FR2675306A1 - Structure de cathode froide a film mince et dispositif utilisant cette cathode. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de cathode froide selon la présente invention comprend une première électrode (2) formée sur un substrat (1), un film isolant (3) formé sur la première électrode, un mince film (4) formé sur le film isolant pour engendrer des électrons excités et une seconde électrode (5) formée sur le mince film. Les électrons sont injectés par la seconde électrode au cours d'une première alternance de chaque période d'une tension alternative. Les électrons injectés forment la couche de charge d'espace entre le film isolant et le mince film. Au cours de la seconde alternance de chaque période, les électrons excités sont engendrés à partir des électrons emmagasinés dans la couche de charge d'espace à l'intérieur du mince film et sont émis par la seconde électrode.
Description
STRUCTURE DE CATHODE FROIDE A FILM MINCE ET DISPOSITIF
UTILISANT CETTE CATHODE
La présente invention concerne une source pour engendrer des électrons et elle a trait, plus particulièrement, à une structure de cathode froide à film
mince que l'on peut utiliser pour un écran plan, un tube-
image, un tube à vide, une lithographie électronique par
ligne et un appareil d'analyse.
On connaît de façon classique des dispositifs de cathode froide de divers types, tels que le type à émission par effet de champ, le type à effet tunnel et le type à
effet d'avalanche.
Comme représenté sur la figure l A, dans le dispositif de cathode froide du type à émission par effet de champ, les électrons sont émis à partir de l'extrémité d'une protubérance conique formée sur une pastille émettrice par utilisation d'un champ de grille Toutefois, ce type de dispositif de cathode froide est l'objet d'une certaine difficulté à émettre de façon stable les électrons car la protubérance émettrice peut être endommagée quand des particules ionisées entrent en collision avec elle et quand les particules absorbées entraîne une diminution de la puissance du champ électrique à l'extrémité de la saillie émettrice Pour remédier à cette difficulté, il est nécessaire de placer le dispositif de cathode froide dans
un vide extrêmement élevé ce qui présente un inconvénient.
En outre, pour obtenir un courant électronique important, il est également nécessaire, et ceci représente un inconvénient, de préparer de nombreuses pastilles ou puces émettrices et d'utiliser une technique compliquée pour
réaliser une structure fine.
En se référant à la figure l B, on voit que dans le dispositif de cathode froide du type à effet tunnel, des électrons qui traversent un mince film isolant par suite de l'effet tunnel sont émis Pour obtenir cet effet tunnel, il
est nécessaire que le film isolant soit extrêmement mince.
Toutefois, dans l'état actuel de la technique, il est difficile de réaliser un film isolant qui n'a pas des
caractéristiques stables et se détériore rapidement.
En se référant à la figure 1 C, on voit que dans le dispositif de cathode froide du type à effet d'avalanche, des électrons sont émis à partir d'une fraction du courant circulant à travers une jonction pn d'une diode polarisée en sens inverse Toutefois, le rendement de l'émission d'électrons à partir du courant traversant la jonction pn
de la diode est très faible, ce qui est un inconvénient.
Comme dans le cas du type à émission par effet de champ, les électrons sont émis d'une manière ponctuelle Pour obtenir une émission plane d'électrons, il est par conséquent nécessaire d'intégrer ce dispositif de cathode froide du type à effet d'avalanche Ceci veut dire qu'il est difficile de couvrir avec ce type de dispositif de cathode froide une grande superficie dans l'état actuel de
la technique d'intégration.
En plus des inconvénients mentionnés ci-dessus, les dispositifs de cathode froide classiques sont sujets à une fluctuation du courant électronique émis à une variation dans le temps de ce courant électronique Par conséquent, ils ne peuvent pas avoir un fonctionnement stable Par ailleurs, les dispositifs de cathode froide classiques n'ont pas une grande longévité et certains types de ces dispositifs exigent un procédé de fabrication compliqué Il en résulte l'inconvénient qu'une faible cadence de fabrication et, de ce fait, une augmentation du prix de revient. La présente invention a été conçue compte tenu des inconvénients mentionnés ci-dessus et a pour objet la réalisation d'une structure de dispositif de cathode froide présentant une faible fluctuation du courant électronique émis, une faible variation de ce courant électronique dans
le temps et une grande longévité.
Un autre objet de la présente invention est la réalisation d'un dispositif qui utilise le dispositif de
cathode froide mentionné ci-dessus.
Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, la structure de dispositif de cathode froide selon la présente invention comprend une première électrode, un film isolant formé sur la première électrode, un mince film formé sur le film isolant et une seconde électrode formée
sur le mince film.
Dans le dispositif de cathode froide de la présente invention, des électrons sont injectés lorsque la seconde électrode est polarisée négativement et sont emmagasinés dans la région de démarcation, ou région d'interface, entre le film isolant et le mince film Par contre, lorsque la seconde électrode est polarisée positivement, le champ électrique créé dans le mince film devient suffisamment puissant pour engendrer des électrons excités Il en est ainsi en raison du fait que le champ électrique engendré par la charge d'espace formé par les électrons emmagasinés avant une alternance de tension et le champ électrique engendré par la tension appliquée à partir de l'extérieur contribuent à augmenter le champ électrique appliqué au mince film Il en résulte que des électrons excités présentant une énergie plus élevée que le travail de sortie
4 'M de la seconde électrode peuvent être émis.
Comme on le voit d'après la description qui
précède, dans la structure de dispositif de cathode froide selon la présente invention, l'influence des particules gazeuses absorbées est faible en raison des électrons excités et la présente invention n'exige pas un vide extrêmement élevé contrairement au dispositif de cathode froide du type à émission par effet de champ De plus, dans la structure de dispositif de cathode froide de la présente invention, la fluctuation du courant électronique émis est faible et la structure a, par conséquent, une grande longévité En outre, contrairement au dispositif classique de cathode froide du type à effet tunnel, le dispositif de cathode froide de la présente invention ne nécessite pas un film mince mais de minces films stratifiés Il en résulte que l'on peut fabriquer de façon plus facile le dispositif de cathode froide et qu'il est possible d'augmenter la
superficie de ce dispositif.
La présente invention permet donc de réaliser un dispositif de cathode froide ainsi qu'un procédé pour obtenir un courant électronique à partir d'un dispositif de
cathode froide.
Selon une des caractéristiques de l'invention le dispositif de cathode froide comprend une première électrode formée sur un substrat; un film isolant formé sur la première électrode;un mince film formé sur le film isolant pour engendrer des électrons excités; et une
seconde électrode formée sur le mince film.
Selon une autre caractéristique le mince film a une résistance ohmique plus faible que le film isolant et une résistance ohmique plus grande que celle des première et
seconde électrodes.
Selon une autre caractéristique encore la seconde électrode a une épaisseur plus faible que celle du trajet
libre moyen d'un électron.
Selon une autre caractéristique encore le mince film est formé d'une matière diélectrique, telle qu'un sulfure, un oxyde, un arseniure ou une substance organique Selon une autre caractéristique encore une source de courant alternatif est montée entre la première
électrode et la seconde électrode.
Selon une autre caractéristique encore chaque période de la tension alternative appliquée par la source de courant alternatif est composé d'une première et d'une seconde alternance, les électrons injectés par la seconde électrode sont déplacés en direction du film isolant à l'intérieur du mince film de manière à former une couche de charge d'espace dans la région de démarcation ou interface entre le mince film et le film isolant pendant la première alternance et les électrons dans la couche de charge d'espace sont émis par la seconde électrode à travers le
mince film pendant la seconde alternance.
Selon une autre caractéristique encore la valeur absolue du champ électrique du mince film pendant la seconde alternance est plus grande que celle durant la première alternance en raison de la tension existante pendant la seconde alternance et en raison de la couche de
charge d'espace.
Selon une autre caractéristique encore les électrons accélérés à l'intérieur du mince film au cours de la seconde alternance effectuent une amplification par avalanche. Selon une autre caractéristique encore la première électrode est constituée par une pluralité de premières bandes et la seconde électrode est constituée par une pluralité de secondes bandes, les premières bandes coupant les secondes bandes sensiblement à angle droit, et le dispositif de cathode froide comprend, en outre: un premier moyen de commutation connecté à la pluralité de premières bandes pour sélectionner une des premières bandes en réponse à l'application d'un premier signal de commande; un second moyen de commutation connecté à la pluralité de secondes bandes pour sélectionner une des secondes bandes en réponse à l'application d'un second signal de commande, la tension alternative précitée de la source de courant alternatif étant appliquée entre les premières et secondes bandes sélectionnées; et un moyen de commande pour fournir les premier et second signaux de commande aux premier et second moyens de commutation au
cours de chaque période prédéterminée, respectivement.
Selon une autre caractéristique encore le dispositif de cathode froide, comprend, en outre, une grille séparée de la seconde électrode pour commander le courant électronique formé par les électrons émis par la
seconde électrode.
