EP0275769A1 - Transducteur photo-électronique utilisant une cathode émissive à micropointes - Google Patents

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EP0275769A1
EP0275769A1 EP87402918A EP87402918A EP0275769A1 EP 0275769 A1 EP0275769 A1 EP 0275769A1 EP 87402918 A EP87402918 A EP 87402918A EP 87402918 A EP87402918 A EP 87402918A EP 0275769 A1 EP0275769 A1 EP 0275769A1
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EP
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electrode
light
electrodes
layer
transducer according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP87402918A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Robert Baptist
Michel Borel
Ariel Brenac
Robert Meyer
Gérard Chauvet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/26—Image pick-up tubes having an input of visible light and electric output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/34—Photo-emissive cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/49—Pick-up adapted for an input of electromagnetic radiation other than visible light and having an electric output, e.g. for an input of X-rays, for an input of infrared radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/34—Photoemissive electrodes
    • H01J2201/342—Cathodes
    • H01J2201/3421—Composition of the emitting surface
    • H01J2201/3423—Semiconductors, e.g. GaAs, NEA emitters

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectronic transducer using a microtip emissive cathode.
  • Emissive microdot cathodes are already known by US Patent 3,755,704, US Patent 3,921,022, FR-A-2443085 and the French patent application No. 8411986 of 27 July 1984 (or the request to USA No. 758 737 of 25 July 1985) for example.
  • the present invention relates to a photoelectronic transducer using this surprising effect.
  • Photoelectronic transducers are already known, but these generate weak electric currents which must therefore be amplified in order to be able to process them (for example digitize them).
  • the object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a photoelectronic transducer which is capable of producing large variations in electric current, from electric currents of large intensities, currents which are thus easy to process.
  • the invention can for example make it possible to obtain variations of + 100 microamps from currents of 100 microamps.
  • the subject of the present invention is a photoelectronic transducer, characterized in that it comprises: - at least one first electrode which is made of a material whose conductivity increases when it is illuminated by a determined light and of which one face is provided with a plurality of microtips which are made of an electron emitting material and whose bases are on said face, at least one second electrode, this second electrode being electrically isolated from the first electrode, disposed opposite said face and pierced with holes situated respectively opposite said bases, the apex of each microtip being situated at the level of the hole which corresponds to it, - At least a third electrode, this third electrode being disposed opposite the second electrode and being electrically isolated from the latter which is thus between the first and the third electrodes, so that electrons are emitted by the microtips and collected by the third electrode when the microtips and the first, second and third electrodes are in a vacuum, that the second electrode is positively polarized with respect to the first electrode and that the third electrode is positively polarized with respect
  • Said light can be chosen in the field of visible or X-ray radiation, for a material with a first electrode such as p-doped silicon for example.
  • the present invention applies in particular to the production of presence detectors, photocopiers, very flat video cameras, X cameras and X-ray detectors.
  • a layer of an electrically insulating material capable of transmitting at least part of said light is placed between the first and second electrodes, at least part of the layer not being covered by the second electrode, so as to be able to detect said increase when said light is sent towards said part of the layer.
  • the third electrode is capable of transmitting at least part of said light so as to be able to detect said increase when said light is sent in the direction of said third electrode.
  • a layer of an electrically insulating material capable of transmitting at least part of said light can be placed between the first and second electrodes.
  • the transducer is arranged so that the other face of the first electrode is reached by said light.
  • a transducer according to the invention can be produced, comprising a single first electrode and a single second electrode, but it is also possible to produce a transducer according to the invention, comprising a matrix structure with several first electrodes and several second electrodes: according to one embodiment particular of the transducer which is the subject of the invention, the latter comprises several parallel and elongated copies of said first electrode and several parallel and elongated copies of said second electrode, the first electrodes make an angle with the second electrodes, which defines crossing zones of the first and second electrodes, the microtips and the holes are located in these crossing zones and the detection means are provided for detecting the currents corresponding respectively to the crossing zones.
  • this transducer according to the invention and with a matrix structure further comprises control means provided for performing a matrix addressing of the first and second electrodes, the third the electrode being unique, so that the crossing zones can successively emit electrons, and the detection means are provided for detecting the current relating to each of the zones which emit successively.
  • the transducer according to the invention and with a matrix structure comprises several parallel and elongated copies of said third electrode, these copies being respectively placed opposite the copies of the second electrode, the transducer further comprises control means provided for successively biasing the first electrodes negatively with respect to the second electrodes, the latter being maintained at the same potential, the third electrodes being maintained at another same potential greater than or equal to the same potential and the detection means are provided for detecting the currents of the third electrodes in response to successive polarizations of the first electrodes.
  • the detection means are further provided for forming, from currents corresponding respectively to the zones a digitized image of the object.
  • object must be taken in a very general sense: it can be a material object such as a sheet of paper with a text or a drawing (case of the application of the invention for the manufacture of photocopiers or facsimile machines), or a scene (case of the application of the invention to the manufacture of video cameras), or a plasma which emits X-rays as desired detect (case of the application of the invention to the manufacture of X cameras or X-ray detectors) ...
  • the modulation can be only spatial, as is the case in the applications of the invention involving static objects (photocopying, faxing, etc.) or spatial and temporal, in the case of applications of the invention involving non-static objects (taking images by video camera for example).
  • a transducer according to the invention and with a matrix structure, provided with a layer of an electrically insulating material and capable of transmitting at least part of said light, this layer being placed between the first and second electrodes, said layer is divided into zones which are separated from each other and arranged between the first and second electrodes, respectively in correspondence with the crossing zones.
  • the transducer according to the invention and with a matrix structure may be provided with an image-forming optic, this optic being arranged on the side of the transducer, which is intended to be reached by said light.
  • Such a particular embodiment aims in particular at the applications of the invention to taking images, photocopying or faxing.
  • Said light can belong to the field of visible radiation.
  • this transducer can also be provided with a light source intended to supply said light and located at a given distance from the optics, in order to be able to place between the source and the optics a material object whose size is compatible with this distance, this object spatially modulating the light.
  • Such a particular embodiment relates in particular to the applications of the invention to photocopying or faxing.
  • said light can belong to the field of X-rays (for the applications of the invention compatible with such radiation).
  • FIG. 1 there is shown schematically a particular embodiment of the transducer which is the subject of the invention, comprising an electrically insulating substrate 2, for example made of glass, on which is deposited an electrically conductive plane layer 4, covered with a layer electrically insulating plane 6, itself covered with an electrically conductive plane layer 8 called a grid.
  • the layers 6 and 8 are pierced with holes 7, 9 regularly spaced from each other which makes the layer appear 4.
  • a substantially conical microtip 10 electrically conductive, which rises from the layer 4 towards layer 8 and the top of which is flush with the surface of this layer 8.
  • An electrically conductive plate 12 serving as an anode is placed opposite the tops of the microtips, parallel to the layer 8.
  • the surface of layer 8 is smaller than that of layer 6 so that this layer 6 protrudes from the periphery of layer 8.
  • Layer 4 is made of a material whose conductivity increases when it is illuminated by visible light or X-rays, material such as p-type silicon (boron doped silicon for example).
  • the resistivity of the material (unlit) is for example of the order of 0.1 to 1 ohm.cm.
  • the number of microtips is for example of the order of 10,000 / mm2 and the constituent material is for example niobium.
  • Layer 6 is also transparent, for example made of silica.
  • the grid 8 is for example made of molybdenum.
  • the assembly comprising the elements referenced 2, 4, 6, 8, 10 in FIG. 1 and the anode 12 being placed under vacuum (for this purpose said assembly can be placed in a glass envelope, in this case producing the anode 12 in the form of a metal layer deposited on the internal face of this envelope, facing the microdots of the assembly and creating a vacuum in this envelope), layer 4 is carried, by means of an appropriate source and therefore the microtips 10 at a negative potential with respect to layer 8 which can be grounded and the anode 12 is brought to a positive potential with respect to layer 8 by means of an appropriate source 16.
