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JP4389625B2 - Driving method of electron source - Google Patents
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Description

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。   In the present invention, a voltage is applied so that the surface electrode is on the high potential side between the surface electrode provided on the main surface of the electron passing layer that is solid and the lower electrode facing the surface electrode through the electron passing layer. The present invention relates to a driving method of a field emission type electron source that emits electrons when applied.

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。   Various types of field emission type electron sources have been proposed. For example, as shown in FIG. 6, a lower electrode 2 is formed on a support substrate 1 made of an insulating substrate such as a glass substrate or a ceramic substrate. And a structure in which an electron passage layer 4 made of a semiconductor is interposed between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 is known. Various structures are known for the electron passage layer 4. For example, an electron source having an MIM structure in which the electron passage layer 4 is formed of an insulator layer such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide, An electron source in which a strong electric field drift layer having a fine structure such as porous polycrystalline silicon is formed is known. In any electron source, a voltage at which the surface electrode 3 is at a high potential is applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3, and an electric field is applied to the electron passage layer 4, so that the surface electrode The electrons tunneling 3 are emitted.

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)。   The example shown in FIG. 6 is an electron source provided with an electron passage layer 4 having a fine structure, and the electron passage layer 4 performs nanocrystallization processing such as anodic oxidation on non-doped polycrystalline silicon. Thus, a structure having a strong electric field drift layer as shown in FIG. 7 is formed. As shown in FIG. 7, the strong electric field drift layer formed in the electron passage layer 4 has a large number of columnar grains 41 made of polycrystalline silicon extending in the thickness direction of the electron passage layer 4 as an internal structure. Between the grains 41 there are a large number of silicon microcrystals 42 in the order of nanometers. Further, on the surfaces of the grains 41 and the microcrystals 42, silicon oxide films having a film thickness smaller than the grain size of the microcrystals 42 are formed as insulating films 43 and 44 (see, for example, Patent Document 1).

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。   As shown in FIG. 6, the electron source having this structure is used with the collector electrode 6 facing the surface electrode 3, and the surface electrode 3 has a higher potential than the lower electrode 2 between the lower electrode 2 and the surface electrode 3. A DC voltage is applied from the power supply circuit 5 so that the collector electrode 6 is at a higher potential than the surface electrode 3 between the collector electrode 6 and the surface electrode 3. . When a voltage is applied in the relationship of FIG. 6, electrons are injected from the lower electrode 2 into the electron passage layer 4. Inside the electron passage layer 4, an electric field is intensively generated in the insulating films 43 and 44 and the insulating films 43 and 44 are very thin, so that the electric field strength of the electric field generated in the insulating film 43 becomes extremely large. Therefore, the electrons injected into the electron passage layer 4 are accelerated by a strong electric field generated in the insulating films 43 and 44, drift in the region between the grains 41 toward the surface electrode 3, and tunnel through the surface electrode 3 in the air. To be emitted. That is, inside the electron passage layer 4, electrons move along the insulating films 43 and 44, so that they are hardly scattered by the microcrystal 42, move toward the surface electrode 3 at a high speed, and move the surface electrode 3. Tunnel easily.

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。
特開2003−203589号公報(第0003−0012段落、図16−18)
By the way, in Patent Document 1, in order to emit electrons captured in traps due to defects, impurities, dangling bonds, etc. existing in the electron passage layer 4, the surface electrode 3 is provided. In addition to the forward voltage period in which the lower electrode 2 has a high potential (in Patent Document 1, the period in which the forward bias is applied), the reverse voltage period in which the surface electrode 3 has a lower potential with respect to the lower electrode 2 (Patent Document). 1 describes a technique for providing a period during which a reverse bias voltage is applied. In the technique described in Patent Document 1, the voltage applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 is managed, and the magnitude relationship between the voltage applied in the forward voltage period and the voltage applied in the reverse voltage period. And provisions on the application time.
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-203589 (paragraph 0003-0012, FIGS. 16-18)