La présente invention permet aussi de réaliser un dispositif d'affichage à écran plat comprenant: un dispositif de cathode froide comportant une source de courant alternatif pour retenir pendant une première alternance des électrons injectés et pour émettre pendant une seconde alternance les électrons retenus, chaque période de la tension alternative de la source de courant alternatif comprenant les première et seconde alternances; une structure d'anode comportant un film de matière luminescente pour recevoir les électrons émis par le dispositif de cathode froide; un moyen d'étanchéité pour fermer de façon étanche la structure d'anode et le dispositif de cathode froide en maintenant entre eux une distance prédéterminée, l'espace entre la structure d'anode et le dispositif de cathode froide étant sensiblement vide; et une source de courant continu montée entre la structure d'anode et la source de courant alternatif du dispositif de cathode froide de telle sorte qu'une tension
positive soit appliquée à la structure d'anode.
Selon une autre caractéristique, le dispositif d'affichage à écran plat comprend: une première électrode formée sur un substrat, la première électrode étant constituée par une pluralité dedites premières bandes; un film isolant formé sur la première électrode; un mince film formé sur le film isolant; une seconde électrode formée sur le mince film, la seconde électrode étant constituée par une pluralité de secondes bandes, chacune des premières bandes coupant chacune des secondes bandes sensiblement à angle droit; une source de courant alternatif; un premier moyen de commutation connecté à la pluralité de premières bandes pour sélectionner l'une des premières bandes en réponse à l'application d'un premier signe de commande pour connecter la première bande sélectionnée à la source de courant alternatif; un second moyen de commutation connecté à la pluralité de secondes bandes pour sélectionner une des premières bandes en réponse à l'application d'un second signal de commande pour connecter la seconde bande sélectionnée à la source de courant alternatif; et un moyen de commande pour fournir les premier et second signaux de commande aux premier et second moyens de commutation au cours de chaque période prédéterminée, respectivement, et les électrons injectés par la seconde électrode sont déplacés en direction du film isolant par un premier champ électrique à l'intérieur du mince film de manière à former une couche de charge d'espace dans la région de démarcation ou intertligne entre le mince film et le film isolant, au cours d'une première alternance, et des électrons excités sont engendrés à partir des électrons contenus dans ladite couche de charge d'espace par un second champ électrique à l'intérieur du mince film afin d'être émis par la seconde électrode à
travers le mince film au cours d'une seconde alternance.
Selon une autre caractéristique encore de ce dispositif d'affichage la direction du second champ électrique est opposée à celle du premier champ électrique et le second champ électrique est plus puissant que le premier champ électrique en raison de ladite couche de
charge d'espace.
Selon une autre caractéristique encore de ce dispositif d'affichage les électrons accélérés à l'intérieur du mince film au cours de la seconde alternance
effectuent une amplification par avalanche.
Selon une autre caractéristique encore de ce dispositif d'affichage à écran plat, une grille est disposée à distance de la seconde électrode entre la structure d'anode et le dispositif de cathode froide pour commander le courant électronique des électrons émis par la
seconde électrode.
La présente invention fournit également un procédé pour obtenir un courant électronique à partir d'un dispositif de cathode froide, ce procédé comprenant les étapes consistant: à injecter, en réponse à l'application, au cours d'une première alternance de chaque période, d'une tension alternative appliquée entre des première et seconde électrodes, des électrons dans un mince film à travers la seconde électrode de manière à former une couche de charge d'espace dans la région de démarcation ou interface entre un film isolant et un mince film, chaque période de la tension alternative comprenant les première et seconde il alternances, le dispositif de cathode froide précité comprenant la première électrode formée sur un substrat, le film isolant formé sur la première électrode, le mince film formé sur le film isolant et la seconde électrode formée sur le mince film; à générer des électrons excités à partir des électrons stockés dans ladite couche de charge d'espace en réponse à l'application de la seconde alternance entre les première et seconde électrodes et; à émettre à partir de la seconde électrode les électrons
excités engendrés.
Selon une caractéristique de ce procédé, l'étape de génération comprend l'étape d'exécution d'une amplification par avalanche par utilisation des électrons excités générés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé susvisé comprend, en outre, l'étape de commande du courant électronique des électrons émis par la seconde électrode à l'aide d'une grille placée à distance de la
seconde électrode.
