真空電子波デバイスの為のエピタキシャル金属/絶縁体構造平面放出型冷陰極

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本研究は、ホットエレクトロントランジスタで高い利得が得られている唯一の金属/絶縁体構造であるエピタキシャル成長によるSi半導体上CoSi_2-CaF_2金属/絶縁体構造により、真空電子波デバイスのための平面放出型冷陰極を実現することを、目的に行われ、以下の実績を得た。1) Si基板上に形成された金属(Au)/絶縁体(CaF_2)/半導体(Si)構造に、電圧を印加した場合のポテンシャルの形状を自己無撞着計算により得た。また、走査型プローブ顕微鏡の探針を素子表面に近づけ、ショットキー効果を生じさせることで、金属/絶縁体/半導体構造より放出した電子を、トンネル障壁より高いエネルギーを持たせられることを明らかにした。そして、実際に作製した素子より放出された電子の検出を試み、素子表面-探針間の距離の変化による素子表面-探針間障壁の変化時の検出電流の変化から、検出された電流が金属/絶縁体/半導体構造より放出した電子であることを確認した。その大きさは素子への印加電圧3Vにおいて、約4pAであった。2) 金属/絶縁体エピタキシャル成長の改善の為に、Si半導体上CoSi_2-CaF_2金属/絶縁体構造ホットエレクトロントランジスタの特性改善を通して、評価を行った。安定して電圧が印加できる金属/絶縁体構造を得るためには、現時点では電子ビーム露光法による極微細化を進めることが必要なことが明らかであることを実験的に明らかにした。3) 極微細化した構造を積層化することが重要であることから、多数回の電子ビーム露光を組み合わせた素子作成技術を開発した。また、結晶成長とウェットケミカルエッチングを組み合わせたプロセスの開発を行い、その結果をDHBTに応用した。