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。   By the way, in the technique described in Patent Document 1, since the voltage applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 is managed, it seems that dielectric breakdown has occurred in a part of the insulating films 43 and 44. In such a case, an excessive current flows through the electron passage layer 4 and a large Joule heat may be generated to promote deterioration of the electron passage layer 4. The dielectric breakdown of the insulating films 43 and 44 may be caused by, for example, trapping electrons in traps formed inside the electron passage layer 4 or deterioration of the electron passage layer 4 over time. This is considered to be caused by the local concentration of the electric field in FIG. In short, since the technique described in Patent Document 1 is configured to control the voltage applied to the electron passage layer 4, a region where current easily flows locally in the electron passage layer 43 is generated, and the resistance value is reduced. In such a case, the current passing through the electron passage layer 4 is increased in order to maintain the applied voltage, and the deterioration of the electron passage layer 4 may be promoted by Joule heat.

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。   The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to prevent overcurrent from passing through the electron passage layer regardless of the forward voltage period and the reverse voltage period, and to suppress deterioration of the electron passage layer. It is to provide a driving method of an electron source.

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。   According to the first aspect of the present invention, a voltage is applied between the surface electrode provided on the main surface of the electron passage layer and the lower electrode facing the surface electrode so that the surface electrode has a higher potential than the lower electrode, and the electron passage layer A method of driving an electron source that emits electrons that tunnel through the surface electrode from the electron passage layer by applying an electric field to the surface, and the voltage between the surface electrode and the lower electrode is higher than the lower electrode. And a reverse voltage period for applying a voltage at which the surface electrode has a lower potential than the lower electrode is provided between the surface electrode and the lower electrode, and the electron passage layer is provided in the forward voltage period and the reverse voltage period. Current flowing through the electron passage layer so that the current density of the current flowing through the electron passage layer during the reverse voltage period is equal to or lower than the current density of the current flowing through the electron passage layer during the forward voltage period. Swing Characterized in that it sets the.

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。   According to this method, since the current passing through the electron passage layer is maintained at a set value, overcurrent does not pass through the electron passage layer regardless of the forward voltage period and the reverse voltage period, and Deterioration can be suppressed. That is, even if dielectric breakdown occurs in part of the electron passage layer, the progress of dielectric breakdown during the reverse voltage period can be suppressed.

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。   According to a second aspect of the present invention, a voltage is applied between the surface electrode provided on the main surface of the electron passage layer and the lower electrode facing the surface electrode so that the surface electrode has a higher potential than the lower electrode, and the electron passage layer. A method of driving an electron source that emits electrons that tunnel through the surface electrode from the electron passage layer by applying an electric field to the surface, and the voltage between the surface electrode and the lower electrode is higher than the lower electrode. And a reverse voltage period for applying a voltage at which the surface electrode has a lower potential than the lower electrode is provided between the surface electrode and the lower electrode, and the electron passage layer is provided in the forward voltage period and the reverse voltage period. The amplitude of the current flowing through the electron passage layer so that the amount of charge moving through the electron passage layer during the reverse voltage period is equal to or less than the amount of charge moving through the electron passage layer during the forward voltage period. And current flow Characterized in that it sets the time and.

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。   According to this method, since the current passing through the electron passage layer is maintained at a set value, overcurrent does not pass through the electron passage layer regardless of the forward voltage period and the reverse voltage period, and Deterioration can be suppressed. That is, even if dielectric breakdown occurs in part of the electron passage layer, the progress of dielectric breakdown during the reverse voltage period can be suppressed. In addition, by defining the amount of charge between the forward voltage period and the reverse voltage period, the reverse voltage period prevents the electrons trapped in the trap inside the electron passage layer from being excessive or insufficient during the forward voltage period. By adjusting the charge amount at, electrons trapped in the trap can be released without damaging the electron source during the reverse voltage period. In addition, since the amount of charge moving through the electron passage layer is a function of the amplitude of the current passing through the electron passage layer and time, the amplitude can be reduced by increasing the time, resulting in the electron passage layer. The voltage applied to the voltage decreases, and the stress on the electron passage layer during the reverse voltage period can be reduced.

