FR2709206A1 - Dispositif cathode ayant une petite ouverture, et son procédé de fabrication. - Google Patents

Abstract

Un dispositif formant une cathode (100) comprend plusieurs pointes émettrices (2) qui possède des parties terminales en pointe conique (2A) servant à émettre des électrons. Une couche d'électrode de grille (4) possède une ouverture (4A) dans laquelle la partie terminale en pointe de chacune des pointes émettrices est exposée. Le diamètre de l'ouverture ménagée dans la couche d'électrode de grille est rendu plus petit que celui de la partie de la pointe émettrice se trouvant à la jonction de celle-ci avec le substrat. Dans la fabrication du dispositif cathode, on forme une couche d'oxyde au moins sur la surface de la pointe émettrice formée afin de rendre celle-ci plus aiguë. Une fois la couche d'oxyde retirée, la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est formée sur l'extérieur de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et s'étend approximativement parallèlement à la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice.

Description

La présente invention concerne un dispositif formant une cathode et, en particulier, un dispositif cathode du type appelé cathode froide à émission par effet de champ de petite taille. L'invention concerne également un procédé permettant de fabriquer un dispositif cathode par gravure.
Une cathode froide à émission par effet de champ de petite taille comprend une pointe émettrice, ou plusieurs pointes émettrices, et une couche d'électrode de grille. Un dispositif cathode typique est représenté sur la figure 28 des dessins annexés. Sur la figure 28, on voit que le dispositif cathode comprend une pointe émettrice 2 formée sur un substrat 1 et comportant une partie terminale en pointe conique 2A, et une couche d'électrode de grille 4 formée au-dessus du substrat 1 et présentant une ouverture 4A par laquelle la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 est exposée. Une couche isolante 3 est disposée entre le substrat 1 et la couche d'électrode grille 4.Lorsqu'on applique la tension entre la partie tige 2B de la pointe émettrice 2 et la couche d'électrode de grille 4, un champ électrique intense se crée entre la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 et la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4. Des électrons sont donc émis par la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2.
La cathode froide à émission par effet de champ de petite taille est une source d'électrons émis et est utilisée dans un dispositif d'affichage ou dans un microtube à vide. La cathode froide à émission par effet de champ de petite taille possède une mobilité électronique élevée et peut fonctionner à une grande vitesse. De plus, la cathode froide à émission par effet de champ de petite taille peut fonctionner à une température élevée et possède une grande durée de vie vis-à-vis du rayonnement.Par conséquent, il est envisagé que la cathode froide à émission par effet de champ de petite taille puisse être utilisée dans les applications cidessus indiquées ainsi que dans une variété de domaines tels que ceux des éléments micro-ondes, des calculateurs super-rapides, des dispositifs actifs destinés à être utilisés dans un environnement radioactif, à savoir dans l'espace ou dans un réacteur, ou des dispositifs destinés à être utilisés dans un environnement soumis à une haute température.
On sait que le dispositif cathode ci-dessus présenté peut être fabriqué par gravure. Par exemple, un processus typique de fabrication du dispositif cathode sur un substrat de silicium 1 est présenté sur les figures 29A à 29D des dessins annexés. Sur le substrat, on forme un masque 51 dont le diamètre correspond à la forme de la pointe émettrice 2 (figure 29A), puis on réalise une gravure de façon à retirer la partie non masquée de la surface du substrat 1, tandis que la partie du substrat 1 se trouvant sur le masque 51 subsiste sous la forme d'un pic (figure 29B). La partie en forme de pic deviendra la pointe émettrice 2.Ensuite, on soumet le substrat 1 à une oxydation thermique tout en maintenant le masque 51 sur la pointe émettrice 2, ce qui a pour effet de faire diffuser un oxyde à l'intérieur de la pointe émettrice 2 et de former une couche d'oxyde 52 sur la surface de la pointe émettrice 2 (figure 29C). Si l'on retire la couche d'oxyde 52 lors d'une étape ultérieure, une pointe émettrice 2 comportant une partie terminale en pointe plus aiguë 2A apparaîtra.
Après cela, on forme la couche isolante 3 tout en maintenant le masque 51 sur la pointe émettrice 2. Puisque la pointe émettrice 2 est recouverte par le masque 51, la couche isolante 3 se forme sur la partie non masquée du substrat 1 et sur le masque 51. On forme ensuite la couche d'électrode de grille 4 sur la couche isolante 3 par dépôt de vapeur ou par un procédé analogue (figure 29D). La couche d'électrode de grille 4 est placée sur la couche isolante 3 se trouvant sur le substrat 1 et sur la couche isolante 3 se trouvant sur le masque 1. Lorsque, finalement, on retire le masque 51, la couche isolante 3 et la couche d'électrode de grille 4 présentes sur le masque 51 s'en vont en même temps que le masque 51. On retire également la couche d'oxyde de grille 52 entourant la pointe émettrice 2.Ainsi, une ouverture 4A correspondant au masque 51 se forme dans la couche isolante 3 et la couche d'électrode de grille 4, et la pointe émettrice 2 apparaît dans les ouvertures 4A, comme représenté sur la figure 28.
Dans le dispositif cathode fabriqué comme ci-dessus indiqué, la taille "D" de la partie de la pointe émettrice 2 se trouvant à sa jonction (en bas) avec le substrat 1 est plus petite que celle du masque 51. La taille "d" de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 dépend de celle du masque 51. Par conséquent, la taille "D" de la partie de jonction de la pointe émettrice 2 est plus petite que la taille "d" de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille (D < d). En pratique, lorsqu'on forme la couche isolante 3 par dépôt en phase vapeur, le contour de la couche isolante 3 présente sur le masque 51 diverge au fur et à mesure de son empilement, comme représenté sur la figure 30. Dans certains cas, une collerette 10 ayant crû de façon parasite se forme au niveau de l'épaule de la pointe émettrice 2.Lors de la formation ultérieure de la couche d'électrode de grille 4, le diamètre de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 devient supérieur à celui du masque 51. Lorsqu'on retire ensuite le masque 51, la couche isolante 3 qui le surmonte et la collerette parasite 10, la taille "D" de la partie de jonction de la pointe émettrice 2 est beaucoup plus petite que la taille "d" d'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 (D < d), comme représenté sur la figure 31. De plus, il est difficile de former un masque 51 dont le diamètre est plus petit que, par exemple, 1 Microm environ par les techniques photolithographiques courantes.
Un but de la présente invention est de produire un dispositif formant une cathode et un procédé permettant de fabriquer un dispositif cathode avec lesquels il est possible d'induire l'émission par effet de champ à l'aide d'une tension appliquée aussi faible que possible.
Un autre but de l'invention est de produire un dispositif d'affichage comportant un semblable dispositif cathode.
Un dispositif cathode selon l'invention comprend un substrat, au moins une pointe émettrice formée sur le substrat et ayant une partie terminale en pointe conique, et une couche d'électrode de grille formée au-dessus du substrat et comportant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée. Le dispositif cathode est caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est plus petit que celui de la partie de la pointe émettrice se trouvant à sa jonction avec le substrat.
Dans ce dispositif cathode, le diamètre de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est plus petit que celui de la partie de jonction de la pointe émettrice avec le substrat. La partie terminale en pointe de la pointe émettrice est donc située à proximité de la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille. Par conséquent, l'émission par effet de champ peut être induite à une tension nettement plus basse que la valeur pouvant se révéler nécessaire dans la technique antérieure.
Un dispositif d'affichage selon l'invention comprend un dispositif cathode qui possède les particularités décrites ci-dessus et une anode qui reçoit les électrons émis depuis le dispositif cathode.
Un procédé permettant de fabriquer un dispositif cathode, qui convient en particulier pour fabriquer le dispositif cathode ci-dessus présenté, comprend les opérations consistant à former sur un substrat au moins une pointe émettrice qui possède une partie terminale en pointe conique, à former une couche d'oxyde au moins sur la surface de la pointe émettrice formée, à former une couche d'électrode de grille de façon que la matière de la couche d'électrode de grille se dépose au moins sur la couche d'oxyde présente sur la surface de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et que la couche d'électrode de grille ait une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée,et à retirer la couche d'oxyde présente sur la surface de la pointe émettrice de façon qu'une paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille se forme sur l'extérieur de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et se prolonge approximativement parallèlement à la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice.
