EP0697710B1 - Manufacturing method for a micropoint-electron source - Google Patents
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- EP0697710B1 EP0697710B1 EP95401863A EP95401863A EP0697710B1 EP 0697710 B1 EP0697710 B1 EP 0697710B1 EP 95401863 A EP95401863 A EP 95401863A EP 95401863 A EP95401863 A EP 95401863A EP 0697710 B1 EP0697710 B1 EP 0697710B1
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a microtip electron source ("microtips").
- Such a principle is used to realize cold sources of electrons, capable of replacing the electron-emitting heating filaments, because that such cold springs have a more response fast, lower power consumption and are susceptible to greater miniaturization than these heating filaments.
- microtip sources One of the most important applications of these cold sources of electrons, also called “microtip sources” is the manufacture of tubes television dishes.
- Figure 1 is a sectional view schematic and partial of such a flat screen and the Figure 2 is a schematic perspective view and partial view of this flat screen.
- the flat screen in Figures 1 and 2 includes a source of microtip electrons 2 and a substrate glass 4 which is separated from the source 2 by a space thin in which a vacuum has been created.
- the substrate 4 carries, facing the source 2, a transparent, electrically conductive layer 6, for example in indium tin oxide, this layer 6 itself carrying elements cathodoluminescent 8, also called “luminophores”.
- the microtip source 2 includes, on an electrically insulating substrate 10, for example in glass, a set of cathode conductors parallels 12 which constitute the columns of the screen.
- cathode conductors are covered by a layer 14 of an electrically insulating material such as silica.
- a set of other drivers parallel electric 15 is placed above the insulating layer 14 and these other conductors 15, or grids, are perpendicular to the conductors cathodic 12 to form the lines of the screen.
- holes 18, 19 are formed through the insulating layer 14 and these grids 15 and microtips 20 made of a material electron emitter are formed in these holes and are based on the cathode conductors 12.
- the phosphors 8 are formed on the transparent conductive layer 6, opposite these intersections, as seen in Figure 2.
- Electrons are extracted by application appropriate electrical voltages between the grids and the microtips then these electrons are accelerated thanks to appropriate electrical voltages applied between the grids and the conductive layer 6 constituting the anode of the screen.
- Each phosphor 8 excited by electrons 22 emits light 24.
- microtips located at the intersection of a row and a fed column in tension emit electrons to form a picture element or pixel.
- Each pixel is actually "excited" by several hundred microtips whose dimensions are of the order of 1 ⁇ m, generally 1.5 ⁇ m, and which are spaced from each other by a distance of the order of a few micrometers, typically 5 ⁇ m.
- a flat screen typically uses around 10,000 microtips per square millimeter over areas of several square decimetres.
- the flat screens currently manufactured have surfaces of the order of 5 dm 2 and it is envisaged to manufacture flat screens whose surfaces would go up to approximately 1 m 2 .
- FIG. 3 illustrates schematically this process, a structure comprising the insulating substrate 10 on which the cathode conductors 12, and the insulating layer 14 which is formed on these cathode conductors and which carries a grid layer 16 electrically conductive.
- the grids themselves are obtained from this grid layer 16, after having formed the microtips as we will see.
- a nickel layer 16a is deposited on the grid layer 16 by vacuum evaporation and grazing incidence.
- the microtips 20 are obtained by evaporation of an electron emitting material 26.
- a layer 28 of this material then forms on the surface of the gate layer 16a.
- the holes 19 formed in these layers 16 and 16a gradually decrease as as the thickness of layer 28 increases.
- the diameter of the material deposits 26 in the holes 18 of the insulating layer 14 varies as the diameter of the holes layer 16a and grid layer 16, which leads to the point shape of the deposits in the holes 18, that is to say at the microtips 20.
- layer 28 is removed by selective dissolution of the nickel layer 16a, this which brings up these microtips.
- disks 32 are formed from the layer of silica which results from this oxidation.
- Reactive ion etching of the substrate silicon 30 then allows the formation of pedestals 34 made of silicon, the discs 32 serving as masks.
- a layer 40 of silica is then formed. on each disk 32.
- the pedestals 34 are then oxidized thermally, which leads to the formation of microtips 42 from these pedestals.
- a layer 46 of this material also forms on layer 40 silica associated with each disc 32.
