特許 7407690 電子放出素子及び発電素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-21

(45)【発行日】2024-01-04

(54)【発明の名称】電子放出素子及び発電素子

(51)【国際特許分類】

   H01J 19/06 20060101AFI20231222BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20231222BHJP

【ＦＩ】

H01J19/06

H02N11/00 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020183576

(22)【出願日】2020-11-02

(65)【公開番号】P2022073536

(43)【公開日】2022-05-17

【審査請求日】2023-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】木村 重哉

(72)【発明者】

【氏名】吉田 学史

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 久生

(72)【発明者】

【氏名】冨田 洋

(72)【発明者】

【氏名】上野 聡一

(72)【発明者】

【氏名】星 岳志

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３２３０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８２０８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２３８６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１３８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９８０２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第６３５０９９９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００５００８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００２８３６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ １／００－１／９８，９／００－９／１８，

１９／００－１９／８２，３７／００－４９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ形の不純物の第１元素を含む半導体を含む第１領域と、
ダイヤモンドを含む第２領域であって、前記ダイヤモンドは、窒素、リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素を含む、前記第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域であって、前記第３領域は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素を含むＡｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含み、前記第３領域の＋ｃ軸方向は、前記第１領域から前記第２領域への向きの成分を含む、前記第３領域と、
を備えた電子放出素子。

【請求項2】

前記＋ｃ軸方向は、前記第１領域から前記第２領域への向きに沿う、請求項１記載の電子放出素子。

【請求項3】

前記ｘ１は、０．２以上である、請求項１または２に記載の電子放出素子。

【請求項4】

前記ｘ１は、０．５以上である、請求項１または２に記載の電子放出素子。

【請求項5】

前記第３領域における前記第３元素の濃度は、１×１０^１４／ｃｍ^３以上である、請求項１～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項6】

前記第３領域における前記第３元素の濃度は、１×１０^１６／ｃｍ^３以上である、請求項１～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項7】

前記第３領域における前記第３元素の前記濃度は、１×１０^２０／ｃｍ^３以下である、請求項５または６に記載の電子放出素子。

【請求項8】

前記第１領域から前記第２領域への第１方向に沿う前記第３領域の厚さは、５ｎｍ以上である、請求項１～７のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項9】

前記第３領域の前記厚さは、５０ｎｍ以下である、請求項８記載の電子放出素子。

【請求項10】

前記半導体は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含み、
前記第１元素は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～９のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項11】

前記半導体は、Ｓｉ及びＳｉＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１元素は、窒素、リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～９のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項12】

前記半導体は、ＧａＡｓを含み、
前記第１元素は、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～９のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項13】

前記第２領域は、第１面と第２面とを含み、
前記第２面は、前記第１面と前記第３領域との間にあり、
前記第１面は、水素及び水酸基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項14】

前記第２領域は、第１面と第２面とを含み、
前記第２面は、前記第１面と前記第３領域との間にあり、
前記第１面における水素の濃度は、前記第２面における水素の濃度よりも高い、請求項１～１２のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項15】

前記第３領域は前記第２領域と接する、請求項１～１４のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項16】

前記ダイヤモンドは、複数の結晶粒を含む請求項１～１５のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項17】

第１電極をさらに備え、
前記第１電極と前記第２領域との間に前記第１領域があり、
前記第１電極は前記第１領域と電気的に接続された、請求項１～１６のいずれか１つに記載の電子放出素子。

【請求項18】

請求項１～１７のいずれか１つに記載の電子放出素子と、
前記第２領域と対向する導電性の対向部材と、
を備え、
前記第２領域と前記対向部材との間には空隙がある、発電素子。

【請求項19】

容器をさらに備え、
前記容器の中に前記電子放出素子及び前記対向部材が設けられる、請求項１８記載の発電素子。

【請求項20】

前記第２領域から前記対向部材への方向に沿う、前記第２領域と前記対向部材との間の距離は、１００ｎｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１８または１９に記載の発電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電子放出素子及び発電素子に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、電子放出素子が、発電素子などに用いられる。電子放出素子において、効率の向上が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－５６９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、効率を向上可能な電子放出素子及び発電素子を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、電子放出素子は、第１領域、第２領域及び第３領域を含む。前記第１領域は、ｎ形の不純物の第１元素を含む半導体を含む。前記第２領域は、ダイヤモンドを含む。前記ダイヤモンドは、窒素、リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素を含む。前記第３領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられる。前記第３領域は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素を含むＡｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む。前記第３領域の＋ｃ軸方向は、前記第１領域から前記第２領域への向きの成分を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。