Avec ce procédé, la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille se forme sensiblement suivant un tronc de cône qui s'étend sensiblement parallèlement à la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice autour de la partie terminale en pointe. Il est donc possible de réaliser une couche d'électrode de grille possédant un diamètre d'ouverture plus petit que celui de la partie de tige de la pointe émettrice. Par conséquent, il est possible de fabriquer un dispositif cathode qui est en mesure de déclencher une émission par effet de champ sous une très faible tension.
Avec le développement des dispositifs cathodes, une demande est apparue pour que l'émission par effet de champ soit induite à la tension la plus faible possible. Dans ses tentatives pour arriver à induire une émission par effet de champ sous une tension la plus faible possible, la demanderesse a découvert qu'il était possible de minimiser le diamètre de l'ouverture de la couche d'électrode de grille, par laquelle la pointe émettrice est exposée, de façon que la partie circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille puisse être placée plus près de la pointe émettrice.De plus, la demanderesse a découvert que la hauteur de la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille devait être aussi grande que possible et que l'aire de la paroi circonférentielle interne de l'ouverture entourant la partie terminale en pointe de la pointe émettrice devait être aussi grande que possible. L'invention satisfait ces exigences.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à permettre une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 est une vue en section droite d'un dispositif formant une cathode selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue simplifiée illustrant un exemple d'utilisation du dispositif cathode de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective simplifiée illustrant un dispositif d'affichage dans lequel le dispositif cathode de la figure 1 est utilisé ; la figure 4 est une vue en section droite illustrant une étape du premier mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; la figure 5 est une vue en section droite illustrant l'étape faisant suite à la figure 4 ; la figure 6 est une vue en section droite illustrant l'étape faisant suite à la figure 5 ; la figure 7 est une vue en section droite illustrant l'étape faisant suite à la figure 6 ;la figure 8 est une vue en section droite illustrant l'étape faisant suite à la figure 7 ; la figure 9 est une vue en section droite illustrant l'étape faisant suite à la figure 8 ; la figure 10 est une vue en section droite illustrant l'étape venant à la suite de la figure 9 ; la figure 11 est une vue illustrant la relation, obtenue par analyse de simulation, qui existe entre la tension et le courant dans des dispositifs cathodes selon l'invention et selon la technique antérieure ; la figure 12 est une vue illustrant la caractéristique d'émission par effet de champ de dispositifs cathodes selon l'invention et selon la technique antérieure ; la figure 13 est une vue illustrant la relation, obtenue par analyse de simulation, qui existe entre la hauteur de la pointe émettrice et l'épaisseur de l'électrode de grille;la figure 14 est une vue en section droite illustrant une étape du deuxième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; la figure 15 est une vue en section droite illustrant l'étape venant à la suite de la figure 14 ; la figure 16 est une vue en section droite illustrant l'étape venant à la suite de la figure 15 ; la figure 17 est une vue en section droite illustrant l'étape venant à la suite de la figure 16 ; les figures 18A à 18E sont des vues en section droite illustrant le troisième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; les figures 19A à 19C sont des vues en section droite illustrant le quatrième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ;les figures 20A à 20E sont des vues en section droite illustrant le cinquième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; les figures 21A à 21C sont des vues en section droite illustrant le sixième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; les figures 22A à 22D sont des vues en section droite illustrant le septième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; les figures 23A à 23C sont des vues en section droite illustrant le huitième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; les figures 24A à 24C sont des vues en section droite illustrant le neuvième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ;les figures 25A à 25C sont des vues en section droite illustrant le dixième mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon l'invention ; la figure 26 est une vue en section droite illustrant un exemple modifié de l'étape de gravure de la figure 6 ; la figure 27 est une vue en section droite illustrant un exemple modifié de l'étape de formation de l'électrode de grille de la figure 16 ; la figure 28 est une vue en section droite d'un dispositif cathode selon la technique antérieure ; les figures 29A à 29D sont des vues en section droite illustrant le procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon la technique antérieure ; la figure 30 est une vue en section droite illustrant le procédé de fabrication d'un dispositif cathode selon une autre forme de réalisation de la technique antérieure ;et la figure 31 est une vue en section droite illustrant le dispositif cathode selon la technique antérieure qui a été fabriqué par l'opération présentée sur la figure 30. La figure 1 représente un dispositif cathode 100 selon l'invention. Le dispositif cathode 100 comprend un substrat 1, une pointe émettrice 2 formée sur le substrat 1, une couche isolante 3, et une couche d'électrode de grille 4. Une couche d'oxyde 52 s'interpose entre le substrat 1 et la couche isolante 3. La pointe émettrice 2 comprend une partie terminale en pointe conique 2A et une partie tige cylindrique 2B. Selon une autre possibilité, la pointe émettrice 2 est conçue de façon à ne comprendre que la partie terminale en pointe conique 2A, sans la partie tige cylindrique 2B.La couche isolante 3 et la couche d'électrode de grille 4 possèdent des ouvertures respectives 3A et 4A, qui sont alignées entre elles et par lesquelles la pointe émettrice 2 est exposée. La paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 entoure la partie en pointe terminale 2A de la pointe émettrice 2. Un champ électrique est induit entre la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 et la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4, de sorte que des électrons sont émis par la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2. De plus, une électrode de cathode (non représentée) est connectée à la partie tige 2B de la pointe émettrice 2.
Sur la figure 1, on voit que la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de l'électrode de grille 4 est formée sur l'extérieur de la partie terminale en pointe conique 2A de la pointe émettrice 2 sensiblement suivant un tronc de cône et se prolonge sensiblement parallèlement à la partie terminale en pointe conique 2A de la pointe émettrice 2. Par conséquent, le diamètre de la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 est plus petit que le diamètre de la partie de la pointe émettrice 2 se trouvant à la jonction (surface inférieure) de la pointe émettrice 2 avec le substrat 1.La largeur de la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 (lorsqu'on observe suivant la direction de la hauteur de la pointe émettrice 2) est plus grande que l'épaisseur de la couche d'émetteur de grille 4 (sur la couche isolante 3).
La figure 2 représente de façon simplifiée un exemple d'utilisation du dispositif cathode 100 de la figure 1. Dans cet exemple, le substrat 1 est fait par exemple d'un semiconducteur de silicium de type n, et le substrat 1 de type n possède à sa surface des régions la ayant le type de conductivité opposé, c'est-àdire une conductivité de type p. Plusieurs pointes émettrices 2 sont formées dans chaque région la de type p. Dans ce cas, les régions de type p la sont utilisées comme électrodes de cathode. Lorsqu'on applique une tension entre une certaine région de type p la et la couche d'électrode de grille 4, les électrons sont émis par les pointes émettrices 2 de la région de type p la, comme indiqué par les flèches. Les électrons émis se déplacent jusqu'à un dispositif 200 formant une anode, qui est disposé en association avec le dispositif cathode 100.La figure 3 représente un exemple d'un dispositif d'affichage constituant une application du dispositif cathode 100 des figures 1 et 2. Des régions de type p la et des couches d'électrodes de grille 4 sont disposées suivant une matrice de façon que la couche isolante 3 soit disposées entre elles. Les électrons peuvent être émis par les pointes émettrices 2 en un point particulier de la matrice, à destination du dispositif anode 200. Le dispositif anode 200 comprend une couche d'anode 201 formée sur une plaque transparente et des couches luminophores (R, G et B) 202 formées sur la couche d'anode 201. Les électrons partant d'un point spécifique du dispositif cathode 100 pour aller vers la couche d'anode 201 frappent la couche luminophore 202 en un point associé. On peut donc réaliser un affichage en couleur.Le dispositif cathode 100 n'est pas limité à cette application, et peut aussi être appliqué à divers dispositifs, par exemple un microtube à vide, comme précédemment indiqué.
Les figures 4 à 10 montrent les étapes consécutives d'un premier mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100 de la figure 1.
Comme représenté sur la figure 4, on prépare un substrat de silicium 1. Le substrat de silicium 1 est du type n, et on forme à la surface du substrat de silicium 1 une ou plusieurs régions de type p la, comme décrit en relation avec la figure 2. A titre de variante, on peut former sur le substrat de silicium 1, via une couche isolante, une électrode de cathode faite d'un autre conducteur.