On va maintenant décrire la présente invention à propos d'un dispositif d'affichage plan auquel est appliqué le dispositif de cathode froide et pour lequel on se référera aux dessins annexés, sur lesquels: les figures l A, 1 B et 1 C sont des schémas montrant des dispositifs de cathode froide classiques du type à émission par effet de champ, du type à effet tunnel et du type à avalanche, respectivement; la figure 2 A est une vue en coupe montrant la structure d'un dispositif d'affichage plan dans lequel une structure de cathode froide selon la présente invention est utilisée; la figure 2 B est une vue montrant une structure plane du dispositif de cathode froide représenté sur la figure 2 A; les figures 3 A et 3 B sont des diagrammes de bande d'énergie pour expliquer l'injection d'électrons dans la structure de cathode froide représentée sur la figure 2 A et l'émission d'électrons à partir de cette structure; et la figure 4 est un graphique montrant une caractéristique de luminance en fonction de la tension alternative dans le cas o un film de matière luminescente est rendu lumineux par utilisation, en tant que source d'électrons, du dispositif de cathode froide représenté sur la figure 2 A. La figure 2 A est une coupe schématique montrant la structure d'un dispositif d'affichage plan avec lequel est utilisé, en tant que source d'électrons, un dispositif de
cathode froide à film mince selon la présente invention.
Sur la figure 2 A, le dispositif de cathode froide comprend un substrat 1, une électrode inférieure 2, un mince film
isolant 3, un mince film 4 et une électrode supérieure 5.
L'électrode inférieure 2 a une épaisseur prédéterminée et est formée sur la surface principale (côté droit sur la figure 2 A) du substrat formé d'une matière telle que du verre L'électrode inférieure 2 est formée d'une matière conductrice, telle que de l'oxyde d'indium contenant environ 5 % en poids d'étain en tant que dopage Comme représenté sur la figure 2 B, l'électrode inférieure 2 est dessinée sur le substrat 1. Sur l'électrode inférieure 2 est formé un mince film isolant 3 ayant une épaisseur prédéterminée Une matière isolante, telle que de l'oxyde de tantale, de l'oxyde de silicium, du nitrure de silicium, ou du titanate ou bien une matière semi-conductrice ou encore une substance organique possédant une résistance élevée, peut
être utilisée comme matière constitutive du film isolant 3.
Le mince film 4 est formé sur le film isolant 3 de manière à présenter une épaisseur prédéterminée Le mince film 4 est formé d'une matière diélectrique, telle qu'un sulfure, un oxyde, un arseniure ou une substance organique, et des électrons excités peuvent être engendrés à partir de la matière diélectrique lors du fonctionnement du dispositif de cathode froide Toutefois, la matière constituant le mince film 4 n'est pas limitée à une matière diélectrique Le mince film 4 doit être formé d'une matière qui a une résistance plus faible que celle du film isolant
3 et une résistance plus élevée que celle de l'électrode 5.
La matière diélectrique est habituellement isolante mais doit être conductrice lorsque fonctionne le dispositif de cathode Plus particulièrement, presque toute la tension appliquée au dispositif de cathode froide est appliquée au film 3 et la tension restante est pratiquement toute appliquée au film 4 Dans le cas o le film 4 est formé d'une matière diélectrique, il est souhaitable que le champ électrique créé par la tension appliquée au film 4 soit supérieur au champ électrique de claquage, c'est-à-dire la résistance diélectrique, de la matière diélectrique A ce moment, à moins que le claquage n'ait lieu dans le film 3, le film 4 peut être rendu conducteur En outre, pour obtenir une émission d'électrons excités avec un bon rendement, il est souhaitable que l'amplification d'avalanche ait lieu au cours du processus d'émission
d'électrons dans le film 4.
L'électrode 5 est formée sur le mince film 4 de manière à avoir une épaisseur prédéterminée De préférence, l'épaisseur de l'électrode 5 est plus petite que le trajet libre moyen d'un électron L'électrode 5 est formée d'un métal tel que Au ou Al ou d'une matière semi-conductrice de faible résistance Comme on peut le voir sur la figure 2 B, l'électrode 5 est formée sur le film 4 en étant dessinée de manière telle qu'elle coupe le dessin de l'électrode 2 perpendiculairement. Pour former chaque film et chaque électrode du dispositif de cathode froide, il est possible d'utiliser un procédé physique normal tel qu'une pulvérisation cathodique, une évaporation ou un procédé chimique normal comme un dépôt de vapeur chimique (CVD), ou un procédé d'impression. Une anode disposée en face du dispositif de cathode froide comprend un substrat 6, une électrode 7, une matière phosphorescente ou fluorescente, et un masque 10 Le substrat 6 est formé d'une matière transparente, telle que du verre Sur la surface principale du substrat 6 (côté gauche sur la figure 2 A) sont formées les électrodes 7 constituées d'une matière transparente telle que de l'oxyde d'indium Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2 A, le film 8 formé d'une matière luminescente d'un certain type est déposé sur l'électrode 7 Toutefois, les matières luminescentes engendrant des fluorescences rouge, bleue et verte, peuvent être déposées de façon alternée sur des parties de l'électrode 7 qui correspondent aux dessins croisés 15 des électrodes 2 et 5 Un masque 10 est formé sur le film 8 de matière luminescente se trouvant sur l'autre surface de l'électrode 7, c'est-à-dire sur la partie de l'électrode 7 qui ne correspond pas aux ensembles
croisés 15 des électrodes 2 et 5.
