FR2650119A1 - Dispositif de regulation de courant individuel de pointe dans un reseau plan de microcathodes a effet de champ, et procede de realisation - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de régulation du courant individuel de pointe 6 d'un réseau plan de microcathodes à effet de champ comporte essentiellement un piédestal découpé dans une couche résistive 5 placée en série avec chaque pointe. Ce piédestal est découpé par micro-usinage de la couche 2 de silicium intrinsèque supportant les pointes, autour de chaque pointe.
Description
DISPOSITIF DE REGULATION DE COURANT
INDIVIDUEL DE POINTE DANS uN RESEAU PLAN DE
MICROCATHODES A EFFET De CHAMP, ET PROCEDE
DE REALISATION
La présente invention se rapporte a un dispositif de régulation de courant individuel de pointe dans un réseau plan de microcathodes à effet de champ, et à un procédé de réalisation de ce dispositif.
INDIVIDUEL DE POINTE DANS uN RESEAU PLAN DE
MICROCATHODES A EFFET De CHAMP, ET PROCEDE
DE REALISATION
La présente invention se rapporte a un dispositif de régulation de courant individuel de pointe dans un réseau plan de microcathodes à effet de champ, et à un procédé de réalisation de ce dispositif.
Une microcathode à émission de champ se compose essentiellement d'une micropointe émissive i A dont le sommet est entouré d'une grille métallique 2A. La polarisation de cette grille par rapport à la micropointe permet d'obtenir l'émission électronique par effet de champ. La grille repose en général sur un diélectrique solide 3A, qui permet de l'isoler électriquement du potentlel de la cathode (figure 1).
On utilise des réseaux plans formés de telles microcathodes, afin de réaliser par exemple des canons à électrons permettant d'obtenir de fortes densités d'émission ( > lOA/cm2). Typiquement, un réseau plan est constitué de microcathodes logées dans des microcylindres de diamètre d'environ 1 m disposés aux quatre sommets d'une maille carrée de côté égal à environ 10 m.
On obtient ainsi des densités de pointes de l'ordre de 106/cm2 et corrélativement des densités cl courant d'émission supérieures à 10 A/cm2, pour des courants individuels de 10 A/pointe.
Le |courant d'émission d'une pointe peut être représenté par l'expression (1) . i = A F exp(-B/E), dérivée de la formule de Fowler-Nordhelm et dans laquelle A et B sont des, constantes et E est le champ électrique au sommet de la pointe. Pour une tension effective V entre le sommet de la pointe et la grille, la valeur du champ électrique E dépend du rayon de courbure du sommet de la pointe ainsi que de différents paramètres tels que position dli sommet de la pointe par rapport au plan inférieur de la grille, distance pointe-grille etc... Ce champ E sera, pnur des raisons de commodité, représenté par E = V/r où r est 'in paramètre variant comme le rayon de courbure du sommet de la pointe.Cette expression n'est pas exacte, mais elle illustre bien en première approximation la variation de E. On conçoit bien que sur 106 pointes/cm2, il sera difficile de maintenir toutes les caractéristiques géométriques parfaitement identiques et que par conséquent on observera des variations de rhamp électrique E d'une pointe à l'autre. Ces variations de champ induisent, comme on le voit d'après l'expression (1), des s ariations notables de courant d'émission (pour une tension fixée), qui peuvent conduire à la destruction par fusion de certaines pointes (celles par exemple présentant les rayons de courbure les plus faibles) tandis que d'autres n'émettent pratiqllement pas.
La présente invention a pour objet un dispositif permettant de limiter le courant d'émission de chaque pointe, mais toutefois sans agir directement sur la tension d'extraction imposée à la grille, ainsi que son procédé de réalisation.
Le dispositif de régulation de courant individuel de pointe dans un réseau plan de microcathodes å effet de champ conforme à l'invention consiste en une résistance disposée en série avec chaque microcathode. Cette résistance fait partie du support du réseau de microcathodes.