- the angle of incidence ⁇ of a beam of evaporation F varies according to the position of the holes 19 of the grid layer 16, which leads to the phenomenon illustrated in FIG. 5, that is to say at microtips with less Y axes perpendicular to the surface of the substrate 10 that the angle of incidence ⁇ is large.
- the object of the present invention is to remedy these drawbacks.
- the layer of grid as a cathode for the electrolytic attack of the metallic material.
- the electrolyte being located around the metallic material so as to avoid an overconcentration of ions which could slow dissolution and cause a significant redeposition of this material on the grid around microdots in formation.
- the protective layer can be formed by depositing, under grazing incidence, a layer of electrically insulating material on the layer of wire rack.
- this protective layer is preferably formed by anodic oxidation of the grid layer.
- the grid layer can be made of a material chosen from the group comprising niobium, tantalum and aluminum.
- Metallic material can be chosen in the group comprising iron, nickel, chromium, Fe-Ni, gold, silver and copper.
- the protective layer can be removed by chemical attack.
- This protective layer can also be removed by reactive ion etching.
- Figure 6A a structure 49 like the one shown on Figure 3 and which includes the substrate electrically insulator 10 on which the conductors are formed cathodic 12, electrically insulating layer 14 formed on these cathode conductors and the layer of grid 16 formed on this layer electrically insulating 14 (it being understood that, in other modes of specific implementation, the structure may not understand only one cathode conductor).
- the substrate 10 is in glass
- cathode conductors are made of a bilayer of chromium and copper
- layer 14 is in silica
- the gate layer 16 is made of niobium, tantalum or aluminum.
- a anodic oxidation of the gate layer 16 which leads to the formation of a layer 50 of oxide of niobium or tantalum oxide or aluminum oxide in the example considered, which covers the part remaining of the grid layer 16, as seen in Figure 6B.
- An electrolytic deposition is then carried out metallic material at the bottom of holes 18 to that this metallic material overflows from these holes as seen in Figure 6C, part of this material then being above layer 50.
- the electrolytic bath can be used, the composition of which is as follows: NiCl 2 , 6H 2 O 50 gl -1 NiSO 4 , 6H 2 O 21 gl -1 FeSO 4 2 gl -1 H 3 BO 3 25 gl -1 Na saccharinate 0.8 gl -1
- the conductors cathodes 12 serve as cathode and block 56 serves anode.
- the electrically conductive elements 60 which result from the deposition of metallic material at the bottom holes 18 are in contact with the conductors cathodic but are electrically isolated from the grid layer 16 thanks to the protective layer 50 which covers the latter.
- This protective layer is then removed 50 by chemical attack or by ion etching reactive ( Figure 6D).
- the structure where the protective layer 50 has been removed, is placed in an appropriate electrolytic bath 64 (containing for example 10% HCl at 37% and 90% H 2 O for the dissolution of nickel iron) and , by means of a suitable electrical voltage source 66, an electrical voltage is established (for example 1 to 2 V for the dissolution of iron-nickel) between the cathode conductors 12 which, in this case, serve as an anode, and the grid layer 16 which serves as a cathode.
- an appropriate electrolytic bath 64 containing for example 10% HCl at 37% and 90% H 2 O for the dissolution of nickel iron
- an electrical voltage for example 1 to 2 V for the dissolution of iron-nickel
- the material of elements 60 is eliminated substantially symmetrical around the Z axis of the holes 18 and the ions metals produced by the chemical attack on the material elements 60 are partly eliminated thanks to the electrolyte renewal and partly redeposited on the grid layer.
- the fraction redeposited ions is more or less important and can be checked.
- this step of forming microtips is done with the glass substrate above and the electrolytic bath below, so that allow parts 68 to fall into the bath electrolytic.
- the interest of the process object of the present invention is to enable the manufacture of self-aligned microtips over the diaper holes grid 16, using a non-directive technique, in an isotropic liquid medium (electrolytic bath 64).
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes ("microtips").The present invention relates to a method for manufacturing a microtip electron source ("microtips").
Elle s'applique notamment à la fabrication de dispositifs de visualisation plats.It applies in particular to manufacturing flat display devices.
Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée entre deux électrodes dont l'une est pointue, le champ électrique ainsi engendré peut facilement atteindre, à l'extrémité de cette électrode pointue, une valeur de l'ordre de 107 V/cm, valeur suffisante pour que des électrons soient extraits de cette électrode.When a potential difference is applied between two electrodes, one of which is pointed, the electric field thus generated can easily reach, at the end of this pointed electrode, a value of the order of 10 7 V / cm, value sufficient for electrons to be extracted from this electrode.
