EP0461990B1 - Micropoint cathode electron source - Google Patents

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EP0461990B1
EP0461990B1 EP19910401536 EP91401536A EP0461990B1 EP 0461990 B1 EP0461990 B1 EP 0461990B1 EP 19910401536 EP19910401536 EP 19910401536 EP 91401536 A EP91401536 A EP 91401536A EP 0461990 B1 EP0461990 B1 EP 0461990B1
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EP
European Patent Office
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electron source
characterized
source according
cathode
resistive coating
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19910401536
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German (de)
French (fr)
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EP0461990A1 (en
Inventor
Robert Meyer
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives
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Filing date
Publication date
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Priority to FR9007347A priority patent/FR2663462B1/en
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details 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
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/319Circuit elements associated with the emitters by direct integration

Description

  • La présente invention a pour objet une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes et son procédé de fabrication. The present invention relates to an electron source emissive cathode microtips and its manufacturing method. Elle s'applique notamment à la réalisation d'écrans plats de visualisation. It applies in particular to the realization of flat display screens.
  • On connaît, par les brevets français n° 2 593 953 et 2 623 013, des dispositifs de visualisation par cathodoluminescence excitée par émission de champ, comprenant une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes. Known from French Patent No. 2,593,953 and 2,623,013, display devices by cathodoluminescence excited by field emission electron source comprising an emissive cathode microtips.
  • La figure 1 représente schématiquement une source connue d'électrons à cathodes émissives à micropointes décrite en détails dans le document n° 2 623 013 précité. 1 schematically shows a known electron source microtip emissive cathode described in detail in Document No. 2,623,013 supra. Cette source a une structure matricielle et comprend éventuellement sur un substrat 2, par exemple en verre, une mince couche de silice 4. Sur cette couche de silice 4 sont formées une pluralité d'électrodes 5 en forme de bandes conductrices parallèles jouant le rôle de conducteurs cathodiques et constituant les colonnes de la structure matricielle. This source has a matrix structure and optionally comprises a substrate 2, for example made of glass, a thin silica layer 4. In this silica layer 4 are formed a plurality of electrodes 5 in the form of parallel conductive strips acting as and cathode conductors forming the columns of the matrix structure.
  • Les conducteurs cathodiques sont recouverts chacun par une couche résistive 7 qui peut être continue (excepté sur les extrémités pour permettre la connexion des conducteurs cathodiques avec des moyens de polarisation 20). The cathode conductors are each covered by a resistive layer 7, which may be continuous (except at the ends to enable connection of the cathode conductors with biasing means 20).
  • Une couche électriquement isolante 8, en silice, recouvre les couches résistives 7. An electrically insulating layer 8, silica, overlies the resistive layer 7.
  • Au-dessus de la couche isolante 8 sont formées une pluralité d'électrodes 10 également en forme de bandes conductrices parallèles. Above the insulating layer 8 are formed a plurality of electrodes 10 also in the form of parallel conductive strips. Ces électrodes 10 sont perpendiculaires aux électrodes 5 et jouent le rôle de grilles qui constituent les lignes de la structure matricielle. These electrodes 10 are perpendicular to the electrodes 5 and serve as grids which are the lines of the matrix structure.
  • La source connue comporte également une pluralité d'émetteurs élémentaires d'électrons (micropointes) dont un exemplaire est schématiquement représenté sur la figure 2 : dans chacune des zones de croisement des conducteurs cathodiques 5 et des grilles 10, la couche résistive 7 correspondant à cette zone supporte des micropointes 12 par exemple en molybdène et la grille 10 correspondant à ladite zone comporte une ouverture 14 en regard de chacune des micropointes 12. Chacune de ces dernières épouse sensiblement la forme d'un cône dont la base repose sur la couche 7 et dont le sommet est situé au niveau de l'ouverture 14 correspondante. The known source also comprises a plurality of elementary electron emitters (microtips) a copy of which is schematically shown in Figure 2: in each of the intersection zones of the cathode conductors 5 and grids 10, the resistive layer 7 corresponding to this area supports the microtips 12, for example made of molybdenum and the gate 10 corresponding to said zone has an opening 14 facing each microtip 12. each of the latter substantially matches the shape of a cone whose base rests on the layer 7 and whose apex is located at the corresponding opening 14. Bien entendu, la couche isolante 8 est également pourvue d'ouvertures 15 permettant le passage des micropointes 12. Of course, the insulating layer 8 is also provided with openings 15 allowing the passage of the microtips 12.