On forme sur le substrat de silicium 1 une couche du masque destinée à former la pointe émettrice 2, par exemple par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Dans le mode de réalisation, la couche de masque comprend une structure à deux couches comportant par exemple une première couche isolante 61 qui présente une épaisseur de 300 nm et est faite de Si3N4 et une deuxième couche isolante 51 qui présente une épaisseur de 300 nm et est faite de SiO2. La première couche isolante 61 se trouve sur le substrat 1, et la deuxième couche isolante 51 est sur la première couche isolante 61. Un nitrure tel que Si3N4 est plus facilement dissous dans un acide phosphorique thermique que SiO2. Si l'épaisseur totale a été déterminée de façon appropriée, on peut ne former la couche de masque qu'avec la couche isolante de SiO2 51 ou avec la couche de Si3N4 61.La structure à deux couches ci-dessus présentée peut se révéler avantageuse en particulier lorsqu'elle est utilisée dans d'autres modes de réalisation, qui seront décrits ci-après.
Comme représenté sur la figure 5, on grave les première et deuxième couches isolantes 61 et 51 afin d'obtenir le motif de masquage prédéterminé qui correspond à la forme de la pointe émettrice 2 après les avoir exposées à l'aide d'un moyen d'exposition de type connu. On effectue la gravure en utilisant un procédé RIE (gravure ionique réactive), et CF4 comme gaz de gravure.
Comme représenté sur la figure 6, on grave le substrat de silicium 1 pour former la pointe émettrice 2, en utilisant le masque des couches 61 et 51. Dans ce cas, on utilise SF6 comme gaz de gravure et on adopte un procédé RIE. Après la gravure, la partie non masquée de la surface du substrat 1 a été retirée et la partie du substrat 1 se trouvant sous le masque subsiste sous la forme d'un pic qui deviendra la pointe émettrice 2.
Dans ce mode de réalisation, pour former la pointe émettrice 2 de forme relativement longue qui comprend la partie terminale en pointe conique 2A et la partie tige cylindrique 2B, on effectue initialement une gravure proche de la gravure isotrope afin de former la partie terminale en pointe conique 2A, puis on effectue une gravure anisotrope pour former la partie en tige sensiblement cylindrique 2B. En utilisant le procédé RIE, on peut ajuster les particularités de gravure isotrope et de gravure anisotrope en choisissant de manière appropriée les conditions de gravure, par exemple la pression.
Comme représenté sur la figure 7, on adopte un processus d'oxydation thermique pour former la couche d'oxyde SiÛ2, 52 sur la surface du substrat de silicium 1. On forme la couche d'oxyde 52 par diffusion d'oxyde dans le substrat de silicium 1 et la pointe émettrice 2. L'oxyde diffuse dans les surfaces (que l'on peut voir à l'étape de la figure 6) du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2. Lorsqu'on retire, ultérieurement, la couche d'oxyde 52, la pointe émettrice 2 est devenue plus aiguë.
La couche d'oxyde 52 est gonflée par rapport à l'extérieur des surfaces (représentées à l'étape de la figure 6) du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2. Par conséquent, à l'étape où le masque des couches 61 et 51 n'est pas retiré, le contour de la couche d'oxyde 52 sur la partie tige cylindrique 2B de la pointe émettrice 2 est légèrement plus grand que le contour du masque des couches 61 et 51 (une ligne partant du masque 61, 51 apparaît en trait interrompu sur la figure 7). Ainsi, l'épaule de la couche d'oxyde 52 se trouvant au-dessus de la partie tige cylindrique 2B de la pointe émettrice 2 fait saillie à l'extérieur du contour externe du masque 61, 51.
Comme représenté sur la figure 8, on forme une couche isolante 3 de SiÛ2 de 1000 nm d'épaisseur en employant un procédé de dépôt sous vide. Le contour de la couche isolante 3 présente sur le masque 61, 51 devient divergent dans la direction radiale au fur et à mesure de son empilement, et le contour de la couche isolante 3 présente sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur le substrat 1, qui n'est pas recouverte par le masque 61, 51 devient divergent de façon correspondante.
Pendant la formation de la couche isolante 3, on fait déposer la matière de la couche isolante 3 sur l'épaule de la couche d'oxyde 52 apparaissant sur la partie tige cylindrique 2B de la pointe émettrice 2, si bien qu'une collerette saillante 10 croît de manière parasite. La collerette saillante 10 se forme du fait que la couche d'oxyde 52 présente sur la partie tige cylindrique 2B de la pointe émettrice 2 fait saillie au-delà du contour du masque 61, 51. Dans certains des modes de réalisation décrits ci-après, la collerette saillante 10 ne se forme pas pendant la formation de la couche isolante 3.
Comme représenté sur la figure 9, on ajoute la couche d'électrode de grille 4, présentant une épaisseur de 200 nm, en employant un procédé de dépôt sous vide.
Dans ce mode de réalisation, on utilise de façon active la présence de la collerette saillante 10 pendant l'étape de formation de la couche d'électrode de grille 4. Ainsi, on utilise la collerette saillante 10 comme masque de façon que la matière de l'électrode de grille atteigne le voisinage de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 au-dessus de la surface supérieure de la collerette saillante 10, afin de déposer une grande quantité de la matière de l'électrode de grille sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe conique 2A de la pointe émettrice 2.
Au cours de l'étape de formation de la couche d'électrode de grille 4, on effectue de préférence un dépôt oblique. Plus spécialement, tout en faisant tourner le substrat 1 sur l'axe central (axe de rotation), on fait déposer le matériau de l'électrode de grille sur le substrat 1 suivant une direction (flèche A) oblique par rapport à l'axe de rotation. Ainsi, une grande quantité de la matière de l'électrode de grille atteint la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2, en passant par le passage situé au-dessus de la surface supérieure de la collerette saillante 10. Le matériau de l'électrode de grille se dépose ensuite sur la couche d'oxyde 52.
Dans l'étape de formation de la couche d'électrode de grille 4, on peut adopter les procédés de pulvérisation ou de dépôt chimique en phase vapeur au lieu du procédé de dépôt sous vide. Lorsqu'on emploie le procédé de pulvérisation ou le procédé CVD, une grande quantité du matériau de l'électrode de grille atteint facilement le voisinage de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2, en passant par le passage situé au-dessus de la surface supérieure de la collerette saillante 10, puis se dépose sur la couche d'oxyde 52. De plus, on peut sélectionner les conditions de traitement de façon qu'une grande quantité du matériau de l'électrode de grille atteigne de façon sûre le voisinage de la couche d'oxyde 52.Par exemple, dans la mesure où l'on utilise le procédé de pulvérisation, on peut élever la pression du traitement à 26,6,ubar (20 mtorr), que l'on comparera à la pression de traitement normale de 6,65,ubar (5 mtorr), ou bien on peut réduire la distance entre le substrat 1 et la cible à 70 mm, que l'on comparera avec la distance normale de 120 mm, de sorte qu'on augmente ainsi l'angle solide de la cible par rapport au substrat 1. Si l'épaisseur de la couche d'électrode de grille augmente, la quantité déposée de matière d'électrode de grille augmente.
Après cela, on retire, comme représenté sur la figure 10, le masque 61, 51, la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la surface de la partie terminale en pointe conique 2A de la pointe émettrice 2, et la collerette saillante 10. Dans ce mode de réalisation, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide fluorhydrique afin d'amener la dissolution de ces couches. Lorsque la couche d'oxyde 52 se dissout, la pointe émettrice aiguë 2 apparaît. La couche isolante 3 et la couche d'électrode de grille 4 ont finalement des ouvertures 3A et 4A par lesquelles la pointe émettrice 2 est exposée.
On soumet ensuite la couche d'électrode de grille 4 à une gravure par voie humide pour obtenir un motif approprié (voir la figure 3). Le dispositif cathode 100 de la figure 10 est identique à celui représenté sur la figure 1. Sur la figure 10, le diamètre de la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 est indiquée par "d", et le diamètre de la pointe émettrice 2 au niveau de la jonction avec le substrat 1 est indiqué par "D". Selon l'invention, "d" est plus petit que "D". En outre, la largeur "W" de la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 est supérieure à l'épaisseur "t" de la couche d'électrode de grille 4.La figure 11 montre la relation qui existe entre le courant et la tension, mesurés dans des dispositifs cathodes selon l'invention et selon la technique antérieure. L'abscisse indique la tension, et l'ordonnée indique le courant d'émission. Des repères circulaires désignent les valeurs concernant l'invention, et des repères carrés désignent les valeurs concernant la technique antérieure. Pour la mesure, on a groupé 6400 pointes émettrices et on les a activées, le résultat des mesures étant celui qui est représenté. Comme on peut le voir sur la figure 11, le dispositif cathode selon l'invention commence à émettre, brusquement, pour une tension qui est inférieure à celle du dispositif cathode de la technique antérieure. La figure 12 représente graphiquement les caractéristiques d'émission par effet de champ, sur la base de la règle de Fowler-Nordheim.L'abscisse représente 1000/V, et l'ordonnée représente I/V . Lorsqu'une fonction logarithmique entre les deux membres de la formule de Fowler-Nordheim, présentée ci-dessous, représente une ligne droite, on considère que la caractéristique est celle de l'émission par effet de champ.