  • the - pole of the source 16 and the + pole of the source 14 can thus both be connected to ground.
  • the current Measured electronics for example by means of a micro-ammeter 18 mounted between the + pole of the source 16 and the anode 12, is of the order of 100 microamps.
  • the anode 12 When the anode 12 is a small distance from the layer 8, for example a distance of the order of 1 mm or less, it is not necessary (although possible) to bring the anode to a strongly positive potential by relative to layer 8 (and the anode could then simply be grounded, although it would be better to avoid that layer 8 and anode 12 are strictly at the same potential - for example ground - because the beams of electrons being slightly divergent at the exit of the holes, one would have a poorer spatial resolution than in polarizing the anode positively compared to the layer 8, such a polarization being thus preferable and making it possible to attract the electrons still slightly to their exit from holes 9). But when the distance is greater, it is preferable to bring the anode to a more strongly positive potential with respect to layer 8 in order to obtain a sufficiently large and focused electronic current.
  • the intensity of the electronic current is also an increasing function of the intensity of the light, for a given wavelength of the latter.
  • a He-Ne laser can be used as the light source (emitting at a wavelength of the order of 500 nanometers), this laser producing a punctual light spot, and it is observed that the electronic current is all the more important as the impact of the laser beam is close to the edge of the grid 8.
  • An ordinary lamp can also be used in place of a laser.
  • the increase in the intensity of the electronic current is also observed by using no longer a visible light source but an X-ray source.
  • the increase in the intensity of the electronic current can be explained by a decrease in the interface resistance between the microtips and the conductive layer 4, when the emissive cathode is lit. When it is a visible light, it is "guided” or diffused by the silica layer 6 to the area 19 of the microtips, area in which it decreases said interface resistance.
  • the maximum frequency of pulsation for which an electronic current is also pulsed depends on the resistances and capacities inherent in the structure and the constituents of the emissive cathode with microtips.
  • the photoelectronic transducer shown in FIG. 1 applies for example to a presence detection, by using a visible light source (not shown) intended to illuminate the portion of the layer 6 projecting from the grid 8, so that the interposition of an object between the light source and the transducer causes a variation in the electronic current detected by means of the micro-ammeter.
  • a visible light source not shown
  • the latter can of course be replaced by any means for detecting the variation in electronic current, which means can also be connected to an alarm device.
  • microtip emissive cathode it is also possible to envisage lighting the microtip emissive cathode through the glass substrate 2, said light thus reaching the face not covered with microtips of layer 4 and causing, as already indicated above, a variation in the interface resistances between the microtips and this layer 4.
  • FIG. 2 schematically shows another particular embodiment of the transducer which is the subject of the invention, in which the emissive cathode 20 has a matrix structure. More specifically, on a glass plate 22 are deposited a plurality of conductive and parallel strips 24. An insulating layer 26, for example made of silica, covers these bands 24. A plurality of other conductive and parallel bands 28 perpendicular to the bands 24 are deposited on the insulating layer 26. In the zones 30 "of intersection" of the bands 24 and 28, the strips 28 and the layer 26 are pierced with holes and the strips 24 are provided with microtips like the microtips 10 of FIG. 1, which rest on the strips 24 and are flush with the surface of the strips 28.
  • the transducer schematically represented in FIG. 2 also comprises a plurality of conductive and parallel strips 32 which are deposited on a glass plate 34.
  • This glass plate 34 is placed opposite the strips 28 and the strips 32 are parallel to these strips 28 and arranged on the plate 34 so as to be respectively opposite these bands 28.
  • an interval of the order of 0.1 millimeter to 1 millimeter is provided between the strips 28 and the strips 32, this interval being obtained by means of suitable glass spacers (not shown), uniformly distributed over the surface of the cathode.
  • These strips 32 constitute anodes for the transducer.
  • microtip emissive cathode 20 and the plate 34 provided with the anodes 32, spaced as indicated above, are fixed relative to each other and mounted in a glass envelope 36 sealed under vacuum, as we see it on the FIG. 3 on which the emissive cathode 20 and the plate 34 of FIG. 2 are seen in section perpendicular to the strips 28 and 32.
  • Watertight passages 38 are provided in the walls of the envelope for the passage of electrical connecting conductors between the strips 24 or microtip lines, the strips 28 or grids and the strips 32 or anodes and various control means described below. .
  • the assembly thus obtained can be used to make a photocopying device.
  • said assembly is provided with an appropriate image-forming optic 40.
  • the plate 34 being disposed facing an internal face of the envelope 36, for example parallelepiped, the optics 40 is disposed opposite the corresponding external face 42.
  • Said assembly is also provided with a visible light source 44, preferably intense, which is arranged opposite the optics 40, a sufficient distance from the latter to allow to have between the optics 40 and the source 44 a drawing or a text to be photocopied carried by an appropriate support such as a sheet of paper (45).
  • a visible light source 44 preferably intense, which is arranged opposite the optics 40, a sufficient distance from the latter to allow to have between the optics 40 and the source 44 a drawing or a text to be photocopied carried by an appropriate support such as a sheet of paper (45).
  • the silica layer is divided into a plurality of zones 46, each zone 46 being separated from the adjacent zones 46 and associated with a given area 30 of microtips (FIG. 2).
  • the zones 46 are of course produced so that the bands 28 are not in contact with the bands 24.
  • each zone 46 of silica corresponding to a line 24 of microtips and to a grid 28 is such that it covers the line 24 in the portion thereof, which corresponds to the zone 30 of microtips, associated with the zone 46, while projecting on either side of the grid 28.
  • the source 44 being intended to operate for a certain time, means 48 are provided for bringing all the grids to the same constant potential during this time. Means 50 are provided to bring, during the operating time of the source 44, successively each line of microtips to a negative potential for example of the order of -100V, with respect to the grids while the other lines of microtips are brought to the same potential as these grids.
  • microtip lines thus successively emit electrons, the quantity of electrons emitted by a given microtip zone depending on the illumination of this zone taking into account that the light emitted by the source is spatially modulated by the text or the drawing carried by the sheet 45.
  • the light reaching the emissive cathode can in fact penetrate into each silica zone 46 and, "guided” by it over a short distance, modify the interface resistance of the corresponding microtip zone.
  • the device shown in FIG. 3 also includes means 52 provided for bringing, during the operating time of the source 44, all the anodes to the same positive potential, for example of the order of + 100V, by compared to the grids and to detect and digitize, in synchronism with the polarization of the microtip lines, the electronic currents respectively collected by the anodes (currents being thus detected each time a microtip line is brought to said negative potential with respect to the grids ).
  • the means 52 are connected to means 54 provided for memorizing the digitized currents corresponding respectively to the microtip zones, each microtip zone being identified by the number of the microtip line which corresponds to it (the means 50 being provided to provide this information) and by the number of the anode which corresponds to it (the means 52 being provided to supply this information).
  • the means 54 are connected to means 56 provided for reform the design or text onto the desired amount of suitable media (for example, sheets of paper).
  • suitable media for example, sheets of paper
  • the imaging optics 40 and the source 44 are no longer positioned facing the face 42 of the envelope 36 but facing the external face 58 of the envelope 36, this face 58 corresponding to the internal face of this envelope 36, internal face opposite which is the cathode 20, so that the spatially modulated light can successively pass through the envelope and the glass substrate 2 to reach layer 4 and modify the microtip interface resistance.
  • This variant embodiment is advantageous in the case where the anode network is not sufficiently transparent to light, while noting however that a lack of transparency is compensated for by the intensity of the source 44.
  • the device shown in FIG. 3 can be transformed into a facsimile device, by replacing the means 56 by means for processing the information digitized in the means 54 with a view to their transmission over a telephone line.
