FR2723471A1 - Cathode d'ecran plat de visualisation a resistance d'acces constante - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une cathode (1) à micropointes pour écran plat de visualisation, du type comportant un substrat (10), au moins un conducteur de cathode (13), et des micropointes (2) disposées sur une couche résistive (11) ; ledit conducteur de cathode (13) étant disposé au-dessus de la couche résistive (11), et présentant des ouvertures circulaires (17) au centre de chacune desquelles est disposée une micropointe (2).

Description

A

CATHODE D'ÉCRAN PLAT DE VISUALISATION À RÉSISTANCE D'ACCÈS

CONSTANTE

La présente invention concerne la réalisation d'une cathode à micropointes. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation d'une cathode à micropointes d'un écran plat de visualisation. La figure 1 représente la structure d'un écran plat à

micropointes du type auquel se rapporte l'invention.

Un tel écran à micropointes est essentiellement cons-

titué d'une cathode 1 à micropointes 2 et d'une grille 3 pour-

vue de trous 4 correspondant aux emplacements des micropointes

2. La cathode 1 est placée en regard d'une anode cathodolumi-

nescente 5 dont un substrat de verre 6 constitue la surface d'écran. Le principe de fonctionnement et le détail de la constitution d'un tel écran à micropointes sont décrits dans le brevet américain 4 940 916 du Commissariat à l'Energie Atomique. Les conducteurs de cathode sont disposés en colonnes sur un substrat de verre 10. Les micropointes 2 sont réalisées sur une couche résistive 11 déposée sur les conducteurs de cathode et sont classiquement disposées à l'intérieur de mailles définies par les conducteurs de cathode. La figure 1

représentant partiellement l'intérieur d'une maille, les con-

ducteurs de cathode n'apparaissent pas sur cette figure. La cathode 1 est associée à la grille 3 qui est elle organisée en lignes. L'intersection, d'une ligne de la grille 3 et d'une

colonne de la cathode 1, définit un pixel.

Ce dispositif utilise le champ électrique créé entre la cathode 1 et la grille 3 pour que des électrons soient extraits des micropointes 2 vers des éléments luminophores 7 de l'anode 5. Dans le cas d'un écran couleur, tel que représenté à

la figure 1, l'anode 5 est pourvue de bandes alternées d'élé-

ments luminophores 7, correspondant chacune à une couleur (Bleu, Rouge, Vert). Les bandes sont séparées les unes des

autres par un isolant 8. Les éléments luminophores 7 sont dépo-

sés sur des électrodes 9, constituées de bandes correspondantes d'une couche conductrice transparente telle que de l'oxyde

d'indium et d'étain (ITO). Les ensembles de bandes bleues, rou-

ges, vertes sont alternativement polarisés par rapport à la cathode 1, pour que les électrons extraits des micropointes 2 d'un pixel de la cathode/grille soient alternativement dirigés vers les éléments luminophores 7 en vis à vis de chacune des couleurs. Les figures 2A à 2D illustrent un exemple d'une structure de ce type, les figures 2B et 2D étant respectivement des agrandissements de parties des figures 2A et 2C. Plusieurs micropointes 2, par exemple seize, sont disposées dans chaque maille 12 définie par les conducteurs de cathode 13 (figure 2B). L'intersection, d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1, correspond ici, par exemple, à

soixante-quatre mailles 12 d'un pixel de cathode (figure 2A).

La cathode 1 est généralement constituée de couches

déposées successivement sur le substrat de verre 10. Les figu-

res 2C et 2D représentent partiellement, une vue en coupe selon la ligne A-A' de la figure 2B. Une couche conductrice 13, par

exemple constituée de niobium, est déposée sur le substrat 10.

Cette couche 13 est gravée selon un motif de colonnes 15, cha-

que colonne comportant des mailles 12 entourées de conducteurs de cathode 13. Une couche résistive 11 est ensuite déposée sur

ces conducteurs de cathode 13. Cette couche résistive 11, cons-

tituée par exemple de silicium amorphe dopé au phosphore, a pour objet de protéger chaque micropointe 2 contre un excès de courant à l'amorçage d'une micropointe 2. L'apposition d'une

telle couche résistive 11 vise à homogénéiser l'émission élec-

tronique des micropointes 2 d'un pixel de la cathode 1 et à accroître ainsi sa durée de vie. Une couche isolante 16, par exemple d'oxyde de silicium (SiO2), est déposée sur la couche résistive 11 pour isoler les conducteurs de cathode 13 de la

grille 3 (figure 2D). La grille 3 est formée d'une couche con-

ductrice, par exemple de niobium. Des trous 4 et des puits 17 sont respectivement pratiqués dans les couches 3 et 16 pour

recevoir les micropointes 2 qui sont par exemple en molybdène.

Le dépôt des micropointes 2 dans les puits 17 est classiquement obtenu par une pulvérisation de molybdène sur une

couche d'élimination par soulèvement apposée sur la grille 3.