Le procédé de l'invention consista à rendre résistif le support des microcathodes. Selon un mnde de réalisation, on fait un micro-usinage du substrat suppflrtant le réseau de microcathodes. Selon un autre mode de renlisation, on dope ce - substrat, par exemple par diffusion de bore
L'insertion d'une résistance disposée en série avec chaque pointe permet ladite limitation. On peut ainsi prévenir la fusion des pointes les plus sollicitées et on obtient de plus un - effet d'égalisation du courant de pointe à pointe. Le fait d'adjoindre une résistance Rj en série avec la pointe j fait chuter la tension effective entre le sommet de la pointe j et la grille d'une valeur Rj. Ij où Ij est le courant émis par cette même pointe -j-.Par suite, le champ électrique devient
où rj est le paramètre de longueur associé à la pointe j. Ainsi, plus le courant initial est élevé, plus le champ a tendance å diminuer, ce -qui entraîne de façon bouclée une diminution du courant émis selon l'expression (1). Le système devient autorégulé, si la résistance RJ est correctement adaptée.
L'insertion d'une résistance disposée en série avec chaque pointe permet ladite limitation. On peut ainsi prévenir la fusion des pointes les plus sollicitées et on obtient de plus un - effet d'égalisation du courant de pointe à pointe. Le fait d'adjoindre une résistance Rj en série avec la pointe j fait chuter la tension effective entre le sommet de la pointe j et la grille d'une valeur Rj. Ij où Ij est le courant émis par cette même pointe -j-.Par suite, le champ électrique devient
où rj est le paramètre de longueur associé à la pointe j. Ainsi, plus le courant initial est élevé, plus le champ a tendance å diminuer, ce -qui entraîne de façon bouclée une diminution du courant émis selon l'expression (1). Le système devient autorégulé, si la résistance RJ est correctement adaptée.
Une résistance série sera correctement adaptée si elle permet d'introduire une chute de tension effective de l'ordre de la dizaine de volts pour un accroissement du courant d'émission de l'ordre de dix à quelques dizaines de microampères par pointe. Ceci donne pour RJ une valeur type comprise entre quelques 105 et quelques 10 onms.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel:
- la figure 1 est une vue en coupe d'une micropointe de l'art antérieur,
- la figure 2 est une vue en coupe de micropointes conformes à l'invention,
- les figures 2A à 2D et 3A à 3B sont des vues schématiques en coupe illustrant les premières étapes d'un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4 est une vue en coupe de la structure obtenue à la suite desdites premières étapes,
- les figures 5 et 6 sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5, d'une variante des étapes précédentes,
- les figures 7A à 7D, 8 à 10 et liA à 11E et 12 sont des vues schématiques en coupe ou de ries sus montrant les étapes suivantes du procédé de l'invention, et
- les figures 13A à 13D sont ciels vues en coupe simplifiées illustrant des étapes d'une variante du procédé de l'invention.
- la figure 1 est une vue en coupe d'une micropointe de l'art antérieur,
- la figure 2 est une vue en coupe de micropointes conformes à l'invention,
- les figures 2A à 2D et 3A à 3B sont des vues schématiques en coupe illustrant les premières étapes d'un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4 est une vue en coupe de la structure obtenue à la suite desdites premières étapes,
- les figures 5 et 6 sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe selon VI-VI de la figure 5, d'une variante des étapes précédentes,
- les figures 7A à 7D, 8 à 10 et liA à 11E et 12 sont des vues schématiques en coupe ou de ries sus montrant les étapes suivantes du procédé de l'invention, et
- les figures 13A à 13D sont ciels vues en coupe simplifiées illustrant des étapes d'une variante du procédé de l'invention.
Une des méthodes connues rle réalisation de micropointes consiste en un dépôt en phase vapeur épitaxial sélectif et facetté du matériau constitutif des micropointes en question sur un substrat monocristallin partiellement masqué. La sélectivité de dépôt est obtenue d'une part en se plaçant au voisinage de l'équilibre thermodynamique pour la réaction de dépôt (c'est-à-dire en contrôlant la composition de la phase gazeuse et la température) et d'autre part en utilisant un matériau de masquage à barrière de nucléation plus élevée que ceUe du substrat.De cette façon, les atomes ou les molécules issus de la pyrolyse de la phase gazeuse ne peuvent acquérir la taille du germe critique sur le masque. tandis qu'ils sont directement incorporés dans le cristal à la surface du substrat monocristallin ; il y a donc croissance slir le substrat, mais non sur le masque.
Cette méthode de réalisation est décrite dans la
Demande de Brevet français nO 88 03949 et dans la Demande de
Brevet français n0 89 03153.
Demande de Brevet français nO 88 03949 et dans la Demande de
Brevet français n0 89 03153.
