EP1473755A2 - Dispositif et procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur - Google Patents

Dispositif et procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur Download PDF

Info

Publication number
EP1473755A2
EP1473755A2 EP04101249A EP04101249A EP1473755A2 EP 1473755 A2 EP1473755 A2 EP 1473755A2 EP 04101249 A EP04101249 A EP 04101249A EP 04101249 A EP04101249 A EP 04101249A EP 1473755 A2 EP1473755 A2 EP 1473755A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrons
module
current
micro
transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP04101249A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1473755A3 (fr
EP1473755B1 (fr
Inventor
Jean-Luc Martin
Claude Bieth
Nicolas Delorme
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1473755A2 publication Critical patent/EP1473755A2/fr
Publication of EP1473755A3 publication Critical patent/EP1473755A3/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1473755B1 publication Critical patent/EP1473755B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/02—Improving the quality of display appearance
    • G09G2320/0233—Improving the luminance or brightness uniformity across the screen

Definitions

  • the present invention relates to a device and method of control and control of a dose of electrons emitted by a micro-transmitter, by example by a microtip.
  • micro-transmitters micropoints type In the following description we consider as a non-limiting example of micro-transmitters micropoints type.
  • microtips joined today by that of nanotubes, defines a field applications in the field of EDF displays ("Field Emission Display") than that of micro-transmitters, in which the requirements in terms of control and control of the emitted flows are very severe.
  • EDF displays Field Emission Display
  • the electrons acquire, by thermal agitation, sufficient energy (called “exit work”) to get over of the potential barrier, which holds them back to nuclei. They then move towards the surface of material and, if there is an electric field that attracts, they can be extracted from this material. To the ordinary temperature the thermal agitation energy is insufficient for the electrons to come out of the material.
  • a tunnel effect allows electrons to be extracted from the emitter (cathode) in the vacuum, then to be collected on an anode.
  • the transmitters working in cold emission are considered as current sources ordered in voltage, the flow of electrons emitted obeying the Fowler-Nordheim equations.
  • FIG. 1A This is for example the case of a microtip 10 Tungsten, used in electron emitter. His electrical diagram is shown in Figure 1A. A flow of electrons is established between the anode 11 and the cathode 12. A control voltage is applied between the extraction grid 13, called "gate", and the cathode 12.
  • Figure 1B shows the symbol behavioral of such a usable microtip with a generic electric simulator (type "Spice").
  • the emission regime of such a microtip 10 is characterized by a strong non-linearity of the emission current I tip as a function of the voltage applied to the extraction grid 13.
  • the tip current I tip meets the law :
  • Curves 15 represented by dotted.
  • the device of the invention is a circuit of this type, which is naturally faster and whose the linearity defects observed are corrected, the HV extraction grid control circuits being independent LV load control circuits which simplifies the implementation of the circuit and decreases the sensitivity to noise.
  • the system's specifications must make it possible to let sequentially persist for moments necessary to perform the calibrations.
  • Such a realization does not correct imperfections electron beam whose frequency of recurrence is greater than the frequency of refreshment of the calibrations.
  • the stability of the feedback mouth is essential and must be guaranteed most often at price of active compensation of the bandwidth of the system, and thus to the detriment of its speed performance.
  • a global method to perform a control of small electrical charges consists, using a few input variables configuration, to define the quantity of loads to interrupt the electron beam when such a desired dose has been achieved (" control ").
  • the quantity of charges electrical is defined a priori.
  • the device allowing such control to operate on a state-of-the-art power dynamics, including fluctuations of the current in time for the same microtip.
  • Such a method allows theoretically very good linearity.
  • the use of real functional modules and the requirement of a operation in high frequency translates into strong nonlinearities of the controlled electrical charge depending on the current regime.
  • This network includes a focus internal electronics for each transmitter, a circuit closed-loop electron dose control to control each transmitter by controlling precisely the flow of electrons.
  • Such a circuit of dose control, connected to a transmitter allows to obtain a dose, delivered during each cycle writing, adapted despite the effects of maladjustment transmitter-to-emitter, temperature and aging.
  • This control circuit makes it possible to end the broadcast at a fixed dose and not at a fixed time fixed. It's an integrated and connected component to the transmitter.
  • control circuit is source of non-linearities. It does not allow either, for a linear or two-dimensional arrangement of microtips, to compensate for the dispersion of doses emitted due to current dispersions inherent to microtips.
  • the object of the invention is to compensate such nonlinearities, so as to make the linear control device and usable, and to provide specific solutions for linear or two-dimensional devices.
  • the device of the invention comprises means for modulation over time of the threshold voltage at from the initialization signal so as to schedule a variable dose control over time such as the excess of electrons emitted during the times initialization and extinction is strictly offset by a decrease over time in the programmed dose.
  • the control and control device a dose of electrons emitted by a micro-transmitter, illustrated in Figure 4, consists of a microtip 10, with an anode 11, a cathode 12, and an extraction grid 13, capable of providing a current when the voltage of the extraction grid 13 compared to the cathode 12 becomes greater than the extraction voltage in the vacuum.
  • Capacities parasites 20 and 21 are inherent in the manufacture of such microtip 10 in microtechnology.
  • This device is indeed applicable to a arrangement of several microtips either under the form of a linear arrangement (barette), either under form of a two-dimensional arrangement (matrix). All combinations of arrangements are also possible.
  • This device can be realized in specific high-voltage technology, and allow control the doses of electrons emitted with cadences high.
  • This module 30 The role of this module 30 is to treat basic information available on the microtip 10 and convert it to a size that can be compared to an input quantity, in order to take a decision on the number N of electrons emitted.
  • This module may advantageously consist of a CTIA amplifier ("capacitive transimpedance amplifier”) which performs a current-voltage conversion.
  • the input variable is then the cathode current of the microtip I c .
  • This amplifier is characterized by its conversion gain R which is expressed in Volt / e - . It consists of an amplifier 35, a feedback capacitor (C fb ) 36, and a resetting device 37. For the output excursion ⁇ V s of the sensor module, the following is obtained:
  • This module is initialized by a start signal start at the beginning of the sequence, and obeys the data signal, as illustrated by the following table: Data Action 1 Issue of the microtip 0 No issue of the microtip
  • This module 33 is responsible for establishing the extraction grid voltage required for transmission by the microtip of the desired current so synchronous with the appearance of the start signal.
  • This module 33 cuts the flow by bringing the gate voltage extraction at a level such as the current electronics is diminished by several decades. These ignition and extinction values depend on the transconductance of the microtip and its model geometric. Pilot voltages can be switched from 20V to approximately 50V, which then requires the use of a specific high voltage technology (HVCMOS).
  • HVCMOS high voltage technology
  • the voltage V is obtained at the output of the sensor module 30 is proportional to the cathode current I c emitted by the microtip.
  • V1 the initialization voltage level
  • N e of electrons emitted by the microtip is such that:
  • a calibrated load Qc can therefore be programmed by V2 with the relation:
  • the overall duration of the current pulse is not linear depending the programmed current level. Indeed, because of parasitic capacitances 20 and 21 mentioned previously, a switching of several tens of volts of the grid extraction 13 transiently disturbs the entry of the sensor module 30 which must be maintained polarization to avoid saturation of it. Such saturation would then require a constant important time for a return to equilibrium and would not allow operation in high frequency. During this time maintaining the polarization of the sensor module 30 at the establishment of the flow electronics, electronic charges are already issued and are recognized in the global balance sheet of charges issued, although they can not be measured because they depend on the level of current that is not known from the outset. Such a phenomenon is a first source of non-linearities.
  • FIG. 8 which represents a materialization of the error on the number N of programmed electrons, illustrates such a phenomenon. If one traces, as a function of time, the number of electrons emitted with respect to the number of electrons programmed, with constant delay, an error is noted on the number of electrons emitted which depends on the level of current.
  • the curve 45 corresponds to 2 * Iinom
  • the curve 46 corresponds to Iinom
  • the curve 47 corresponds to Iinom / 2
  • the curve 48 corresponds to the number of electrons emitted.
  • a first solution to compensate for such nonlinearities uses a comparison threshold which varies with time. It suffices for that to send a ramp 50, or a "staircase", on the input V2 of the comparator module 31 as illustrated in Figure 9.
  • the object of the invention is to compensate for such non-linearities by proposing other methods of compensation by controlling the cathode current I c and by feedback on the value of the threshold V 2.
  • the current reaches its nominal value I steady_state rapidly during the initialization time t start and that it is maintained during the extinction time t off , it is therefore at first constant order for the duration of the current pulse. Indeed, at the beginning, the V gate establishment time is short, and in the end, the logical gate delay and V gate delays are largely dominated by the delay of the comparator module 31 in decision making.
  • Figure 12 illustrates a curve of the number of electrons emitted as a function of the current regime.
  • the number of electrons emitted should remain the same whatever the current I tip , as illustrated by the horizontal curve 56.
  • the curves 57 and 58 illustrate the number of electrons emitted respectively during the initialization and extinction times.
  • the sequencing can be such that the times t start and t off remain constant whatever the current, that is to say that the electrons emitted during these times t start and t off depend only on the current regime (affine function ).
  • the number of electrons emitted appears on the curve 59, which for any value of the abscissa X, represents the sum of the curves 56 + 57 + 58.
  • the object of the device of the invention is to be able to accurately transmit a programmed number of electrons regardless of the current regime of the microtip and to interrupt the electron beam as soon as this value has been reached.
  • the sum of the electrons emitted during each of the times described above must therefore remain constant, ie the total number of electrons emitted is linear and constant, regardless of the peak current I tip .
  • the value of the threshold detection voltage V2 is modified during the electronic exposure.
  • the compensation is carried out on quantities of surplus electrons answering the law: I tip * t q e
  • FIGS. 13A and 13B respectively illustrate the theoretical 60 and measured curves 61 and the theoretical 60 and measured 61 'curves of the relative number of electrons as a function of the tip current I tip , respectively without compensation and with compensation as a function of the current.
  • Curve 61 illustrates the improvement that is desired by using such active compensation as a function of current.
  • the invention also relates to a linear device or matrix of control and control of electron doses emitted by a set of micro-transmitters, which includes, for each micro-transmitter, the different modules 30, 31, 32 and 33 as well that means for variations of the threshold voltage, as described above.
  • Such compensation is illustrated in Figure 14. It does not cover all needs. It is able to compensate for differences between microtips, but not for high frequency fluctuations on the same microtip. However, it can be used when it is certain that the frequency of recurrence of the current fluctuations is lower than the frequency of appearance of the programmed pulses.
  • the threshold voltage V2 is modulated in time from the start initialization signal so as to program a variable dose control over time such that the excess of electrons emitted during the phases t start and t off is strictly compensated. by the decrease over time of the programmed dose.
  • This temporal variation is controlled by the generator 65.
  • Figure 15 illustrates a simplified scheme of compensation as a function of the peak current.
  • a peak current detection module 67 is able to reproduce exactly the peak current or to introduce a gain (X) on this current, for example by means of a current mirror. It is this output current that is measured by the sensor module 30.
  • the decision on the time is always taken by the comparator module 31, but the decision threshold V2 is indexed on the instantaneous value of the emission current. This leads to an optimal compensation.
  • the number of electrons deposited in excess to compensate by modifying the voltage V2 corresponds to
  • V2 to be programmed The capacity of the sensor block and the times ⁇ t start + t off ⁇ being known, the variation of V2 to be programmed is directly proportional to I.
  • this voltage R L * I must be added to the voltage Vref to stop, faster than in the ideal case (without Nstart and Nstop), the power of the microtip and therefore its emission.
  • Block 68 of FIG. example be realized as illustrated on the figure 16.