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。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the current that flows through the electron passage layer during the forward voltage period and the reverse voltage period is a rectangular wave pulse current.

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。   According to this method, since a rectangular wave pulse current flows in the forward voltage period and the reverse voltage period, the charge amount can be determined by the product of the current value and the pulse width, and the charge amount can be easily managed.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a plurality of pulse currents are intermittently passed through the electron passage layer during the reverse voltage period.

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。   According to this method, since current is intermittently passed through the electron passage layer during the reverse voltage period, the temperature increase of the electron passage layer is suppressed, and deterioration due to the temperature increase is suppressed.

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。   According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect of the invention, the ON period of one pulse current in the reverse voltage period is set to be less than or equal to the ON period of one pulse current in the forward voltage period. It is characterized by.

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。   According to this method, even when the amplitude of the pulse current in the reverse voltage period is equal to the amplitude of the pulse current in the forward voltage period, the charge amount in the reverse voltage period is made smaller than that in the forward voltage period. The amount of heat generated can be suppressed.

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。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, an output current of a power supply circuit that applies a voltage between the lower electrode and the surface electrode during the forward voltage period and the reverse voltage period. Monitoring is performed by a current sensor, and feedback control is performed on the output of the power supply circuit so as to maintain a preset current value for the forward voltage period and the reverse voltage period.

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。   According to this method, the current flowing through the electron passage layer can be accurately controlled by feedback control of the current flowing through the electron passage layer.

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。   According to a seventh aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the lower electrode passes through one of a pair of constant current diodes connected in reverse parallel to each other from a power supply circuit in the forward voltage period and the reverse voltage period. Each of the constant current diodes is selected such that a voltage is applied between the electrode and the surface electrode, and a preset current value flows in the forward voltage period and the reverse voltage period.

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。   According to this method, open control is performed while the current flowing through the electron passage layer is maintained at a set value, so that the configuration for flowing current through the electron passage layer becomes simpler than when feedback control is performed.

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。   In the invention of claim 8, in the invention of claims 1 to 7, after repeating the forward voltage period and the reverse voltage period a plurality of times, a value of a current flowing through the electron passage layer in the forward voltage period is obtained, A voltage determined so as to obtain the current value is applied between the lower electrode and the surface electrode in a forward voltage period, and a current value that is a specified ratio with respect to the current value is a current in a reverse voltage period. It is characterized by being used for a value.

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。   According to this method, so-called aging is performed on the electron source, so that the forward voltage period is maintained while the electron emission surface is cleaned by detaching impurities, adsorbed gas, etc. adhering to the electron source from the electron emission surface. In addition, the current value in the reverse voltage period can be determined.

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。   According to the method of the invention of claim 1, since the current passing through the electron passage layer is maintained at the set value, overcurrent can pass through the electron passage layer regardless of the forward voltage period and the reverse voltage period. And deterioration of the electron passage layer can be suppressed. That is, even if dielectric breakdown occurs in a part of the electron passage layer, there is an advantage that the progress of dielectric breakdown during the reverse voltage period can be suppressed.

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。   According to the method of the invention of claim 2, since the current passing through the electron passage layer is maintained at the set value, overcurrent may pass through the electron passage layer regardless of the forward voltage period and the reverse voltage period. There is an advantage that deterioration of the electron passage layer can be suppressed. That is, even if dielectric breakdown occurs in part of the electron passage layer, the progress of dielectric breakdown during the reverse voltage period can be suppressed. In addition, by defining the amount of charge between the forward voltage period and the reverse voltage period, the reverse voltage period prevents the electrons trapped in the trap inside the electron passage layer from being excessive or insufficient during the forward voltage period. By adjusting the charge amount at, electrons trapped in the trap can be released without damaging the electron source during the reverse voltage period. In addition, since the amount of charge moving through the electron passage layer is a function of the amplitude of the current passing through the electron passage layer and time, the amplitude can be reduced by increasing the time, resulting in the electron passage layer. This has the advantage that the voltage applied to the voltage drops and the stress on the electron passage layer during the reverse voltage period can be reduced.