  • A titre indicatif, on peut citer les ordres de grandeurs suivants : For information, include the following quantities of orders:
    • épaisseur de la couche isolante 8 : 1 micromètre, thickness of the insulating layer 8: 1 micrometer,
    • épaisseur d'une grille 10 : 0,4 micromètre, thickness of a gate 10: 0.4 micrometer,
    • diamètre d'une ouverture 14 : 1,4 micromètre, diameter of an opening 14: 1.4 micrometer,
    • diamètre d'une basse d'une micropointe 12 : 1,1 micromètre, diameter from a low of a microtip 12: 1.1 micrometer,
    • épaisseur d'un conducteur cathodique 5 : 0,2 micromètre, thickness of a cathode conductor 5: 0.2 micrometer,
    • épaisseur d'une couche résistive : 0,5 micromètre. thickness of a resistive coating: 0.5 micrometers.
  • La couche résistive 7 a pour but essentiel de limiter le courant dans chaque émetteur 12 et donc, par conséquent, d'homogénéiser l'émission électronique. The resistive layer 7 is primarily designed to limit the current in each transmitter 12 and hence, therefore, to homogenize the electron emission. Cela permet, dans une application à l'excitation des points lumineux (pixels) d'un écran d'affichage, d'éliminer les points trop brillants. This allows, in an application to the excitation of the luminous points (pixels) of a display screen, to remove too bright points.
  • La couche résistive 7 permet aussi de réduire les risques de claquage au niveau des micropointes 12 du fait de la limitation en courant et ainsi d'éviter l'apparition de courts-circuits entre lignes et colonnes. The resistive layer 7 also reduces the risk of breakdown at the microdots 12 due to the current limitation and thus prevent the occurrence of short circuits between rows and columns.
  • Enfin, la couche résistive 7 est sensée autoriser le court-circuit de quelques émetteurs 12 avec une grille 10, le courant de fuite très limité (de l'ordre de quelques µA) dans ces courts-circuits ne devant pas perturber le fonctionnement du reste du conducteur cathodique. Finally, the resistive layer 7 is supposed to allow some short-circuit emitters 12 with a gate 10, the very small leakage current (in the order of a few uA) in these shorts are not to disrupt the operation of the rest the cathode conductor. Malheureusement, le problème pose par l'apparition de courts-circuits entre des micropointes et une grille n'est pas résolu de façon satisfaisante par un dispositif du type de celui décrit dans le brevet français n° 2 623 013. Unfortunately, the problem posed by the occurrence of short circuits between the microtips and a grid is not satisfactorily solved by a device of the type described in French Patent No. 2,623,013.
  • Sur la figure 3, on a représenté schématiquement une micropointe. Figure 3 schematically shows a microtip. Une particule métallique 16 provoque un court-circuit de la micropointe 12 avec une grille 10 ; A metal particle 16 causes a short circuit of the microtip 12 having a gate 10; dans ce cas, toute la tension appliquée entre grille 10 et conducteur cathodique 5 (Vcg, de l'ordre de 100 V) est reportée aux bornes de la couche résistive 7. in this case, all the voltage applied between the gate 10 and cathode conductor 5 (Vcg, of the order of 100 V) is transferred to the terminals of the resistive layer 7.
  • Pour pouvoir tolérer quelques courts-circuits de ce type, quasiment inévitables du fait du très grand nombre de micropointes, la couche résistive 7 doit pouvoir supporter une tension avoisinant 100 V, ce qui nécessite que son épaisseur soit supérieure à 2 µm. To be able to tolerate some short-circuits of this type, almost inevitable due to the very large number of microdots, the resistive layer 7 must withstand a voltage close to 100 V, which requires that its thickness is greater than 2 .mu.m. Dans le cas contraire, elle claque par effet thermique et un court-circuit franc peut apparaître entre la grille et le conducteur cathodique rendant la source d'électrons inutilisable. Otherwise, she slams thermal effect and a dead short may occur between the gate and the cathode conductor making it unusable source of electrons.
  • La présente invention pallie cet inconvénient. The present invention overcomes this drawback. Elle a pour but l'amélioration de la résistance au claquage d'une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes, cette amélioration étant obtenue sans pour autant augmenter l'épaisseur de la source résistive. It aims improve the breakdown strength of a source of cathode electron microdot, this improvement is achieved without increasing the thickness of the resistive source.