Abstract

L'invention concerne un dispositif de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur comportant
  • un module senseur (30) qui reçoit le courant fourni par le micro-émetteur ainsi qu'une tension pour ajuster le point de polarisation dudit dispositif,
  • un module comparateur qui reçoit une tension de seuil permettant le réglage de la quantité de charges à émettre,
  • un module logique pour initialiser l'émission électronique, et pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
  • un module de commande qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
  • des moyens de variation de la tension de seuil.

Description

DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur, par exemple par une micropointe.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans la suite de la description on considérera à titre d'exemple non limitatif des micro-émetteurs de type micropointes.
Le domaine des micropointes, rejoint aujourd'hui par celui des nanotubes, définit un champ d'applications tant dans le domaine des afficheurs FED (« Field Emission Display ») que celui des micro-émetteurs, dans lequel les exigences en terme de commande et de contrôle des flux émis sont très sévères.
Dans le cas de l'émission chaude (diodes, triodes, tubes cathodiques), les électrons acquièrent, par agitation thermique, une énergie suffisante (dénommée « travail de sortie ») pour parvenir au-dessus de la barrière de potentiel, qui les retient aux noyaux. Ils se dirigent alors vers la surface du matériau et, s'il existe un champ électrique qui les attire, ils peuvent être extraits de ce matériau. A la température ordinaire l'énergie d'agitation thermique est insuffisante pour que les électrons sortent du matériau.
Dans le cas de l'émission froide, qui est basée sur le principe d'un contrôle par effet de champ dans une enceinte sous vide, un effet tunnel permet aux électrons d'être extraits de l'émetteur (cathode) dans le vide, puis d'être collectés sur une anode. Les émetteurs travaillant en émission froide sont considérés comme des sources de courant commandées en tension, le flux d'électrons émis obéissant aux équations de Fowler-Nordheim.
C'est par exemple le cas d'une micropointe 10 en Tungstène, utilisée en émetteur d'électrons. Son schéma électrique est représenté sur la figure 1A. Un flux d'électrons s'établit entre l'anode 11 et la cathode 12. Une tension de contrôle est appliquée entre la grille d'extraction 13, dénommée « gate », et la cathode 12. La figure 1B présente le symbole comportemental d'une telle micropointe 10 utilisable avec un simulateur électrique générique (type « Spice ») .
Le régime d'émission d'une telle micropointe 10 se caractérise par une forte non-linéarité du courant d'émission Itip en fonction de la tension appliquée sur la grille d'extraction 13. Le courant de pointe Itip répond à la loi :
Figure 00020001
Les coefficients afn et bfn dépendent des caractéristiques géométriques de la micropointe. Une telle caractéristique courant-tension est illustrée sur la figure 2. Un exemple de point de fonctionnement (Itip=Ion pour Vgate-cathode=Von) est représenté sur cette figure. La caractéristique idéale est référencée 14.
Dans la réalité, une telle caractéristique n'est pas reproductible d'une micropointe à une autre. On obtient ainsi des courbes 15 représentées en pointillé.
L'un des inconvénients de l'émission froide est donc de révéler une certaine instabilité dans la valeur du courant, ce qui équivaut à un bruit qui est engendré par des fluctuations du travail de sortie inhérentes à des contaminations de surface locales. Ces fluctuations sont variables d'une micropointe à une autre et sont également variables dans le temps, pour une même micropointe.
Deux types de commande de la micropointe sont possibles :
  • une commande en courant par un dispositif de régulation de courant : une telle possibilité est utilisée dans les FED (« Field émission display ») via un transistor simple ou « multigate » situé en série dans le circuit de la cathode, comme décrit dans les documents référencés [1] et [2] en fin de description. Le courant émis par chaque micropointe peut théoriquement être programmé. Il est indépendant de la qualité et des caractéristiques de chaque micropointe. D'une micropointe à une autre, ou dans le temps, c'est la tension Vgc qui est modulée. Un des défauts d'une telle commande est de mixer au niveau du circuit de commande et de contrôle du transistor une tension basse (LV) et une tension haute (HV), parce que l'électrode d'extraction doit être portée à quelques dizaines de volts. L'affichage visuel s'accommode de la précision et de la fréquence de fonctionnement limitées de ce type de commande.
  • une commande en tension : si l'on n'y prend garde, c'est le courant d'émission qui est modulé, ce qui peut être inacceptable pour certaines applications. Dans la mesure où l'excursion en courant est connue, notamment les extremums, et où la quantité à contrôler est la charge électrique, une telle solution est satisfaisante lorsqu'elle est conjuguée à une fenêtre temporelle d'observation variable, Tnom. Q = Inom*Tnom = 2Inom*Tnom 2 = Inom 2 * 2Tnom
Le dispositif de l'invention est un circuit de ce type, qui est naturellement plus rapide et dont les défauts de linéarité constatés sont corrigés, les circuits HV de pilotage de grille d'extraction étant indépendants des circuits LV de contrôle de la charge électrique, ce qui simplifie la mise en oeuvre du circuit et diminue la sensibilité aux bruits.
Plusieurs solutions sont donc possibles pour mesurer la quantité d'électrons émise par une micropointe. Dans certains cas, comme illustré sur les figures 3A et 3B, il est possible de travailler en régulation de courant. L'émission pendant un certain temps d'un courant calibré (générateur 16) permet de délimiter une charge électrique selon la loi Q=I.t. Un tel système de régulation de courant comprend un élément sensible de détection du courant de pointe 17, un élément de contrôle du courant de référence 18 et un élément de réglage du courant 19. Ce système peut fonctionner :
  • En boucle ouverte dans le cas d'une calibration séquentielle, puis de la programmation d'un certain nombre de mesures avec une même référence comme illustré sur la figure 3A.
  • En boucle fermée dans le cas d'un asservissement du courant en temps réel comme illustré la figure 3B, et comme décrit dans le document référencé [3].
Dans la réalisation illustrée sur la figure 3A, le cahier des charges du système doit permettre de laisser persister séquentiellement des instants nécessaires pour réaliser les calibrations. Une telle réalisation ne permet pas de corriger des imperfections du faisceau électronique dont la fréquence de récurrence est supérieure à la fréquence de rafraíchissement des calibrations.
Dans la réalisation illustrée sur la figure 3B, la stabilité de la bouche de contre-réaction est essentielle et doit être garantie le plus souvent au prix d'une compensation active de la bande passante du système bouclé, et donc au détriment de ses performances en vitesse.
Les exigences en terme de vitesse, de stabilité, de bruit, et de linéarité ne permettent pas, dans de nombreuses applications d'utiliser de telles réalisations.
Une méthode globale pour effectuer un contrôle de faibles charges électriques consiste, moyennant l'utilisation de quelques variables d'entrée de configuration, à définir la quantité de charges voulue, à interrompre le faisceau d'électrons lorsque une telle dose voulue a été atteinte (« dose control »). Dans ce cas la quantité de charges électriques est définie a priori. Le dispositif permettant un tel contrôle doit fonctionner sur une dynamique de courant de pointe, englobant notamment les fluctuations du courant dans le temps pour une même micropointe. Une telle méthode autorise théoriquement une très bonne linéarité. Toutefois, l'utilisation de modules fonctionnels réels et l'exigence d'un fonctionnement en haute fréquence se traduit par de fortes non linéarités de la charge électrique contrôlée en fonction du régime de courant.
Un document de l'art connu, référencé [4] en fin de description, décrit un réseau bidimentionnel de cathodes miniatures utilisées comme des émetteurs de faisceaux d'électrons, qui sont adressables numériquement. Ce réseau comprend une focalisation électronique interne pour chaque émetteur, un circuit de contrôle de dose d'électrons en boucle fermée permettant de piloter chaque émetteur en contrôlant précisément le débit d'électrons. Un tel circuit de contrôle de dose, connecté à un émetteur, permet d'obtenir une dose, délivrée pendant chaque cycle d'écriture, adaptée malgré des effets de désadaptation émetteur-à-émetteur, de température et de vieillissement. Ce circuit de contrôle permet de terminer l'émission à une dose fixée et non à un temps fixé. C'est un composant intégré et connecté à l'émetteur.