Un tel principe est utilisé pour réaliser des sources froides d'électrons, capables de remplacer les filaments chauffants émetteurs d'électrons, du fait que de telles sources froides ont une réponse plus rapide, une plus faible consommation électrique et sont susceptibles d'une plus grande miniaturisation que ces filaments chauffants.Such a principle is used to realize cold sources of electrons, capable of replacing the electron-emitting heating filaments, because that such cold springs have a more response fast, lower power consumption and are susceptible to greater miniaturization than these heating filaments.
L'une des applications les plus importantes de ces sources froides d'électrons, encore appelées "sources à micropointes", est la fabrication de tubes plats de télévision.One of the most important applications of these cold sources of electrons, also called "microtip sources" is the manufacture of tubes television dishes.
On rappelle le principe de ces tubes plats, ou écrans plats, en faisant référence aux figures 1 et 2.We recall the principle of these flat tubes, or flat screens, with reference to Figures 1 and 2.
La figure 1 est une vue en coupe schématique et partielle d'un tel écran plat et la figure 2 est une vue en perspective schématique et partielle de cet écran plat. Figure 1 is a sectional view schematic and partial of such a flat screen and the Figure 2 is a schematic perspective view and partial view of this flat screen.
L'écran plat des figures 1 et 2 comprend
une source d'électrons à micropointes 2 et un substrat
en verre 4 qui est séparé de la source 2 par un espace
de faible épaisseur dans lequel on a fait le vide.The flat screen in Figures 1 and 2 includes
a source of
Le substrat 4 porte, en regard de la source
2, une couche transparente, électriquement conductrice
6, par exemple en oxyde d'indium et d'étain, cette
couche 6 portant elle-même des éléments
cathodoluminescents 8, encore appelés "luminophores".The
La source à micropointes 2 comprend, sur
un substrat électriquement isolant 10, par exemple en
verre, un ensemble de conducteurs cathodiques
parallèles 12 qui constituent les colonnes de l'écran.The
Ces conducteurs cathodiques sont recouverts
par une couche 14 d'un matériau électriquement isolant
tel que la silice.These cathode conductors are covered
by a
Un ensemble d'autres conducteurs
électriques parallèles 15 est placé au-dessus de la
couche isolante 14 et ces autres conducteurs 15, ou
grilles, sont perpendiculaires aux conducteurs
cathodiques 12 pour constituer les lignes de l'écran.A set of other drivers
parallel electric 15 is placed above the
Au niveau des intersections entre les
conducteurs cathodiques et les grilles, des trous 18,
19 sont formés à travers la couche isolante 14 et ces
grilles 15 et des micropointes 20 faites d'un matériau
émetteur d'électrons sont formées dans ces trous et
reposent sur les conducteurs cathodiques 12.At the intersections between the
cathode conductors and grids,
Les luminophores 8 sont formés sur la
couche conductrice transparente 6, en regard de ces
intersections, comme on le voit sur la figure 2.The
Les électrons sont extraits par application
de tensions électriques appropriées entre les grilles
et les micropointes puis ces électrons sont accélérés
grâce à des tensions électriques appropriées appliquées
entre les grilles et la couche conductrice 6
constituant l'anode de l'écran.Electrons are extracted by application
appropriate electrical voltages between the grids
and the microtips then these electrons are accelerated
thanks to appropriate electrical voltages applied
between the grids and the
Chaque luminophore 8 excité par des
électrons 22 émet de la lumière 24.Each
Un balayage de tension approprié sur les lignes et les colonnes de l'écran permet de former une image.An appropriate voltage sweep on the rows and columns of the screen helps to form a picture.
Seules les micropointes situées à l'intersection d'une ligne et d'une colonne alimentées en tension émettent des électrons pour former un élément d'image ou pixel.Only microtips located at the intersection of a row and a fed column in tension emit electrons to form a picture element or pixel.
Chaque pixel est en fait "excité" par plusieurs centaines de micropointes dont les dimensions sont de l'ordre de 1 µm, généralement de 1,5 µm, et qui sont espacées les unes des autres d'une distance de l'ordre de quelques micromètres, typiquement de 5 µm.Each pixel is actually "excited" by several hundred microtips whose dimensions are of the order of 1 µm, generally 1.5 µm, and which are spaced from each other by a distance of the order of a few micrometers, typically 5 µm.