L'électrode 2 comprend des ensembles 2-1, 2-n de bandes ou raies, qui sont reliés à un circuit de commutation 11-1, respectivement L'électrode 5 comprend des ensembles 5-1,, 5-m de bandes ou raies, qui sont reliés à un circuit 11-2 de commutation, respectivement Les circuits de commutation 11-1 et 11-2 sont reliés à une source 9 de courant alternatif et à un dispositif de commande 12 Des circuits de commutation 11-1 et 11-2 sélectionnent les ensembles dessinés de raies pour une tension alternative devant être fournie par la source de courant 9 en réponse à des signaux envoyés par le dispositif de commande 12, respectivement Il en résulte que la tension alternative est appliquée à la zone 15, par exemple De plus, une source 14 de courant continu est disposée entre un noeud de la source de courant 9 et
l'électrode 5 ainsi que l'électrode 7 d'anode.
On va décrire ci-après maintenant un procédé pour fabriquer le dispositif d'affichage plan représenté sur les figures 2 A et 2 B. Pour réaliser la structure du dispositif de cathode froide, on forme un mince film transparent 2 d'oxyde d'indium sur le substrat 1 au moyen d'un procédé mettant en oeuvre une évaporation ou d'un procédé mettant en oeuvre une pulvérisation cathodique Ce film 2 a une épaisseur d'environ 0,2 gm et sert d'électrode inférieure Le film 2 formant électrode est dessiné au moyen d'une technique lithographique bien connue Ensuite, on forme sur l'électrode inférieure 2 à l'aide du procédé par évaporation ou du procédé par pulvérisation cathodique, un mince film isolant 3 de Ta 2 05 ayant une épaisseur d'environ 0,3 à 0,5 pm puis un mince film 4 de Zn S ayant une épaisseur d'environ 0,3 à 0,5 4 m Enfin, on forme par évaporation sur le mince film 4 en tant qu'électrode supérieure 5 le film 5 de Au ou Al ayant une épaisseur d'environ 0,01 gm ou moins On dessine l'électrode supérieure 5 à l'aide de la technique lithographique bien connue. Ensuite, pour former la structure d'anode, on forme l'électrode 7 sur le substrat 6 au moyen du procédé par évaporation, du procédé par dépôt de vapeur chimique (CVD) ou du procédé par pulvérisation cathodique On revêt l'électrode 7 avec la matière luminescente 8 ayant une épaisseur prédéterminée Ensuite, on forme le masque 10 sur la matière luminescente 8 et on le dessine à l'aide de la
technique lithographique bien connue.
La structure de cathode froide se trouve en face de la structure d'anode parallèlement à celle-ci avec un intervalle d'une grandeur prédéterminée On ferme de façon étanche la structure globale comportant la cathode froide et la structure d'anode disposées l'une en face de l'autre et on fait le vide dans l'espace compris entre la structure
de cathode froide et la structure d'anode.
On va maintenant décrire ci-après en se référant aux figures 3 A et 3 B le fonctionnement du dispositif
d'affichage plan.
En réponse à un signal envoyé par le dispositif de commande 12, les circuits de commutation 11-1 et 11-2 sélectionnent une zone 15 à laquelle doit être appliquée une tension alternative d'une source 9 de courant alternatif Ensuite, on applique la tension alternative à la zone sélectionnée 15 Comme représenté sur la figure 3 A, les électrons sont injectés par l'électrode supérieure 5-1 vers le mince film 4 pendant l'alternance négative de la tension alternative, c'est-à-dire lorsque l'électrode 5 se
trouve à une tension inférieure à celle de l'électrode 2.