【図2】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、電子放出素子の特性を例示する模式図である。

【図3】図３は、電子放出素子の特性を例示するグラフ図である。

【図4】図４は、電子放出素子の特性を例示するグラフ図である。

【図5】図５は、電子放出素子の特性を例示するグラフ図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。

【図7】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る発電モジュール及び発電装置を示す模式図的断面図である。

【図8】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施形態に係る発電装置及び発電システムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電子放出素子を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る電子放出素子５０は、第１領域１１、第２領域１２及び第３領域１３を含む。

【0009】

第１領域１１は、半導体１１ｓを含む。半導体１１ｓは、ｎ形の不純物の第１元素を含む。半導体１１ｓは、ｎ形の半導体である。第１領域１１の半導体１１ｓは、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ及びＳｉＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。半導体１１ｓの例については、後述する。

【0010】

第２領域１２は、ダイヤモンドを含む。ダイヤモンドは、第２元素を含む。第２元素は、窒素、リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２元素は、ｎ形の不純物として機能する。第２領域１２のダイヤモンドは、ｎ形である。第２領域１２のダイヤモンドは、例えば、複数の結晶粒を含んでも良い。ダイヤモンドは、例えば、多結晶を含んでも良い。ダイヤモンドは、例えば、単結晶でも良い。ダイヤモンドは、例えば、ナノ結晶でも良い。

【0011】

第３領域１３は、第１領域１１と第２領域１２との間に設けられる。第３領域１３は、第３元素を含むＡｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）を含む。第３元素は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３元素は、ｎ形不純物として機能する。第３領域１３に含まれるＡｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）は、ｎ形である。第３領域１３は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮを含む。後述するように、Ａｌの組成比ｘ１は、０．２以上であることが好ましい。Ａｌの組成比ｘ１は、０．５以上でも良い。

【0012】

第３領域１３の結晶の＋ｃ軸方向は、第１領域１１から第２領域１２への向きの成分を含む。例えば、第３領域１３の＋ｃ軸方向は、第１領域１１から第２領域１２への向きに沿う。

【0013】

実施形態に係る電子放出素子５０において、電子が、第２領域１２の表面１２ｆから放出される。電子は、例えば、熱電子である。例えば、表面１２ｆは、空間１８に露出している。電子は、空間１８に放出される。実施形態において、上記の第３領域１３が設けられることで、電子を高い効率で放出できる。電子の放出の特性の例については、後述する。

【0014】

第１領域１１から第２領域１２への方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向に沿う。

【0015】

Ｚ軸方向は、第１領域１１、第３領域１３及び第２領域１２の積層方向に対応する。第１領域１１及び第３領域１３は、Ｘ－Ｙ平面に沿って広がる。１つの例において、第２領域１２は、Ｘ－Ｙ平面に沿って広がる。例えば、第２領域１２に含まれるダイヤモンドは、複数の島状でも良い。複数の島状のダイヤモンドがＸ－Ｙ平面に沿って並んでも良い。

【0016】

第３領域１３の結晶の＋ｃ軸方向は、例えば、Ｚ軸方向に沿う。＋ｃとＺ軸方向との間の角度の絶対値は、４５度以下である。＋ｃとＺ軸方向との間の角度の絶対値は、１０度以下でも良い。角度の絶対値が小さいと、高い効率が得易くなる。

【0017】

第１領域１１のＺ軸方向に沿う厚さｔ１（図１参照）は、例えば、１００ｎｍ以上２００μｍ以下である。第３領域１３のＺ軸方向に沿う厚さｔ３は、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。第２領域１２のＺ軸方向に沿う厚さｔ２は、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

【0018】

以下、電子放出素子の特性のシミュレーション結果の例について説明する。

【0019】

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、電子放出素子の特性を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、Ｚ軸方向に沿う位置ｐＺである。これらの図の縦軸は、エネルギーＥｃである。これらの図には、伝導帯のエネルギーＥｃが例示されている。図２（ａ）においては、第３領域１３の＋ｃ軸方向は、第１領域１１から第２領域１２への向きに沿う。この状態を「＋ｃ軸の結晶方位」とする。図２（ｂ）においては、第３領域１３の－ｃ軸は、第１領域１１から第２領域１２への向きに沿う。この状態を「－ｃ軸の結晶方位」とする。