Ces petites dimensions sont indispensables, pour, d'une part, ne pas avoir à utiliser des tensions trop élevées entre les grilles et les micropointes (tensions de l'ordre de 50 V) et, d'autre part, pour avoir une émission de courant suffisamment élevée par unité de surface (environ 1 mA/mm2).These small dimensions are essential for, on the one hand, not having to use excessively high voltages between the grids and the microtips (voltages of the order of 50 V) and, on the other hand, for having an emission of sufficiently high current per unit area (approximately 1 mA / mm 2 ).
Un écran plat utilise ainsi typiquement de l'ordre de 10000 micropointes par millimètre carré sur des surfaces de plusieurs décimètres carrés.A flat screen typically uses around 10,000 microtips per square millimeter over areas of several square decimetres.
Les écrans plats actuellement fabriqués ont des surfaces de l'ordre de 5 dm2 et on envisage de fabriquer des écrans plats dont les surfaces iraient jusqu'à environ 1 m2.The flat screens currently manufactured have surfaces of the order of 5 dm 2 and it is envisaged to manufacture flat screens whose surfaces would go up to approximately 1 m 2 .
Cependant, il n'est pas facile d'obtenir des sources à micropointes ayant d'aussi grandes surfaces avec les procédés connus de fabrication des micropointes. However, it is not easy to obtain microtip sources with such large surfaces with known methods of manufacturing microtips.
Le procédé le plus utilisé pour fabriquer ces micropointes est le procédé dit de Spindt (du nom de son inventeur).The most used process for manufacturing these microtips is the so-called Spindt process (from the name from its inventor).
On consultera à ce sujet par exemple le document suivant :We will consult on this subject for example the following document:
On voit sur la figure 3, qui illustre
schématiquement ce procédé, une structure comprenant le
substrat isolant 10 sur lequel sont formés les
conducteurs cathodiques 12, et la couche isolante 14
qui est formée sur ces conducteurs cathodiques et qui
porte une couche de grille 16 électriquement
conductrice.We see in Figure 3, which illustrates
schematically this process, a structure comprising the
Les grilles proprement dites sont obtenues
à partir de cette couche de grille 16, après avoir
formé les micropointes comme on va le voir.The grids themselves are obtained
from this
Après avoir gravé par attaque chimique les
trous 18 et 19 respectivement dans la couche isolante
14 et dans la couche de grille 16, une couche en nickel
16a est déposée sur la couche de grille 16 par
évaporation sous vide et sous incidence rasante.After etching by chemical attack the
On obtient les micropointes 20 par
évaporation d'un matériau émetteur d'électrons 26.The
Une couche 28 de ce matériau se forme alors
à la surface de la couche de grille 16a.A
De ce fait, les trous 19 formés dans ces
couches 16 et 16a diminuent progressivement au fur et à
mesure que l'épaisseur de la couche 28 augmente.Therefore, the
L'évaporation étant très directive, le
diamètre des dépôts de matériau 26 dans les trous 18 de
la couche isolante 14 varie comme le diamètre des trous
de la couche 16a et de la couche de grille 16, ce qui
conduit à la forme en pointe des dépôts dans les trous
18, c'est-à-dire aux micropointes 20.Since evaporation is very directive, the
diameter of the
On élimine ensuite la couche 28 par
dissolution sélective de la couche en nickel 16a, ce
qui fait apparaítre ces micropointes.Then
Le principal avantage de ce procédé connu est qu'il ne demande pas d'alignement précis de masques de microlithographie puisque ce sont les trous de la couche de grille qui définissent eux-mêmes les micropointes.The main advantage of this known process is that it does not require precise alignment of masks of microlithography since these are the holes in the grid layer which define themselves the microtips.
Il serait en effet quasiment irréalisable de graver d'abord les micropointes puis les trous de la couche de grille par des méthodes classiques de microlithographie, avec une précision d'alignement supérieure au micromètre sur de grandes surfaces.It would be almost impossible to engrave the microtips first and then the holes in the grid layer by conventional methods of microlithography, with alignment accuracy greater than a micrometer over large areas.
Un autre procédé connu de fabrication des micropointes est décrit dans le document suivant :Another known process for manufacturing microtips is described in the following document:
Cet autre procédé est schématiquement illustré par la figure 4.This other process is schematically illustrated by figure 4.