Il existe d'autres techniques rie fabrication de micropointes, basées sur des méthodes d'o aporation sous vide de métaux (voir par exemple C.A. SPINAL et collaborateurs,
Journal of Applied Physics, Volume 47. n0 12, page 5248,
Décembre 76) ou bien sur des méthodes n'attaque sélective de substrats monocristallins (voir par exemple il. P. Gray et Coll:
International Electron Devices Meeting 1986. page 33.1).
Journal of Applied Physics, Volume 47. n0 12, page 5248,
Décembre 76) ou bien sur des méthodes n'attaque sélective de substrats monocristallins (voir par exemple il. P. Gray et Coll:
International Electron Devices Meeting 1986. page 33.1).
Un des substrats les plus fréquemment utilisés, et ce, quelle que soit la technique de fabrication ries pointes retenue, est le silicium. On le trouve facilement so,,s forme de plaques monocrlstalllnes de grandes surfaces et de plus, c'est un bon conducteur thermique (1,5 W/cm. OC à 3000K).
Pour ces différentes raisons et sans que ceci soit limitatif, le procédé de fabrlcatfon des roRistances série sera illustré sur un exemple où le substrat est en silicium. On pourrait cependant utiliser un substrat en GaAs ou tout autre substrat monocristallin ; on pourrait aussi utiliser un substrat non monocristallin dans les cas où les micropointes sont obtenues par un procédé d'évaporation sous vide (voir par exemple R. MEYER et Coll. dans "Japon Display 1986").
Le procédé de l'invention consiste en un usinage du support des micropointes, de façon à individualiser pour chaque microcathode ou micropointe un micro-pie'. destal de résistance appropriée. La figure 2 représente une vue en coupe de la structure obtenue après l'opération d'usinage qui consiste à creuser une tranchée dans le substrat autour de chaque micropointe.
La source d'électrons representee en figure 2 est formée sur un substrat 1 en matériau faiblement résistif (environ 10-3 ohm.cm). Ce substrat 1 porte iine couche résistive 2 dont la résistivité est ajustée pour obtenir les valeurs de Rj précitées. La couche 2 comporte des cavités 3 régulièrement réparties dont la forme est mieux visible en figure 12. La profondeur des cavités 3 est sensiblement ovale à l'épaisseur de la couche 2. les parois des cavités 3 sont revêtues d'une couche diéketrique 4 de passivation.Les cavités 3 découpent dans la couche 2 des pavés 5 sensiblement paralIélopipédiques. Le centre de la face supérieure de chaque pavé 5 est surmonté d'une micropointe 6 dont la forme peut être pyramidale ou conique par exemple. La face supérieure de la couche ? non surmontée par les pointes 6 est recouverte d'une couche 7 d'un premier diélectrique, elle-même recouverte d'une caliche 8 d'un second diélectrique. La couche 8 est recouverte d'une couche métallique 9. Les rôles de ces différentes couches sont expliqués ci-dessous.
Le procédé de l'invention sera mieux compris au travers de la description qui va suivre.
On part d'un substrat de silicium 10 de résistivité faible (typiquement quelques 10-3 ohm.rm. dopage As) et d'orientation superficielle (x,y,z) où x,y et z sont choisis de préférence mais non de façon limitative parmi 0 ou 1.
1. On dépose par épitaxie en phase vapeur sur toute la surface du substrat 10 une couche 11 de silicium intrinsèque, d'épaisseur 5 à 10 m et de résistivité 1.10 à 1,5 10 ohms.cm (voir figure 2A). On peut éventuellement reposer préalablement sur le substrat 10 une couche tampon 12 de résistivité 10a ohm.cm environ en silicium dopé à l'antimoine et d'épaisseur 2 à 3 m, afin d'éviter l'exodiffusion de l'arsenic dans la phase gazeuse et dans la couche intrinsèque et obtenir ainsi plus facilement la résistivité de 1.103 à 1,5 103 ohms.cm (voir figure 2B).
2. On dépose ensuite (par des méthodes telles que
PECVD, LT0 ou HT0 connues de l'homme de l'art) une première couche mince 13 d'un matériau qui servira dans ce qui suit de masque d'oxydation. On peut par exemple deposer une couche de Si3N4 d'épaisseur 0,1 à 0,2 m. On pourrait aussi utiliser une couche mince d'un métal noble tel que Au ou Pt, associé à une barrière de diffusion type Ti.