【0020】

これらの図において、第１領域１１は、第１元素としてＳｉを含むＧａＮである。第１領域１１の温度は、６００℃である。第２領域１２は、第２元素としてＮ（窒素）を含むｎ形のダイヤモンドを含む。第２領域１２の厚さｔ２は、２０ｎｍである。第３領域１３のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１ＮにおけるＡｌの組成比ｘ１は、０．２５である。第３領域１３における第３元素（Ｓｉ）の濃度は、１×１０^１４／ｃｍ^３である。第３領域１３の厚さｔ３は、２０ｎｍである。

【0021】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第３領域１３と第２領域１２との境界において、エネルギーＥｃが最高になる。第３領域１３と第２領域１２との境界におけるエネルギーＥｃをエネルギーＥ１とする。「＋ｃ軸の結晶方位」の場合におけるエネルギーＥ１は、「－ｃ軸の結晶方位」におけるエネルギーＥ１よりも低い。低いエネルギーＥ１において、電子が効率的に放出される。

【0022】

図３は、電子放出素子の特性を例示するグラフ図である。
図３の横軸は、第３領域１３におけるＡｌの組成比ｘ１である。縦軸は、エネルギーＥ１である。図３のシミュレーションにおいて、Ａｌの組成比ｘ１以外の条件は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に関して説明した条件が採用されている。図３には、「＋ｃ軸の結晶方位」の場合の結果と、「－ｃ軸の結晶方位」の場合の結果と、が示されている。

【0023】

図３に示すように、「＋ｃ軸の結晶方位」の場合のエネルギーＥ１は、「－ｃ軸の結晶方位」の場合のエネルギーＥ１よりも低い。このように、第３領域１３における結晶方位が「＋ｃ軸の結晶方位」である場合に低いエネルギーＥ１が得られる。第３領域１３の＋ｃ軸方向が第１領域１１から第２領域１２への向きのときに、高い効率で電子が放出される。実施形態によれば、効率を向上可能な電子放出素子を提供できる。

【0024】

図３に示すように、「＋ｃ軸の結晶方位」である場合に、第３領域１３におけるＡｌの組成比ｘ１が高いと、エネルギーＥ１が低い。実施形態においてＡｌの組成比ｘ１は高いことが好ましい。実施形態において、第３領域１３におけるＡｌの組成比ｘ１は、０．２以上であることが好ましい。Ａｌの組成比ｘ１は、０．５以上でも良い。Ａｌの組成比ｘ１は、０．８以上でも良い。Ａｌの組成比ｘ１が高いことで、高い効率が得やすくなる。Ａｌの組成比は、結晶性及び不純物濃度の観点で設定されても良い。

【0025】

以下、「＋ｃ軸の結晶方位」の場合における特性の例について説明する。
図４は、電子放出素子の特性を例示するグラフ図である。
図４の横軸は、第３領域１３における第３元素の濃度Ｃ１である。縦軸は、エネルギーＥ１である。図４のシミュレーションにおいて、Ａｌの組成比ｘ１は、０．７５である。濃度Ｃ１は、第３領域１３におけるＳｉの濃度である。濃度Ｃ１を除く条件は、図２（ａ）に関して説明した条件が採用されている。

【0026】

図４に示すように、第３元素の濃度Ｃ１が高いと、エネルギーＥ１が低くなる。第３元素の濃度Ｃ１が高いことで、高い効率が得易くなる。実施形態において、第３領域１３における第３元素の濃度Ｃ１は、１×１０^１４／ｃｍ^３以上であることが好ましい。濃度Ｃ１は、１×１０^１６／ｃｍ^３以上であることが好ましい。高い効率が得易い。実施形態において濃度Ｃ１は、例えば、１×１０^２０／ｃｍ^３以下である。濃度Ｃ１が１×１０^２０／ｃｍ^３を超えると、例えば、第３領域１３における結晶性が低くなり、電気抵抗が上昇する場合がある。濃度Ｃ１が１×１０^２０／ｃｍ^３以下であることで、低い電気抵抗が安定して得易い。

【0027】

図５は、電子放出素子の特性を例示するグラフ図である。
図５の横軸は、第３領域１３の厚さｔ３である。図５の例において、Ａｌの組成比ｘ１は、０．７５であり、第３元素の濃度Ｃ１は、１×１０^１７／ｃｍ^３である。縦軸は、エネルギーＥ１である。これらを除く条件は、図２（ａ）に関して説明した条件が採用されている。