On voit sur cette figure 4 un substrat en
silicium 30.We see in this figure 4 a substrate in
On commence par oxyder superficiellement ce
substrat puis des disques 32 sont formés à partir de la
couche de silice qui résulte de cette oxydation.We start by oxidizing superficially this
substrate then
Une gravure ionique réactive du substrat de
silicium 30 permet alors la formation de piédestals 34
en silicium, les disques 32 servant de masques.Reactive ion etching of the
On forme ensuite une couche de silice 36
sur le substrat 30 par évaporation de silice 38. Then forming a layer of
Il se forme alors une couche 40 de silice
sur chaque disque 32.A
Les piédestals 34 sont ensuite oxydés
thermiquement, ce qui conduit à la formation de
micropointes 42 à partir de ces piédestals.The
On forme ensuite une couche de grille 44
par évaporation d'un matériau électriquement conducteur
sur la couche de silice 36.We then form a
Au cours de cette évaporation, une couche
46 de ce matériau se forme également sur la couche 40
de silice associée à chaque disque 32.During this evaporation, a
On élimine ensuite la silice qui recouvre
les micropointes 42 ainsi que les disques 32 et les
couches 40 et 46 correspondantes.Then remove the silica that covers
the
L'inconvénient des procédés connus que l'on vient de décrire est qu'ils nécessitent des évaporations très directives.The disadvantage of the known methods that one just described is that they require very directive evaporations.
En reprenant par exemple l'exemple de la
figure 3, l'angle d'incidence d'un faisceau
d'évaporation F varie en fonction de la position des
trous 19 de la couche de grille 16, ce qui conduit au
phénomène illustré sur la figure 5, c'est-à-dire à des
micropointes dont les axes Y sont d'autant moins
perpendiculaires à la surface du substrat 10 que
l'angle d'incidence est grand.Using the example of the
Figure 3, the angle of incidence of a beam
of evaporation F varies according to the position of the
Il en résulte une variation de la forme des micropointes, variation qui induit une dispersion des caractéristiques d'émission des électrons, et, à la limite, un court-circuit entre des micropointes et la couche de grille.This results in a variation in the shape of the microtips, variation which induces a dispersion of emission characteristics of electrons, and, at the limit, a short circuit between microtips and the grid layer.
Pour résoudre ce problème, on peut songer à
augmenter la distance L entre la source d'évaporation
48 (contenant le matériau 26) et la surface de la
structure sur laquelle on évapore ce matériau 26, afin
de maintenir l'angle dans des limites acceptables. To solve this problem, we can think of
increase the distance L between the evaporation source
48 (containing material 26) and the surface of the
structure on which this
Cependant ceci conduit à une augmentation trop importante de la taille des équipements de fabrication des micropointes ainsi qu'à une trop grande diminution de la vitesse de dépôt.However this leads to an increase too large the size of the equipment microtip manufacturing as well as too large decrease in deposition rate.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.The object of the present invention is to remedy these drawbacks.
Elle a pour objet un procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes, procédé selon lequel :
- on fabrique une structure comprenant un substrat électriquement isolant, au moins un conducteur cathodique sur ce substrat, une couche électriquement isolante qui recouvre chaque conducteur cathodique, une couche de grille électriquement conductrice qui recouvre cette couche électriquement isolante, des trous étant formés à travers cette couche de grille et la couche électriquement isolante, au niveau de chaque conducteur cathodique, et
- on forme, dans chaque trou, une micropointe qui est faite en un matériau métallique émetteur d'électrons et qui repose sur le conducteur cathodique correspondant à ce trou,
- on forme une couche de protection électriquement isolante sur la couche de grille,
- on forme un dépôt chimique, de préférence électrolytique, du matériau métallique émetteur d'électrons au fond des trous jusqu'à ce que ce matériau métallique déborde de ceux-ci,
- on élimine la couche de protection, et
- on réalise une attaque électrolytique du matériau métallique déposé, de manière à obtenir les micropointes à partir de ce matériau métallique.