où Je est la densité de courant, est la fonction de travail, tandis que A et B sont des constantes.
Pour tracer le graphe de la figure 12, on a groupé 6400 dispositifs cathodes et on les a activés, le résultat des mesures étant celui qui est représenté. Les repères circulaires désignent les valeurs concernant l'invention, et les repères carrés désignent les valeurs concernant la technique antérieure.
On sait qu'un résultat satisfaisant a été obtenu lorsque la ligne caractéristique possède une pente faible et des valeurs élevées. Comme on peut le voir sur la figure 12, le dispositif cathode selon l'invention produit un plus grand courant, pour une tension plus petite, que le dispositif cathode de la technique antérieure.
La figure 13 représente la relation, obtenue par analyse de simulation, qui existe entre la hauteur de la pointe émettrice 2 et le facteur d'augmentation de champ. Les courbes P, Q et R représentent les facteurs d'augmentation de champ pour les conditions où la largeur W de la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 est respectivement fixée à 0,2, 0,4 ou 0,6 Microm, la somme des épaisseurs de la couche d'oxyde 52 et de la couche isolante 3 de la figure 1 étant de 1 Microm. Les courbes P, Q et R présentent des valeurs de crête lorsque la hauteur de la pointe émettrice 2 vaut environ 1,41 Microm.En ce qui concerne les facteurs d'augmentation de champ, le facteur d'augmentation de champ qui est associé à la plus grande largeur W de la paroi circonférentielle interne 4B possède la plus grande valeur (courbe R > courbe Q > courbe P). Ainsi, selon l'invention, puisque la paroi circonférentielle interne 4B de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 se présente sensiblement sous la forme d'un tronc de cône s'étendant sensiblement parallèlement à la partie terminale en pointe conique 2A de la pointe émettrice 2, la largeur W de la paroi circonférentielle interne 4B est grande, de sorte que l'augmentation de champ est grande.
Les figures 14 à 17 représentent les étapes consécutives du deuxième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. Les étapes présentées sur les figures 4 à 7 du premier mode de réalisation ont été adoptées dans le deuxième mode de réalisation sans changement. La figure 14 montre la même situation que la figure 8 du premier mode de réalisation. Ainsi, la figure 14 montre l'état apparaissant après que le masque 61, 51 associé à la pointe émettrice 2 a été formé sur le substrat de silicium 1 suivant un motif de masquage voulu ; le substrat 1 a été gravé avec l'aide du masque 61, 51 de manière à former la pointe émettrice 2 ; la couche d'oxyde 52 a été formée sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 ; et la couche isolante 3 a été formée.Lorsque la couche isolante 3 s'est formée, la collerette saillante 10 s'est formée de façon parasite en liaison avec la couche isolante 3.
Dans ce mode de réalisation, comme représenté sur la figure 15, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure formé d'acide phosphorique thermique après la formation de la couche isolante 3. Puisqu'un nitrure tel que Si3N4 est plus soluble que SiÛ2 dans l'acide phosphorique thermique, la première couche isolante 61 du masque se dissout facilement et est enlevée du substrat 1, la deuxième couche isolante 51 du masque étant enlevée en même temps que la première couche isolante 61. Au contraire, la couche isolante 3 et la collerette saillante 10 ne sont pas dissous, et subsistent.
Comme représenté sur la figure 16, on forme, à l'aide d'un procédé de dépôt sous vide, la couche d'électrode de grille Cr 4, qui possède une épaisseur de 200 nm. Dans ce mode de réalisation, puisque le masque 61, 51 a été retiré, on peut déposer la matière de la couche d'électrode de grille 4 sur la collerette saillante 10 et la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2, et celle-ci croît graduellement.
Comme représenté sur la figure 17, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide fluorhydrique afin d'éliminer la couche d'oxyde 52 qui couvre la pointe émettrice 2 et la collerette saillante 10. L'agent de gravure pénètre dans l'intervalle formé dans la matière d'électrode de grille au niveau du coin supérieur de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 ou en une partie de la matière d'électrode de grille qui est suffisamment mince pour qu'un intervalle se crée. Ainsi, on enlève la couche d'oxyde 52.Selon un exemple modifié, si la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 est formée dans des conditions RIE sélectionnées de façon appropriée au cours de l'étape de formation de la pointe émettrice, de sorte que la partie terminale en pointe 2A possède une partie étroite 2C, comme représenté sur la figure 26, qui montre l'étape correspondant à celle de la figure 6, un grand intervalle 4G est créé dans la couche d'électrode de grille 4, comme représenté sur la figure 27, qui montre l'étape correspondant à la figure 16. Par conséquent, l'enlèvement de la couche d'oxyde 52 effectué à l'étape de la figure 17 en est facilité.
Une fois ainsi retirées la couche d'oxyde 52 et la collerette saillante 10, les ouvertures 4A et 3A sont respectivement créées dans la couche d'électrode de grille 4 et dans la couche isolante 3 entourant la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2. Le diamètre de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 formée selon le deuxième mode de réalisation est plus petit que celui créé selon le premier mode de réalisation.
Les figures 18A à 18E représentent le troisième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. La figure 18A montre la situation existant après que le masque 61, 51 de la pointe émettrice 2 a été formé sur le substrat de silicium suivant un motif de masquage voulu ; le substrat 1 a été gravé à l'aide du masque 61, 51 de manière à former la pointe émettrice 2 ; et la couche isolante 3 a été formée. Dans ce mode de réalisation, la couche isolante 3 est formée avant la couche d'oxyde 52. La pointe émettrice 2 est relativement courte et consiste sensiblement de la seule partie terminale en pointe conique 2A. Dans ce cas, puisque l'épaule de la partie tige 2B décrite dans le premier mode de réalisation n'existe pas, la collerette saillante 10 parasite ne se forme pas.
Comme représenté sur la figure 18B, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide phosphorique thermique après avoir formé la couche isolante 3. Dans ce cas également, un nitrure tel que Si3N4 se révèle plus soluble dans l'acide phosphorique thermique que SiO2. Le masque 61, 51 s'enlève donc du substrat 1, tandis que la couche isolante 3 n'est pas dissoute et reste en place.
Comme représenté sur la figure 18C, on forme la couche d'oxyde 52 sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 pour rendre plus aiguë cette dernière.
Comme représenté sur la figure 18D, on forme la couche d'électrode de grille 4. Dans ce mode de réalisation, puisque le masque 61, 51 a déjà été enlevé et qu'il n'existe pas de collerette saillante 10, la couche d'électrode de grille 4 se dépose pleinement sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2.