Mais un tel circuit de contrôle est source de non-linéarités. Il ne permet pas non plus, pour un arrangement linéaire ou bidimensionnel de micropointes, de compenser les dispersions de doses émises dues aux dispersions de courant inhérentes aux micropointes.
L'invention a pour objet de compenser de telles non linéarités, de manière à rendre le dispositif de commande linéaire et utilisable, et d'apporter des solutions spécifiques pour des dispositifs linéaires ou bidimentionnels.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention concerne un dispositif de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur, par exemple une micropointe, caractérisé en ce qu'il comporte :
  • un module senseur qui reçoit le courant fourni par le micro-émetteur ainsi qu'une tension pour ajuster le point de polarisation dudit dispositif,
  • un module comparateur qui reçoit le signal de sortie dudit module senseur ainsi qu'une tension de seuil permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre,
  • un module logique qui reçoit le signal de sortie du module comparateur, ainsi qu'un signal de démarrage pour initialiser l'émission électronique,et un signal logique pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
  • un module de commande qui reçoit le signal de sortie dudit module logique qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
  • des moyens de variation de la tension de seuil tels que, pendant l'émission d'électrons, la somme S= Nstart + Nmeasure + Noff reste constante, Nstart étant le nombre d'électrons du temps d'initialisation de l'impulsion de courant, Nmeasure étant le nombre d'électrons du temps de mesure de cette impulsion de courant, Noff étant le nombre d'électrons du temps d'extinction de cette impulsion de courant.
Dans un premier exemple de réalisation, le dispositif de l'invention comprend des moyens de modulation dans le temps de la tension de seuil à partir du signal d'initialisation de manière à programmer un contrôle de dose variable dans le temps tel que l'excès d'électrons émis pendant les temps d'initialisation et d'extinction soit strictement compensé par une diminution au cours du temps de la dose programmée.
Dans un second mode de réalisation le dispositif de l'invention comprend, en outre :
  • un module de détection du courant de micro-émetteur, qui est capable de reproduire exactement le courant de pointe Itip ou d'introduire un gain sur le courant,
  • un module de génération de tension variable qui délivre en sortie une tension de consigne V2 = f (Itip) .
L'invention concerne également un dispositif linéaire ou matriciel de commande et de contrôle de doses d'électrons émises par un ensemble de micro-émetteurs, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque micro-émetteur :
  • un module senseur, qui reçoit le courant fourni par le micro-émetteur ainsi qu'une tension pour ajuster le point de polarisation,
  • un module comparateur qui reçoit le signal de sortie dudit module senseur ainsi qu'une tension de seuil permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre,
  • un module logique qui reçoit le signal de sortie du module comparateur, ainsi qu'un signal de démarrage pour initialiser l'émission électronique,et un signal logique pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
  • un module de commande qui reçoit le signal de sortie dudit module logique qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
  • des moyens de variation de la tension de seuil tels que, pendant l'émission d'électrons, la somme S= Nstart + Nmeasure + Noff reste sensiblement constante, Nstart étant le nombre d'électrons du temps d'initialisation de l'impulsion de courant, Nmeasure étant le nombre d'électrons du temps de mesure de cette impulsion de courant, Noff étant le nombre d'électrons du temps d'extinction de cette impulsion de courant
L'invention concerne également un procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur comportant
  • une étape de conversion du courant fourni par le micro-émetteur et d'ajustement du point de polarisation de fonctionnement,
  • une étape de comparaison du signal obtenu en sortie de l'étape précédente à une tension de seuil permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre,
  • une étape logique, pour initialiser l'émission électronique, et pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
  • une étape de commande qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
   caractérisé en ce qu'il comprend une étape de variation de la tension de seuil telle que, pendant l'émission d'électrons, la somme S= Nstart + Nmeasure + Noff reste constante, Nstart étant le nombre d'électrons du temps d'initialisation de l'impulsion de courant, Nmeasure étant le nombre d'électrons du temps de mesure de cette impulsion de courant, Noff étant le nombre d'électrons du temps d'extinction de cette impulsion de courant.
Une telle invention présente un large champ d'application :
  • émission électronique par cathode froide,
  • commande et contrôle de faibles charges électriques,
  • compensation d'erreurs de mesures de charges,
  • haute fréquence de fonctionnement,
  • solution compatible avec des circuits intégrés spécifiques (ASIC).
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • Les figures 1A et 1B illustrent respectivement le schéma électrique, et le symbole comportemental d'une micropointe,
  • la figue 2 illustre les caractéristiques courant-tension d'une micropointe.
  • les figures 3A et 3B illustrent respectivement un système de régulation du courant d'une micropointe en boucle ouverte et en boucle fermée,
  • la figure 4 illustre un dispositif de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par une micropointe,
  • la figure 5 illustre le module senseur du dispositif de la figure 4,
  • la figure 6 illustre le module comparateur du dispositif de la figure 4,
  • les figures 7A et 7B sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 4,
  • la figure 8 illustre une matérialisation de l'erreur sur le nombre d'électrons programmés,
  • la figure 9 illustre une compensation de l'erreur sur le nombre d'électrons programmés par seuil variable,
  • la figure 10 illustre la décomposition d'une impulsion de courant en temps élémentaires,
  • la figure 11 illustre une décomposition simplifiée par rapport à celle illustré sur la figure 10,
  • la figure 12 illustre la répartition des doses pendant les différents temps élémentaires,
  • les figures 13A et 13B illustrent des courbes donnant le nombre d'électrons relatifs par rapport au courant de pointe respectivement sans utiliser de compensation et en utilisant une compensation active sur le courant,
  • la figure 14 illustre un exemple de compensation temporelle selon l'invention,
  • les figures 15 et 16 illustrent un schéma simplifié de compensation en fonction du courant de pointe selon l'invention.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
    Le dispositif de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur, illustré sur la figure 4, est constitué d'une micropointe 10, avec une anode 11, une cathode 12, et une grille d'extraction 13, capable de fournir un courant lorsque la tension de la grille d'extraction 13 par rapport à la cathode 12 devient supérieure à la tension d'extraction dans le vide. Des capacités parasites 20 et 21 sont inhérentes à la fabrication d'une telle micropointe 10 en microtechnologie.
    Ce dispositif comporte :
    • un module senseur 30 qui réalise une conversion électrons-tension, et qui reçoit le courant Ic fourni par cette micropointe 10 ainsi qu'une tension V1 pour ajuster le point de polarisation dudit dispositif, la sensibilité d'un module
      Figure 00130001
      pouvant s'exprimer en volts/électrons,
    • un module comparateur 31 qui reçoit le signal de sortie Vse dudit module senseur 30 ainsi qu'une tension de seuil V2 permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre, et qui délivre un signal de détection de charge suffisante Vcom,
    • un module logique 32 qui reçoit ce signal Vcom, ainsi qu'un signal de démarrage Start pour initialiser l'émission électronique, et un signal logique data pour définir si la micropointe doit ou non émettre,
    • un module de commande 33 qui reçoit le signal de sortie dudit module logique 32 ainsi que des signaux Vg-on et Vg-off, qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant de la micropointe (plusieurs dizaines de volts).
    Ce dispositif est en effet applicable à un arrangement de plusieurs micropointes soit sous la forme d'un arrangement linéaire (barette), soit sous la forme d'un arrangement bi-dimensionnel (matrice). Toutes les combinaisons d'arrangements sont également possibles. Ce dispositif peut être réalisé en technologie spécifique haute-tension, et permettre de contrôler les doses d'électrons émis avec des cadences élevées.