- a structure is made up comprising an electrically insulating substrate, at least one cathode conductor on this substrate, an electrically insulating layer which covers each cathode conductor, an electrically conductive grid layer which covers this electrically insulating layer, holes being formed through this layer grid and the electrically insulating layer, at the level of each cathode conductor, and
- a microtip is formed in each hole which is made of an electron-emitting metallic material and which rests on the cathode conductor corresponding to this hole,
- an electrically insulating protective layer is formed on the grid layer,
- a metallic deposit, preferably electrolytic, of the metallic material emitting electrons is formed at the bottom of the holes until this metallic material overflows from them,
- the protective layer is removed, and
- an electrolytic etching of the metallic material deposited is carried out, so as to obtain the microtips from this metallic material.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, préféré pour sa simplicité de mise en oeuvre, on utilise la couche de grille comme cathode pour l'attaque électrolytique du matériau métallique.According to a particular mode of implementation of the process which is the subject of the invention, preferred for its simplicity of implementation, the layer of grid as a cathode for the electrolytic attack of the metallic material.
Pendant cette phase de dissolution, il est avantageux de renouveler, par tout moyen connu, l'électrolyte se situant autour du matériau métallique de façon à éviter une surconcentration en ions métalliques qui pourrait freiner la dissolution et provoquer un redépôt important de ce matériau sur la grille autour des micropointes en formation.During this dissolution phase, it is advantageous to renew, by any known means, the electrolyte being located around the metallic material so as to avoid an overconcentration of ions which could slow dissolution and cause a significant redeposition of this material on the grid around microdots in formation.
Un faible redépôt ou un redépôt contrôlé qui s'étale sur l'ensemble de la grille est toléré ; il entraíne une réduction sensible du diamètre des trous, qui est plutôt favorable à l'émission d'électrons par les micropointes.Low redeposit or controlled redeposit which is spread over the entire grid is tolerated; he results in a significant reduction in the diameter of the holes, which is rather favorable to the emission of electrons by microtips.
La couche de protection peut être formée en déposant, sous incidence rasante, une couche d'un matériau électriquement isolant sur la couche de grille.The protective layer can be formed by depositing, under grazing incidence, a layer of electrically insulating material on the layer of wire rack.
Cependant, cette couche de protection est de préférence formée par oxydation anodique de la couche de grille.However, this protective layer is preferably formed by anodic oxidation of the grid layer.
La couche de grille peut être faite d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le niobium, le tantale et l'aluminium.The grid layer can be made of a material chosen from the group comprising niobium, tantalum and aluminum.
Le matériau métallique peut être choisi dans le groupe comprenant le fer, le nickel, le chrome, le Fe-Ni, l'or, l'argent et le cuivre.Metallic material can be chosen in the group comprising iron, nickel, chromium, Fe-Ni, gold, silver and copper.
La couche de protection peut être éliminée par attaque chimique.The protective layer can be removed by chemical attack.
Cette couche de protection peut également être éliminée par gravure ionique réactive. This protective layer can also be removed by reactive ion etching.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe schématique et partielle d'un écran plat,
- la figure 2, déjà décrite, est une vue schématique et partielle en perspective de cet écran plat,
- la figure 3, déjà décrite, illustre schématiquement un procédé connu de fabrication des micropointes d'une source d'électrons à micropointes,
- la figure 4, déjà décrite, illustre schématiquement un autre procédé connu de fabrication des micropointes d'une source d'électrons à micropointes,
- la figure 5, déjà décrite, illustre schématiquement des inconvénients de ces procédés connus, et
- les figures 6A à 6E illustrent schématiquement des étapes d'un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention.
- FIG. 1, already described, is a schematic and partial sectional view of a flat screen,
- FIG. 2, already described, is a schematic and partial perspective view of this flat screen,
- FIG. 3, already described, schematically illustrates a known method of manufacturing the microtips of an electron source with microtips,
- FIG. 4, already described, schematically illustrates another known method for manufacturing the microtips of an electron source with microtips,
- FIG. 5, already described, schematically illustrates drawbacks of these known methods, and
- FIGS. 6A to 6E schematically illustrate steps of a particular mode of implementation of the method which is the subject of the invention.
Selon ce mode de mise en oeuvre
particulier, on commence par former (figure 6A) une
structure 49 du genre de celle qui est représentée sur
la figure 3 et qui comprend le substrat électriquement
isolant 10 sur lequel sont formés les conducteurs
cathodiques 12, la couche électriquement isolante 14
formée sur ces conducteurs cathodiques et la couche de
grille 16 formée sur cette couche électriquement
isolante 14 (étant entendu que, dans d'autres modes de
mise en oeuvre particuliers, la structure pourrait ne
comprendre qu'un seul conducteur cathodique). According to this mode of implementation
particular, we start by forming (Figure 6A) a
On voit également les trous sensiblement
circulaires 18 et 19 respectivement formés à travers la
couche isolante 14 et à travers la couche de grille 16.We also see the holes substantially
circulars 18 and 19 respectively formed through the
insulating
Les procédés permettant d'obtenir une telle structure sont connus dans l'état de la technique.The processes for obtaining such a structure are known in the state of the art.