  • FIG. 4 a video camera is also shown diagrammatically using the casing 36 provided with the emissive cathode 20 and the plate 34 carrying the anodes 32, which have been described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the video camera comprises an appropriate optic 60 which is arranged opposite the external face 42 of the envelope 36 and which makes it possible to observe a scene 62 lit in visible natural or artificial light.
  • Means such as means 48, 50, 52 and 54 are also used. However, the means 54 are no longer connected to the means 56 described with reference to FIG. 3 but to means 64 provided for viewing the digitized image of the scene, stored in the means 54, or to copy the digitized information onto a recording medium, a video-disc for example.
  • the means 48, 50, 52 and 54 are suitable when taking pictures. Several successive polarizations of the microtip lines are carried out several times per second, at a frequency adapted to the "mobility" of the filmed scene, and the detections and digitizations (associated with these successive polarizations) of the currents collected by the anodes, and the means 54 are provided for successively storing the images filmed at this frequency with the camera, these images then being viewed or copied by means 64.
  • microtips in the embodiments of the invention which have been described with reference to Figures 3 and 4 and which will be described later, with reference to Figure 5, must be large enough for the 'emission of a group of microtips, corresponding to a pixel, is fairly stable over time, in the absence of incident light.
  • the transducer which is the subject of the invention also makes it possible to produce an X camera or an X detector (for example a X location detector), in order to study X rays which can be very intense and sometimes very brief, as produced by plasmas. .
  • FIG. 5 another diagrammatic embodiment of the emissive cathode microtip - anode assembly is shown diagrammatically according to the invention.
  • the emissive cathode shown in FIG. 5 conforms to that shown in FIG. 2.
  • the anode shown in Figure 5 differs from that shown in Figure 2 in that it is no longer made in the form of several parallel strips but in one piece.
  • the anode shown in FIG. 5 is for example constituted by an electrically conductive thin layer 66 sufficiently transparent to the light used (visible or X-rays) and deposited on a glass plate 68.
  • Such an anode can be used in combination with an image-forming optic arranged opposite the plate 68 and of the type of optics 40 or optics 60 (depending on the application chosen).
  • the material of layer 66 can be In2O3.
  • the anode is made of an electrically conductive and opaque layer, for example of aluminum, deposited on the plate 68.
  • the optics are arranged opposite the external face 58 of the envelope 36.
  • the optics are not used and the device is exposed to the scene studied so that the X-rays pass through the external face 42 of the envelope 36 if the anode layer allows it or the external face 58 when the anode layer is opaque to X-rays.
  • the envelope 36 is eliminated, the transducer being placed opposite the X-ray source, the source-transducer assembly being placed under vacuum.
  • FIG. 5 The operation of the particular embodiment shown in FIG. 5 is as follows: a matrix addressing of microtip lines and grids forming columns perpendicular to the lines, so that the microtip zones are successively excited one after the other, electronic currents being then emitted successively by the different microtip zones and detected one after the other the others by the anode 66 (all this of course taking place, in the case of the application to photocopying or faxing, during the operation of the source 44).
  • the microtip lines are controlled by means 70 provided for successively bringing each of the microtip lines to a negative potential, for example of the order of -100 volts, while all the other microtip lines are grounded;
  • the grid columns are controlled by means 72 provided for successively bringing each of the grid columns to earth while the other grid columns are brought to a potential of the order of -100 volts for example, this for a state of given polarization of the microtip lines, the polarization scanning of the grid columns carried out by the means 72 resuming for the polarization state along microtip lines and so on.
  • microtip zones are excited one after the other, the electronic currents obtained depending on the state of illumination of these zones.
  • the anode 66 is connected to means 74 provided for detecting and digitizing the electronic currents successively collected by this anode in response to successive excitations of the microtip zones, and the means 74 are connected to means 76 provided for storing the currents thus digitized , a digitized image therefore being stored in the means 76.
  • Each pixel stored in the means 76 is identified as a function of its row and column coordinates provided by the means 70 and 72 provided for this purpose.
  • the means 76 are themselves connected to image reproduction means 78, in the case of a application of the invention to photocopying, or processing and transmission over a telephone line, in the case of application of the invention to fax.
  • the means 78 are replaced by means display or recording (as already mentioned above in the description of Figure 4) and the means 70, 72, 74 and 76 are adapted, so as to perform, several times per second, the addressing matrix of rows and columns and the detection-digitization-storage of electronic currents, at a frequency suited to the envisaged application.
  • a method for obtaining an emissive cathode with a matrix structure usable in the invention includes the following successive steps: - deposition, by sputtering on an insulating substrate (glass plate), of a first layer of p-doped silicon, - etching of the first layer (through a mask of positive resin and by chemical attack with orthophosphoric acid brought to 110 ° C., the mask then being eliminated by chemical dissolution), to form first parallel bands, - deposition of a second insulating layer of SiO2 on the structure obtained (by a chemical vapor deposition technique from silane, phosphine and oxygen), through an appropriate mask, so that the second layer is divided into strips separated which respectively cover the first bands, each band of the second layer being further divided into zones separated from each other (corresponding to zones 46 Figures 2 and 5), - deposit of a third conductive niobium layer on the second layer (by vacuum evaporation), - hole openings opening into the third and second layers, these holes
  • said first layer can be made of a photoconductive material.
  • the anode in one piece can be formed by vacuum evaporation of a metallic layer of In2O3 on a glass plate. To produce the network of anodes 32, it suffices to carry out this evaporation through an appropriate mask.
  • the desired space between the grids and the anode or the network of anodes 32 is obtained by means of glass spacers randomly distributed over the emissive cathode. .
  • the periphery of the latter is hermetically welded to the anode plate (34 or 68) by means of a fusible glass (crossed by the various electrical conductors necessary for the operation of the transducer) and the assembly obtained is placed under vacuum.
  • the strips 24 have a width of 50 micrometers, a thickness of 1 micrometer and are spaced from each other by 50 micrometers
  • the strips 28 have a width of 50 microns, a thickness of 0.25 microns and are spaced from each other by 50 microns
  • each zone 46 has a thickness of 1.5 micrometers and exceeds 23 micrometers on either side of the corresponding strip 28
  • the layer 66 has a thickness of 0.1 micrometer
  • the strips 32 have a width of 10 micrometers, a thickness of 0.1 micrometers and are spaced from each other by 90 micrometers
  • the holes 9 have a diameter of 1 micrometer
  • - the microtips follow the shape of a cone whose base has a diameter

Abstract

Transducteur photo-électronique utilisant une cathode émissive à micropointes. Chaque électrode (4) portant les micropointes (10) est faite d'un matériau dont la conductivité augmente lorsqu'il est éclairé par une lumière déterminée. Le transducteur comprend au moins une anode (12) qui est disposée en regard des micropointes et dans laquelle un courant est formé du fait de l'émission électronique des micropointes. Une augmentation de l'intensité de ce courant se produit lorsque ladite lumière atteint ladite électrode à l'endroit où sont les micropointes. Le transducteur comprend également des moyens (18) de détection de cette augmentation. Application à la réalisation de photocopieurs, télécopieurs, caméras-vidéo, caméras X et détecteurs de rayons X.

Description

  • La présente invention concerne un transducteur photo-­électronique utilisant une cathode émissive à micropointes.
  • Des cathodes émissives à micropointes sont déjà connues par US-A-3 755 704, US-A-3 921 022, FR-A-2 443 085 et la demande de brevet français no8411986 du 27 juillet 1984 (ou la demande aux USA no758737 du 25 juillet 1985) par exemple.
  • Or, on a mis en évidence un effet surprenant relatif à ces cathodes émissives, effet selon lequel un éclairement approprié de certaines cathodes émissives à micropointes permet de renforcer l'émission d'électrons de ces dernières.