    On va à présent analyser chacun de ces modules 30, 31, 32 et 33.
    Module senseur 30
    Le rôle de ce module 30 est de traiter l'information de base disponible sur la micropointe 10 et de la convertir en une grandeur qui puisse être comparée à une grandeur d'entrée, afin de prendre une décision sur le nombre N d'électrons émis.
    Ce module peut être avantageusement constitué d'un amplificateur CTIA (« capacitive transimpédance amplifier ») qui réalise une conversion courant-tension. La variable d'entrée est alors le courant cathode de la micropointe Ic. Cet amplificateur se caractérise par son gain de conversion R qui s'exprime en Volt/e-. Il est constitué d'un amplificateur 35, d'un condensateur de contre-réaction (Cfb) 36, et d'un dispositif de remise à zéro 37. On obtient pour l'excursion de sortie ΔVs du module senseur :
    Figure 00150001
    Une telle solution est avantageuse par rapport à une solution réalisant une intégration directe sur la capacité de micropointe pour plusieurs raisons :
    • Elle n'est pas sensible, en ce qui concerne le signal, aux capacités parasites situées en amont.
    • Son gain de conversion peut être fixé de manière précise. Il est défini par la valeur de Cfb. Il peut être, par exemple, de 23µV/e- pour Cfb = 7fF.
    • Le point de polarisation de la cathode est fixé par la variable externe V1
    Module comparateur 31
    Ce module 31 reçoit sur ses entrées deux tensions analogiques :
    • la tension Vse de sortie du module senseur 30,
    • la tension de commande V2 qui fixe la valeur du seuil de comparaison.
    Ce module comprend un amplificateur 40 en boucle ouverte dont le niveau de sortie comporte deux états (VDD et VSS) équivalents à deux états logiques en fonction des tensions d'entrée :
    • Tant que Vse>V2, la sortie logique Vcom reste à « 1 ».
    • Lorsque Vse=V2, la sortie logique Vcom commute et vient se positionner au « 0 » logique.
    Module logique 32
    Ce module 32 a plusieurs fonctions de séquencement et de génération de signaux internes. Il a pour rôle :
    • de maintenir (« latch ») la prise de décision Vcom obtenue en sortie du module comparateur 31 jusqu'à l'arrivée d'un signal de remise à zéro.
    • de générer des phases non-recouvrantes utiles pour la remise à zéro du module senseur 30 et du module de commande 33.
    Ce module est initialisé par un signal de démarrage start en début de séquence, et obéit au signal data, de la manière illustrée par la table suivante :
    Data Action
    1 Emission de la micropointe
    0 Pas d'émission de la micropointe
    Module de commande 33
    Ce module 33 a la charge d'établir la tension de grille d'extraction nécessaire à l'émission par la micropointe du courant désiré de manière synchrone avec l'apparition du signal start. Lorsque la dose d'électrons émis a été atteinte (signal de décision Vcom émis par le module comparateur 31). Ce module 33 coupe le flux en amenant la tension de grille d'extraction à un niveau tel que le courant électronique est diminué de plusieurs décades. Ces valeurs d'allumage et d'extinction dépendent de la transconductance de la micropointe et de son modèle géométrique. Les tensions de pilotage peuvent être commutées de 20V à 50V environ, ce qui nécessite alors l'usage d'une technologie spécifique haute tension (HVCMOS). La principale fonction de ce module 33 est donc de réaliser la translation de niveau [0-3v] à [20v-50v].
    Un tel dispositif de commande et de contrôle présente de nombreuses limitations, inhérentes au principe utilisé. En effet, la tension Vse obtenue en sortie du module senseur 30 est proportionnelle au courant de cathode Ic émis par la micropointe. En considérant V1 comme le niveau de tension d'initialisation, le nombre Ne d'électrons émis par la micropointe est tel que :
    Figure 00170001
    Qe étant la charge électrique émise et q la charge de l'électron.
    Une charge calibrée Qc peut donc être programmée par V2 avec la relation :
    Figure 00170002
    La valeur du seuil de comparaison V2 fixe la charge électrique programmée. Si tous les modules étaient parfaits, le module senseur 30 transmettrait immédiatement une représentation Vse du courant cathode Ic, le module comparateur 31 ne présenterait aucun retard, et la commande de grille d'extraction actionnerait instantanément l'établissement ou l'extinction du flux électronique, selon le chronogramme de la figure 7A. Quel que soit alors le niveau du courant électronique, la charge émise serait identique et, comme illustré sur la figure 7B :
    • un courant nominal Icnom serait interrompu au bout d'un temps tnom.
    • un courant 2*Icnom serait interrompu au bout d'un temps tnom/2.
    • un courant nominal 0.5*Icnom serait interrompu au bout d'un temps 2*tnom.
    Les aires représentées en grisé dans chacun des trois cas sont égales.
    Dans la réalité, la durée globale de l'impulsion de courant n'est pas linéaire en fonction du niveau de courant programmé. En effet, à cause des capacités parasites 20 et 21 évoquées précédemment, une commutation de plusieurs dizaines de volts de la grille d'extraction 13 perturbe transitoirement l'entrée du module senseur 30 dont il faut maintenir la polarisation pour éviter toute saturation de celui-ci. Une telle saturation nécessiterait alors une constante de temps importante pour un retour à l'équilibre et ne permettrait pas un fonctionnement en haute fréquence. Pendant ce temps de maintien de la polarisation du module senseur 30 à l'établissement du flux électronique, des charges électroniques sont déjà émises et sont à comptabiliser dans le bilan global des charges émises, bien qu'on ne puisse pas les mesurer car elles dépendent du niveau de courant qui n'est pas connu d'emblée. Un tel phénomène est une première source de non-linéarités.
    Un autre phénomène se produit à l'extinction du faisceau électronique, lorsque Vse atteint V2. Le module comparateur 31 présente un retard à la prise de décision inhérent à tout module électronique. Pendant ce retard, la micropointe 10 continue d'émettre et il existe donc une charge d'extinction additionnelle qui s'ajoute dans le bilan global des charges émises. La figure 8, qui représente une matérialisation de l'erreur sur le nombre N d'électrons programmés, illustre un tel phénomène. Si l'on trace, en fonction du temps, le nombre d'électrons émis par rapport au nombre d'électrons programmés, à retard constant on constate une erreur sur le nombre d'électrons émis qui dépend du niveau de courant. Sur cette figure la courbe 45 correspond à 2*Iinom, la courbe 46 correspond à Iinom et la courbe 47 à Iinom/2, la courbe 48 correspond au nombre d'électrons émis. Il y a donc un dépassement (« overshoot ») sur la charge émise par rapport à la charge programmée, ce qui est une seconde source de non-linéarités.
    Une première solution pour compenser de telles non-linéarités utilise un seuil de comparaison qui varie en fonction du temps. Il suffit pour cela d'envoyer une rampe 50, ou un « stair-case », sur l'entrée V2 du module comparateur 31 comme illustré sur la figure 9.
    L'invention a pour objet de compenser de telles non-linéarités en proposant d'autres méthodes de compensation par contrôle du courant de cathode Ic et par rétroaction sur la valeur du seuil V2.
    En analysant le profil 55 de l'impulsion du courant de la micropointe, il est possible de la décomposer en une suite de temps élémentaires t1 à t6 :
    • t1 : temps d'établissement de la tension Vgate + reset CTIA
    • t2 : temps de maintien du reset CTIA pour annuler les effets d'injection de charges et les transitoires,
    • t3 : temps de mesure,
    • t4 : temps de retard de prise de décision du comparateur,
    • t5 : temps de retard dû à la coupure de Vgate (logique),
    • t6 : délai pour éteindre le flux d'électrons.
    Certains de ces temps élémentaires peuvent être regroupés, pour aboutir au modèle simplifié :
    • t1+t2=tstart : temps d'initialisation qui s'étend depuis tdébut (correspondant au début de l'impulsion) jusqu'à tdébut_contrôle (correspondant au début effectif du contrôle de dose)
    • t3=tmeasure : temps de mesure réellement contrôlable qui s'étend depuis tdébut_contrôle jusqu'à tfin_contrôle (correspondant à la fin du contrôle de la dose)
    • t4+t5+t6=toff : temps d'extinction qui s'étend depuis tfin_contrôle jusqu'à tfin correspondant à la fin effective de l'émission de dose
    Si on considère que le courant atteint sa valeur nominale Isteady_state rapidement pendant le temps d'initialisation tstart et qu'il se maintient pendant le temps d'extinction toff, il est donc au premier ordre constant pendant toute la durée de l'impulsion de courant. En effet, au début, le temps d'établissement de Vgate est court, et à la fin, les retards logique et d'extinction de Vgate sont largement dominés par le retard du module comparateur 31 à la prise de décision.
