つの可能な形態を表しているに過ぎないことである。原則として、電流供給装置１７は、電流供給装置１５から供給される再充電電流に依存して電流を供給する機能を持つあらゆる構成を用いて実現することができる。
【００４３】
さらに、図３に示されたこの実施例は、電流しきい値を決定するための手段５に対し、電流供給装置１５によって印加される再充電電流に依存した別の電流を供給するための、もう一つの電流供給装置１９を含む。この実施例において、電流供給装置１９は電流源１９０１を含み、その出力は接続点１５０３に接続され、その入力に対しては、例えば電圧ＶDDのような電圧が印加可能である。
【００４４】
ここで注目すべきことは、電流供給装置１９は、すでに電流供給装置１７に関して述べたように、様々な異なる方法によって実現することができるということである。
【００４５】
電流供給装置１７と電流供給装置１９とによって供給される電流は、スイッチオフ装置９のスイッチオン状態において励起電流の上に付加される再充電電流を調整する働きをもつ。この再充電電流は、電流供給装置１５から供給され、励起電流の大きさと放出される電荷の量との両方が、間違いなく、つまり十分に正確な方法で測定されることができるように調整される。
【００４６】
図２と図３に示された実施例においては、電気的な視点から見ると、全体の電子回路はグランドレベルにあり、ＩＣ技術には通常の５Ｖまでの電圧ＶDDによって作動する。トランジスタ９１は、正の供給電圧よりもかなり高い電圧のドレインを持つ高電圧トランジスタとして形成されても良い。
【００４７】
図２と図３に示された実施例は、さらに調整回路を含み、この調整回路により、入力信号として解釈されることもできるトランジスタ９１の制御入力９３に印加可能な電圧が論理回路１３をリセットさせるようにしても良い。容量の電荷は、スイッチ７５の制御入力７５０１に印加可能なリセット信号を介してゼロにセットされ、トランジスタ９１は閉じられ、コンパレータ５１は所定の遅延をもってスイッチオンされる。コンパレータ５１が、遅延の後にのみスイッチオンされるのは、定常の励起電流がモニタされるようにするためである。コンパレータ５１は初めに、所定の遅延の後に、最小の励起電流があるかどうかをチェックする。したがって、コンパレータ７１は、容量７３の電圧差を、ミラーされ積分された励起電流に基づいてモニタする。コンパレータ５１と７１との二つの出力信号は、論理回路１３において適切に評価され、出力１３０７における出力信号（Ｏｕｔ）が処理のために導き出される。次に、スイッチ９９が開かれ、その結果、トランジスタ９１を通る、あるいは電子源を通る励起電流は存在しなくなる。
【００４８】
本発明のもう一つの側面は、マルチ電子放出装置を制御するためのアレーに関する。マルチ電子放出装置は、アレーに配列された複数の電子放出装置を含み、これらの電子放出装置は、本発明の制御回路によって、個々としても、もしくは小グループを形成するように統合された場合にはグループとしても制御されることができる。例えば、マルチ電子放出装置がＣＮＴを含んでいる場合には、高い解像度をもち、構成が素早く生成されるためには、ＣＮＴもしくはＣＮＴのグループから放出される電荷の量が十分に正確な程度で調整されうることが重要である。もしＣＮＴに欠陥があった場合、すなわち電子が全く放出されないかもしくは所定の時間間隔の間に必要な量の電荷が得られない場合には、不完全な構成ポイントを生じさせないために、ＣＮＴはスイッチオフされなければならない。これは、制御回路を非作動化し、励起電流をスイッチオフすることで得られる。
【００４９】
上記の問題により、本発明に従えば、マルチ電子放出装置の各電子放出装置はそれ自身を明確に識別させる識別特徴、例えばアレー座標に基づいて形成されたアドレスなどを持つ。さらに、各電子放出装置が、例えば励起電流の大きさが所定の電流しきい値に届いているかなどの現在の動作状態を上位のモニタリング手段に知らせ得ることが必要である。図２と図３に示された本発明の実施例は、第２出力１３０７において論理回路１３を含み、この論理回路１３の情報は上位のモニタリング手段に利用されることができる。例えば、もし励起電流の大きさが所定の電流しきい値に達していない場合、本発明のコンパレータ５１は対応する出力信号を供給し、その結果、コンパレータ５１と７１の二つの出力信号が論理回路１３によって適切に評価された後に、上位のモニタリング手段に対し電流の大きさが電流しきい値を下回ることを表す対応信号が出力１３０７において存在するようになる。そのため、対応する電子放出手段の制御回路が非作動状態となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月4日(2005.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項３または４に記載の制御回路において、上記第２手段（５）は、
第１入力と第２入力と出力とを有し、上記電荷しきい値を決定するために使用されるリファレンス電圧が上記第１入力に入力されるコンパレータ（５１）と、
電圧源と上記コンパレータ（５１）の上記第２入力との間に接続され、補助電流を上記コンパレータ（５１）の上記第２入力に印加可能な電圧へと変換するように形成された電流―電圧変換器（５３）と、
を含むことを特徴とする制御回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【国際調査報告】
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