TOP > 国内特許検索 > 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置

電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置

国内特許コード P010000210
整理番号 U1998P063
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平11-042845
公開番号 特開2000-243219
登録番号 特許第3101713号
出願日 平成11年2月22日(1999.2.22)
公開日 平成12年9月8日(2000.9.8)
登録日 平成12年8月25日(2000.8.25)
発明者
  • 横尾 邦義
  • 三村 秀典
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置
発明の概要 ガン効果を示すN型半導体材料より成る電界放射陰極に関する発明である。電子を放射する陰極、特に電界の作用で変調された電子ビームを放射させる電界放射陰極およびこのような電界放射陰極を具える電磁波発生装置を提供する。電界放射陰極から放射される電子ビームの変調周波数をミリ波またはマイクロ波帯域とし、電磁波発生手段として、ミリ波またはマイクロ波で変調された電子ビームと相互作用する高周波回路を設ける。高周波回路に、変調電子ビームと相互作用して電磁波を発生する空胴共振器と、この空胴共振器で発生された電磁波を取り出す出力回路とを設ける。高周波回路に、変調電子ビームと相互作用して電磁波を発生するヘリックス(螺旋遅波回路)の遅波回路を設ける。高周波回路に、電界放射陰極から放射される変調電子ビームと電磁波との相互作用場を構成するように、電子ビームの通路を挟んで互いに対向して配置された周期構造体および反射板を有するファブリ・ペロー共振器を設ける。電磁波発生装置においては、高周波回路を透過した電子ビームを補足する集電極を設け、この集電極に、高周波回路よりも低い電位を与えると効果的である。
従来技術、競合技術の概要 従来、電磁波を発生する手段としては、電子ビームデバイス、半導体デバイスおよびレーザが用いられている。電子ビームデバイスとしては、例えばマイクロ波電子管が知られている。このマイクロ波電子管は、電子ビームをマイクロ波の周期に比べて長い時間走行させてマイクロ波エネルギーを得るものであり、一般に高出力を必要とする場合に用いられており、マグネトロンやクライストロンなどが知られている。半導体デバイスは、半導体中を走行する電子の変調によって電磁波を発生するものである。また、レーザは一般に光波を発生するものであるが、赤外レーザも用いられている。電磁波発生装置の内、電子ビームデバイスは高出力、高効率を有するという特長があるが、発生する電磁波の波長が短くなると、デバイスを構成する回路構造が小さくなること、電子ビームの変調が困難になること、デバイスの規模が大きくなることなどの欠点がある。また、半導体デバイスを用いる電磁波発生装置では、半導体中の電子の走行速度が遅いため、ミリ波帯以下の実用的な電磁波発生装置は開発されていない。さらに、レーザを用いた電磁波発生装置では、発生される電磁波は光波帯が中心であり、遠赤外光の発生には、光励起のガスレーザによるなど、装置が大掛かりとなるとともに発生電磁波が離散的となる欠点がある。このため、ミリ波やマイクロ波帯域の電磁波を高出力および高効率で発生できる実用的な電磁波発生装置は開発されていない。
産業上の利用分野 電界作用で変調された電子ビームを放射させる電界放射陰極
電界放射陰極を具える電磁波発生装置に関する装置
特許請求の範囲 【請求項1】 N 型の半導体材料より成り、陰極チップを有するコレクタと、この陰極チップを囲む開口が形成された絶縁層と、この絶縁層上に前記陰極チップを囲むように形成されたゲート電極と、前記電極チップとpn接合を形成するように配置されたP型の半導体材料より成るベースと、このベースとpn接合を形成するように配置されたN 型の半導体材料より成るエミッタとを具え、前記エミッタ-ベース間に所定の高周波数の電源を接続すると共に前記エミッタ-ゲート電極間に直流バイアス電源を接続することにより前記陰極チップから前記高周波数で変調された電子ビームを放射させるように構成した電界放射陰極。