    La dose totale émise en nombre d'électrons peut s'exprimer comme : Nbeam = Nmeasure + Isteady-state * (tstart + toff)qe    Avec
    Figure 00210001
    La dose d'électrons prévue est fixée par Nmeasure, mais une dose excédentaire vient s'ajouter en réalité à cause des instants d'initialisation et d'extinction non-nuls. La figure 12 illustre une courbe du nombre d'électrons émis en fonction du régime de courant.
    En théorie, comme indiqué précédemment, le nombre d'électrons émis devrait rester le même quel que soit le courant Itip, comme illustré par la courbe horizontale 56.
    Les courbes 57 et 58 illustrent le nombre d'électrons émis respectivement pendant les temps d'initialisation et d'extinction. Le séquencement peut être tel que les temps tstart et toff restent constants quel que soit le courant, c'est-à-dire que les électrons émis pendant ces temps tstart et toff ne dépendent que du régime de courant (fonction affine).
    Le nombre d'électrons émis apparaít sur la courbe 59, qui, pour toute valeur de l'abscisse X, représente la somme des courbes 56 + 57 + 58.
    L'indication numérique relative obtenue à partir de ces courbes montre une erreur sur le nombre d'électrons émis par rapport à la consigne d'un facteur 1.3 à 2.6 en excès. Ceci n'est pas acceptable pour la précision de contrôle d'émission désirée.
    L'objet du dispositif de l'invention est d'être capable d'émettre avec précision un nombre d'électrons programmé quel que soit le régime de courant de la micropointe et d'interrompre le faisceau électronique dès que cette valeur a été atteinte. La somme des électrons émis pendant chacun des temps décrits précédemment doit donc rester constante, i.e que le nombre total d'électrons émis soit linéaire et constant, quelque soit le courant de pointe Itip.
    La loi de variation du nombre d'électrons émis pendant les temps d'initialisation et d'extinction de l'impulsion de courant (fonction affine)est connue. Il est donc possible d'intervenir sur le contrôle du nombre Nmeasure d'électrons effectivement mesurés pour que la somme S= Nstart+ Nmeasure + Noff reste constante. On fait donc décroítre Nmeasure lorsque Itip croít.
    Pour ce faire on modifie la valeur de la tension de détection de seuil V2 au cours de l'exposition électronique. La compensation est réalisée sur des quantités d'électrons excédentaires répondant à la loi : Itip * tqe
    Deux types de compensation sont possibles : une compensation temporelle ou une compensation en fonction du courant. Les figures 13A et 13B illustrent respectivement les courbes théorique 60 et mesurés 61 et les courbes théorique 60 et mesurée 61' du nombre d'électrons relatif en fonction du courant de pointe Itip, respectivement sans compensation et avec compensation en fonction du courant. La courbe 61' illustre l'amélioration que l'on désire obtenir en utilisant une telle compensation active en fonction du courant.
    On peut constater sur la figure 13B la stabilité du nombre d'électrons émis en fonction du courant de pointe, bien qu'il subsiste un offset inhérent à la méthode utilisée. En effet le temps dénommé tmeasure ne peut pas être nul car on ne contrôlerait plus rien. Le temps minimal nécessaire au bon fonctionnement de la compensation doit être tel que le bruit ramené par le module senseur 30 reste faible devant le signal traité par ce module (typiquement Noffset=400 électrons, soit ΔVs_min=8mV) .
    L'invention concerne également un dispositif linéaire ou matriciel de commande et de contrôle de doses d'électrons émises par un ensemble de micro-émetteurs, qui comporte, pour chaque micro-émetteur, les différents modules 30, 31, 32 et 33 ainsi que des moyens de variations de la tension de seuil, tels que décrits ci-dessus.
    Exemples de réalisation Compensation temporelle
    Une telle compensation est illustrée sur la figure 14. Elle ne couvre pas tous les besoins. Elle est capable de compenser des disparités entre micropointes, mais pas des fluctuations haute fréquence sur une même micropointe. Elle est cependant utilisable dès lors que l'on est sûr que la fréquence de récurrence des fluctuations de courant est inférieure à la fréquence d'apparition des impulsions programmés. La tension de seuil V2 est modulée dans le temps à partir du signal d'initialisation start de manière à programmer un contrôle de dose variable dans le temps tel que l'excès d'électrons émis pendant les phases tstart et toff soit strictement compensé par la diminution au cours du temps de la dose programmée.
    Figure 00240001
    Cette variation temporelle est contrôlée par le générateur 65.
    Compensation active en fonction du courant
    Lorsque la fréquence des fluctuations du courant est telle que celui-ci peut varier pendant un temps d'exposition élémentaire, la correction temporelle précédente n'est plus suffisante. En effet, dans l'expression de bilan du nombre d'électrons émis : Ne - = Itip * Tqe
    Les deux variables Itip et T varient simultanément pendant le contrôle. Il n'est donc plus possible de contrôler une des variables tout en mesurant l'autre. Il faut assumer une correction active en fonction du courant.
    La figure 15 illustre un schéma simplifié de compensation en fonction du courant de pointe. Un module de détection du courant de pointe 67 est capable de reproduire exactement le courant de pointe ou d'introduire un gain (X) sur ce courant, par exemple au moyen d'un miroir de courant. C'est ce courant de sortie qui est mesuré par le module senseur 30. Le courant d'entrée Itip sert également de référence pour le module de génération de tension variable 68 qui délivre en sortie une tension de consigne V2 = f (Itip) . La décision sur le temps est toujours prise par le module comparateur 31, mais le seuil de décision V2 est indexé sur la valeur instantanée du courant d'émission. On aboutit ainsi à une compensation optimale.
    Plus précisément, en reprenant les notations de la figure 11, on peut calculer le nombre d'électrons émis dans chacune des phases :
    • Phase d'initialisation Nstart = I * (tdébut_contrôle - tdébut ) q
    • Phase de mesure Nmeasure = I * (tfin_contrôle - tdébut_contrôle ) q
    • Phase d'extinction Nstop = I * (tfin - tfin_contrôle ) q
    Le nombre d'électrons déposés en trop à compenser en modifiant la tension V2 correspond à
    Figure 00260001
    D'où en fonction de ΔV2 :
    Figure 00260002
    La capacité du bloc senseur et les temps └tstart + toff ┘ étant connus, la variation de V2 à programmer est directement proportionnelle à I. La différence de tension à programmer par rapport à Vref (tension à appliquer pour obtenir pendant la phase de mesure la dose souhaitée si Nstart et Nstop n'existaient pas) peut donc être mise en oeuvre, par exemple par l'intermédiaire d'une résistance RL permettant d'établir une tension RL*I avec RL= (tstart+toff) /C. Dans le cas particulier où l'amplificateur CTIA est rechargé à un état haut, cette tension RL*I doit être rajoutée à la tension Vref pour stopper, plus rapidement que dans le cas idéal (sans Nstart et Nstop), l'alimentation de la micropointe et donc son émission.
    Le bloc 68 de la figure 15 peut alors par exemple, être réalisé de la manière illustrée sur la figure 16.
    Les dimensions des transistors sont choisies pour remplir la fonction spécifiée de façon connue par l'homme du métier.
    Un tel mode de réalisation est avantageux dans le sens où il permet de réaliser l'intégralité des fonctions exigées à proximité ou dans le site d'émission des électrons ce qui a pour avantage :
    • de compenser les non-uniformités d'émission de micropointes ou de tout autre dispositif individuellement,
    • de réaliser ces différentes fonctions dans un circuit intégré spécifique (ASIC ou « Application Specific Integrated Circuit »).
    • de participer, en conséquence, à l'amélioration des rendements de fabrication des micropointes et de leur durée de vie,
    • de pouvoir accéder ainsi à des grandes tailles d'émetteurs bidimensionnels sans complexifier le nombre d'interfaces périphériques (auto-traitement du signal in-pixel).
    REFERENCES
  • [1] « Structure optimisation of transistor-based Si field emitter arrays » de T. Matsukawa, K. Koge, S. Kanemaru, H. Tanoue and J. Itoh (TIDW'98, pages 671-674, FED 2-4)
  • [2] "Active matrix field-emitter arrays for the next-generation FEDs" de J. Itoh, S. Kanemaru, T. Matsukawa (199, SID)
  • [3] US 6,392,355 B1
  • [4] "Digital electrostatic electrom-beam array lithography" de L.R. Baylor, D.H. Lowndes, M.L. Simpson, C.E. Thomas, M.A Guillorn, V.I. Merkulov, J.H. Whealton, E.D. Ellis, D.K. Hensley, A.V. Melechko (J.Vac.Sci.Technol. B20(6), Nov-Dec 2002, pages 2646-2650)