A titre d'exemple, le substrat 10 est en
verre, les conducteurs cathodiques sont constitués
d'une bicouche de chrome et de cuivre, la couche 14 est
en silice et la couche de grille 16 est en niobium, en
tantale ou en aluminium.By way of example, the
On forme ensuite une couche de protection sur la couche de grille 16 (figure 6B).We then form a protective layer on the grid layer 16 (Figure 6B).
Pour ce faire, on peut réaliser une
évaporation de silice, sous incidence rasante, sur la
couche de grille 16, pour recouvrir celle-ci de silice.To do this, we can perform a
evaporation of silica, under grazing incidence, on the
Cependant, de préférence, on réalise une
oxydation anodique de la couche de grille 16, ce qui
conduit à la formation d'une couche 50 d'oxyde de
niobium ou d'oxyde de tantale ou d'oxyde d'aluminium
dans l'exemple considéré, qui recouvre la partie
restante de la couche de grille 16, comme on le voit
sur la figure 6B.However, preferably, a
anodic oxidation of the
Cette oxydation anodique conduit à une couverture plus fiable de la couche de grille que l'évaporation sous incidence rasante mentionnée plus haut et est plus simple de mise en oeuvre.This anodic oxidation leads to a more reliable coverage of the grid layer than evaporation under grazing incidence mentioned more high and is simpler to use.
On réalise ensuite un dépôt électrolytique
d'un matériau métallique au fond des trous 18 jusqu'à
ce que ce matériau métallique déborde de ces trous
comme on le voit sur la figure 6C, une partie de ce
matériau étant alors au-dessus de la couche 50.An electrolytic deposition is then carried out
metallic material at the bottom of
Pour ce faire, on place la structure 49,
comprenant la couche protectrice 50, dans un bain
électrolytique approprié 54 (contenant des ions du
matériau métallique à déposer) et l'on place également
dans ce bain électrolytique un bloc 56 de ce matériau
métallique.To do this, we place the
Quand ce matériau métallique est du fer-nickel,
on peut utiliser le bain électrolytique dont la
composition est la suivante :
On applique ensuite une tension électrique
appropriée, grâce à une source de tension 58, entre les
conducteurs cathodiques 12 et ce bloc 56.Then apply an electrical voltage
appropriate, thanks to a voltage source 58, between the
Dans le cas où le matériau métallique est
le fer-nickel, on peut utiliser les conditions
suivantes pour le dépôt électrolytique :
Pour l'électrolyse, les conducteurs cathodiques 12 servent de cathode et le bloc 56 sert d'anode.For electrolysis, the conductors cathodes 12 serve as cathode and block 56 serves anode.
Les éléments électriquement conducteurs 60,
qui résultent du dépôt du matériau métallique au fond
des trous 18, sont en contact avec les conducteurs
cathodiques mais sont électriquement isolés de la
couche grille 16 grâce à la couche protectrice 50 qui
recouvre cette dernière.The electrically
On élimine ensuite cette couche protectrice 50 par une attaque chimique ou par gravure ionique réactive (figure 6D).This protective layer is then removed 50 by chemical attack or by ion etching reactive (Figure 6D).