  • La présente invention concerne un transducteur photo-­électronique utilisant cet effet surprenant.
  • On connaît déjà des transducteurs photo-électroniques, mais ces derniers engendrent des courants électriques qui sont faibles et qu'il faut donc amplifier pour pouvoir les traiter (par exemple les numériser).
  • La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un transducteur photo-électronique qui est capable de produire de fortes variations de courant électrique, à partir de courants électriques d'intensités importantes,courants qui sont ainsi faciles à traiter.
  • L'invention peut par exemple permettre d'obtenir des variations de + 100 microampères à partir de courants de 100 microampères.
  • De façon précise, la présente invention a pour objet un transducteur photo-électronique, caractérisé en ce qu'il comprend :
        - au moins une première électrode qui est faite d'un matériau dont la conductivité augmente lorsqu'il est éclairé par une lumière déterminée et dont une face est pourvue d'une pluralité de micropointes qui sont faites d'un matériau émetteur d'électrons et dont les bases se trouvent sur ladite face,
        - au moins une deuxième électrode, cette deuxième électrode étant électriquement isolée de la première électrode, disposée en regard de ladite face et percée de trous situés respectivement en regard desdites bases, le sommet de chaque micropointe étant situé au niveau du trou qui lui correspond,
        - au moins une troisième électrode, cette troisième électrode étant disposée en regard de la deuxième électrode et étant électriquement isolée de cette dernière qui est ainsi comprise entre la première et la troisième électrodes, de sorte que des électrons sont émis par les micropointes et collectés par la troisième électrode lorsque les micropointes et les première, deuxième et troisième électrodes sont dans le vide, que la deuxième électrode est polarisée positivement par rapport à la première électrode et que la troisième électrode est polarisée positivement par rapport à la deuxième électrode ou portée au potentiel de celle-ci, les électrons donnant ainsi naissance à un courant électrique dans la troisième électrode, une augmentation de l'intensité du courant se produisant lorsque ladite lumière atteint la première électrode (sur ladite face de celle-ci ou sur son autre face) à l'endroit où sont les micropointes ou à proximité de cet endroit, et,
        - des moyens de détection de ladite augmentation.
  • Ladite lumière peut être choisie dans le domaine des rayonnements visibles ou X, pour un matériau de première électrode tel que le silicium dopé p par exemple.
  • La présente invention s'applique notamment à la réalisation de détecteurs de présence, de photocopieurs, de caméras-vidéo très plates, de caméras X et de détecteurs de rayons X.
  • Selon un mode de réalisation particulier du transducteur objet de l'invention, un couche d'un matériau électriquement isolant et apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière est placée entre les première et deuxième électrodes, au moins une partie de la couche n'étant pas recouverte par la deuxième électrode, de façon à pouvoir détecter ladite augmentation lorsque ladite lumière est envoyée en direction de ladite partie de la couche.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier, la troisième électrode est apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière de façon à pouvoir détecter ladite augmentation lorsque ladite lumière est envoyée en direction de ladite troisième électrode.
  • Dans ce cas, une couche d'un matériau électriquement isolant et apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière peut être placée entre les première et deuxième électrodes.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier, le transducteur est disposé de façon que l'autre face de la première électrode soit atteinte par ladite lumière.
  • On peut réaliser un transducteur selon l'invention, comprenant une seule première électrode et une seule deuxième électrode, mais on peut également réaliser un transducteur conforme à l'invention, comprenant une structure matricielle à plusieurs premières électrodes et plusieurs deuxièmes électrodes : selon une réalisation particulière du transducteur objet de l'invention, ce dernier comprend plusieurs exemplaires parallèles et de forme allongée de ladite première électrode et plusieurs exemplaires parallèles et de forme allongée de ladite deuxième électrode, les premières électrodes font un angle avec les deuxièmes électrodes, ce qui définit des zones de croisement des premières et deuxièmes électrodes, les micropointes et les trous sont situés dans ces zones de croisement et les moyens de détection sont prévus pour détecter les courants correspondant respectivement aux zones de croisement.
  • Dans une réalisation particulière, ce transducteur conforme à l'invention et à structure matricielle comprend en outre des moyens de commande prévus pour effectuer un adressage matriciel des premières et deuxièmes électrodes, la troisième électrode étant unique, de façon que les zones de croisement puissent émettre successivement des électrons, et les moyens de détection sont prévus pour détecter le courant relatif à chacune des zones qui émettent successivement.
  • Dans une autre réalisation particulière, le transducteur conforme à l'invention et à structure matricielle comprend plusieurs exemplaires parallèles et de forme allongée de ladite troisième électrode, ces exemplaires étant respectivement disposés en regard des exemplaires de la deuxième électrode, le transducteur comprend en outre des moyens de commande prévus pour polariser successivement les premières électrodes négativement par rapport aux deuxièmes électrodes, ces dernières étant maintenues à un même potentiel, les troisièmes électrodes étant maintenues à un autre même potentiel supérieur ou égal audit même potentiel et les moyens de détection sont prévus pour détecter les courants des troisièmes électrodes en réponse aux polarisations successives des premières électrodes.
  • Dans une réalisation avantageuse du transducteur conforme à l'invention et à structure matricielle, ladite lumière étant susceptible d'être modulée au moins spatialement par un objet, les moyens de détection sont en outre prévus pour former, à partir des courants correspondant respectivement aux zones de croisement, une image numérisée de l'objet.
  • Le mot "objet" doit être pris dans un sens très général : il peut s'agir d'un objet matériel tel qu'une feuille de papier munie d'un texte ou d'un dessin (cas de l'application de l'invention à la fabrication de photocopieurs ou de télécopieurs), ou d'une scène (cas de l'application de l'invention à la fabrication de caméras-vidéo), ou d'un plasma qui émet des rayons X que l'on souhaite détecter (cas de l'application de l'invention à la fabrication de caméras X ou de détecteurs de rayons X)...
  • La modulation peut être uniquement spatiale, comme c'est le cas dans les applications de l'invention faisant intervenir des objets statiques (photocopie, télécopie,...) ou spatiale et temporelle, dans le cas d'applications de l'invention faisant intervenir des objets non statiques (prise d'images par caméra vidéo par exemple).
  • De préférence, dans le cas d'un transducteur conforme à l'invention et à structure matricielle, muni d'une couche d'un matériau électriquement isolant et apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière, cette couche étant placée entre les premières et deuxièmes électrodes, ladite couche est divisée en zones qui sont séparées les unes des autres et disposées entre les premières et deuxièmes électrodes, respectivement en correspondance avec les zones de croisement.
  • Ceci permet d'améliorer grandement la résolution des images numérisées que l'on est succeptible d'obtenir avec le transducteur.
  • Le transducteur conforme à l'invention et à structure matricielle peut être muni d'une optique de formation d'images, cette optique étant disposée du côté du transducteur, qui est destiné à être atteint par ladite lumière.
  • Une telle réalisation particulière vise notamment les applications de l'invention à la prise d'images, la photocopie ou la télécopie.
  • Ladite lumière peut appartenir au domaine des rayonnements visibles.
  • Dans ce cas et lorsque le transducteur est muni de ladite optique de formation d'images, ce transducteur peut être en outre muni d'une source lumineuse prévue pour fournir ladite lumière et située à une distance donnée de l'optique, afin de pouvoir placer entre la source et l'optique un objet matériel dont la taille est compatible avec cette distance, cet objet modulant spatialement la lumière.
  • Une telle réalisation particulière vise notamment les applications de l'invention à la photocopie ou à la télécopie.
  • Enfin, ladite lumière peut appartenir au domaine des rayonnements X (pour les applications de l'invention compatibles avec de tels rayonnements).