Les électrons injectés sont déplacés vers le mince film isolant 3 par le champ électrique créé dans le mince film 4 Ces électrons sont stockés au voisinage de l'interface entre les minces films 3 et 4 Il en résulte la formation d'une couche de charge d'espace au voisinage de cette interface. Ensuite, comme représenté sur la figure 3 B, les électrons stockés dans la couche de charge d'espace sont accélérés par le champ électrique engendré dans le mince film 4 de manière à devenir des électrons excités au cours de l'alternance positive, c'est-à- dire pendant que l'électrode 5 se trouve à une tension supérieure à celle de l'électrode 2 Les électrons excités doués d'une énergie supérieure à celle nécessaire au travail de sortie de l'électrode supérieure 5-1 sont émis par l'électrode 5-1 vers l'espace vide, ce qui se traduit par la génération du courant d'électrons émis A ce moment, en raison du champ électrique engendré par la couche de charge d'espace, un champ électrique plus puissant que lorsque les électrons sont injectés dans le mince film 4, est créé dans ce mince
film 4.
Les électrons émis sont accélérés par le champ électrique provenant d'une tension continue de plusieurs centaines de volts à plusieurs kilovolts engendrée par la source 14 de tension continue et sont déplacés rectilignement en direction de la zone opposée du film 8 de matière luminescente Quand les électrons entrent en collision avec cette zone opposée, la matière luminescente se trouvant dans cette zone est excitée et, de ce fait, une lumière est émise. La figure 4 est un graphique montrant une caractéristique de luminance en fonction de la tension alternative utilisée dans le dispositif d'affichage plan comportant la structure de cathode froide représentée sur les figures 2 A et 2 B On obtient la caractéristique représentée sur la figure 4 lorsque la matière luminescente est du P 22 (Zn S: Ag), le mince film isolant est formé de Ta 2 O 5, le mince film est formé de Zn S, la tension sinusoïdale utilisée pour commander la cathode froide a une fréquence de 5 K Hz et la tension d'anode est de 4 à 5 k V. Le mode de réalisation que l'on a décrit permet d'obtenir une structure de cathode froide plane plate Dans
une variante, on peut utiliser une structure plane courbée.
Comme on le voit, d'après la description qui
précède, contrairement au dispositif de cathode froide du type classique à émission sous l'effet d'un champ, la structure de dispositif de cathode froide selon la présente invention est peu influencée par les particules gazeuses absorbées et n'exige pas un vide extrêmement poussé En outre, la structure de dispositif de cathode froide de l'invention présente une faible fluctuation du courant électronique émis et peut avoir une longue durée de vie utile De plus, contrairement au dispositif de cathode froide du type classique à effet tunnel, il ne nécessite pas un film très mince mais des films stratifiés et peut
être fabriqué facilement sur une large superficie.
Dans le dispositif de cathode froide selon la présente invention, les électrons peuvent être émis d'une manière plane et uniforme Par conséquent, si un tel dispositif de cathode froide est appliqué à la lithographie électronique dite par ligne, les électrons accélérés peuvent être irradiés verticalement sur la matière photosensible d'une cible avecpour résultat une meilleure précision du dessin En outre, grâce à la densité de courant uniforme des électrons, le masque dessiné peut être
produit d'une façon précise.
Pourvu que la zone sélectionnée 15 elle-même soit fine comme représenté sur la figure 2 B, que la source de tension alternative ait une fréquence élevée et que les zones fines soient sélectionnées de façon appropriée pour l'application d'une tension alternative, le dispositif de cathode froide peut fournir un courant électronique sensiblement uniforme en fonction du temps Dans ce cas, la présence d'une grille 20 et d'une source 21 d'alimentation de grille représentée en traits interrompus sur la figure
2 A permet de commander le courant électronique émis.
Claims (16)
1 Dispositif de cathode froide comprenant: une première électrode ( 2) formée sur un substrat; un film isolant ( 3) formé sur la première électrode ( 2); un mince film ( 4) formé sur le film isolant ( 3) pour engendrer des électrons excités; et une seconde électrode ( 5) formée sur le mince film ( 4). 2 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mince film ( 4) a une résistance ohmique plus faible que le film isolant ( 3) et une résistance ohmique plus grande que celle des
première et seconde électrodes ( 2, 5).
3 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde électrode ( 5) a une épaisseur plus faible que celle du trajet libre
moyen d'un électron.
4 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mince film ( 4) est formé d'une matière diélectrique, telle qu'un sulfure, un oxyde, un arseniure ou une substance organique Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une source ( 9) de courant alternatif est montée entre la première électrode ( 2) et la seconde électrode ( 5).