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。   In the embodiments described below, the explanation will be made on the assumption that a field emission type electron source similar to the conventional configuration shown in FIGS. 6 and 7 is used. An electron having a structure in which an electron passing layer 4 is provided between the electrode 3 and electrons are emitted from the electron passing layer 4 through the surface electrode 3 by applying a voltage between the lower electrode 2 and the surface electrode 3. Any structure can be used as long as a current passes between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 in the direction along the electron passage layer 4.

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。   The electron passage layer 4 in the electron source having the structure shown in FIGS. 6 and 7 can flow a current bidirectionally between the lower electrode 2 and the surface electrode 3. Therefore, when a voltage is applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 so as to make the surface electrode 3 have a high potential with respect to the lower electrode 2 in order to emit electrons, the electron passage layer is formed from the surface electrode 3. 4, a current flows toward the lower electrode 2, and when a voltage is applied so that the surface electrode 3 has a low potential with respect to the lower electrode 2, a current flows from the lower electrode 2 through the electron passage layer 4 toward the surface electrode 3. Flowing. In the following, the forward voltage period T1 is a period from the start of voltage application so that electrons are emitted until the voltage is applied with reverse polarity, and the reverse voltage period T2 is a voltage having a polarity opposite to that of the forward voltage period T1. A period from the start of application to the start of the forward voltage period T1 (see FIG. 1B). The forward voltage period T1 and the reverse voltage period T2 may each have a period in which no voltage is applied. As shown in FIG. 1A, a voltage is applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 by a power supply circuit 5 having a current source. As will be described later, the power supply circuit 5 of the present embodiment has a function of keeping the current density of the passing current of the electron passing layer 4 at a preset target value and limiting the upper limit of the current density.

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。   Hereinafter, the current flowing through the electron passage layer 4 between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 is referred to as a diode current. The diode current can be detected as a current flowing in a path passing through the power supply circuit 5 between the lower electrode 2 and the surface electrode 3. Since the diode current can flow in both directions as described above, when it is necessary to distinguish the direction, the diode current when the voltage having the polarity for emitting electrons from the surface electrode 3 is applied is the forward diode. This is called current Id, and the diode current when a reverse polarity voltage is applied is called reverse diode current -Id.

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。   In the illustrated example, a collector electrode 6 is provided opposite to the surface electrode 3, and a DC power supply 7 is provided between the surface electrode 3 and the collector electrode 6 so that the collector electrode 6 has a higher potential than the surface electrode 3. Voltage is applied. Hereinafter, a current flowing between the surface electrode 3 and the collector electrode 6 by electrons emitted from the surface electrode 3 is referred to as an emission current Ie. The emission current Ie can be detected as a current flowing in a path passing through the DC power source 7 between the surface electrode 3 and the collector electrode 6.

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。   FIG. 2 shows the relationship of the forward diode current Id, the reverse diode current −Id, and the emission current Ie with the potential of the surface electrode 3 when the potential of the lower electrode 2 is set as a reference potential. That is, in the illustrated example, when the potential is 0 V, it indicates that the potential of the surface electrode 3 is equal to the potential of the lower electrode 2, and in the region where the potential is positive, electrons are emitted from the surface electrode 3 and the emission current Ie is As the current flows, a forward diode current Id flows, and in a region where the potential is negative, electrons are not emitted and only the reverse diode current -Id flows. Further, all of the forward diode current Id, the reverse diode current −Id, and the emission current Ie increase as the potential difference between the surface electrode 3 and the lower electrode 2 increases.