【0028】

図５に示すように、第３領域１３の厚さｔ３が厚いと、エネルギーＥ１が低くなる。実施形態において、厚さｔ３は、５ｎｍ以上であることが好ましい。厚さｔ３は、１０ｎｍ以上でも良い。厚さｔ３は、２０ｎｍ以上でも良い。低いエネルギーＥ１が得られる。高い効率が得られる。厚さｔ３は、例えば、５０ｎｍ以下である。厚さｔ３が５０ｎｍを超えると、電気抵抗が高くなり易い。厚さｔ３が５０ｎｍ以下であることで、低い電気抵抗が安定して得易い。

【0029】

実施形態において、例えば、半導体１１ｓを含む第１領域１１の上に、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１－ｘ１Ｎを含む第３領域１３が設けられる。このような第３領域１３の上に、ダイヤモンドを含む第２領域１２が設けられる。例えば、第１領域１１と第３領域１３との界面を含む領域に、高濃度のキャリアを含む領域が形成される。高濃度のキャリアを含む領域は、例えば、二次元電子ガスなどを含む。高濃度のキャリアが第３領域１３を移動し、第２領域１２の表面１２ｆから外部（空間１８）に放出される。第３領域１３は、例えば、第２領域１２と接する。

【0030】

実施形態において、第１領域１１に含まれる半導体１１ｓは、例えば、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、ｘ２＜ｘ１）を含む。この場合、第１元素は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。高濃度のキャリアが効果的に得られる。例えば、第３領域１３において、良好な結晶性が得易い。例えば、低い抵抗が得やすい。

【0031】

例えば、半導体１１ｓは、Ｓｉ及びＳｉＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。この場合、第１元素は、窒素、リン、ヒ素、アンチモン及びビスマスよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。高濃度のキャリアが効果的に得られる。例えば、低い抵抗が得やすい。

【0032】

例えば、半導体１１ｓは、ＧａＡｓを含んでも良い。この場合、第１元素は、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、低い抵抗が得やすい。

【0033】

実施形態において、第２領域１２の表面１２ｆは、ＨまたはＯＨにより終端されても良い。例えば、図１に示すように、第２領域１２は、第１面１２ａと第２面１２ｂとを含む。第２面１２ｂは、第１面１２ａと第３領域１３との間にある。第１面１２ａは、表面１２ｆである。第１面１２ａは、水素及び水酸基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１面１２ａが水素及び水酸基よりなる群から選択された少なくとも１つを含むことで、第１面１２ａが安定になる。安定した電子の放出が得られる。

【0034】

例えば、第１面１２ａにおける水素の濃度は、第２面１２ｂにおける水素の濃度よりも高い。第２面１２ｂにおける水素の濃度が高いと、例えば、第２面１２ｂの近傍において、ホールの密度が高くなり易くなる。第２面１２ｂにおける水素の濃度が低いことで、例えば、ホールの密度が高くなることが抑制できる。これにより、電子が第１面１２ａから放出されやすくなる。

【0035】

図１に示すように、電子放出素子５０は、第１電極１５をさらに含んでも良い。第１電極１５と第２領域１２との間に第１領域１１がある。第１電極１５は、第１領域１１と電気的に接続される。電子の放出に伴う電流が第１電極１５を流れる。

【0036】

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
図６に示すように、実施形態に係る発電素子１１０は、第１実施形態に係る電子放出素子５０と、対向部材２０と、を含む。対向部材２０は、第２領域１２と対向する。対向部材２０は、導電性である。例えば、第１領域１１と対向部材２０との間に第２領域１２がある。第２領域１２と対向部材２０との間には空隙５５がある。

【0037】

例えば、第１領域１１が高い温度に設定される。第２領域１２の表面１２ｆから空隙５５に向けて電子が放出される。対向部材２０は、電子を受ける。電子放出素子５０と対向部材２０との間に流れる電流が、発電素子１１０の電流として取り出される。

【0038】

図６に示すように、発電素子１１０は、容器６０を含んでも良い。容器６０の中に電子放出素子５０及び対向部材２０が設けられる。容器６０の中の気圧は、大気圧よりも低い。例えば、空隙５５は、減圧状態である。第２領域１２から放出された電子が効率的に対向部材２０に届く。