  • Pour atteindre ce but, l'invention préconise d'utiliser des électrodes (par exemple, les conducteurs cathodiques) en forme de treillis de manière à ce que ces électrodes et les couches résistives associées soient sensiblement dans le même plan. To achieve this object, the invention recommends to use electrodes (e.g., the cathode conductors) shaped mesh so that these electrodes and the associated resistive layers are substantially coplanar. Dans cette configuration, la résistance au claquage ne dépend plus (au premier ordre) de l'épaisseur de la couche résistive mais de la distance entre le conducteur cathodique et la micropointe. In this configuration, the breakdown resistance is no longer dependent (first order) of the thickness of the resistive layer, but the distance between the cathode conductor and the microtip. Il suffit donc de maintenir un éloignement suffisant entre le conducteur cathodique et la micropointe pour éviter le claquage tout en conservant un effet d'homogénéïsation pour lequel la couche résistive est prévue. So just keep sufficient distance between the cathode conductor and the microtip to prevent breakdown while maintaining a homogenization effect for which the resistive layer is provided.
  • De façon plus précise, la présente invention concerne une source d'électrons comprenant : More specifically, the invention relates to an electron source including:
    • sur un support isolant,une première série d'électrodes parallèles jouant le rôle de conducteurs cathodiques et portant une pluralité de micropointes en matériau émetteur d'électrons, on an insulating support, a first series of parallel electrodes acting as cathode conductors and carrying a plurality of microtips electron emitting material,
    • une seconde série d'électrodes parallèles, jouant le rôle de grilles, électriquement isolées des conducteurs cathodiques par une couche isolante et faisant un angle avec ceux-ci, ce qui définit des zones de croisement des conducteurs cathodiques et des grilles, les grilles et la couche isolante étant percées d'ouvertures respectivement en regard des micropointes, une couche résistive disposée au moins entre une des séries d'électrodes et la couche isolant. a second series of parallel electrodes serving as grids, electrically insulated from the cathode conductors by an insulating layer and forming an angle therewith, which defines intersection zones of the cathode conductors and the grids, the grids and the insulating layer being pierced with openings respectively facing the microdots, a resistive layer disposed at least between one of the series of electrodes and the insulating layer.
  • Chacune des électrodes d'au moins une des séries possède une structure en treillis en contact avec une couche résistive. Each of the electrodes of at least one of the series has a lattice structure in contact with a resistive layer.
  • De manière préférée, les électrodes possédant une structure en treillis sont métalliques ; Preferably, the electrodes having a lattice structure are made of metal; elles sont par exemple en AI, Mo, Cr, Nb ou autre. they are for example Al, Mo, Cr, Nb or another. Elle présente ainsi une meilleure conductivité. It thus has a better conductivity.
  • De manière préférée, la dimension d'une maille du treillis est inférieure à la dimension d'une zone de croisement. Preferably, the size of a mesh of the mesh is less than the dimension of a crossing region.
  • Avantageusement, une zone de croisement recouvre plusieurs mailles du treillis. Advantageously, an intersection zone covers several grating meshes.
  • Cela favorise le fonctionnement de la source d'électrons pour deux raisons : This promotes the operation of the electron source for two reasons:
    • a) le courant nominal par maille est d'autant plus faible que le nombre de mailles est important. a) the rated current per cell is even lower than the number of cells is important. Lorsque les conducteurs cathodiques présentent une structure en treillis, la résistance d'accès d'un conducteur cathodique à l'ensemble des micropointes d'une maille peut être tolérée d'autant plus grande que le nombre de mailles est important, ce qui permet de réduire le courant de fuite en cas de court-circuit. When the cathode conductors have a grating structure, the access resistance of a cathode conductor to all microdots of a mesh can be tolerated so much greater than the number of stitches is important, thereby reduce the leakage current in case of short circuit. En effet, la résistance d'accès est peu dépendante de la dimension de la maille et du nombre de micropointes par maille. Indeed, the access resistance is very dependent on the mesh size and the number of microdots per cell. Elle dépend principalement de la résistivité et de l'épaisseur de la couche résistive. It mainly depends on the resistivity and thickness of the resistive layer.