Comme représenté sur la figure 18E, on retire la couche d'oxyde 52 recouvrant la pointe émettrice 2 à l'aide de l'agent de gravure. L'agent de gravure pénètre dans l'intervalle qui est créé dans la couche d'électrode de grille 4 au niveau du bord supérieur de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 ou une partie de la couche d'électrode de grille 4 qui est suffisamment mince pour créer un intervalle, de sorte qu'on élimine la couche d'oxyde 52.Dans ce cas également, si la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 est formée de façon que la partie terminale en pointe 2A possède une partie étroite 2C, comme représenté sur la figure 26, un large intervalle 4G est créé dans la couche d'électrode de grille 4, comme représenté sur la figure 27, afin de faciliter l'enlèvement de la couche d'oxyde 52. Dans ce cas également, le diamètre de l'ouverture 4A formée dans la couche d'électrode de grille est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 19A à 19C représentent le quatrième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. Ce mode de réalisation est sensiblement identique à celui des figures 18A à 18E. La figure 19A montre la situation existant après que le masque 61, 51 a été réalisé sur le substrat de silicium 1 et a été formé en un motif de masquage voulu ; le substrat 1 a été gravé à l'aide du masque 61, 51 afin que la pointe émettrice 2 soit formée ; et la couche isolante 3 a été formée. Ici, la pointe émettrice 2 comprend la partie terminale en pointe conique 2A et la partie tige cylindrique 2B. La couche d'oxyde 52 n'a pas encore été formée à cette étape.Puisque la couche d'oxyde 52 n'a pas encore été formée, la pointe émettrice 2 ne présente pas de ronflement (la pointe émettrice 2 peut gonfler du fait de la diffusion pendant l'étape de formation de la couche l'oxyde) et l'épaule de la pointe émettrice ne fait pas saillie au-delà du contour du masque 61, 51. Par conséquent, la collerette saillante 10 ne se produit pas de façon parasite lors de l'étape de formation de la couche isolante.
Comme représenté sur la figure 19B, on immerge alors le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide phosphorique thermique afin d'enlever le masque 61, 51 du substrat 1. La couche isolante 3 ne se dissout pas et reste en place. Après cela, on forme la couche d'oxyde 52 sur les surfaces du substrat de silicium et de la pointe émettrice 2, ce qui vise à rendre plus aiguë la pointe émettrice 2.
On forme ensuite la couche d'électrode de grille 4. Dans ce mode de réalisation, puisque le masque 61, 51 a déjà été enlevé et que la collerette saillante 10 n'existe pas, la couche d'oxyde de grille 4 se dépose complètement sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2.
Comme représenté sur la figure 19C, on retire la couche d'oxyde 52 couvrant la pointe émettrice 2 à l'aide de l'agent de gravure. Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 20A à 20E représentent le cinquième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. La figure 20A montre la situation qui existe après que le masque 61, 51 de la pointe émettrice 2 a été formé sur le substrat de silicium 1 et présente un motif de masquage voulu ; le substrat 1 a été gravé à l'aide du masque 61, 51 afin que la pointe émettrice 2 soit formée ; et la couche d'oxyde 52 a été formée sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 afin de rendre plus aiguë la pointe émettrice 2. Dans ce mode de réalisation, la pointe émettrice 2 est relativement courte et est sensiblement constituée de la seule partie terminale en pointe conique 2A.
Comme représenté sur la figure 20B, on forme la couche isolante 3 après avoir formé la couche d'oxyde 52. Dans ce mode de réalisation, puisque l'épaule de la pointe émettrice n'existe pas, la collerette saillante 10 ne se forme pas de façon parasite lors de l'étape de formation de la couche isolante.
Comme représenté sur la figure 20C, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide phosphorique thermique. On retire alors le masque 61, 51, tandis que la couche isolante 3 n'est pas dissoute et reste en place.
Comme représenté sur la figure 20D, on forme la couche isolante de grille 4. Même dans ce mode de réalisation, puisque le masque 61, 51 a été retiré et que la collerette saillante 10 n'existe pas, la couche d'électrode de grille 4 se dépose pleinement sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2.
Comme représenté sur la figure 20E, on retire la couche d'oxyde 52 couvrant la pointe émettrice 2 à l'aide de l'agent de gravure. L'agent de gravure pénètre dans l'intervalle créé dans la matière d'électrode de grille au niveau du bord supérieur de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice ou une partie de la matière d'électrode de grille qui est suffisamment mince pour créer un intervalle, de sorte que la couche d'oxyde 52 s'élimine. Dans ce cas également, si la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 est formée de façon que la partie terminale en pointe 2A présente une partie étroite 2C, comme représenté sur la figure 26, un large intervalle 4G est créé dans la couche d'électrode de grille 4, comme représenté sur la figure 27, ce qui facilite l'enlèvement de la couche d'oxyde 52.Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A ménagé dans la couche d'électrode de grille est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 21A à 21C représentent le sixième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. Ce mode de réalisation est sensiblement identique à celui des figures 20A à 20E. La figure 21A montre la situation existant après que le masque 61, 51 de la pointe émettrice 2 a été formée sur le substrat de silicium 1 et présente un motif de masquage voulu ; le substrat 1 a été gravé à l'aide du masque 61, 51 afin que soit formée la pointe émettrice 2 ; la couche d'oxyde 52 a été formée sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 afin de rendre plus aiguë la pointe émettrice 2 ; et la couche isolante 3 a été formée. Dans ce mode de réalisation, la pointe émettrice 2 comprend la partie terminale en pointe conique 2A et la partie tige cylindrique 2B, et la collerette saillante 10 se tonne de manière parasite.
Comme représenté sur la figure 21B, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide phosphorique thermique afin d'enlever le masque 61, 51. L'opération de gravure est telle que la couche isolante 3 ne se dissout pas, mais la collerette saillante 10 se dissout, car la vitesse de gravure de la couche de Si02 devient plus élevée du fait de l'élévation de la température de l'acide phosphorique thermique.
Après cela, on forme la couche d'électrode de grille 4. Dans ce mode de réalisation, puisque le masque 61, 51 a déjà été enlevé et que la collerette saillante 10 n'existe plus, la couche d'électrode de grille 4 se dépose pleinement sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2.