PECVD, LT0 ou HT0 connues de l'homme de l'art) une première couche mince 13 d'un matériau qui servira dans ce qui suit de masque d'oxydation. On peut par exemple deposer une couche de Si3N4 d'épaisseur 0,1 à 0,2 m. On pourrait aussi utiliser une couche mince d'un métal noble tel que Au ou Pt, associé à une barrière de diffusion type Ti.
3. On dépose sur la couche précédente une couche de diélectrique 14 d'épaisseur 1 à quelques microns. Ce diélectrique servira à isoler la grille de la cathode dans le dispositif final. Cette couche de diélectrique est du SiO2 (obtenu par PECVD, LTO ou HTO) ou bien de l'Al203 (obtenue par évaporation) ou bien tout autre matériau connu de l'homme de l'art.
4. Sur le diélectrique 14 on dépose une couche 15 de métal de 0,1 à 0,5 pin d'épaisseur environ (Au ou Pt par exemple) qui servira ultérieurement de grille d'extraction pour la micropointe.
5. On dépose un diélectrique de passivation 16 (de préférence amorphe, Si354 ou SiO2) sur la grille (en utilisant encore une méthode telle que PECVD, LTO ou HT0) et d'épaisseur 0,1 à 0,5 pin environ. Ce diélertrique sert à rendre sélective l'opération d'épitaxie facettée par laquelle les micropointes seront générées.
On notera que si le pas de répétition des pointes est supérieur à l'épaisseur de la couche 1 1 de résistivité élevée, les opérations d'usinage (telles que décrites dans ce qui suit) visant à individualiser les résistances série sont inutiles. La structure finale obtenue est alors beaucoup plus simple et telle que représentée en figure - 2D.
6. On dépose sur l'ensemble iine seconde couche métallique 17 (d'épaisseur 0,1 à 0,5 pin environ) qui servira de masque de gravure pour les opérations à suivre (couche de Cr, Al ou Au). (voir figure 2C).
7. On grave dans le sandwich préredemment déposé le motif représenté en figure 3A. Cette gravure peut s'effectuer soit chimiquement en utilisant un masque en résine photosensible et les réactifs appropriés pour chaque courhe, soit en utilisant différents plasmas dans un bâti de type RIE (Reactive Ion
Etching, procédé connu de l'homme de l'art). La "raideur" des flancs après l'attaque n'est pas ici un paramètre déterminant.
Etching, procédé connu de l'homme de l'art). La "raideur" des flancs après l'attaque n'est pas ici un paramètre déterminant.
La structure obtenue est représentée en roupe (coupe selon
III-III de la figure 3A) sur la figure 3B polir un cas d'attaque par RIE.
III-III de la figure 3A) sur la figure 3B polir un cas d'attaque par RIE.
Le motif de la figure 3A, qui est une vue de dessus dudit sandwich, est un réseau régulier de carrés C disposés en lignes et colonnes. Les sommets du carré C r représente en entier sur la figure 3A sont référencés m,n,p,q. Les intervalles de largeur L entre carrés successifs sont sensiblement les mêmes dans le sens des lignes et dans le sens des colonnes. Ces intervalles sont avantageusement compris entre 1/5 et 1/10 de la longueur des côtés des carrés C. Chaque carré est relié par le milieu de chacun de ses côtés aux quatre carrés qui l'entourent par un "pont" P1 à P4 à bords sensiblement rectilignes, dont la largeur est du même ordre de grandeur qlo L.Selon un mode de réalisation, la longueur des côtés des rarrés C est comprise entre 5 et 10 pin environ, la largeur des ponts P1 à P4 est comprise entre 1 et 2 pin environ, et L est d'environ 2 à 3 ,um.
8. En utilisant le masque métalliqlle 17 qui protège l'ensemble des couches de passivation. de grille, de diélectrique de grille et de masque d'oxydation, on grave dans la couche intrinsèque Il des tranchées de profondeur P correspondant sensiblement à l'épaisseur de cette couche intrinsèque ; cette gravure est effectuée de façon anisotrope en utilisant un réacteur du type RIE et un plasma de type CF4 + 02 ou SF6, ou encore CHF3 + SF6, ou de tout autre mélange de gaz approprié et connu de l'homme de l'art.