    • b) Plus le nombre de mailles est grand à l'intérieur d'une zone de recouvrement, moins le non-fonctionnement (court-circuit) d'une maille perturbe le fonctionnement de la source d'électrons. b) The higher the mesh number is high within an overlap zone, less the non-operation (short-circuit) of a cell disrupts the operation of the electron source. (Dans le cas d'une application à l'excitation d'un écran, seule une fraction d'un pixel est éteint pour une maille défaillante, ce qui n'est pas visible sur l'écran). (In the case of an application to the excitation of a screen, only a fraction of a pixel is turned off for a faulty cell, which is not visible on the screen).
  • Les mailles du treillis peuvent avoir une forme quelconque ; The grating meshes can have any shape; elles peuvent être par exemple rectangulaires ou carrées. they can be for example rectangular or square.
  • Selon un mode de réalisation préféré, les mailles du treillis sont carrées. In a preferred embodiment, the grating meshes are square.
  • Selon une variante de réalisation, les conducteurs cathodiques présentent une structure en treillis. According to an alternative embodiment, the cathode conductors have a grating structure.
  • Dans ce cas, avantageusement, les micropointes occupent les régions centrales des mailles du treillis. In this case, advantageously, the microdots occupy the central regions of the lattice mesh. Cette disposition permet de ménager une distance suffisante entre un conducteur cathodique et les micropointes pour éviter le claquage. This arrangement makes it possible to provide a sufficient distance between a cathode conductor and microtips to prevent breakdown.
  • Selon un mode de réalisation particulier de cette variante, chaque conducteur cathodique est recouvert par une couche résistive. According to a particular embodiment of this variant, each cathode conductor is covered by a resistive layer.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier de cette variante, une couche résistive est intercalée entre le support isolant et chaque conducteur cathodique. According to another particular embodiment of this variant, a resistive layer is inserted between the insulating support and each cathode conductor.
  • La couche résistive peut être constituée en matériau tels que l'oxyde d'indium, l'oxyde d'étain ou l'oxyde de fer. The resistive layer may be a material such as indium oxide, tin oxide or iron oxide. De manière préférée, la couche résistive est en silicium dopé. Preferably, the resistive layer is doped silicon.
  • Quel que soit le matériau choisi, il faut s'assurer que celui-ci présente bien une résistivite adaptée aux effets d'homogénéïsation et de protection contre les courts-circuits. Whatever the material chosen, make sure that it looks good resistivity adapted to the homogenization effects and protection against short circuits. Cette résistivite est généralement supérieure à 10² Ωcm alors que la résistivite du conducteur cathodique est généralement inférieure à 10⁻³ Ωcm. This resistivity is generally greater than 10² Ωcm while the resistivity of the cathode conductor is generally less than 10⁻³ Ωcm.
  • Dans une autre variante de réalisation, les grilles possèdent une structure en treillis. In another embodiment, the grids have a grating structure. Dans ce cas, les conducteurs cathodiques peuvent avoir ou non une structure en treillis. In this case, the cathode conductors may or may not a lattice structure. La couche résistive n'est plus nécessaire, elle peut cependant être présente pour conserver un effet d'homogénéïsation. The resistive layer is no longer needed, it can however be present to maintain a homogenization effect.
  • Dans un mode de réalisation de cette variante, chaque grille est recouverte par une seconde couche résistive percée d'ouvertures en regard des micropointes. In one embodiment of this variant, each grid is covered by a second resistive coating having openings facing the microtips.
  • Dans un autre mode de réalisation de cette variante, chaque grille repose sur une seconde couche résistive percée d'ouvertures en regard des micropointes. In another embodiment of this variant, each grid rests on a second resistive coating having openings facing the microtips.
  • La couche résistive peut être constituée en matériau tels que l'oxyde d'indium, l'oxyde d'étain ou l'oxyde de fer. The resistive layer may be a material such as indium oxide, tin oxide or iron oxide. De manière préférée, la couche résistive est en silicium dopé. Preferably, the resistive layer is doped silicon.
  • Quel que soit le matériau choisi, il faut s'assurer que celui-ci présente bien une résistivité adaptée aux effets d'homogénéïsation et de protection contre les courts-circuits. Whatever the material chosen, make sure that it looks good resistivity adapted to the homogenization effects and protection against short circuits. Cette résistivité est généralement supérieure à 10² Ωcm alors que la résistivité du conducteur cathodique est généralement inférieure à 10⁻³ Ω cm. This resistivity is generally greater than 10² Ωcm, so that the resistivity of the cathode conductor is generally less than 10⁻³ Ω cm.