    • Claims (8)

    1. Dispositif de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur, caractérisé en ce qu'il comporte :
      un module senseur (30), qui reçoit le courant fourni par le micro-émetteur ainsi qu'une tension pour ajuster le point de polarisation dudit dispositif,
      un module comparateur (31) qui reçoit le signal de sortie dudit module senseur ainsi qu'une tension de seuil permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre,
      un module logique (32) qui reçoit le signal de sortie du module comparateur (31), ainsi qu'un signal de démarrage pour initialiser l'émission électronique,et un signal logique pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
      un module de commande (33) qui reçoit le signal de sortie dudit module logique qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
      des moyens de variation de la tension de seuil tels que, pendant l'émission d'électrons, la somme S= Nstart + Nmeasure + Noff reste sensiblement constante, Nstart étant le nombre d'électrons du temps d'initialisation de l'impulsion de courant, Nmeasure étant le nombre d'électrons du temps de mesure de cette impulsion de courant, Noff étant le nombre d'électrons du temps d'extinction de cette impulsion de courant.
    2. Dispositif selon la revendication 1, qui comprend des moyens de modulation dans le temps de la tension de seuil (V2) à partir du signal d'initialisation (start) de manière à programmer un contrôle de dose d'électrons variable dans le temps tel que l'excès d'électrons émis pendant les temps d'initialisation (tstart) et d'extinction (toff) soit pour tout ou partie compensé par une diminution au cours du temps de la dose programmée.
    3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, qui comprend :
      un module de détection du courant de micro-émetteur (67), qui est capable de reproduire le courant de pointe Itip ou d'introduire un gain sur le courant,
      un module de génération de tension variable (68) qui délivre en sortie une tension de consigne V2 = f (Itip) .
    4. Dispositif linéaire ou matriciel de commande et de contrôle de doses d'électrons émises par un ensemble de micro-émetteurs, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque micro-émetteur :
      un module senseur (30), qui reçoit le courant fourni par le micro-émetteur ainsi qu'une tension pour ajuster le point de polarisation,
      un module comparateur (31) qui reçoit le signal de sortie dudit module senseur ainsi qu'une tension de seuil permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre,
      un module logique (32) qui reçoit le signal de sortie du module comparateur (31), ainsi qu'un signal de démarrage pour initialiser l'émission électronique,et un signal logique pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
      un module de commande (33) qui reçoit le signal de sortie dudit module logique qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
      des moyens de variation de la tension de seuil tels que, pendant l'émission d'électrons, la somme S= Nstart + Nmeasure + Noff reste sensiblement constante, Nstart étant le nombre d'électrons du temps d'initialisation de l'impulsion de courant, Nmeasure étant le nombre d'électrons du temps de mesure de cette impulsion de courant, Noff étant le nombre d'électrons du temps d'extinction de cette impulsion de courant.
    5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque micro-émetteur est une micropointe.
    6. Procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur comportant
      une étape de conversion du courant fourni par le micro-émetteur et d'ajustement du point de polarisation de fonctionnement,
      une étape de comparaison du signal obtenu en sortie de l'étape précédente à une tension de seuil permettant le réglage de la quantité d'électrons à émettre,
      une étape logique pour initialiser l'émission électronique,et un signal logique pour définir si le micro-émetteur doit ou non émettre,
      une étape de commande qui élabore les tensions nécessaires à l'initialisation et à l'extinction de l'impulsion de courant du micro-émetteur,
         caractérisé en ce qu'il comprend :
      une étape de variation de la tension de seuil (V2) telle que, pendant l'émission d'électrons, la somme S= Nstart + Nmeasure + Noff reste sensiblement constante, Nstart étant le nombre d'électrons du temps d'initialisation de l'impulsion de courant, Nmeasure étant le nombre d'électrons du temps de mesure de cette impulsion de courant, Noff étant le nombre d'électrons du temps d'extinction de cette impulsion de courant.
    7. Procédé selon la revendication 6, qui comprend une étape de modulation dans le temps de la tension de seuil (V2) à partir du signal d'initialisation (start) de manière à programmer un contrôle de dose d'électrons variable dans le temps tel que l'excès d'électrons émis pendant les temps d'initialisation (tstart) et d'extinction (toff) soit pour tout ou partie compensé par une diminution au cours du temps de la dose programmée.
    8. Procédé selon la revendication 6, qui comprend :
      une étape de détection du courant de pointe, pour reproduire le courant de pointe Itip ou d'introduire un gain sur le courant,
      une étape de génération de tension variable (68) qui délivre en sortie une tension de consigne V2 = f (Itip) .
    EP04101249A 2003-03-27 2004-03-25 Dispositif et procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur Expired - Fee Related EP1473755B1 (fr)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR0350071A FR2853133B1 (fr) 2003-03-27 2003-03-27 Dispositif et procede de commande et de controle d'une dose d'electrons emise par un micro-emetteur
    FR0350071 2003-03-27