La structure est représentée sur la figure 4. Si par exemple le carré central C du masque mesure 6,5 pin de côté, et si la couche intrinsèque possède une résistivité de 1200 ohms.cm, il faudra graver environ 7 pin de profondeur dans la couche intrinsèque pour obtenir un parallélépipède de résistance environ 2.106 ohms. Dans ce cas, on ménagera des ouvertures ayant une largeur L de l'ordre de 2,5 1m entre les différents carrés, de façon à favoriser l'attaque RIE On a représenté en hachuré sur la figure 3A les zones de pontage P1 à P4 entre différents carrés, qui permettront d'établir le potentiel de la grille sur l'ensemble des micropointes dont l'obtention sera décrite dans ce qui suit.Ces zones de pontage peuvent être désolidarisées du substrat, comme représente en figure 2, (cette figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 3A), par une attaque chimique effectuée après l'attaque RTE : le diélectrique de grille 8, qui supporte la métallisation do grille 9 n'est pas attaqué par le réactif chimique d'attaque du substrat et ce diélectrique de grille assure alors le support mécanique de la grille entre les différents carrés ; ceci entraîne une sous-gravure au niveau des carrés, égale h la demi-largeur des zones de pontage. Afin de minimiser cette sous-gravure (dont l'effet n'est cependant pas gênant) on maintiendra la largeur des zones de pontage à environ 1 à 2 pin.
Si l'on utilise un substrat de silicium d'orientation de surface (110), on pourra avantageusement éviter l'étape de
RIE et la remplacer par une étape d'attaque chimique anisotrope.
RIE et la remplacer par une étape d'attaque chimique anisotrope.
En effet, si l'on utilise une solution d'attaque type 50 % KOH, 50 % H20 D.I. (D.I. : dé-ionisé) à 800C, on obtient une vitesse d'attaque de l'ordre de 600 fois plus grande selon les directions < 110 > que selon les directions < 111 > du cristal.
Ainsi (voir figure 5), si l'on oriente correctement les côtés du carré C du masque de la figure 3A -qui destrient dans ce cas un losange LO- dans le plan (110), l'attalqlle sera directement limitée par les plans (111) perpendiculaires au plan (110) de la surface du substrat. La figure 5 représente le masque, ainsi que les différentes directions cristallines en vlle de dessus, tandis que la figure 6 représente la structure obtenue par attaque chimique dans la solution précitée. On notera que dans ce cas, il est inutile d'utiliser un masque métallique supplementaire tel que le masque 17, et que la couche de diélectrique de passivation 16 (Si3N4 par exemple) peut avantageusement servir de masque de gravure.
De même que précédemment, on peut ensuite attaquer le pied de silicium 11 en-dessous des zones de pontage, en pratiquant une attaque chimique non sélective (mélange HNO3 + HF par exemple) du silicium. Notons, cependant, que cette opération n'est pas nécessaire dans la plupart des cas, car la contribution à la diminution de la résistance série apportée par les zones de pontage est minime
Cette opération d'attaque anisotrope d'un substrat monocristallin sera utilisée de préfbreneP à l'attaque RIE décrite au paragraphe précédent chaque fois que la possibilité s'en présentera (en particuller pour les substrats de GaAs).
Cette opération d'attaque anisotrope d'un substrat monocristallin sera utilisée de préfbreneP à l'attaque RIE décrite au paragraphe précédent chaque fois que la possibilité s'en présentera (en particuller pour les substrats de GaAs).
9. Après obtention de structures telles que celles représentées sur les figures 4 ou 6, on protide à l'opération de gravure des logements 18 qui vont accueiUir les pointes, à l'intérieur des carrés C (ou des losanges T.fl). Cette opération s'effectue de préférence par RIE (en particulier pour le diélectrique de grille) et en utilisant le masque métallique 17 pour protéger l'ensemble des couches sous-iacentes. Ce masque métallique est tout d'abord gravé chimiquement en utilisant une résine photosensible pour définir la forme des ouvertures cette résine est enlevée après gravure du masque métallique 17 et la structure est placée dans un réacteur RIE dans lequel on utilise un plasma approprié pour la gravure de chaque couche (par exemple CF4 ou CF4 + 02 pour le diélectrique de passivation si ce dernier est en Si3N4 ; CCI2F2 pour la grille métallique si elle est en Au ou Pt CHF3 + 2 pour le diélectrique de grille s'il est en Si02).