  • Si les grilles et les conducteurs cathodiques possèdent tous une structure en treillis, les mailles des treillis sont préférentiellement de mêmes dimensions en vis-à-vis. If the grids and the cathode conductors all have a lattice structure, the lattice meshes are preferably of the same dimensions vis-à-vis.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif. The features and advantages of the invention will become more apparent after the following description given for explanatory and not limiting. Cette description se réfère à des dessins annexes sur lesquels : This description refers to the accompanying drawings in which:
    • la figure 1, déjà décrite et relative à l'art antérieur, représente schématiquement une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes ; Figure 1, already described and relative to the prior art, schematically shows an electron source emissive cathode microtips;
    • la figure 2, déjà décrite et relative à l'art antérieur, représente schématiquement une vue en coupe et partielle d'une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes ; Figure 2, already described and relative to the prior art, schematically shows a sectional and partial view of an electron source emissive cathode microtips;
    • la figure 3, déjà décrite et relative à l'art antérieur, représente schématiquement un émetteur d'électrons en court-circuit avec une grille ; Figure 3, already described and relative to the prior art, schematically shows an electron emitter short-circuit with a gate;
    • la figure 4 est une vue schématique en coupe et partielle d'un premier mode de réalisation d'une source d'électrons conforme à l'invention ; Figure 4 is a schematic partial sectional view of a first embodiment of an electron source according to the invention;
    • la figure 5 est une vue schématique de dessus et partielle de la réalisation de la figure 4 ; Figure 5 is a schematic top view and partial view of the embodiment of Figure 4;
    • la figure 6 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention ; Figure 6 is a schematic view of another embodiment of the invention;
    • la figure 7 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention ; Figure 7 is a schematic view of another embodiment of the invention;
    • la figure 8 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention. Figure 8 is a schematic view of another embodiment of the invention.
  • En référence aux figures 4 et 5, on décrit maintenant une source d'électrons conforme à l'invention. Referring to Figures 4 and 5 will now be described an electron source according to the invention. Dans cette réalisation, les conducteurs cathodiques 5 présentent une structure en treillis. In this embodiment, the cathode conductors 5 have a lattice structure. Les mailles du treillis peuvent être de géométrie quelconque. The grating meshes may be of any geometry. Dans la réalisation représentée, les mailles du treillis sont carrées. In the illustrated embodiment, the grating meshes are square. Le pas de la maille p est, par exemple, d'environ 50 micromètres et la largeur d des pistes conductrices formant le treillis est par exemple d'environ 5 micromètres. The pitch p of the mesh is, for example, about 50 micrometers and the width of the conductive tracks forming the mesh is for example about 5 micrometers. Ces pistes conductrices sont de préférence métalliques, par exemple en Al, Mo, Cr, Nb ou autre. These conductive traces are preferably metallic, such as Al, Mo, Cr, Nb or the like. Un conducteur cathodique 5 présente une largeur de 400 micromètres, les conducteurs cathodiques étant séparés les uns des autres d'une distance égale à 50 micromètres environ. A cathode conductor 5 has a width of 400 micrometers, the cathode conductors being separated from each other by a distance equal to about 50 micrometers. On comprend donc qu'une zone de croisement d'un conducteur cathodique 5 avec une grille 10 (de largeur égale à 300 micromètres) recouvre plusieurs mailles du treillis. It is therefore understood that a crossing region of a cathode conductor 5 with a gate 10 (equal to 300 microns width) covers several grating meshes. Dans ces conditions, chaque zone de recouvrement d'un conducteur cathodique 5 avec une grille 10 comprend 48 mailles. Under these conditions, each overlap area of ​​a cathode conductor 5 with a gate 10 comprises 48 meshes. Le non fonctionnement d'une maille dû à des courts-circuits entre la grille 10 et des micropointes ne perturbe l'ensemble que dans la proportion de 1/48, ce qui n'a pas d'effet notable. The non-operation of a cell due to short-circuit between the gate and the microtips 10 does not disturb the whole and in the proportion of 1/48, which has no significant effect.