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。   In order to measure the characteristic indicating the relationship between the potential and the current shown in FIG. 2, the potential of the surface electrode 3 is higher than the potential of the lower electrode 2 so that the difference between the potential of the lower electrode 2 and the potential of the lower electrode 2 increases with time. Then, a series of operations of changing the potential of the surface electrode 3 on the low potential side with respect to the potential of the lower electrode 2 so that the difference from the potential of the lower electrode 2 spreads over time is repeated three times. During the second operation, the forward diode current Id, the reverse diode current -Id, and the emission current Ie are measured. The reason for measuring during the third operation is to age the electron source. Note that the number of times of repeating the forward voltage period T1 and the reverse voltage period T2 for aging is not limited to two times, and may be repeated three or more times.

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/cmとし、順方向ダイオード電流Idの電流密度を100mA/cm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/cm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。 As described above, when the relationship between the forward diode current Id, the reverse diode current −Id, and the emission current Ie with respect to the potential difference between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 is obtained, the relationship between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 A reference value for the voltage applied between them can be determined. For example, the current density of the emission current Ie is 1 mA / cm 2 , the current density of the forward diode current Id is 100 mA / cm 2, and the current density of the reverse diode current −Id is 10% of the forward diode current Id. It can be determined as 10 mA / cm 2 or the like. The reverse diode current −Id may be 5 to 30% of the forward diode current Id. In order to satisfy the above-described conditions, the potential difference between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 may be obtained with reference to FIG. 2, for example, 18 V from the request for the forward diode current Id, and the reverse diode current −Id. It is set to -16V from the request. Note that the current density of the reverse diode current −Id may be selected within a range of 5 to 30% of the current density of the forward diode current Id.

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。   By the way, in the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the waveform of the current flowing between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 in the electron passage layer 4 is a rectangular wave, and the electron passage layer 4 has a rectangular wave. The pulse currents P1 and P2 are supplied. The pulse currents P1 and P2 are generated by the power supply circuit 5. The power supply circuit 5 monitors the current flowing through the electron source A by the current sensor 8, and the current value detected by the current sensor 8 is supplied to the power supply circuit 5. The output voltage is feedback controlled so that the value is maintained. Here, since the areas of the lower electrode 2 and the surface electrode 3 do not change, the current value of the forward diode current Id or the reverse diode current −Id detected by the current sensor 8 is proportional to the current density. That is, the power supply circuit 5 performs feedback control so as to keep the current densities of the forward diode current Id and the reverse diode current −Id flowing in the electron passage layer 4 at target values.

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。   Note that the magnitude of the forward diode current Id and the reverse diode current −Id is defined by the current density of the current passing through the electron passage layer 4 from the power supply circuit 5 to the plurality of electron sources A. This is because when the number of electron sources A to be supplied is collectively changed and the number of electron sources A to be driven changes with time, the output value of the current sensor 8 varies depending on the number of electron sources A being driven. is there. Therefore, in such a case, the output value of the current sensor 8 is substituted for the current density by dividing by the number of the electron sources A to be driven.

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。   As described above, the current density of the reverse diode current −Id is selected in the range of 5 to 30% of the current density of the forward diode current Id, and the current density of the reverse diode current −Id is the forward direction. It is set smaller than the current density of the diode current Id. Therefore, when a reverse diode current -Id is passed, particles with a small mass such as electrons trapped in the trap move, but a large current that affects the fine structure inside the electron passage layer 4 is As a result, the generation of Joule heat can be suppressed.

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。   The power supply circuit 5 includes a protection circuit that reduces the output current (including when the output is stopped) when the output current exceeds a threshold value defined for the target value. That is, the upper limit values of the forward diode current Id and the reverse diode current −Id are defined by the protection circuit, and an extremely large current may flow in the electron passage layer 4 with respect to the target value set in the power supply circuit 5. However, the Joule heat generated in the electron passage layer 4 can be suppressed to prevent the electron passage layer 4 from being damaged. As described above, the forward diode current Id and the reverse diode current −Id are both pulse currents P1 and P2, the pulse width is set to 1 ms, for example, and the duty for the forward voltage period T1 and the reverse voltage period T2 is For example, it is set to 10%. That is, the forward diode current Id and the reverse diode current −Id are allowed to flow for 1 ms for each of the forward voltage period T1 and the reverse voltage period T2 of 10 ms. This condition is, of course, an example, and the pulse width and duty of the pulse currents P1 and P2 can be set as appropriate.