6 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque période de la tension alternative appliquée par la source de courant alternatif est composé d'une première et d'une seconde alternance, les électrons injectés par la seconde électrode ( 5) sont déplacés en direction du film isolant ( 3) à l'intérieur du mince film ( 4) de manière à former une couche de charge d'espace dans la région de démarcation ou interface entre le mince film ( 4) et le film isolant pendant la première alternance et les électrons dans la couche de charge d'espace sont émis par la seconde électrode ( 5) à travers le mince film ( 4) pendant la
seconde alternance.
7 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur absolue du champ électrique du mince film ( 4) pendant la seconde alternance est plus grande que celle durant la première alternance en raison de la tension existante pendant la seconde alternance et en raison de la couche de charge
d'espace.
8 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrons accélérés à l'intérieur du mince film ( 4) au cours de la seconde alternance effectuent une amplification par
avalanche.
9 Dispositif de cathode froide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première électrode est constituée par une pluralité de premières bandes ( 2-n) et la seconde électrode est constituée par une pluralité de secondes bandes ( 5-m)>, les premières bandes ( 2-n) coupant les secondes bandes ( 5-m) sensiblement à angle droit, le dispositif susvisé comprend, en outre: un premier moyen de commutation ( 11-1) connecté à la pluralité de premières bandes ( 2-n) pour sélectionner une des premières bandes ( 2-n) en réponse à l'application d'un premier signal de commande; un second moyen de commutation ( 11-2) connecté à la pluralité de secondes bandes ( 5-m) pour sélectionner une des secondes bandes ( 5-m) en réponse à l'application d'un second signal de commande, la tension alternative précitée de la source de courant alternatif étant appliquée entre les premières et secondes bandes sélectionnées; et un moyen de commande ( 12) pour fournir les premier et second signaux de commande aux premier et second moyens de commutation ( 11-1, 11-2) au cours de chaque
période prédéterminée, respectivement.
Dispositif de cathode froide selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre; une grille ( 20) séparée de la seconde électrode ( 5) pour commander le courant électronique formé par les
électrons émis par la seconde électrode.
11 Dispositif d'affichage à écran plat comprenant: un dispositif de cathode froide comportant une source ( 9) de courant alternatif pour retenir pendant une première alternance des électrons injectés et pour émettre pendant une seconde alternance les électrons retenus, chaque période de la tension alternative de la source de courant alternatif comprenant les première et seconde alternances; une structure d'anode comportant un film de matière luminescente pour recevoir les électrons émis par le dispositif de cathode froide; un moyen d'étanchéité pour fermer de façon étanche la structure d'anode et le dispositif de cathode froide en maintenant entre eux une distance prédéterminée, l'espace entre la structure d'anode et le dispositif de cathode froide étant sensiblement vide; et une source ( 14) de courant continu montée entre la structure d'anode et la source ( 9) de courant alternatif du dispositif de cathode froide de telle sorte qu'une tension
positive soit appliquée à la structure d'anode.
12 Dispositif d'affichage à écran plat selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend: une première électrode ( 2) formée sur un substrat ( 1), la première électrode ( 2) étant constituée par une pluralité dedites premières bandes ( 2-n); un film isolant ( 3) formé sur la première électrode ( 2); un mince film ( 4) formé sur le film isolant ( 3); une seconde électrode ( 5) formée sur le mince film ( 4), la seconde électrode ( 5) étant constituée par une pluralité de secondes bandes ( 5-m), chacune des premières bandes ( 2-n) coupant chacune des secondes bandes ( 5-m) sensiblement à angle droit; une source ( 9) de courant alternatif; un premier moyen de commutation ( 11-1) connecté à la pluralité de premières bandes ( 2-n) pour sélectionner l'une des premières bandes ( 2-n) en réponse à l'application d'un premier signe de commande pour connecter la première bande sélectionnée à la source ( 9) de courant alternatif; un second moyen ( 11-2) de commutation connecté à la pluralité de secondes bandes ( 5-m) pour sélectionner une des premières bandes ( 5-m) en réponse à l'application d'un second signal de commande pour connecter la seconde bande sélectionnée à la source de courant alternatif ( 9); et un moyen de commande ( 12) pour fournir les premier et second signaux de commande aux premier et second moyens de commutation ( 11-1, 11-2 au cours de chaque période prédéterminée, respectivement, et en ce que les électrons injectés par la seconde électrode ( 5) sont déplacés en direction du film isolant ( 3) par un premier champ électrique à l'intérieur du mince film ( 4) de manière à former une couche de charge d'espace dans la région de démarcation ou intertligne entre le mince film ( 4) et le film isolant ( 3), au cours d'une première alternance, et des électrons excités sont engendrés à partir des électrons contenus dans ladite couche de charge d'espace par un second champ électrique à l'intérieur du mince film ( 4) afin d'être émis par la seconde électrode ( 5) à travers le mince film ( 4) au cours d'une seconde alternance.