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du transducteur objet de l'invention, ne comportant qu'une seule première électrode, qu'une seule deuxième électrode et qu'une seule troisième électrode,
    • - la figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du transducteur objet de l'invention, comportant une structure matricielle à plusieurs premières électrodes, plusieurs deuxièmes électrodes et plusieurs troisièmes électrodes,
    • - la figure 3 est une vue en coupe schématique du transducteur représenté sur la figure 2 et appliqué à la photocopie par exemple,
    • - la figure 4 est une vue en coupe schématique du transducteur représenté sur la figure 2 et appliqué à la prise d'images, et
    • - la figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du transducteur objet de l'invention, comportant une structure matricielle à plusieurs premières électrodes, plusieurs deuxièmes électrodes et une seule troisième électrode.
  • Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du transducteur objet de l'invention, comprenant un substrat 2 électriquement isolant, par exemple en verre, sur lequel est déposée une couche plane électriquement conductrice 4, recouverte d'une couche plane électriquement isolante 6, elle-même recouverte d'une couche plane électriquement conductrice 8 appelée grille. Les couches 6 et 8 sont percées de trous 7, 9 régulièrement espacés les uns des autres ce qui fait apparaitre la couche 4. Dans chacun des trous, est disposée une micropointe sensiblement conique 10 électriquement conductrice, qui s'élève à partir de la couche 4 en direction de la couche 8 et dont le sommet affleure la surface de cette couche 8.
  • Une plaque électriquement conductrice 12 servant d'anode est disposée en regard des sommets des micropointes, parallèlement à la couche 8.
  • La surface de la couche 8 est inférieure à celle de la couche 6 de telle sorte que cette couche 6 dépasse du pourtour de la couche 8.
  • La couche 4 est faite d'un matériau dont la conductivité augmente lorsqu'il est éclairé par une lumière visible ou des rayons X, matériau tel que le silicium de type p (silicium dopé bore par exemple). La résistivité du matériau (non éclairé) est par exemple de l'ordre de 0,1 à 1 ohm.cm.
  • Le nombre de micropointes est par exemple de l'ordre de 10000/mm² et le matériau constitutif est par exemple le niobium.
  • La couche 6 est en outre transparente, par exemple en silice. La grille 8 est par exemple en molybdène.
  • L'ensemble comportant les éléments référencés 2, 4, 6, 8, 10 sur la figure 1 et l'anode 12 étant mis sous vide (à cet effet on peut placer ledit ensemble dans une enveloppe de verre en réalisant dans ce cas l'anode 12 sous forme d'une couche métallique déposée sur la face interne de cette enveloppe, faisant face aux micropointes de l'ensemble et faire le vide dans cette enveloppe), on porte, au moyen d'une source appropriée 14, la couche 4 et donc les micropointes 10 à un potentiel négatif par rapport à la couche 8 qui peut être mise à la masse et l'on porte l'anode 12 à un potentiel positif par rapport à la couche 8 au moyen d'une source appropriée 16. Le pôle - de la source 16 et le pôle + de la source 14 peuvent ainsi être tous deux reliés à la masse.
  • En appliquant par exemple une tension de l'ordre de 100 volts entre les couches 4 et 8, des électrons sont émis par les micropointes, par effet de champ. Ces électrons sont collectés par l'anode 12. En appliquant par exemple une tension de l'ordre de 80 volts entre cette anode et la couche 8, le courant electronique mesuré, par exemple au moyen d'un micro-ampèremètre 18 monté entre le pôle + de la source 16 et l'anode 12, est de l'ordre de 100 microampères.
  • Lorsque l'anode 12 est une faible distance de la couche 8, par exemple une distance de l'ordre de 1 mm ou moins, il n'est pas nécessaire (bien que possible) de porter l'anode à un potentiel fortement positif par rapport à la couche 8 (et l'anode pourrait alors être simplement mise à la masse, encore qu'il vaille mieux éviter que la couche 8 et l'anode 12 soient strictement au même potentiel - par exemple la masse - car les faisceaux d'électrons étant légèrement divergents à la sortie des trous, on aurait une résolution spatiale moins bonne qu'en polarisant l'anode positivement par rapport à la couche 8, une telle polarisation étant donc préférable et permettant d'attirer encore légèrement les électrons à leur sortie des trous 9). Mais lorsque la distance est plus importante, il est préférable de porter l'anode à un potentiel plus fortement positif par rapport à la couche 8 afin d'obtenir un courant électronique suffisamment important et focalisé.
  • Lorsque l'émission électronique se produit, si l'on éclaire la surface de la couche de silice 6 non recouverte par la grille 8, par exemple au moyen d'un faisceau de lumière visible, on observe (au moyen du micro-ampèremètre 18), pour la même tension de l'ordre de 100 volts appliquée entre la grille et les micropointes, une augmentation de 100% du courant électronique. Si l'intensité de la lumière incidente est modulée temporellement, l'intensité du courant électronique est également modulée temporellement à la fréquence de modulation de l'intensité lumineuse, ceci étant valable pour une fréquence pouvant aller jusqu'à plusieurs kHz.
  • L'intensité du courant électronique est également une fonction croissante de l'intensité de la lumière, pour une longueur d'onde donnée de cette dernière.
  • On peut employer en tant que source lumineuse un laser He-Ne (émettant à une longueur d'onde de l'ordre de 500 nanomètres), ce laser produisant une tache lumineuse ponctuelle, et l'on observe que le courant électronique est d'autant plus important que l'impact du faisceau du laser est proche du bord de la grille 8.
  • Une lampe ordinaire peut être également utilisée à la place d'un laser.
  • On observe aussi l'augmentation de l'intensité du courant électronique en utilisant non plus une source de lumière visible mais une source de rayons X.
  • L'augmentation de l'intensité du courant électronique peut s'expliquer par une diminution de la résistance d'interface entre les micropointes et la couche conductrice 4, lorsque la cathode émissive est éclairée. Lorsqu'il s'agit d'une lumière visible, celle-ci est "guidée" ou diffusée par la couche de silice 6 jusqu'à la zone 19 des micropointes, zone en laquelle elle diminue ladite résistance d'interface.
  • Tout se passe donc comme si la tension appliquée entre la grille et les micropointes était augmentée de quelques volts.
  • Pour un éclairage pulsé, la fréquence maximale de pulsation pour laquelle on observe un courant électronique également pulsé dépend des résistances et capacités inhérentes à la structure et aux constituants de la cathode émissive à micropointes.
  • Le transducteur photo-électronique représenté sur la figure 1 s'applique par exemple à une détection de présence, en utilisant une source lumineuse visible (non représentée) prévue pour éclairer la portion de la couche 6 dépassant de la grille 8, de sorte que l'interposition d'un objet entre la source lumineuse et le transducteur provoque une variation du courant électronique détecté au moyen du micro-ampèremètre. Ce dernier peut bien entendu être remplacé par tout moyen de détection de la variation du courant électronique, moyen qui peut en outre être relié à un dispositif d'alarme.
  • On peut également envisager d'éclairer la cathode émissive à micropointes à travers le substrat de verre 2, ladite lumière atteignant ainsi la face non recouverte de micropointes de la couche 4 et provoquant, comme on l'a déjà indiqué plus haut, une variation des résistances d'interface entre les micropointes et cette couche 4.
  • Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation particulier du transducteur objet de l'invention, dans lequel la cathode émissive 20 a une structure matricielle. Plus précisément, sur une plaque de verre 22 sont déposées une pluralité de bandes 24 conductrices et parallèles. Une couche isolante 26, par exemple en silice, recouvre ces bandes 24. Une pluralité d'autres bandes 28 conductrices et parallèles, perpendiculaires aux bandes 24, sont déposées sur la couche isolante 26. Dans les zones 30 "d'intersection" des bandes 24 et 28, les bandes 28 et la couche 26 sont percées de trous et les bandes 24 sont pourvues de micropointes du genre des micropointes 10 de la figure 1, qui reposent sur les bandes 24 et affleurent à la surface des bandes 28.