Comme représenté sur la figure 21C, on enlève la couche d'oxyde 52 recouvrant la pointe émettrice 2 à l'aide de l'agent de gravure. Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille 4 est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 22A à 22D représentent le septième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. La figure 22A montre la situation existant après que le masque 61, 51 de la pointe émettrice a été formée sur le substrat de silicium 1 et présente un motif de masquage voulu ; et le substrat 1 a été gravé à l'aide du masque 61, 51 afin que soit formée la pointe émettrice 2.
Comme représenté sur la figure 22B, on immerge le substrat 1 dans un agent de gravure du type acide phosphorique thermique ou acide fluorhydrique afin d'éliminer le masque 61, 51. On forme ensuite la couche d'oxyde 52 sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 afin de rendre plus aiguë la pointe émettrice 2. La pointe émettrice 2 comprend sensiblement la seule partie terminale en pointe conique 2A. Dans ce cas, le masque peut n'être constitué que d'une seule couche isolante 51, faite de SiO2.
Comme représenté sur la figure 22C, on forme la couche d'électrode de grille 4 après avoir formé la couche d'oxyde 52. Même dans ce mode de réalisation, puisque le masque 61, 51 a été retiré et que la collerette saillante 10 n'a pas été créée, la couche d'électrode de grille 4 se dépose pleinement sur la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2.
Comme représenté sur la figure 22D, on retire la couche d'oxyde 52 couvrant la pointe émettrice 2 à l'aide de l'agent de gravure. L'agent de gravure pénètre dans l'intervalle créé dans la matière d'électrode de grille au niveau du bord supérieur de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 ou une partie de la matière d'électrode de grille qui est suffisamment mince pour créer un intervalle, de sorte qu'on retire la couche d'oxyde 52. Dans ce cas également, si la partie terminale en pointe 2A de la pointe émettrice 2 est formée de façon que la partie terminale en pointe 2A possède une partie étroite 2C, comme représenté sur la figure 26, un grand intervalle 4G est créé dans la couche d'électrode de grille 4, comme représenté sur la figure 27, ce qui facilite l'enlèvement de la couche d'oxyde 52.Toutefois, une partie de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la surface du substrat 1, sauf en ce qui concerne la position où la pointe émettrice est placée, ne se dissout pas et reste en place. La couche d'oxyde 52 non enlevée fait fonction de couche isolante permettant d'isoler le substrat 1 vis-à-vis de la couche d'électrode de grille 4. Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 23A à 23C représentent le huitième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. Ce mode de réalisation est sensiblement identique à celui des figures 22A à 22D. La figure 23A représente la situation existant après que le masque 61, 51 de la pointe émettrice 2 a été formé sur le substrat de silicium 1 et présente un motif de masquage voulu ; le substrat 1 a été gravé à l'aide du masque 61, 51 afin que soit formée la pointe émettrice 2 ; et la couche d'oxyde 52 a été formée sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 afin de rendre plus aiguë la pointe émettrice 2, après l'enlèvement du masque 61, 51.
Comme représenté sur la figure 23B, on forme la couche isolante 3 après avoir formé la couche d'oxyde 52, après quoi on forme la couche d'électrode de grille 4.
Comme représenté sur la figure 23C, on retire à l'aide d'un agent de gravure la couche d'oxyde 52 et la couche isolante 3 recouvrant la pointe émettrice 2. Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A ménagé dans la couche d'électrode de grille est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 24A à 24C représentent le neuvième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. Ce mode de réalisation est sensiblement identique à celui présenté sur les figures 22A à 22D, à l'exception du fait que la pointe émettrice 2 comprend la partie terminale en pointe conique 2A et la partie tige cylindrique 2B. Comme représenté sur la figure 24A, on grave le substrat 1 en utilisant le masque 61, 51 afin de former la pointe émettrice 2, et on forme la couche d'oxyde 52 sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 après avoir enlevé le masque 61, 51.
Comme représenté sur la figure 24B, on forme la couche d'électrode de grille 4 après avoir formé la couche d'oxyde 52.
Comme représenté sur la figure 24C, on retire à l'aide d'un agent de gravure la couche d'oxyde 52 recouvrant la pointe émettrice 2. Toutefois, une partie de la couche d'oxyde 52 se trouvant sur la surface du substrat 1, sauf pour la position sur laquelle la pointe émettrice 2 est située, ne se dissout pas et reste en place, et la partie non retirée de la couche d'oxyde 52 fait fonction de couche isolante permettant d'isoler le substrat 1 vis-à-vis de la couche d'électrode de grille 4. Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A de la couche d'électrode de grille est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Les figures 25A à 25C représentent le dixième mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif cathode 100. Ce mode de réalisation est sensiblement identique à celui présenté sur les figures 23A à 23C, à l'exception du fait que la pointe émettrice 2 comprend la partie terminale en pointe conique 2A et la partie tige cylindrique 2B. Comme représenté sur la figure 25A, on grave le substrat 1 en utilisant le masque 61, 51 afin de former la pointe émettrice 2, et on forme la couche d'oxyde 52 sur les surfaces du substrat de silicium 1 et de la pointe émettrice 2 après avoir enlevé le masque 61, 51.
Comme représenté sur la figure 25B, on forme la couche isolante 3 après avoir formé la couche d'oxyde 52, après quoi on forme la couche d'électrode de grille 4.
Comme représenté sur la figure 25C, on retire à l'aide d'un agent de gravure une partie de la couche d'oxyde 52 et la couche isolante 3 recouvrant la pointe émettrice 2. Même dans ce mode de réalisation, le diamètre de l'ouverture 4A ménagé dans la couche d'électrode de grille est plus petit que celui prévalant à la partie inférieure de la pointe émettrice 2.
Comme cela a été expliqué de façon très détaillée, selon l'invention, le diamètre de la circonférence interne de l'ouverture formée dans la couche d'électrode de grille est plus petit que celui de la partie de la pointe émettrice se trouvant à la jonction avec le substrat. Par conséquent, il est possible de produire un dispositif de cathode qui est en mesure d'induire une émission par effet de champ sous l'action d'un faible champ appliqué. A l'aide de ce dispositif cathode, on peut construire un dispositif d'affichage présentant une définition élevée.De plus, puisque la couche d'électrode de grille peut être formée à proximité de la partie terminale en pointe de la pointe émettrice, l'effet de concentration du champ électrique est fortement amélioré et la tension nécessaire pour activer la cathode à froid du type à émission par effet de champ de petite taille peut être abaissée.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif et du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, divers variantes et modifications ne sortent pas du cadre de l'invention.