  • Les micropointes 12 sont réunies dans les zones centrales des mailles et sont reliées au conducteur cathodique 5 par une couche résistive 7 en silicium dope par exemple. The microdots 12 are combined in the central zones of the mesh and are connected to the cathode conductor 5 by a resistive layer 7 doped silicon, for example. La distance a séparant chaque micropointe 12 peut être de 5 micromètres par exemple ; The distance separating each microtip 12 may be 5 micrometers, for example; la distance r séparant les micropointes 12 des pistes conductrices du treillis formant un conducteur cathodique 5 doit être suffisante pour que la chute de tension dans la couche résistive 7, nominal, en fonctionnement produise l'effet d'homogénéisation précité. r the distance between the microtips 12 of the conductor tracks of the mesh forming a cathode conductor 5 must be sufficient for the voltage drop in the resistive layer 7, nominal, in operation produce the effect of homogenization above. La couche résistive 7 en silicium dope étant d'environ 0,5 micromètre par exemple, cette distance r est au minimum de 5 micromètres pour une chute de tension comprise entre 5 et 10 V en fonctionnement nominal. The resistive layer 7 doped silicon is about 0.5 micrometers for example, the distance r is at least 5 micrometers for a voltage drop of between 5 and 10 V in nominal operation. Par exemple, la distance r est choisie égale à 10 micromètres. For example, the distance r is chosen equal to 10 micrometers.
  • Chaque maille contient un nombre n de micropointes 12 avec Each cell contains a number n of microtips 12 with n = ((p - d - 2r)/a + 1)². n = ((p - d - 2r) / a + 1) ².
    Figure imgb0001
  • Dans l'exemple représenté, n égale 36. In the example shown, n equals 36.
  • Dans cette réalisation, la résistance d'accès du conducteur cathodique 5 à l'ensemble des micropointes 12 est peu dépendante de la dimension de la maille et du nombre de micropointes qu'elle contient. In this embodiment, the access resistance of the cathode conductor 5 to the set of microtips 12 is somewhat dependent on the mesh size and the number of microdots contained therein. Elle dépend essentiellement de la résistivite et de l'épaisseur de la couche résistive 7. Pour une couche résistive en silicium, la résistivité p est de l'ordre de 3 10³ Ohmscm ; It mainly depends on the resistivity and thickness of the resistive layer 7. For a resistive layer of silicon, the resistivity p is of the order of 10³ 3 Ohmscm; son épaisseur e est par exemple égale à 0,5 micromètre. its thickness e is for example equal to 0.5 micrometer.
  • La résistance d'accès R peut être approximativement calculée à l'aide de la formule : The access resistance R can be calculated approximately using the formula: R = R = p p 2 π e 2 π e ; ;
    Figure imgb0002

    on trouve que R égale approximativement 10⁷ Ohms, ce qui est suffisant pour obtenir une chute de tension d'environ 10 V dans la couche résistive 7. it is found that R approximately 10⁷ ohms, which is sufficient to obtain a voltage drop of about 10 V in the resistive layer 7.
  • Dans ces conditions, en cas de court-circuit entre un émetteur 12 et la grille 10, le courant de fuite dans une maille est sensiblement égal à 10 microampères, ce qui est tolérable car il n'altère pas le fonctionnement de la source d'électrons. Under these conditions, in the event of short circuit between a transmitter 12 and the gate 10, the leakage current in a mesh is substantially equal to 10 microamps, which is tolerable since it does not alter the operation of the source of electrons.