  • Le transducteur schématiquement représenté sur la figure 2 comprend également une pluralité de bandes 32 conductrices et parallèles qui sont déposées sur une plaque de verre 34. Cette plaque de verre 34 est disposée en regard des bandes 28 et les bandes 32 sont parallèles à ces bandes 28 et disposées sur la plaque 34 de façon à être respectivement en regard de ces bandes 28.
  • On prévoit par exemple un intervalle de l'ordre de 0,1 millimètre à 1 millimètre entre les bandes 28 et les bandes 32, cet intervalle étant obtenu au moyen d'espaceurs en verre (non représentés) appropriés, répartis uniformément à la surface de la cathode.
  • Ces bandes 32 constituent des anodes pour le transducteur.
  • La cathode émissive à micropointes 20 et la plaque 34 munie des anodes 32, espacées comme on l'a indiqué ci-dessus, sont fixées l'une par rapport à l'autre et montées dans une enveloppe en verre 36 scellée sous vide, comme on le voit sur la figure 3 sur laquelle la cathode émissive 20 et la plaque 34 de la figure 2 sont vues en coupe perpendiculairement aux bandes 28 et 32.
  • Des passages étanches 38 sont prévus dans les parois de l'enveloppe pour le passage de conducteurs électriques de liaison entre les bandes 24 ou lignes de micropointes, les bandes 28 ou grilles et les bandes 32 ou anodes et différents moyens de commande décrits par la suite.
  • L'ensemble ainsi obtenu peut être utilisé pour réaliser un dispositif de photocopie. A cet effet, on munit ledit ensemble d'une optique de formation d'images appropriée 40. La plaque 34 étant disposée en regard d'une face interne de l'enveloppe 36 par exemple parallélipédique, l'optique 40 est disposée en regard de la face externe 42 correspondante.
  • Ledit ensemble est également muni d'une source lumineuse visible 44, de préférence intense, qui est disposée en regard de l'optique 40, une distance suffisante de cétte dernière pour permettre de disposer entre l'optique 40 et la source 44 un dessin ou un texte à photocopier porté par un support approprié tel qu'une feuille de papier (45).
  • En vue d'avoir une bonne résolution de l'image numérisée du texte ou du dessin, image dont il sera question par la suite, la couche de silice est divisée en une pluralité de zones 46, chaque zone 46 étant séparée des zones 46 adjacentes et associée à une zone donnée 30 de micropointes (figure 2). Les zones 46 sont bien entendu réalisées de façon que les bandes 28 ne soient pas en contact avec les bandes 24. A cet effet, comme on le voit sur la figure 2, chaque zone 46 de silice correspondant à une ligne 24 de micropointes et à une grille 28, est telle qu'elle recouvre la ligne 24 dans la portion de celle-­ci, qui correspond à la zone 30 de micropointes, associée à la zone 46, tout en débordant de part et d'autre de la grille 28.
  • La source 44 étant destinée à fonctionner pendant un certain temps, des moyens 48 sont prévus pour porter toutes les grilles à un même potentiel constant pendant ce temps. Des moyens 50 sont prévus pour porter, pendant le temps de fonctionnement de la source 44, successivement chaque ligne de micropointes à un potentiel négatif par exemple de l'ordre de -100V, par rapport aux grilles tandis que les autres lignes de micropointes sont portées au même potentiel que ces grilles.
  • Les lignes de micropointes émettent ainsi successivement des électrons, la quantité d'électrons émise par une zone de micropointes donnée dépendant de l'éclairement de cette zone compte tenu du fait que la lumière émise par la source est modulée spatialement par le texte ou le dessin porté par la feuille 45.
  • La lumière atteignant la cathode émissive peut en effet pénétrer dans chaque zone de silice 46 et, "guidée" par celle-ci sur une courte distance, modifier la résistance d'interface de la zone de micropointes correspondante.
  • On comprend donc que l'on puisse obtenir une image numérisée du texte ou du dessin.
  • A cet effet, le dispositif représenté sur la figure 3 comprend également des moyens 52 prévus pour porter, pendant le temps de fonctionnement de la source 44, toutes les anodes à un même potentiel positif, par exemple de l'ordre de +100V, par rapport aux grilles et pour détecter et numériser, en synchronisme avec la polarisation des lignes de micropointes, les courants électroniques respectivement recueillis par les anodes (des courants étant ainsi détectés chaque fois qu'une ligne de micropointes est portée audit potentiel négatif par rapport aux grilles).
  • Les moyens 52 sont reliés à des moyens 54 prévus pour mémoriser les courants numérisés correspondant respectivement aux zones de micropointes, chaque zone de micropointes étant repérée par le numéro de la ligne de micropointes qui lui correspond (les moyens 50 étant prévus pour fournir cette information) et par le numéro de l'anode qui lui correspond (les moyens 52 étant prévus pour fournir cette information).
  • Les moyens 54 sont reliées à des moyens 56 prévus pour reformer le dessin ou le texte sur la quantité souhaitée de supports appropriés (par exemple des feuilles de papier).
  • Dans une variante de réalisation, l'optique de formation d'image 40 et la source 44 sont disposées non plus en regard de la face 42 de l'enveloppe 36 mais en regard de la face externe 58 de l'enveloppe 36, cette face 58 correspondant à la face interne de cette enveloppe 36, face interne en regard de laquelle se trouve la cathode 20, de sorte que la lumière spatialement modulée peut traverser successivement l'enveloppe et le substrat en verre 2 pour atteindre la couche 4 et modifier la résistance d'interface des micropointes.
  • Cette variante de réalisation est intéressante dans le cas où le réseau d'anodes n'est pas suffisamment transparent à la lumière, en notant cependant qu'un défaut de transparence est compensé par l'intensité de la source 44.
  • Le dispositif représenté sur la figure 3 peut être transformé en un dispositif de télécopie, en remplaçant les moyens 56 par des moyens de traitement des informations numérisées dans les moyens 54 en vue de leur transmission sur une ligne téléphonique.
  • Sur la figure 4, on a représenté schématiquement une caméra vidéo utilisant également l'enveloppe 36 munie de la cathode émissive 20 et de la plaque 34 portant les anodes 32, qui ont été décrites en référence aux figures 2 et 3.
  • La caméra vidéo comprend une optique appropriée 60 qui est disposée en regard de la face externe 42 de l'enveloppe 36 et qui permet d'observer une scène 62 éclairée en lumière visible naturelle ou artificielle.
  • On utilise encore des moyens du genre des moyens 48, 50, 52 et 54. Toutefois, les moyens 54 ne sont plus reliés aux moyens 56 décrits en référence à la figure 3 mais à des moyens 64 prévus pour visualiser l'image numérisée de la scène, mémorisée dans les moyens 54, ou pour recopier les informations numérisées sur un support d'enregistrement, un vidéo-disque par exemple.
  • Bien entendu, les moyens 48, 50, 52 et 54 sont adaptés à la prise d'images. On effectue plusieurs fois par seconde, à une fréquence adaptée à la "mobilité" de la scène filmée, les polarisations successives des lignes de micropointes et les détections et numérisations (associées à ces polarisations successives) des courants recueillis par les anodes, et les moyens 54 sont prévus pour mémoriser successivement les images filmées à cette fréquence avec la caméra, ces images étant ensuite visualisées ou recopiées grâce aux moyens 64.
  • La disposition de l'optique 60 précédemment indiquée donne de bons résultats dans le cas où le réseau d'anodes est suffisamment transparent à la lumière visible utilisée. Lorsque le réseau d'anodes n'est pas suffisamment transparent à cette lumière, il est possible de disposer l'optique 60 en regard de la face 58 de l'enveloppe 36, comme on l'a déjà expliqué à propos de l'optique 40 dans la description de la figure 3.