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。   By the way, it is considered that the amount of electrons released from the trap by the reverse diode current −Id and released to the outside of the electron passage layer 4 is proportional to the amount of charge moved by the reverse diode current −Id. According to this finding, in order to release electrons from the trap and emit them from the electron passage layer 4, it can be said that it is desirable to manage the amount of charge that is moved by the reverse diode current −Id. Since the charge amount can be obtained as a product of current and time, the pulse current P1 of the forward diode current Id and the pulse current P2 of the reverse diode current −Id are controlled as shown in FIG. 1B. , The amplitude of the pulse current P2 for flowing the reverse diode current −Id is made smaller than that of the example of FIG. 1, as shown in FIG. In addition, the pulse width of the pulse current P2 can be increased. Thus, reducing the amplitude of the pulse current P2 means that the voltage applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 is smaller than in the example shown in FIG. The acting electric field is also reduced. As a result, it is possible to reduce the influence on the fine structure of the electron passage layer 4 while releasing lightweight electrons from the trap and moving them. The amount of charge obtained by the product of the amplitude and pulse width of the pulse current P2 flowing the reverse diode current -Id is the charge obtained by the product of the amplitude and pulse width of the pulse current P1 flowing the forward diode current Id. Set below the amount. With this setting, it is possible to prevent an excessive charge amount from the charge amount required to cause the electrons trapped in the trap to be emitted from the electron passage layer 4, and to prevent the generation of Joule heat due to the reverse diode current -Id. Can be suppressed.

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。   In order to further suppress the temperature rise of the electron passage layer 4 due to Joule heat generated by the reverse diode current -Id, as shown in FIG. 4, a plurality of pulse currents P21 to P23 are allowed to flow in one reverse voltage period T2. What should I do? That is, the reverse diode current -Id is intermittently supplied. In this manner, by intermittently passing a plurality of pulse currents P21 to P23, heat is radiated from the electron passage layer 4 during the pause period of the pulse currents P21 to P23, so that the pulse currents have the same amplitude as the pulse currents P21 to P23. Compared with the case where one pulse current P2 having the total pulse width of P21 to P23 is passed, the temperature rise of the electron passage layer 4 can be suppressed. That is, it is possible to suppress the deterioration of the electron passage layer 4 due to the temperature rise. Here, the pulse widths of the pulse currents P21 to P23 are preferably equal to or less than the pulse width of the pulse current P1 when the forward diode current Id is passed. Under this condition, the heat generation amount of the electron passage layer 4 due to the reverse diode current −Id does not exceed the heat generation amount of the electron passage layer 4 due to the forward diode current Id. That is, in the reverse voltage period T2, the temperature of the electron passage layer 4 does not rise more than the forward voltage period T1.

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。   By the way, in each of the above-described examples, a voltage is applied between the lower electrode 2 and the surface electrode 3 using the power supply circuit 5 provided with a current source, and a current is passed through the electron passage layer 4. As described above, the power supply circuit 9 that generates the bidirectional pulse current at an appropriate timing is used, and two constant current diodes Di1 and Di2 are connected in reverse parallel between the power supply circuit 9 and the electron source A. A circuit may be inserted. Since the constant current diode Di1 determines the forward diode current Id and the constant current diode Di2 determines the reverse diode current -Id, the specifications of the constant current diodes Di1 and Di2 are selected so as to satisfy the above-described conditions. . In this configuration, it is not necessary to perform feedback control, and the power supply circuit 9 only determines the pulse widths of the pulse currents P1 and P2, and the amplitude of the pulse currents P1 and P2 is determined by the specifications of the constant current diodes Di1 and Di2. Therefore, the configuration is simple because it becomes open control.