On réalise ensuite une attaque
électrolytique des éléments électriquement conducteurs
60 de manière à former les micropointes 62 à partir de
ceux-ci (figure 6E).We then carry out an attack
electrolytic of electrically
Pour ce faire, on place la structure, où la
couche protectrice 50 a été supprimée, dans un bain
électrolytique approprié 64 (contenant par exemple 10%
de HCl à 37% et 90% de H2O pour la dissolution du fer
nickel) et, au moyen d'une source de tension électrique
appropriée 66, on établit une tension électrique (par
exemple 1 à 2V pour la dissolution du fer-nickel) entre
les conducteurs cathodiques 12 qui, dans ce cas,
servent d'anode, et la couche de grille 16 qui sert de
cathode.To do this, the structure, where the
De préférence on assure un renouvellement
de l'électrolyte par agitation et/ou par circulation,
de façon à éviter une concentration en ions autour du
matériau des éléments 60.Preferably we ensure a renewal
electrolyte by stirring and / or by circulation,
so as to avoid an ion concentration around the
Au cours de l'électrolyse, le matériau des
éléments 60 est éliminé de façon sensiblement
symétrique autour de l'axe Z des trous 18 et les ions
métalliques produits par l'attaque chimique du matériau
des éléments 60 sont pour partie éliminés grâce au
renouvellement de l'électrolyte et pour partie
redéposés sur la couche de grille.During electrolysis, the material of
En fonction du matériau des éléments 60 et
du taux de renouvellement de l'électrolyte, la fraction
redéposée des ions est plus ou moins importante et peut
être contrôlée.Depending on the material of
L'usure des éléments conducteurs 60 par électrolyse conduit à l'obtention :
- d'éléments pointus qui affleurent sensiblement à la
surface de la couche de
grille 16 et constituent les micropointes 62, et - de parties 68 qui se détachent de ces micropointes et restent dans le bain électrolytique comme on le voit sur la figure 6E.
- pointed elements which are substantially flush with the surface of the
grid layer 16 and constitute themicrotips 62, and -
parts 68 which detach from these microtips and remain in the electrolytic bath as seen in FIG. 6E.
De préférence, cette étape de formation des
micropointes se fait avec le substrat de verre au-dessus
et le bain électrolytique au-dessous, de façon à
permettre aux parties 68 de tomber dans le bain
électrolytique.Preferably, this step of forming
microtips is done with the glass substrate above
and the electrolytic bath below, so that
allow
On termine ensuite la formation de la
source d'électrons à micropointes en réalisant de
manière connue, à partir de la couche de grille 16, des
grilles parallèles (non représentées) faisant un angle
avec les conducteurs cathodiques (mais s'il n'y avait
qu'un conducteur cathodique, on garderait la couche de
grille telle quelle).Then we finish the formation of the
source of microtip electrons by performing
known manner, from the
L'intérêt du procédé objet de la présente
invention est de permettre la fabrication de
micropointes auto-alignées sur les trous de la couche
de grille 16, au moyen d'une technique non directive,
en milieu liquide isotrope (bain électrolytique 64).The interest of the process object of the present
invention is to enable the manufacture of
self-aligned microtips over the
Ce procédé objet de l'invention est donc indépendant de la surface de la structure où l'on veut former les micropointes.This process which is the subject of the invention is therefore independent of the surface of the structure where you want form the microtips.
Claims (9)
- Process for the production of a microtip electron source, in which:a structure (49) is produced which comprises an electrically insulating substrate (10), at least one cathode conductor (12) on said substrate, an electrically insulating layer (14) covering each cathode conductor, an electrically conductive gate layer (16) covering said electrically insulating layer, holes (18, 19) being formed through said gate layer and the electrically insulating layer, at each cathode conductor andin each hole is formed a microtip (62), which is made from an electron emitting metallic material and which rests on the cathode conductor corresponding to said hole,said process being characterized in that the formation of the microtips involves the following stages:an electrically insulating protective layer (50) is formed on the gate layer (16),a chemical deposit of the electron emitting metallic material is formed at the bottom of the holes until said metallic material overflows the holes,the protective layer (50) is eliminated andelectrolytic etching takes place of the deposited metallic material, so as to obtain the microtips (62) from said metallic material.
- Process according to claim 1, characterized in that the chemical deposit of the electron emitting metallic material is an electrolytic deposit.
- Process according to claim 1 or 2, characterized in that the gate layer (16) is used as the cathode for the electrolytic etching of the metallic material.
- Process according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the protective layer (50) is formed by depositing, under grazing incidence, a layer of electrically insulating material on the gate layer (16).
- Process according to any one of the claims 1 to 3, characterized in that the protective layer is formed by anodic oxidation of the gate layer (16).
- Process according to any one of the claims 1 to 5, characterized in that the gate layer (16) is made from a material chosen from within the group including niobium, tantalum and aluminium.
- Process according to any one of the claims 1 to 6, characterized in that the metallic material is chosen from within the group including iron, nickel, chromium, Fe-Ni, gold, silver and copper.
- Process according to any one of the claims 1 to 7, characterized in that the protective layer (50) is eliminated by chemical etching.
- Process according to any one of the claims 1 to 7, characterized in that the protective layer (50) is eliminated by reactive ionic etching.
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