  • On notera que le nombre de micropointes dans les modes de réalisation de l'invention, qui ont été décrits en référence aux figures 3 et 4 et qui seront décrits par la suite, en référence à la figure 5, doit être assez grand pour que l'émission d'un groupe de micropointes, correspondant à un pixel, soit assez stable au cours du temps, en l'absence de lumière incidente.
  • Le transducteur objet de l'invention permet également de réaliser une caméra X ou un détecteur X (par exemple un détecteur X à localisation), afin d'étudier des rayonnements X qui peuvent être très intenses et parfois très brefs, comme en produisent les plasmas.
  • A cet effet, on utilise le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 4, en l'adaptant à la détection de rayons X, c'est-à-dire en supprimant l'optique 60. En outre, on peut éventuellement supprimer l'enveloppe 36 et mettre le transducteur en face de la source de rayonnements X, l'ensemble source-transducteur étant sous vide. Il convient également d'adapter ladite fréquence (relative aux polarisations successives et aux détections-numérisations-mémorisations des courants), fréquence que l'on peut prendre égale à quelques kHz.
  • Sur la figure 5, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation particulier de l'ensemble cathode émissive à micropointes - anode, conforme à l'invention.
  • La cathode émissive représentée sur la figure 5 est conforme à celle qui est représentée sur la figure 2.
  • L'anode représentée sur la figure 5 diffère de celle qui est représentée sur la figure 2 par le fait qu'elle n'est plus réalisée sous la forme de plusieurs bandes parallèles mais d'un seul tenant. A cet effet, l'anode représentée sur la figure 5 est par exemple constituée par une couche mince 66 électriquement conductrice suffisamment transparente à la lumière utilisée (rayonnements visibles ou X) et déposée sur une plaque de verre 68.
  • Une telle anode est utilisable en combinaison avec une optique de formation d'images disposée en regard de la plaque 68 et du genre de l'optique 40 ou de l'optique 60 (suivant l'application choisie).
  • Le matériau constitutif de la couche 66 peut être In₂O₃.
  • En variante, l'anode est faite d'une couche électriquement conductrice et opaque, par exemple en aluminium, déposée sur la plaque 68. Dans ce cas, l'optique est disposée en regard de la face externe 58 de l'enveloppe 36.
  • Dans le cas d'un dispositif tel qu'une caméra X ou un détecteur de rayons X, l'optique n'est pas utilisée et l'on expose le dispositif à la scène étudiée de façon que les rayons X traversent la face externe 42 de l'enveloppe 36 si la couche d'anode le permet ou la face externe 58 lorsque la couche d'anode est opaque aux rayons X. En outre, si les rayons X ne sont pas assez énergétiques, l'enveloppe 36 est supprimée, le transducteur étant placé en face de la source de rayons X, l'ensemble source-­transducteur étant mis sous vide.
  • Le fonctionnement du mode de réalisation particulier représenté sur la figure 5 est le suivant : on effectue un adressage matriciel des lignes de micropointes et des grilles formant des colonnes perpendiculaires aux lignes, de sorte que les zones de micropointes sont excitées successivement les unes après les autres, des courants électroniques étant alors émis successivement par les différentes zones de micropointes et détectés les uns après les autres par l'anode 66 (tout ceci ayant bien entendu lieu, dans le cas de l'application à la photocopie ou à la télécopie, pendant le fonctionnement de la source 44).
  • A cet effet, on peut procéder de la façon suivante : les lignes de micropointes sont commandées par des moyens 70 prévus pour porter successivement chacune des lignes de micropointes à un potentiel négatif, par exemple de l'ordre de -100 volts, pendant que toutes les autres lignes de micropointes sont mises à la masse ; les colonnes de grilles sont commandées par des moyens 72 prévus pour porter successivement chacune des colonnes de grilles à la masse pendant que les autres colonnes de grilles sont portées à un potentiel de l'ordre de -100 volts par exemple, ceci pour un état de polarisation donné des lignes de micropointes, le balayage de polarisation des colonnes de grilles effectué par les moyens 72 reprenant pour l'état de polarisation suivant des lignes de micropointes et ainsi de suite.
  • On comprend donc que les zones de micropointes sont excitées les unes à la suite des autres, les courants électroniques obtenus dépendant de l'état d'éclairement de ces zones.
  • L'anode 66 est reliée à des moyens 74 prévus pour détecter et numériser les courants électroniques successivement collectés par cette anode en réponse aux excitations successives des zones de micropointes, et les moyens 74 sont reliés à des moyens 76 prévus pour mémoriser les courants ainsi numérisés, une image numérisée étant donc mise en mémoire dans les moyens 76. Chaque pixel mémorisé dans les moyens 76 est repéré en fonction de ses coordonnées de ligne et de colonne fournis par les moyens 70 et 72 prévus à cet effet. Les moyens 76 sont eux-mêmes reliés à des moyens 78 de reproduction d'image, dans le cas d'une application de l'invention à la photocopie, ou de traitement et de transmission sur une ligne téléphonique, dans le cas d'une application de l'invention à la télécopie.
  • Dans le cas d'une application de l'invention à la prise d'images (caméra vidéo) ou à la détection de rayons X (caméra X ou détecteur de rayons X par exemple à localisation), les moyens 78 sont remplacés par des moyens de visualisation ou d'enregistrement (comme on l'a déjà mentionné plus haut dans la description de la figure 4) et les moyens 70, 72, 74 et 76 sont adaptés, de façon à effectuer, plusieurs fois par seconde, l'adressage matriciel des lignes et des colonnes et la détection-­numérisation-mémorisation des courants électroniques, à une fréquence adaptée à l'application envisagée.
  • Des procédés de fabrication de cathodes émissives à micropointes, simples ou à structure matricielle, sont connus dans l'état de la technique.
  • On indique également ci-après un procédé permettant d'obtenir une cathode émissive à structure matricielle utilisable dans l'invention. Ce procédé comprend les étapes successives suivantes :
        - dépôt, par pulvérisation cathodique sur un substrat isolant (plaque de verre), d'une première couche de silicium dopé p,
        - gravure de la première couche (à travers un masque de résine positive et par attaque chimique avec de l'acide orthophosphorique porté à 110°C, le masque étant ensuite éliminé par dissolution chimique), pour former des premières bandes parallèles,
        - dépôt d'une seconde couche isolante de SiO₂ sur la structure obtenue (par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à partir de silane, phosphine et oxygène), à travers un masque approprié, de façon que la seconde couche soit divisée en bandes séparées qui recouvrent respectivement les premières bandes, chaque bande de la seconde couche étant en outre divisée en zones séparées les unes des autres (correspondant aux zones 46 des figures 2 et 5),
        - dépôt d'une troisième couche conductrice en niobium sur la seconde couche (par évaporation sous vide),
        - ouvertures de trous débouchant dans les troisième et seconde couches, ces trous étant répartis sur l'ensemble de la surface des troisième et seconde couches et formés à travers un masque de résine approprié (obtenu par photolithographie) représentant l'image en positif des trous, par gravure ionique réactive, au moyen de SF₆, de la troisième couche, par attaque chimique, au moyen d'une solution de HF et de NH₄F, de la seconde couche, uis par élimination du masque,
        - dépôt sur la troisième couche gravée, d'une quatrième couche ne recouvrant pas les trous (par évaporation sous vide de nickel, sous une incidence rasante de 15° par rapport à la surface de la structure),
        - dépôt sur l'ensemble de la structure obtenue d'une cinquième couche d'un matériau émetteur d'électrons tel que le molybdène, sous incidence normale par rapport à la surface de la structure,
        - élimination, par dissolution sélective par un procédé électrochimique, de la quatrième couche entraînant l'élimination du matériau émetteur d'électrons surmontant ladite quatrième couche et le maintien dudit matériau émetteur dans les trous,
        - gravure (à travers un masque de résine approprié obtenu par photolithographie) des troisième et seconde couches pour mettre à nu une au moins des extrémités des premiéres bandes ce qui permet des prises de contact électrique, et
        - gravure de la troisième couche pour former des secondes bandes perpendiculaires parallèles, les première et seconde bandes étant perpendiculaires, cette gravure étant une gravure ionique réactive, au moyen de SF₆, effectuée au travers d'un masque de résine obtenu par photolithographie, éliminé par attaque chimique une fois la gravure terminée, et tel que les zones de seconde couche dépassent de part et d'autre de ces secondes bandes.