  • Un procédé de réalisation d'un tel dispositif peut par exemple comporter les étapes suivantes : A method of making such a device may for example comprise the following steps:
    • a) sur un substrat isolant 2, par exemple en verre, recouvert une fine couche 4 (d'épaisseur 1000 Å) de SiO₂, on dépose, par exemple par pulvérisation cathodique une couche métallique (d'épaisseur 2000 Å) par exemple en Nb ; a) on an insulating substrate 2, for example made of glass, covered a thin layer 4 (thickness 1000 Å) of SiO₂ is deposited for example by sputtering a metal layer (thickness 2000 Å) for example Nb ;
    • b) on réalise, par exemple par photolithographie et gravure ionique réactive, une structure en treillis dans la couche métallique. b) is carried out, for example by photolithography and reactive ion etching, a lattice structure in the metallic layer. Cette structure est donc réalisée sur toute la surface active la source d'électrons ; This structure is therefore formed on the entire active surface of the electron source;
    • c) on dépose, par exemple par pulvérisation cathodique, une couche résistive de silicium dope (d'épaisseur 5000 Å) ; c) depositing, for example by sputtering, resistive doped silicon layer (thickness 5000 Å);
    • d) on grave, par exemple par photogravure et gravure ionique réactive, la couche résistive et la couche métallique de manière à former des colonnes conductrices (par exemple, de largeur égale à 400 micromètres et espacées de 50 micromètres entre-elles) ; d) is etched, for example by photolithography and reactive ion etching, the resistive layer and the metal layer to form conductive columns (e.g., a width equal to 400 microns and spaced 50 microns with one another);
    • e) on termine ensuite la source d'électrons par la réalisation d'une couche isolante, de la grille et des micropointes selon des étapes décrites par exemple dans le brevet français n° 2 593 953 déposé au nom du demandeur. e) then terminates the electron source by producing an insulating layer, of the grid and the microtips according to the steps described for example in French patent No. 2593953 filed in the name of the applicant.
  • Conformément à l'invention, les micropointes ne sont réalisées qu'à l'intérieur des mailles. According to the invention, the microdots are made only within the mesh. Un positionnement des micropointes par rapport aux mailles des conducteurs cathodiques est donc nécessaire avec une précision de l'ordre de ± 5 micromètres. Positioning the microtips with respect to the meshes of the cathode conductors is needed with a precision of the order of ± 5 micrometers.
  • Selon un autre mode de réalisation représenté schématiquement sur la figure 6, les conducteurs cathodiques 5 possédant une structure en treillis reposent sur une couche résistive 7. Dans cette configuration, une couche résistive 7 est donc intercalée entre le support isolant (plus particulièrement la couche 4) et chaque conducteur cathodique 5. According to another embodiment shown schematically in Figure 6, the cathode conductors 5 having a trellis structure based on a resistive layer 7. In this configuration, a resistive layer 7 is interposed between the insulating support (especially the layer 4 ) and each cathode conductor 5.
  • Selon une variante de réalisation représentée en coupe sur la figure 7, ce ne sont plus les conducteurs cathodiques 5 qui possèdent une structure en treillis mais les grilles. According to an alternative embodiment shown in section in Figure 7, it is no longer the cathode conductors 5 which have a lattice structure but the grids.
  • Selon un premier mode de réalisation, une seconde couche résistive 18, par exemple en silicium dopé d'une résistivité d'environ 10⁴ Ohmscm et d'épaisseur égale à 0,4 micromètre, repose sur la couche isolante 8. Elle est percée d'ouvertures 20 pour permettre le passage des micropointes 12. According to a first embodiment, a second resistive layer 18, for example silicon doped with a resistivity of about 10⁴ Ohmscm and 0.4 micrometer thickness, rests on the insulating layer 8. It is pierced apertures 20 to permit passage of the microtips 12.
  • Les grilles 10a en forme de treillis à mailles carrées reposent sur la seconde couche résistive 18. Les micropointes 12 sont placées à l'intérieur de la zone centrale des mailles du treillis. The gates 10a-shaped mesh square mesh based on the second resistive layer 18. Microtips 12 are placed inside the central zone of the mesh stitches.
  • Selon un second mode de réalisation, la seconde couche résistive 18 recouvre les grilles 10b qui reposent sur la couche isolante 8. According to a second embodiment, the second resistive layer 18 covers the gates 10b which rest on the insulating layer 8.
  • Dans cette variante de réalisation, les grilles peuvent être en Nb et présentent une épaissseur de 0,2 micromètre. In this embodiment, the grids may be Nb and exhibit épaissseur 0.2 micron. La largeur de chaque grille 10a ou 10b peut être de 5 micromètres pour un pas de maille de 50 micromètres. The width of each gate 10a or 10b may be from 5 microns to a step 50 micrometer mesh.
  • Que ce soit dans le premier ou le second mode de réalisation, la seconde couche résistive 18 a un rôle de protection contre les courts-circuits, la couche résistive 7 assurant la fonction d'homogénéïsation de l'émission électronique. Whether in the first or second embodiment, the second resistive layer 18 has a role of protection against short-circuit, the resistive layer 7 performing the function of homogenizing the electron emission.