Par contre, comme indiqué sur la figure 7A, on conserve la couche 13 servant de masque d'oxydation afin de protéger la partie sous-jacente de la couche intrinsèque au cours de l'opération d'oxydation dont la dPscription va suivre.
La forme de l'ouverture des logements representés en coupe sur la figure 7A peut être carrée, circulaire, oblongue ou polygonale. Les figures 7B a 7D représentent quelques unes de ces formes possibles.
10. Après avoir enlevé (par dissollltion chimique) le masque métallique 17, on pratique une le gère oxydation des flancs du silicium 11 mis à nu lors de l'e tape 8 précédemment décrite, et ce, de façon à passiver les surfaces de germination monocristallines (voir figure 8). Cette opération est nécessaire car elle va permettre à l'opération d'épJtnsie par laquelle les pointes seront fabriquées d'être effectivement sélective. On obtient ainsi une couche 19 de Si02, d'unP épaisseur d'environ 0,1 à 0,3 ,um.
On remarquera qu'il est préférable d'utiliser comme métallisation de grille un métal noble type I\i ou Pt de façon à éviter les problèmes d'oxydation de la grille pendant cette opération de passivation du silicium. S'il est nécessaire d'utiliser un matériau de grille plus réfrartaire que Au ou Pt, on s'orientera vers des oxydes tels que par exemple Ru02 (oxyde de ruthenium) ou ReO3 (oxyde de rhenium) qui sont insensibles à l'action de l'oxygène à haute température et présentent de faibles résistivités à température ambiante.
11. On enlève (par attaque chimique ou plasma sélective) le masque d'oxydation 13 au fond des ouvertures 18 pratiquées lors de l'étape 9. Par exemple, si ce masque d'oxydation est en Si3N4 on pourra utiliser une attaque chimique du type 113P04 à 160 C, qui présente une bonne sélectivité par rapport à la silice Ceci permet d'enlever le masque d'oxydation sans affecter l'oxyde de passivation recouvrant les flancs des tranchées gravées lors de l'étape 8. Les figures 9 et 10 représentent respectivement en coupe (selon IX-IX de la figure 10) et en vue de dessus les structures obtenues à ce stade du process.
12. Ayant mis le silicium 11 à nu dans les ouvertures pratiquées à l'intérieur des carrés m n p q, on peut maintenant #céder à l'intérieur de ces ouvertures à l'opération de croissance épitaxiale sélective et facettée, telle que décrite dans les Demandes de Brevet français 88 03949 et 89 03153, de façon à obtenir une structure telle que celle représentée en figure 2
On a représenté sur les figures 11A à 11E une variante possible du procédé de l'invention.
On a représenté sur les figures 11A à 11E une variante possible du procédé de l'invention.
1' On réalise selon la technique décrite dans la Demande de Brevet 89 03153 la structure représentée sur la figure 11A.
Cette structure comporte successivement, sur un substrat 20, une couche intrinsèque 21, une couche 22 de diélectrique de grille, une couche 23 de métallisation de grille et un masque de passivation 24. Des cavités 25 formées dans les couches 22 à 24 comportent sur leur fond des micropointes 26. Ces micropointes 26 sont obtenues par épitaxie sélective et facettée.
2' Sur le réseau de microcathodes 26 ainsi réalisé, on dépose à la "tournette" (plateau tournant) une couche 27 de produit organique tel qu'une résine photosensible ou un matériau polyimide, d'épaisseur 1 à quelques microns ; on dépose ensuite par évaporation sous vide une couche métallique 28 qui servira de masque de gravure cette couche peut être en Cr, Pt, Au, Ti. Mo, etc... et son épaisseur peut varier entre 0,1 et 0,6 pin (figure 11B).
3' En utilisant une deuxième rouche de résine photosensible (non représentée) on grave chimiquement dans cette couche métallique de masquage 28 un motif identique à celui représenté sur la figure 3A. On utilise ensuite le masque métallique ainsi défini pour graver par RIE et en plasma d'oxygène la couche 27 sous-jacente de polyamide ou de résine.
La structure résultante est représentée en figure îîC.
4' On grave ensuite le diélectrique 24, la grille 23 et le diélectrique de grille 22 soit chimiquement soit par RIE (en particulier pour 22) en utilisant les réactifs ou les gaz appropriés. La structure obtenue est représentée en figure 11D.