REVENDICATIONS
1. Dispositif formant une cathode, caractérisé en ce qu'il comprend :
un substrat (1) ; au moins une pointe émettrice (2) formée sur le substrat et ayant une partie terminale en pointe conique (2A) ; et une couche (4) d'électrode de grille formée au-dessus du substrat et comportant une ouverture (4A) par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; où le diamètre de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est plus petit que celui de la partie de la pointe émettrice située à sa jonction avec le substrat.

Claims (16)

1. 2. Dispositif cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est plus grande que l'épaisseur de la couche d'électrode de grille.
2. 3. Dispositif cathode selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est formée sensiblement en tronc de cône sur l'extérieur de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et se prolonge sensiblement parallèlement à la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice.
3. 4. Dispositif cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche isolante (3) est disposée entre le substrat et la couche d'électrode de grille, la couche isolante ayant une ouverture dans laquelle la pointe émettrice est exposée.

   5. Dispositif cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche isolante (3) est disposée entre le substrat et la couche d'électrode de grille, la couche isolante comprenant une couche d'oxyde.
4. 6. Dispositif cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pointe émettrice possède une partie tige sensiblement cylindrique (2B) entre la partie de jonction de la pointe émettrice avec le substrat et la partie terminale en pointe (2A).
5. 7. Dispositif cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pointe émettrice est formée suivant une forme continûment conique, depuis la partie de jonction de la pointe émettrice avec le substrat jusqu'à la partie terminale en pointe.

   8. Dispositif cathode selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de jonction de la pointe émettrice avec le substrat est électriquement connectée à une électrode de cathode.
6. 9. Procédé de fabrication d'un dispositif formant une cathode (100), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : former au moins une pointe émettrice (2), possédant une partie terminale en pointe conique (2A), sur un substrat (1) ; former une couche d'oxyde (52) au moins sur la surface de la pointe émettrice formée ; former une couche d'électrode de grille (4) de façon que la matière de l'électrode de grille se dépose au moins sur la couche d'oxyde présente sur la surface de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et de façon que la couche d'électrode de grille ait une ouverture (4A) par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; et retirer la couche d'oxyde présente sur la surface de la pointe émettrice de façon que la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille soit formée sur l'extérieur de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et s'étende approximativement parallèlement à la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice.

   10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à former une couche isolante (3) entre le substrat et la couche d'électrode de grille, la couche isolante présentant une ouverture par laquelle la pointe émettrice est exposée.
7. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'opération de formation de la couche isolante comprend l'opération consistant à former une collerette saillante (10) qui croît de façon parasite depuis une partie intermédiaire de la pointe émettrice, et en ce qu'on utilise la pointe saillante comme masque dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille de façon que la matière de l'électrode de grille atteigne le voisinage de la partie terminale en pointe de la pointe émettrice au-dessus de la collerette saillante.