  • Au lieu d'être en silicium dopé p, ladite première couche peut être constituée d'un matériau photoconducteur.
  • L'anode d'un seul tenant peut être formée par évaporation sous vide d'une couche métallique de In₂O₃ sur une plaque de verre. Pour la réalisation du réseau d'anodes 32, il suffit de réaliser cette évaporation à travers un masque approprié.
  • Dans une variante de réalisation non représentée de l'ensemble anode-cathode émissive, l'espace voulu entre les grilles et l'anode ou le réseau d'anodes 32 est obtenu au moyen d'espaceurs en verre répartis au hasard sur la cathode émissive. La périphérie de cette dernière est soudée hermétiquement à la plaque d'anode (34 ou 68) au moyen d'un verre fusible (traversé par les divers conducteurs électriques nécessaires au fonctionnement du transducteur) et l'ensemble obtenu est mis sous vide.
  • A titre purement indicatif et nullement limitatif, on donne ci-après un exemple chiffré de réalisation de la cathode émissive et de l'anode ou du réseau d'anodes, en vue d'une application à la photocopie, la télécopie, la prise d'images de moyenne définition, avec des rayonnements visibles ou X :
        - les bandes 24 ont une largeur de 50 micromètres, une épaisseur de 1 micromètre et sont espacées les unes des autres de 50 micromètres,
        - les bandes 28 ont une largeur de 50 micromètres, une épaisseur de 0,25 micromètre et sont espacées les unes des autres de 50 micromètres,
        - chaque zone 46 a une épaisseur de 1,5 micromètre et dépasse de 23 micromètres de part et d'autre de la bande 28 correspondante,
        - la couche 66 a une épaisseur de 0,1 micromètre,
        - les bandes 32 ont une largeur de 10 micromètres, une épaisseur de 0,1 micromètre et sont espacées les unes des autres de 90 micromètres,
        - les trous 9 ont un diamètre de 1 micromètre,
        - les micropointes épousent la forme d'un cône dont la base a un diamètre de 1 micromètre et dont la hauteur est de 1,6 micromètre (pour que la pointe du cône affleure à la surface de la grille).

Claims (14)

1. Transducteur photo-électronique, caractérisé en ce qu'il comprend :
      - au moins une première électrode (4; 24) qui est faite d'un matériau dont la conductivité augmente lorsqu'il est éclairé par une lumière déterminée et dont une face est pourvue d'une pluralité de micropointes (10) qui sont faites d'un matériau émetteur d'électrons et dont les bases se trouvent sur ladite face,
      - au moins une deuxième électrode (8; 28), cette deuxième électrode étant électriquement isolée de la première électrode (4 ; 24), disposée en regard de ladite face et percée de trous (9) situés respectivement en regard desdites bases, le sommet de chaque micropointe (10) étant situé au niveau du trou (9) qui lui correspond,
      - au moins une troisième électrode (12; 32-66), cette troisième électrode étant disposée en regard de la deuxième électrode (8; 28) et étant électriquement isolée de cette dernière qui est ainsi comprise entre la première et la troisième électrodes, de sorte que des électrons sont émis par les micropointes (10) et collectés par la troisième électrode (12; 32-36) lorsque les micropointes et les première, deuxième et troisième électrodes sont dans le vide, que la deuxième électrode est polarisée positivement par rapport à la première électrode et que la troisième électrode est polarisée positivement par rapport à la deuxième électrode ou portée au potentiel de celle-ci, les électrons donnant ainsi naissance à un courant électrique dans la troisième électrode, une augmentation de l'intensité du courant se produisant lorsque ladite lumière atteint la première électrode à l'endroit où sont les micropointes (10) ou à proximité de cet endroit, et
      - des moyens (18; 52, 54- 74, 76) de détection de ladite augmentation.
2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche (6) d'un matériau électriquement isolant et apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière est placée entre les première (4) et deuxième (8) électrodes, au moins une partie de la couche (6) n'étant pas recouverte par la deuxième électrode, de façon à pouvoir détecter ladite augmentation lorsque ladite lumière est envoyée en direction de ladite partie de la couche.
3. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième électrode (12; 32-66) est apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière de façon à pouvoir détecter ladite augmentation lorsque ladite lumière est envoyée en direction de ladite troisième électrode.
4. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une couche d'un matériau électriquement isolant (6; 26) et apte à transmettre au moins une partie de ladite lumière est placée entre les première (4; 24) et deuxième (8; 38) électrodes.
5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est disposé de façon que l'autre face de la première électrode (4; 24) soit atteinte par ladite lumière.
6. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4, 5, 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs exemplaires (24) parallèles et de forme allongée de ladite première électrode et plusieurs exemplaires (28) parallèles et de forme allongée de ladite deuxième électrode, en ce que les premières électrodes (24) font un angle avec les deuxièmes électrodes (28), ce qui définit des zones de croisement (30) des premières et deuxièmes électrodes, en ce que les micropointes (10) et les trous (9) sont situés dans ces zones de croisement (30) et en ce que les moyens de détection (52, 54 - ­74, 76) sont prévus pour détecter les courants correspondant respectivement aux zones de croisement (30).
7. Transducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande (70, 72) prévus pour effectuer un adressage matriciel des premières (24) et deuxièmes (28) électrodes, la troisième électrode (66) étant unique, de façon que les zones de croisement (30) puissent émettre successivement des électrons, et en ce que les moyens de détection (74, 76) sont prévus pour détecter le courant relatif à chacune des zones qui émettent successivement.
8. Transducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs exemplaires (32) parallèles et de forme allongée de ladite troisième électrode, ces exemplaires étant respectivement disposés en regard des exemplaires (28) de la deuxième électrode, en ce que le transducteur comprend en outre des moyens de commande (48, 50) prévus pour polariser successivement les premières électrodes (24) négativement par rapport aux deuxièmes électrodes (28), ces dernières étant maintenues à un même potentiel, les troisièmes électrodes (32) étant maintenues à un autre même potentiel, supérieur ou égal audit même potentiel et en ce que les moyens de détection (52, 54) sont prévus pour détecter les courants des troisièmes électrodes (32) en réponse aux polarisations successives des premières électrodes (24).
9. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, ladite lumière étant suceptible d'être modulée au moins spatialement par un objet (45), les moyens de détection (52, 54 - 74, 76) sont en outre prévus pour former, à partir des courants correspondant respectivement aux zones de croisement (30), une image numérisée de l'objet (45).
10. Transducteur selon la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ladite couche (26) est divisée en zones (46) qui sont séparées les unes des autres et disposées entre les premières (24) et deuxièmes (28) électrodes, respectivement en correspondance avec les zones de croisement (30).
11. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il est muni d'une optique (40, 60) de formation d'images, cette optique étant disposée du côté du transducteur, qui est destiné à être atteint par ladite lumière.
12. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite lumière appartient au domaine des rayonnements visibles.
13. Transducteur selon les revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu'il est en outre muni d'une source lumineuse (44) prévue pour fournir ladite lumière et située à une distance donnée de l'optique (40), afin de pouvoir placer entre la source et l'optique un objet matériel (45) dont la taille est compatible avec cette distance, cet objet (45) modulant spatialement la lumière.
14. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite lumière appartient au domaine des rayonnements X.
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