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP1473755A2 true EP1473755A2 (fr) 2004-11-03
    EP1473755A3 EP1473755A3 (fr) 2008-11-12
    EP1473755B1 EP1473755B1 (fr) 2011-08-31

    Family

    ID=32947402

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP04101249A Expired - Fee Related EP1473755B1 (fr) 2003-03-27 2004-03-25 Dispositif et procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur

    Country Status (4)

    Country Link
    US (1) US7088048B2 (fr)
    EP (1) EP1473755B1 (fr)
    JP (1) JP2004295124A (fr)
    FR (1) FR2853133B1 (fr)

    Cited By (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP1777690A2 (fr) 2005-10-18 2007-04-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Dispositif d'affichage

    Families Citing this family (2)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    JP5110847B2 (ja) * 2005-10-18 2012-12-26 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置
    CN113036855B (zh) * 2021-03-12 2023-03-31 宁波美蕾电器有限公司 一种铅酸式多功能应急电源

    Citations (8)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US3936756A (en) * 1971-04-30 1976-02-03 Nihon Denshi Kabushiki Kaisha Field emission electron gun having automatic current control
    US5656892A (en) * 1995-11-17 1997-08-12 Micron Display Technology, Inc. Field emission display having emitter control with current sensing feedback
    US6040973A (en) * 1997-01-28 2000-03-21 Nec Corporaiton Method of driving a field emission cold cathode device and a field emission cold cathode electron gun
    US6060840A (en) * 1999-02-19 2000-05-09 Motorola, Inc. Method and control circuit for controlling an emission current in a field emission display
    US6163107A (en) * 1997-03-11 2000-12-19 Futaba Denshi Kogyo K.K. Field emission cathode
    EP1104002A1 (fr) * 1999-11-29 2001-05-30 Ushiodenki Kabushiki Kaisha Procédé de mesure d'un faisceau d'électrons et appareil de traitement et d'irradiation à faisceaux d'électrons
    EP1225613A1 (fr) * 1999-10-12 2002-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif emetteur d'electrons et source d'electrons le contenant, afficheur d'image a effet de champ, lampe fluorescente et leurs procedes de production
    US6498349B1 (en) * 1997-02-05 2002-12-24 Ut-Battelle Electrostatically focused addressable field emission array chips (AFEA's) for high-speed massively parallel maskless digital E-beam direct write lithography and scanning electron microscopy

