极微小真空管-J-Stage.PDF

技術解説 極 微 小 真 空 管 ―真空 マイ クロエ レク トロニ クス― 金 丸 正 剛 †, 伊 藤 順 司 † ミクロン以下のサイズの電子放出源 を利用した真空管の研究開発が活発 になっている.我々が行 っている素子試作結果 を報告するとともに,この分野の研究動向を電子源の作製方法 とその応用例 を中心に紹介 し,今後の展望を述べる. 電子 を真空 中に放 出す るものである.こ の機構 による 1.　ま え が き 放 出電流 は下式 のFowler-Nordheimの式で与 え られ 近年 の半導体技術 の進歩 には著 しい ものがあ り,1 る4). μm以下 の超微細加 工 が当然 の技術 にな って きてい る.こ の微細加 工技術 を他 の分野 に も利用 しよ うとい う動 きが最近活発 にな りつつある.そ のひ とつが,ミ (1) クロンサイズの電子源(エ ミッタ)を有す る電子素子 を ここで,E:電 界強度,φ:電 子源材 料 の仕事 関数 , 利用 した真空マイ クロエ レク トロニクスである1)～3).S:エ ミッシ ョン面積 である.ま た,式 中の補正係数 真空 中を運動す る電子 は半導体 中の電子 の よ うに散 t2(y),υ(y)は鏡像力 を考慮 した項 で あ り,通常 はい 乱 を受 けることがないので2桁 以上 の高速 で運動 でき ずれ もお よそ1で ある. るため,真 空管 を現在 の半導体微細 デバイス程度 に縮 電界放 出を引き起 こす に充分 な電界 を固体表面 に印 小 で きれ ば,高 速 な電子素子 にな る可能性 がある.ま 加す るためには,エ ミッタの一部 に電界 を集 中 させ る た,真 空 中に取 り出 した電子 は外部 か らの電磁界 に よ 必要が ある.そ のため,エ ミッタには鋭 い針状 のチ ッ り容易 に偏 向,集 束 できるので,半 導体 のプ レーナ技 プが一般 的に用い られてい る.ア ノー ドとの間に加 え 術 を応用 して基板上 に電子光学系 を集積 させ た新 しい デバイス,あ るいはシステムの実現 も期待 され る. 固体 か ら真空 中に電子 を取 り出す には種 々の方法が ある.電 界放 出,熱 電子放 出,光 電子放 出,pn接合 のアバ ランシェ降伏 時のホ ッ トエ レク トロンを利用 し た もの,金 属/絶縁物/金属接合 の トンネル現象 を用い た ものな どが よ く知 られてい る. この うち,真 空マイ クロエ レク トロニクス分野では 電界放 出エ ミッタが最 も多 く研究 されてい る.電界放 出の場合 には固体表面 に107V/cm以上の強電界 を印 加 す ることに よ り,図1に 示す よ うなポテ ンシャル分 布 を形成 し,量 子力学的 トンネル効果 によ り固体 内の †電子技術総合研究所 電子デバイス部プロセス基礎研究室 Vacuum Microelectr onics by Seigo Kanemaru and Junji Itoh (Process Fundamentals Section , Electron Devices 図1　 金属表面 に強電界 を印加 した ときのポテ ンシ ャ Division, Electrotechnical Laboratory, Tsukuba) ル分布 612(42) テ レ ビジ ョン学