【0039】

第２領域１２から対向部材２０への方向（例えば、Ｚ軸方向）に沿う、第２領域１２と対向部材２０との間の距離ｄ１は、例えば、１００ｎｍ以上１ｍｍ以下である。例えば、高い発電効率が得られる。例えば、距離ｄ１は、１μｍ以上１００μｍ以下でも良い。さらに高い発電効率が得られる。

【0040】

図６に示すように、対向部材２０は、第２電極２５と対向層２１とを含む。第２領域１２と第１電極２５との間に対向層２１が設けられる。対向層２１は、例えば、ダイヤモンド、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＬａＢ_６、及び、タングステンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。上記のタングステンは、酸化トリウムを含んでも良い。高い効率で電子が対向層２１に入射できる。上記のタングステンは、酸化トリウムを含んでも良い。例えば、対向層２１の空隙５５側の表面に、アルカリ金属を含む領域が設けられても良い。このアルカリ金属は、例えば、Ｂａ及びＣｓよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これにより、さらに高い効率で電子が対向層２１に入射できる。対向層２１がダイヤモンドを含む場合、対向層２１の空隙５５側の表面に、水素及び水酸基よりなる群から選択された少なくとも１つを含む領域（例えば終端領域）が設けられても良い。

【0041】

以下、発電素子の応用の例について説明する。

【0042】

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る発電モジュール及び発電装置を示す模式図的断面図である。
図７（ａ）に示すように、実施形態に係る発電モジュール２１０においては、第２実施形態に係る発電素子（例えば発電素子１１０など）を含む。この例では、基板１２０の上において、複数の発電素子１１０が並ぶ。

【0043】

図７（ｂ）に示すように、実施形態に係る発電装置３１０は、上記の発電モジュール２１０を含む。複数の発電モジュール２１０が設けられても良い。この例では、基板２２０の上において、複数の発電モジュール２１０が並ぶ。

【0044】

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、実施形態に係る発電装置及び発電システムを示す模式図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、実施形態に係る発電装置３１０（すなわち、実施形態に係る発電素子１１０など）は、太陽熱発電に応用できる。

【0045】

図８（ａ）に示すように、例えば、太陽６１からの光は、ヘリオスタット６２で反射し、発電装置３１０（発電素子１１０または発電モジュール２１０）に入射する。光は、電子放出素子の温度を上昇させる。熱が、電流に変換される。電流が、電線６５などにより送電される。

【0046】

図８（ｂ）に示すように、例えば、太陽６１からの光は、集光ミラー６３で集光され、発電装置３１０（発電素子１１０または発電モジュール２１０）に入射する。光による熱が、電流に変換される。電流が、電線６５などにより送電される。

【0047】

例えば、発電システム４１０は、発電装置３１０を含む。この例では、複数の発電装置３１０が設けられる。この例では、発電システム４１０は、発電装置３１０と、駆動装置６６と、を含む。駆動装置６６は、発電装置３１０を太陽６１の動きに追尾させる。追尾により、効率的な発電が実施できる。

【0048】

実施形態に係る発電素子（例えば発電素子１１０など）を用いることで、高効率の発電が実施できる。

【0049】

実施形態に係る電子放出素子は、例えば、発光装置、ディスプレイ、Ｘ線源、マグネトロン、または、放電管（例えば真空放電管）などに用いられても良い。

【0050】

実施形態によれば、効率を向上可能な電子放出素子及び発電素子を提供することができる。

【0051】

本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。

【0052】

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、電子放出素子に含まれる、第１～第３領域、並びに、発電素子に含まれる対向部材などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

【0053】

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

【0054】

その他、本発明の実施の形態として上述した電子放出素子及び発電素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電子放出素子及び発電素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0055】

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。

【0056】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0057】

１１～１３…第１～第３領域、 １１ｓ…半導体、 １２ａ、１２ｂ…第１、第２面、 １２ｆ…表面、 １５…第１電極、 １８…空間、 ２０…対向部材、 ２１…対向層、 ２５…第２電極、 ５０…電子放出素子、 ５５…空隙、 ６０…容器、 ６１…太陽、 ６２…ヘリオスタット、 ６３…集光ミラー、 ６５…電線、 ６６…駆動装置、 １１０…発電素子、 １２０…基板、 ３１０…発電装置、 ４１０…発電システム、 Ｃ１…濃度、 Ｅ１…エネルギー、 Ｅｃ…エネルギー、 ｄ１…距離、 ｐＺ…位置、 ｔ１～ｔ３…厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】