    Family Cites Families (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    JP2001202059A (ja) * 2000-01-19 2001-07-27 Mitsubishi Electric Corp 冷陰極発光素子の駆動方法、冷陰極発光素子の駆動回路およびディスプレイ装置
    US6362574B1 (en) * 2000-05-31 2002-03-26 Sri International System for emitting electrical charge from a space object in a space plasma environment using micro-fabricated gated charge emission devices
    US6577130B1 (en) * 2000-05-31 2003-06-10 Sri International System and method for sensing and controlling potential differences between a space object and its space plasma environment using micro-fabricated field emission devices
    JP2002328645A (ja) * 2001-05-01 2002-11-15 Canon Inc 画像表示装置及びその駆動方法及び回路
    EP1426997A1 (fr) * 2002-12-06 2004-06-09 ICT, Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik Mbh Source de faisceau à émission de champ et procédé de commande du courant de faisceau

    Patent Citations (8)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US3936756A (en) * 1971-04-30 1976-02-03 Nihon Denshi Kabushiki Kaisha Field emission electron gun having automatic current control
    US5656892A (en) * 1995-11-17 1997-08-12 Micron Display Technology, Inc. Field emission display having emitter control with current sensing feedback
    US6040973A (en) * 1997-01-28 2000-03-21 Nec Corporaiton Method of driving a field emission cold cathode device and a field emission cold cathode electron gun
    US6498349B1 (en) * 1997-02-05 2002-12-24 Ut-Battelle Electrostatically focused addressable field emission array chips (AFEA's) for high-speed massively parallel maskless digital E-beam direct write lithography and scanning electron microscopy
    US6163107A (en) * 1997-03-11 2000-12-19 Futaba Denshi Kogyo K.K. Field emission cathode
    US6060840A (en) * 1999-02-19 2000-05-09 Motorola, Inc. Method and control circuit for controlling an emission current in a field emission display
    EP1225613A1 (fr) * 1999-10-12 2002-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif emetteur d'electrons et source d'electrons le contenant, afficheur d'image a effet de champ, lampe fluorescente et leurs procedes de production
    EP1104002A1 (fr) * 1999-11-29 2001-05-30 Ushiodenki Kabushiki Kaisha Procédé de mesure d'un faisceau d'électrons et appareil de traitement et d'irradiation à faisceaux d'électrons

    Non-Patent Citations (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Title
    NAGAO M ET AL: "SI FEAS INTEGRATED WITH DRIVING CIRCUITS FOR DISPLAY-ON-A-CHIP" ASIA DISPLAY / IDW'01. PROCEEDINGS OF THE 21ST INTERNATIONAL DISPLAY RESEARCH CONFERENCE IN CONJUCTION WITH THE 8TH INTERNATIONAL DISPLAY WORKSHOPS. NAGOYA, JAPAN, OCT. 16 - 19, 2001, INTERNATIONAL DISPLAY RESEARCH CONFERENCE. IDRC, SAN JOSE, CA: SID, vol. CONF. 21 / 8, 16 octobre 2001 (2001-10-16), pages 1161-1164, XP001134242 *

    Cited By (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP1777690A2 (fr) 2005-10-18 2007-04-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Dispositif d'affichage
    EP1777690A3 (fr) * 2005-10-18 2009-10-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Dispositif d'affichage
    US7825877B2 (en) 2005-10-18 2010-11-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device

    Also Published As

    Publication number Publication date
    US7088048B2 (en) 2006-08-08
    US20040222391A1 (en) 2004-11-11
    FR2853133B1 (fr) 2005-04-29
    FR2853133A1 (fr) 2004-10-01
    EP1473755A3 (fr) 2008-11-12
    JP2004295124A (ja) 2004-10-21
    EP1473755B1 (fr) 2011-08-31

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    EP0326489B1 (fr) Système de régulation du point de fonctionnement d'une alimentation à courant continu
    EP1740962B1 (fr) Procede et dispositif de mesure avec detection synchrone et echantillonnage correle
    EP2302341A2 (fr) Circuit de détection avec circuit d'anti-éblouissement amélioré
    EP1231529B1 (fr) Dispositif générateur d'une tension de référence précise
    EP1473755B1 (fr) Dispositif et procédé de commande et de contrôle d'une dose d'électrons émise par un micro-émetteur
    FR2509548A1 (fr) Generateur de signaux triangulaires comportant un circuit de compensation du retard de la boucle
    EP1299876B1 (fr) Procede et dispositif de commande d'une source d'electrons a structure matricielle, avec regulation par la charge emise
    EP1647091A2 (fr) Amplificateur de tension a faible consommation
    EP2372917B1 (fr) Dispositif de conversion analogique-numérique parallele et detecteur d'imagerie comportant un tel dispositif
    EP1565763A1 (fr) Circuit de traitement ameliore pour chaine de spectrometrie et chaine de spectrometrie utilisant un tel circuit
    CA2736593C (fr) Systeme de controle de derive de gain de photomultiplicateur et procede associe
    EP0884818B1 (fr) Procédé de commande d'au moins un transistor du type IBGT apte à permettre le fonctionnement de celui-ci sous irradiation
    FR2832537A1 (fr) Procede et dispositif de commande en tension d'une source d'electrons a structure matricielle, avec regulation de la charge emise
    EP0011533B1 (fr) Circuit générateur de dents de scie permettant notamment un balayage cathodique du type ligne par ligne, et dispositif comportant un tel circuit
    EP1697920A1 (fr) Dispositif d'affichage d'images a matrice active
    FR3050889A1 (fr) Circuit d'emission optique en creneaux
    FR3032063A1 (fr) Circuit electronique configure pour calibrer un dispositif de detection de photons a photomultiplicateurs silicium, dispositif de detection de photons, procede de calibration, et programme d'ordinateur correspondant.
    EP0981203A1 (fr) Source de courant contrôlée à commutation accélérée
    WO2021014146A1 (fr) Commande de dispositifs à semi-conducteur
    JP2020106350A (ja) 投受光装置、投受光方法、プログラム及び記録媒体
    FR2604583A1 (fr) Dispositif de conditionnement de signaux video de transmission d'images
    EP1146732B1 (fr) Dispositif de conversion d'un photosignal en tension dans les senseurs d'images à intégrateurs déportés
    EP0530091B1 (fr) Dispositif d'asservissement de la tension de blocage d'un tube cathodique par mesure de luminance
    WO2023275332A1 (fr) Lidar impulsionnel à amplificateur optique à semi-conducteur piloté par un signal modulé
    FR2905774A1 (fr) Generateur de tension programmable

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A2

    Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE

    PUAL Search report despatched

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A3

    Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK

    RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

    Ipc: H01J 7/44 20060101ALI20081007BHEP

    Ipc: H01J 1/304 20060101AFI20081007BHEP

    17P Request for examination filed

    Effective date: 20090429

    AKX Designation fees paid

    Designated state(s): DE FR GB IT

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R079

    Ref document number: 602004034187

    Country of ref document: DE

    Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01J0007440000

    Ipc: G09G0003220000

    GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

    RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

    Ipc: G09G 3/22 20060101AFI20110222BHEP

    GRAS Grant fee paid

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): DE FR GB IT

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: NOT ENGLISH

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R096

    Ref document number: 602004034187

    Country of ref document: DE

    Effective date: 20111110

    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20120601

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R097

    Ref document number: 602004034187

    Country of ref document: DE

    Effective date: 20120601

    GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

    Effective date: 20120325

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: ST

    Effective date: 20121130

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R119

    Ref document number: 602004034187

    Country of ref document: DE

    Effective date: 20121002

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20120402

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20120325

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20120325

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20121002