【請求項2】 複数の陰極チップを1次元的に配列して構成された陰極チップ列を複数アレイ状に形成すると共にエミッタを、前記複数の陰極チップ列のアレイとそれぞれと対応する位置に櫛の歯状に形成した請求項1に記載の電界放射陰極。

【請求項3】 前記陰極チップを、針状に形成した請求項1または2に記載の電界放射陰極。

【請求項4】 ガン効果を示すN 型の半導体材料より成り、陰極チップを有するエミッタと、この陰極チップを囲む開口を有する絶縁層と、この絶縁層上に前記陰極チップを囲むように形成されたゲート電極と、前記エミッタと電気的に接続されたエミッタ電極とを具え、前記エミッタ電極とゲート電極との間に直流電圧を印加して前記エミッタ領域内に所定の高周波数で周期的に生滅する高電界ドメインを発生させることにより前記陰極チップから前記高周波数で変調された電子ビームを放射させるように構成した電界放射陰極。

【請求項5】 前記エミッタ電極を、前記エミッタの陰極チップを形成した側とは反対側の表面に形成した請求項4に記載の電界放射陰極。

【請求項6】 前記絶縁層とエミッタ電極との間に、前記エミッタを囲むように真性半導体材料若しくはP型半導体材料より成る領域を形成した請求項5に記載の電界放射陰極。

【請求項7】 前記エミッタを囲むようにN+ 型半導体材料より成るオーム性領域を形成し、前記エミッタ電極をこのオーム性領域と接続すると共に前記絶縁層を経て前記ゲート電極と同じ側に延在させた請求項5に記載の電界放射陰極。

【請求項8】 前記陰極チップを形成したエミッタおよび前記オーム性領域を真性半導体材料上に形成した請求項7に記載の電界放射陰極。

【請求項9】 複数の陰極チップを1次元的に配列して構成された陰極チップ列を複数アレイ状に形成した請求項4~8の何れかに記載の電界放射陰極。

【請求項10】 前記陰極チップを、針状に形成したことを特徴とする請求項4~9の何れかに記載の電界放射陰極。

【請求項11】 請求項1~10の何れかに記載の電界放射陰極と、この電界放射陰極から放射される高周波数で変調された電子ビームと相互作用して電磁波を発生する電磁波発生手段とを具える電磁波発生装置。

【請求項12】 前記電界放射陰極から放射される電子ビームの変調周波数をミリ波またはマイクロ波帯域とし、前記電磁波発生手段が、ミリ波またはマイクロ波で変調された電子ビームと相互作用する高周波回路を具える請求項11に記載の電磁波発生装置。

【請求項13】 前記高周波回路が、前記変調電子ビームと相互作用して電磁波を発生する空胴共振器と、この空胴共振器で発生された電磁波を取り出す出力回路とを具える請求項11または12に記載の電磁波発生装置。

【請求項14】 前記高周波回路が、前記変調電子ビームと相互作用して電磁波を発生する遅波回路と、この遅波回路で発生された電磁波を取り出す出力回路とを具える請求項11または12に記載の電磁波発生装置。

【請求項15】 前記遅波回路をヘリックスとした請求項13に記載の電磁波発生装置。

【請求項16】 前記電磁波発生手段が、前記電界放射陰極から放射される変調電子ビームと電磁波との相互作用場を構成するように、電子ビームの通路を挟んで互いに対向して配置された周期構造体および反射板を有するファブリ・ペロー共振器を具える請求項11または12に記載の電磁波発生装置。

【請求項17】 前記高周波回路を透過した電子ビームまたは前記ファブリ・ペロー共振器を透過した電子ビームを補足する集電極を設けた請求項13~16の何れかに記載の電磁波発生装置。

【請求項18】 前記集電極に、前記空胴共振器または周期構造体よりも低い電位を与える直流電源を設けた請求項17に記載の電磁波発生装置。
産業区分
  • 電子管
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

03392_01SUM.gif
出願権利状態 権利存続中
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close