13 Dispositif d'affichage à écran plat selon la revendication 12, caractérisé en ce que la direction du second champ électrique est opposée à celle du premier champ électrique et le second champ électrique est plus puissant que le premier champ électrique en raison de
ladite couche de charge d'espace.
14 Dispositif d'affichage à écran plat selon la revendication 12, caractérisé en ce que les électrons accélérés à l'intérieur du mince film ( 4) au cours de la seconde alternance effectuent une amplification par avalanche. Dispositif d'affichage à écran plat selon la revendication 12, caractérisé, en ce qu'il comprend, en outre, une grille ( 20) disposée à distance de la seconde électrode ( 5) entre la structure d'anode et le dispositif de cathode froide pour commander le courant électronique
des électrons émis par la seconde électrode.
16 Procédé pour obtenir un courant électronique à partir d'un dispositif de cathode froide, ce procédé comprenant les étapes consistant à injecter, en réponse à l'application, au cours d'une première alternance de chaque période, d'une tension alternative appliquée entre des première et seconde électrodes ( 2, 5), des électrons dans un mince film ( 4) à travers la seconde électrode ( 5) de manière à former une couche de charge d'espace dans la région de démarcation ou interface entre un film isolant ( 3) et un mince film, chaque période de la tension alternative comprenant les première et seconde alternances, le dispositif de cathode froide précité comprenant la première électrode ( 2) formée sur un substrat ( 1), le film isolant ( 3) formé sur la première électrode ( 2), le mince film ( 4) formé sur le film isolant ( 3) et la seconde électrode ( 5) formée sur le mince film ( 4); à générer des électrons excités à partir des électrons stockés dans ladite couche de charge d'espace en réponse à l'application de la seconde alternance entre les première et seconde électrodes ( 2, 5) et; à émettre à partir de la seconde électrode ( 5) les
électrons excités engendrés.
17 Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape de génération comprend l'étape d'exécution d'une amplification par avalanche par
utilisation des électrons excités générés.
18 Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, l'étape de commande du courant électronique des électrons émis par la seconde électrode ( 5) à l'aide d'une grille placée à distance de la
seconde électrode ( 5 >.
19 Dispositif de cathode froide caractérisé par le fait qu'il comprend: une première électrode ( 2) formée sur un substrat
( 1);
un film isolant ( 3) formé sur la première électrode ( 2); un mince film ( 4) formé sur le film isolant ( 3); une seconde électrode ( 5) formée sur le mince film ( 4); un moyen pour provoquer la formation d'une couche de charge d'espace dans la partie limitrophe entre le film isolant ( 3) et le mince film ( 4) en réponse à l'application d'une première alternance entre les première et seconde électrodes ( 2, 5), chaque période de tension de courant alternatif comprenant la première alternance et une seconde alternance; et un moyen sensible à l'application de la seconde alternance entre les première et seconde électrode, pour provoquer la génération d'électrons excités à partir des électrons emmagasinés dans ladite couche de charge d'espace à l'intérieur du mince film ( 4) et leur émission par la
seconde électrode ( 5).
Dispositif de cathode froide selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, une grille ( 20) disposée à distance de la seconde électrode ( 5) pour commander le courant électronique des
électrons émis par la seconde électrode.
21 Dispositif de cathode froide caractérisé en ce qu'il comprend: une première électrode ( 2) formée sur un substrat
( 1);
un film isolant ( 3) formé sur la première électrode ( 2); un mince film ( 4) formé sur le film isolant ( 3); une seconde électrode ( 5) formée sur le mince film ( 4); un moyen sensible à la première alternance pour injecter des électrons à partir de la seconde électrode ( 5) en direction du film isolant ( 3), chaque période d'une tension alternative comprenant ladite première alternance et une seconde alternance; et un moyen sensible à la seconde alternance pour émettre à partir de la seconde électrode les électrons injectés. 22 Dispositif de cathode froide selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une grille ( 20) disposée à distance de la seconde électrode pour commander le courant électronique des
électrons émis par la seconde électrode.
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