   12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille, la paroi circonférentielle interne de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est formée sensiblement suivant un tronc de cône sur l'extérieur de la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice et s'étend sensiblement parallèlement à la partie terminale en pointe conique de la pointe émettrice.
8. 13. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque (51, 61) sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque.

   14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'au moins une partie du masque est faite d'un matériau différent de la couche d'oxyde, et en ce que, dans l'opération d'enlèvement du masque, on dissous le masque sélectivement par rapport à la couche d'oxyde.
9. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on effectue l'opération d'enlèvement du masque après l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.
10. 16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on effectue l'opération d'enlèvement du masque avant l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.
11. 17. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la couche d'oxyde comprend un processus d'oxydation thermique.

    18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on forme une couche d'oxyde sur les surfaces de la pointe émettrice et du substrat au cours de l'opération de formation de la couche d'oxyde, la couche d'oxyde présente sur la surface du substrat faisant fonction de couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille.
12. 19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à former une couche isolante (3) entre le substrat et la couche d'électrode de grille, qui est différente de la couche d'oxyde présente sur la surface du substrat, l'opération de formation de la couche isolante étant effectuée après l'opération de formation de la couche d'oxyde.

    20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à former une couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille, qui est différente de la couche d'oxyde présente sur la surface du substrat, l'opération de formation de la couche isolante étant effectuée avant l'opération de formation de la couche d'oxyde.

    21. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque ; le procédé comprenant l'opération qui consiste à former une couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille, laquelle est effectuée après l'opération de formation de la couche d'oxyde, la couche isolante ayant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée; et l'opération d'enlèvement du masque et l'opération d'enlèvement de la couche d'oxyde étant effectuées après l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.

    22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'opération de formation de la couche isolante comprend l'opération consistant à former une collerette saillante qui croît de façon parasite depuis une partie intermédiaire de la pointe émettrice, la collerette saillante étant utilisée comme masque dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille de sorte que la matière de l'électrode de grille atteint le voisinage de la partie terminale en pointe de la pointe émettrice au-dessus de la collerette saillante, la collerette saillante ainsi que le masque et la couche d'oxyde se trouvant autour de la pointe émettrice étant retirés après l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.

    23. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque ; le procédé comprenant l'opération qui consiste à former une couche isolante entre le substrat et l'électrode de grille, laquelle est effectuée après l'opération de formation de la couche d'oxyde et avant l'opération de formation de la couche d'électrode de grille, la couche isolante ayant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; et l'opération d'enlèvement du masque étant effectuée après l'opération de formation de la couche isolante et avant l'opération de formation de la couche d'électrode de grille, et l'opération d'enlèvement de la couche d'oxyde étant effectuée après l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.

    24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'opération de formation de la couche isolante comprend l'opération consistant à former une collerette saillante qui croît de façon parasite depuis une partie intermédiaire de la pointe émettrice et en ce qu'on utilise la collerette saillante comme masque dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille de sorte que la matière de l'électrode de grille atteint le voisinage de la partie terminale en pointe de la pointe émettrice au-dessus de la collerette saillante, la collerette saillante ainsi que le masque et la couche d'oxyde se trouvant autour de la pointe émettrice étant retirés après l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.

    25. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque ; le procédé comprenant l'opération qui consiste à former une couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille avant l'opération de formation de la couche d'oxyde, la couche isolante ayant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; et l'opération d'enlèvement du masque étant effectuée après l'opération de formation de la couche isolante et avant l'opération de formation de la couche d'oxyde, et l'opération de formation de la couche d'électrode de grille étant effectuée après l'opération d'enlèvement du masque.

    26. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque ; le procédé comprenant l'opération qui consiste à former une couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille après l'opération de formation de la couche d'oxyde, la couche isolante ayant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; et l'opération d'enlèvement du masque étant effectuée après l'opération de formation de la couche isolante.

    27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'opération de formation de la couche isolante comporte l'opération qui consiste à former une collerette qui croît de façon parasite depuis une partie intermédiaire de la pointe émettrice, et en ce qu'on utilise la collerette saillante comme masque dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille de sorte que la matière de l'électrode de grille atteint le voisinage de la partie terminale en pointe de la pointe émettrice au-dessus de la collerette, la collerette ainsi que le masque et la couche d'oxyde se trouvant autour de la pointe émettrice étant retirés après l'opération de formation de la couche d'électrode de grille.

    28. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque ; et le procédé comprenant l'opération qui consiste à former une couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille après l'opération de formation de la couche d'oxyde, la couche isolante ayant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; et l'opération d'enlèvement du masque étant effectuée avant l'opération de formation de la couche d'oxyde, de sorte que la couche d'oxyde présente sur le substrat devient une couche isolante entre le substrat et la couche d'électrode de grille.
13. 29. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération de formation de la pointe émettrice comprend les opérations consistant à former un masque sur le substrat, le masque ayant une forme qui correspond à la forme de la pointe émettrice, à effectuer une gravure sur le substrat en utilisant le masque, et à retirer le masque ; le procédé comprenant l'opération qui consiste à former une couche d'isolation de grille entre le substrat et l'électrode de grille avant l'opération de formation de la couche d'oxyde, la couche isolante ayant une ouverture par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; et l'opération d'enlèvement du masque étant effectuée avant l'opération de formation de la couche d'oxyde.
14. 30. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille, la matière de la couche d'électrode de grille est déposée en phase vapeur sur le substrat, tandis que le substrat tourne sur un axe de rotation, suivant une direction oblique par rapport à l'axe de rotation.

    31. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille, la matière de la couche d'électrode de grille est déposée sur le substrat par pulvérisation.
15. 32. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'opération de formation de la couche d'électrode de grille, la matière de la couche d'électrode de grille est déposée sur le substrat par un procédé CVD.
16. 33. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans l'opération de formation de la pointe émettrice, on effectue initialement une gravure isotrope, et on effectue ensuite une gravure anisotrope, de sorte qu'il se forme une pointe émettrice ayant une partie terminale en pointe conique et une partie tige sensiblement cylindrique.

    34. Dispositif d'affichage caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif cathode et un dispositif anode qui reçoit des électrons émis par le dispositif cathode, le dispositif cathode comprenant : un substrat (1) ; au moins une pointe émettrice (2) formée sur le substrat et ayant une partie terminale en pointe conique (2A) ; et une couche d'électrode de grille (4) formée au-dessus du substrat et comportant une ouverture (4A) par laquelle la partie terminale en pointe de la pointe émettrice est exposée ; où le diamètre de l'ouverture de la couche d'électrode de grille est plus petit que celui de la partie de la pointe émettrice se trouvant à la jonction de celle-ci avec le substrat.

    35. Dispositif d'affichage selon la revendication 34, caractérisé en ce que plusieurs groupes de pointes émettrices sont disposés suivant une matrice, le dispositif anode possédant un moyen d'affichage qui est disposé en correspondance avec au moins une des rangées et des colonnes de la matrice des pointes émettrices.