(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。(A) is a schematic circuit diagram which shows embodiment of this invention, (b) is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上に用いる電子源の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the electron source used for the same as the above. 同上の他の動作例を示す動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which shows the other operation example same as the above. 同上の別の動作例を示す動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which shows another operation example same as the above. 本発明の他の実施形態を示す概略回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows other embodiment of this invention. 電子源の使用例を示す概略回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows the usage example of an electron source. 電子源の一例を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows an example of an electron source.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 2 Lower electrode 3 Surface electrode 4 Electron passage layer 5 Power supply circuit 6 Collector electrode 7 DC power supply 8 Current sensor A Electron source P1, P2 Pulse current

Claims (8)

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。   By applying a voltage between the surface electrode provided on the main surface of the electron passing layer and the lower electrode facing the surface electrode so that the surface electrode has a higher potential than the lower electrode, and applying an electric field to the electron passing layer. A driving method of an electron source that emits electrons that tunnel through a surface electrode from an electron passage layer, and a forward voltage period in which a voltage with a surface electrode having a higher potential than the lower electrode is applied between the surface electrode and the lower electrode; A reverse voltage period is applied between the surface electrode and the lower electrode to apply a voltage at which the surface electrode has a lower potential than the lower electrode, and the current passing through the electron passage layer in the forward voltage period and the reverse voltage period is a set value. And the amplitude of the current flowing in the electron passage layer is set so that the current density of the current flowing in the electron passage layer in the reverse voltage period is equal to or less than the current density of the current flowing in the electron passage layer in the forward voltage period. This The driving method of an electron source characterized by. 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。   By applying a voltage between the surface electrode provided on the main surface of the electron passing layer and the lower electrode facing the surface electrode so that the surface electrode has a higher potential than the lower electrode, and applying an electric field to the electron passing layer. A driving method of an electron source that emits electrons that tunnel through a surface electrode from an electron passage layer, and a forward voltage period in which a voltage with a surface electrode having a higher potential than the lower electrode is applied between the surface electrode and the lower electrode; A reverse voltage period is applied between the surface electrode and the lower electrode to apply a voltage at which the surface electrode has a lower potential than the lower electrode, and the current passing through the electron passage layer in the forward voltage period and the reverse voltage period is a set value. And the amplitude of the current flowing through the electron passage layer and the time during which the current flows are set such that the amount of charge moving through the electron passage layer during the reverse voltage period is equal to or less than the amount of charge moving through the electron passage layer during the forward voltage period. Set The driving method of an electron source characterized by Rukoto. 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。   3. The method of driving an electron source according to claim 2, wherein the current flowing through the electron passage layer during the forward voltage period and the reverse voltage period is a rectangular wave pulse current. 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。   4. The method of driving an electron source according to claim 3, wherein a plurality of pulse currents are intermittently passed through the electron passage layer during the reverse voltage period. 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。   5. The electron source according to claim 3, wherein an ON period of one pulse current in the reverse voltage period is set to be equal to or less than an ON period of one pulse current in the forward voltage period. Driving method. 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。   In the forward voltage period and the reverse voltage period, the output current of the power supply circuit that applies a voltage between the lower electrode and the surface electrode is monitored by a current sensor, and the forward voltage period and the reverse voltage period are set in advance. 6. The method of driving an electron source according to claim 1, wherein the output of the power supply circuit is feedback-controlled so that the current value is maintained. 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。   In the forward voltage period and the reverse voltage period, a voltage is applied between the lower electrode and the surface electrode through one of a pair of constant current diodes connected in reverse parallel to each other from the power supply circuit, and reverse to the forward voltage period. 6. The method of driving an electron source according to claim 1, wherein each constant current diode is selected so that a preset current value flows with respect to the voltage period. 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。   After repeating the forward voltage period and the reverse voltage period a plurality of times, a current value flowing through the electron passage layer in the forward voltage period is obtained, and the voltage determined so as to obtain the current value is determined in the forward voltage period. 8. The method according to claim 1, wherein a current value applied between a lower electrode and the surface electrode and having a ratio defined with respect to the current value is used as a current value in a reverse voltage period. 2. A method for driving an electron source according to item 1.
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