  • Dans cette variante de réalisation, les couches résistives 7 peuvent être en silicium dopé ayant par exemple une résistivité de 10⁵ Ohmscm et une épaisseur de 0,1 micromètre. In this embodiment, the resistive layer 7 may be doped silicon having for example a resistivity of 10⁵ Ohmscm and a thickness of 0.1 micrometer. Les conducteurs cathodiques 5 peuvent être par exemple en ITO (oxyde d'indium dopé à l'étain). The cathode conductors 5 may be for example of ITO (indium oxide doped with tin).
  • Selon une autre variante de réalisation, représentée schématiquement en coupe sur la figure 8, les grilles et les conducteurs cathodiques possèdent une structure en treillis à mailles carrées. According to another alternative embodiment, shown schematically in section in Figure 8, the gates and cathode conductors have a grating structure with a square mesh. Les mailles des grilles et des conducteurs cathodiques sont alors superposées : les pistes conductrices formant les mailles des grilles et des conducteurs cathodiques sont en regard dans les zones de recouvrement. The meshes of the grids and cathode conductors are then superimposed: the conductor tracks forming the meshes of the grids and cathode conductors are opposite in the overlap zones.
  • De même que précédemment, une seconde couche résistive 18 recouvre chaque grille 10b ou bien les grilles 10a peuvent aussi recouvrir la seconde couche résistive 10a. As before, a second resistive layer 18 covers each gate 10b or 10a grids may also cover the second resistive layer 10a.
  • En ce qui concerne les conducteurs cathodiques, ceux-ci peuvent être recouverts par la couche isolante 7 (conducteur cathodique référence 5b) ou bien la recouvrir (conducteur cathodique référence 5a). With regard to the cathode conductors, they can be covered by the insulating layer 7 (cathode conductor 5b reference) or the cover (cathode conductor reference 5a).
  • Quelle que soit la variante de réalisation retenue, une source d'électrons possédant des électrodes en forme de treillis permet de diminuer les risques de claquage tout en assurant une bonne homogénéïsation de l'émission électronique. Whatever the embodiment adopted, an electron source having lattice-shaped electrodes reduces the risk of breakdown while ensuring good homogenization of the electron emission. La structure en treillis permet d'augmenter la résistance d'accès des micropointes aux conducteurs cathodiques sans pour autant augmenter l'épaisseur de la couche résistive. The lattice structure increases the access resistance to the microtips cathode conductors without increasing the thickness of the resistive layer.

Claims (13)

  1. Electron source comprising on an insulating support (2, 4) a first series of parallel electrodes serving as cathode conductors (5) and carrying a plurality of microdots (12) made from an electron emitting material and a second series of parallel electrodes (10) serving as grids and which are elastically insulated from the cathode conductors (5) by an insulating layer (8) and forming an angle therewith, which defines the intersection zones of the cathode conductors (5) and the grids (10), the girds (10) and the insulating layer (8) having openings (14) respectively facing the microdots (12), a resistive coating (7, 18) placed at least between one of the series of electrodes and the insulating layer (8), characterized in that each of the electrodes (5, 10) of at least one of the series has a grating structure in contact with a resistive coating (7, 18).
  2. Electron source according to claim 1, characterized in that the size of a mesh of the grating is less than the size of an intersection zone.
  3. Electron source according to claim 2, characterized in that an intersection zone covers several grating meshes.
  4. Electron source according to claim 1, characterized in that the grating meshes are square.
  5. Electron source according to claim 1, characterized in that the cathode conductors (5) have a grating structure.
  6. Electron source according to claim 5, characterized in that the microdots (12) occupy the central regions of the grating meshes.
  7. Electron source according to claim 5, characterized in that each cathode conductor (5) is covered by a resistive coating (7).
  8. Electron source according to claim 5, characterized in that a resistive coating (7) is inserted between the insulating support (2, 4) and each cathode conductor (5).
  9. Electron source according to either of the claims 7 and 8, characterized in that the resistive coating (7) is of doped silicon.
  10. Electron source according to claim 1, characterized in that the grids (10) have a grating structure.
  11. Electron source according to claim 10, characterized in that each grid (10) is covered by a second resistive coating (18) with openings (20) facing the microdots (12).
  12. Electron source according to claim 10, characterized in that each grid (10) rests on a second resistive coating (18) having openings (20) facing the microdots (12).
  13. Electron source according to either of the claims 11 and 12, characterized in that the second resistive coating (18) is of doped silicon.
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