5' Toujours en utilisant le masque métallique supérieur 28, on grave, par RIE, de façon à se placer en conditions d'attaque très anisotropiques la couche intrinsèque sur pratiquement toute son épaisseur, de façon à obtenir la structure représentée sur la figure 11E.
On aurait pu aussi utiliser une attaque chimique, anisotrope du type KOH + H20 telle que celle décrite à l'étape 8 ci-dessus.
D'autre part, on remarquera que cette dernière méthode s'applique à tout type de pointe, quel que soit le mode d'obtention, sous réserve que l'on dispose préalablement une couche sous-jacente de résistivité appropriée
La structure finale est représente e en perspective sur la figure 12, après que l'on ait enlevé le masque métallique supérieur (par attaque chimique) et la resine ou le polyimide par dissolution dans un solvant approprié.
La structure finale est représente e en perspective sur la figure 12, après que l'on ait enlevé le masque métallique supérieur (par attaque chimique) et la resine ou le polyimide par dissolution dans un solvant approprié.
Claims (42)
1. Dispositif de régulation de courant individuel de pointe dans un réseau plan de microcathodes à effet de champ, caractérisé par le fait qu'il consiste en une résistance (5) disposée en série avec chaque microcathode (6).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la résistance fait partie du support (2) du réseau de microcathodes.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le support est en matériau résistif.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le matériau résistif a une résistivité d'environ 1.103 à 1,5.103 ohms.cm.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que chaque microcathode a un support individuel (5).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la résistance série est comprise entre 105 et 106 ohms environ.
7. Procédé de réalisation d'un dispositif de régulation de courant individuel de pointe dans un réseau plan de microcathodes à effet de champ, caractérisé par le fait qu'il consiste à rendre résistif le support des microcathodes.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le support des microcathodes est rendu résistif par dopage.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le dopage est réalisé par diffusion d'un élément tel que le bore dans le matériau du support, re matériau étant du silicium.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le support des microcathodes est micro-usiné autour de chaque microcathode, de façon à individualiser pour chaque microcathode un micro-piédestal de résistance appropriée.
11. Procédé selon la revendication 7 ou 10.
caractérisé par le fait que l'on part d'un substrat de silicium (10) de faible résistivité sur la surface duquel on dépose une couche (11) de silicium intrinsèque qui est usinée ultérieurement et sur laquelle on forme les microcathodes.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le substrat de silicium a une résistivité de quelques 10-3 ohm.cm et est dopé avec As.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que avant de déposer la couche de silicium intrinsèque, on dépose une couche tampon (12) de silicium dopé à l'antimoine de résistivité 10- ohm.cm environ et d'épaisseur 2 à 3 Crm environ.
14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait que la couche de silicium intrinsèque est déposée par épitaxie en phase vapeur.
15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé par le fait que l'on dépose successivement sur la couche de silicium intrisèque une couche (13) servant de masque d'oxydation, une couche de diélectrique (14), une couche de métal (15) une deuxième couche diélectrique (16), une seconde couche métallique (17).
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que la couche servant de masque d'oxydation est en Si3N4 d'épaisseur 0,1 à 0,2 pin.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que la couche servant de masque d'oxydation est en métal noble tel que Au ou Pt associé à une barrière de diffusion de type Ti.
18. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé par le fait que la première couche de matériau diélectrique a une épaisseur de 1 å quelques micromètres, et est en matériau tel que Si02 ou A1203.
19. Procédé selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé par le fait que la première couche de métal a une épaisseur d'environ 0,1 à 0,5 pn et est en métal tel que Au ou
Pt.
20. Procédé selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé par le fait que la deuxième couche diélectrique a une épaisseur d'environ 0,1 à 0,5 pin en matériau amorphe tel que 5i3N4 ou SiO2.
21. Procédé selon l'une des revendications 15 à 20, caractérisé par le fait que la deuxième couche métallique a une épaisseur d'environ 0,1 à 0,5 pri, et est en matériau tel que Cr, Al ou Au.
22. Procédé selon l'tune des revendieations 11 à 21, caractérisé par le fait que l'on grave dans les couches se trouvant sur la couche de silicium intrinsèque un réseau de motifs réguliers et alignés ayant chacun en vue de dessus une surface sensiblement carrée (C), rellés entre eux par des "ponts" (P1-P4) de largeur plus faible que les dimensions de ces motifs.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé par le fait que la gravure est effectuée chimiquement en utilisant un masque en résine photosensible pour la deuxième couche métallique et les réactifs appropriés pour chaque couche.
24. Procédé selon la revendication 22, caractérisé par le fait que la gravure est effectuée à l'aide de plasmas dans un réacteur de type RIE.
25. Procédé selon l'une des revpndicatlons 22 à 24, caractérisé par le fait que l'on grave ensllite entre les motifs, dans la couche intrinsèque, des tranchées dont la profondeur est sensiblement égale s l'épaisseur de cette cojrhe intrinsèque.
26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé par le fait que la gravure des. tranchées est réalisée de façon anisotrope dans un réacteur du type RIE avec un plasma du type CF4 + 2 ou SF6 ou CHF3 + SF6ou encore CHF3 + 02.
27. Procédé selon l'une des revendications 22 à 24, avec un substrat de silicium d'orientation de surface (110), caractérisé par le fait que l'on grave ensuite entre les motifs, dans la couche intrinsèque, des tranchées dnnt la profondeur est sensiblement égale à l'épaisseur de cette couche intrinsèque, par attaque chimique anisotrope.
28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé par le fait que l'attaque chimique utilise une solution du type 50%
KOH, 508 H20 dé-ionisée.
29. Procédé selon l'une des revendications 22 à 28, caractérisé par le fait que I'on grave ensuite à l'intérieur de chaque motif un logement pour une micropointe, en attaquant les couches se trouvant sur la couche de silicium intrisèque après avoir gravé dans la deuxième couche métallique la forme des ouvertures.
30. Procédé selon la revendication 29, caractérisé parle fait que l'attaque se fait par RIE en utilisant un plasma approprié pour chaque couche, la deuxième couche métallique étant gravée chimiquement après avoir été recouverte de résine photosensible pour définir la forme des ouvertures.
31. Procédé selon la revendication 23 ou 30, caractérisé par le fait quel'on utilise un plasma du type CF4 ou CF4 + 02 pour la deuxième couche diélectrique, du type
CC12F2 pour la première couche métallique et du type CHF3 + 02 pour la première couche diélectrique si elle est en Spi02
32. Procédé selon l'une des revendications 29 à 31, caractérisé par le fait que l'on fabrique dans chaque logement une micropointe par épitaxie sélective et facettée.
33. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé par le fait que l'on forme, par épitaxie sélective et facettée, des micropointes (26) sur 1R couche de silicium intrinsèque ainsi qu'une première couche dielectrique (22), une couche métallique (23) et une deuxième couche diélectrique (24), avant de graver la couche de silicium intrinsèque.
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé par le fait que l'on dépose sur le réseau de micropointes une couche de produit organique (27), puis une deuxième couche métallique (28), et que l'on grave dans la deuxième couche métallique des motifs de forme sensiblement carrée entourant chaque micropointe jusqu'à la couche de silicium intrinsèque.
35. Procédé selon la revendication 34, caractérisé par le fait que le produit organique a une épaisseur d'un à quelques microns; que la deuxième couche métallique est déposée par évaporation sous vide et a une épaisseur d'environ 0,1 à 0,6 ,um.
36. Procédé selon la revendication 34 ou 35, caractérisé par le fait que l'on grave chimiquement la deuxième couche métallique en utilisant une couche de produit photosensible.
37. Procédé selon l'une des revendications 34 à 36, caractérisé par le fait que l'on grave la couche de produit organique par RIE et en plasma d'oxygène.
38. Procédé selon l'une des revendications 34 à 37, caractérisé par le fait que l'on grave chimiquement les deux couches diélectriques et la première couche métallique.
39. Procédé selon l'une des revendications 34 à 37, caractérisé par le fait que l'on grave par RIE les deux couches diélectriques et la première couche métallique.
40. Procédé selon l'une des revendications 33 à 39, caractérisé par le fait que l'on grave par attaque chimique anisotrope la couche de silicium intrinsèque.
41. Procédé selon l'une des revendications 33 à 39, caractérisé par le fait que l'on grave par RIE en conditions d'attaque très anlsotropiques la couche de silicium intrinsèque.
42. Procédé selon l'une des revendications 36 à 41, caractérisé par le fait que l'on enlève la deuxième couche métallique par attaque chimique, et la couche de produit organique par dissolution dans un solvant approprié.
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