Un inconvénient des techniques classiques est que, si la couche résistive permet de protéger les micropointes contre

un excès de courant, elle ne parvient pas à homogénéiser com-

plètement l'émission électronique. De fait, les micropointes d'une maille ne sont pas toutes équidistantes des conducteurs de cathode, ce qui entraîne une non-uniformité de l'émission électronique. Un autre inconvénient réside dans la nécessité de former dans chacune des colonnes de la cathode, des mailles de conducteurs. Ce qui impose la réalisation d'un motif complexe

sur toute la surface de la cathode.

En outre, le faible diamètre des micropointes (de l'ordre de 1 à 2 pm) et la nécessité de les reproduire avec une densité élevée par pixel de l'écran (plusieurs milliers par pixel) entraîne que les procédés existant limitent la surface

des écrans plats pouvant être réalisés. Les disparités qui peu-

vent apparaître dans la régularité du diamètre des trous et puits destinés à recevoir les micropointes nuisent également à l'homogénéité de l'émission électronique, en entraînant des

disparités dans le diamètre et la hauteur des micropointes.

La présente invention a pour objet de pallier ces

inconvénients en proposant une cathode à micropointes fournis-

sant un rayonnement électronique d'homogénéité optimisée. L'in-

vention vise également à éviter le recours à la formation de

mailles de conducteurs de cathode.

Pour atteindre ces objets, la présente invention pré-

voit une cathode à micropointes pour écran plat de visuali-

sation, du type comportant un substrat, au moins un conducteur de cathode, et des micropointes disposées sur une couche résistive; ledit conducteur de cathode étant disposé au-dessus

de la couche résistive, et présentant des ouvertures circulai-

res au centre de chacune desquelles est disposée une micro-

pointe.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dia-

mètre des ouvertures circulaires que présente le conducteur de

cathode est supérieur au diamètre de l'embase d'une micro-

pointe. Selon un mode de réalisation de l'invention, la cathode est associée à une grille, séparée du conducteur de cathode par une couche d'isolement et pourvue d'un trou à l'aplomb de chaque micropointe; la couche d'isolement et le conducteur de cathode présentant un puits de réception d'une

micropointe à l'aplomb de chaque trou de la grille; et le dia-

mètre des trous de la grille étant sensiblement inférieur au diamètre des puits des couches d'isolement et de conducteur de

cathode.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la

cathode comporte une couche isolante auxiliaire, entre le con-

ducteur de cathode et la couche d'isolement.

L'invention concerne également un procédé de réalisa-

tion d'une cathode à micropointes qui consiste à réaliser, sur un empilement constitué au moins d'un substrat, d'une couche résistive, d'une couche de conducteur de cathode, d'une couche d'isolement et d'une couche de grille, une gravure anisotrope

de trous dans la couche de grille, et une gravure correspon-

dante de puits de plus grande section, dans les couches d'iso-

lement et de conducteur de cathode.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le pro-

cédé consiste à effectuer les phases suivantes: - réalisation de conducteurs de cathode organisés en colonnes sur une couche résistive déposée sur un substrat; - préparation de motifs circulaires dans des lignes d'une grille par photolithogravure; - réalisation de trous dans les lignes de la grille, et de puits dans les couches d'isolement et de conducteurs de cathode, et dépôt d'une micropointe au centre de chaque puits,

sur une couche résistive.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la pre-

mière phase de réalisation de conducteurs de cathode comprend les étapes suivantes: - dépôt pleine plaque d'une couche résistive sur le substrat; -dépôt pleine plaque d'une fine couche conductrice d'arrêt de gravure; dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de conducteurs de cathode; oxydation électrolytique de la couche conductrice de conducteurs de cathode; - gravure simultanée, de la couche de conducteurs de cathode et de la couche isolante auxiliaire obtenue par ladite oxydation, selon un motif de colonnes; et - élimination de la couche d'arrêt de gravure entre

les colonnes définies par les conducteurs de cathode.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième phase de photolithogravure de motifs circulaires est réalisée en déposant une couche de résine sur la couche de grille, et en insolant cette couche de résine, postérieurement à un dépôt de microbilles calibrées opaques pour le rayonnement d'insolation. Selon un mode de réalisation de l'invention, une étape de pré-insolation de la couche de résine est effectuée, préalablement à l'étape de dépôt des microbilles, par masquage

de lignes de la grille.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la troi-

sième phase de réalisation d'une grille et de micropointes com-

prend les étapes suivantes: - gravure anisotrope et simultanée de trous dans la

couche de grille et d'ébauches de puits dans les couches d'iso-

lement et de conducteurs de cathode; - élargissement des puits par une gravure isotrope; - dépôt de micropointes au centre de chaque puits, sur la fine couche conductrice d'arrêt de gravure; - élimination de la couche d'arrêt de gravure dans le

fond des puits autour des micropointes.

Ainsi, selon un avantage de la présente invention, la résistance d'accès entre la cathode et chacune des micropointes est constante puisqu'elle correspond à une région résistive

annulaire de dimensions constantes.

Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans

la description suivante de modes de réalisation particuliers

faite à titre non limitatif en relation avec les figures join-

tes parmi lesquelles: les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé;

les figures 3A et 3B représentent partiellement, res-

pectivement en coupe et en vue de dessus, une cathode à micro-

pointes selon l'invention; les figures 4A à 4H représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une première phase d'un procédé de réalisation d'une cathode selon l'invention; les figures 5A à 5C représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une deuxième phase d'un procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'invention; et les figures 6A à 6C représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'une troisième phase d'un procédé de réalisation d'une cathode à

micropointes selon l'invention.

Pour des raisons de clarté, les échelles n'ont pas

été respectées pour la représentation des figures.

La cathode 1, selon l'invention, telle que représen-

tée aux figures 3A et 3B, comporte à partir d'un substrat iso-

lant 10, une couche résistive 11 supportant des micropointes 2.

Des conducteurs de cathode 13 sont disposés sur la couche résistive 11 avec interposition éventuelle d'une fine couche

conductrice 19 d'adhérence et d'arrêt de gravure. Ces conduc-

teurs de cathode 13 sont organisés en colonnes dont chacune comporte dans sa largeur et dans sa longueur un grand nombre de

micropointes, la figure 3A ne représentant qu'une petite por-

tion d'une colonne. En d'autres termes, les conducteurs de

cathode 13 sont continus sur toutes les colonnes 15.

Des micropointes 2 sont disposés sur la couche résis-

tive 11 au centre d'ouvertures circulaires 17 que présente cha-

que conducteur de cathode 13. Chaque ouverture circulaire 17 définit entre la micropointe 2 qu'elle reçoit et le conducteur

de cathode 13, une région résistive annulaire par l'intermé-

diaire de la couche 11. Ainsi, toutes les micropointes 2 du conducteur de cathode 13 seront électriquement séparées de ce dernier, par une région résistive de même valeur, pourvu que le

diamètre des ouvertures circulaires 17 soit le même. Le diamè-

tre de ces ouvertures circulaires 17 est supérieur au diamètre

que présentent les bases des micropointes 2.

Toutes les micropointes 2 sont donc électriquement séparées des conducteurs de cathode 13 par une résistance de même valeur. C'est là, une caractéristique essentielle de la présente invention qui conduit à optimiser l'homogénéité du rayonnement cathodique, en rendant homogène le courant dans les

micropointes 2.

Selon un exemple de réalisation qu'illustre la figure 3A, la cathode 1 est associée à une grille de commande 3. Les conducteurs de cathode 13 sont alors isolés de la grille 3 au moyen d'une couche d'isolement 16, éventuellement associée à

une couche isolante auxiliaire 18. Cette couche isolante auxi-

liaire 18 est, lorsqu'elle est prévue, disposée entre le con-

ducteur de cathode 13 et la couche d'isolement 16. Elle permet

de supprimer les effets de "trous d'aiguilles" que peut présen-

ter la couche isolante 16 perpendiculairement à la surface des

conducteurs de cathode 13.

Des trous 4 et puits 17 sont pratiqués dans les cou-

ches de grille 3, d'isolement 16 et de conducteurs de cathode 13 (et le cas échéant dans la couche isolante auxiliaire 18) pour recevoir les micropointes 2. Une caractéristique de ces trous 4 et puits 17 est que les puits 17 dans les couches

d'isolement 16 (et 18) et le conducteur de cathode 13 présen-

tent un diamètre sensiblement plus important que les trous 4

dans la couche de grille 3.

Des micropointes 2 sont déposées, sur la fine couche conductrice 19, si elle existe, à l'aplomb des trous 4, et cette couche 19 est ouverte autour de chaque micropointe 2,

dans sa surface libre. Ainsi, chaque micropointe 2 est latéra-

lement séparée de la couche de conducteurs de cathode 13 par un

anneau de largeur correspondant approximativement à la diffé-

rence entre le diamètre des puits 17 et des trous 4. Si la fine couche conductrice 19 n'est pas utilisée, les micropointes 2 se retrouvent directement sur la couche résistive 11, et toujours

séparées annulairement des conducteurs de cathode 13.

Selon un exemple particulier de réalisation, les con-

ducteurs de cathode 13 présentent une largeur d'environ 300 pmn,

correspondant à la largeur d'un pixel d'écran, défini par l'in-

tersection d'une ligne 14 de la grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1. Le diamètre des trous 4 est de 1,3 pm, celui des puits 17 de 2,6 gm, et le diamètre de chaque micropointe 2 est

à la base de 1,1 gm.

On décrira ci-après un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une telle cathode selon

l'invention.

Ce procédé peut être mis en oeuvre en trois phases correspondant respectivement, à la réalisation de conducteurs de cathode 13, à la formation de motifs aux emplacements futurs

des micropointes dans des lignes de grille 3, et à la réalisa-

tion de la grille 3 et des micropointes 2.

Les figures 4A à 4H illustrent la mise en oeuvre de

la première phase qui correspond à la réalisation des conduc-

teurs de cathode 13.

Au cours d'une première étape (figure 4A), on dépose

sur le substrat 10 une couche résistive 11.

Une deuxième étape (figure 4B) consiste à déposer une fine couche conductrice 19, dite d'arrêt de gravure. Le rôle de

cette couche 19 est double. D'une part, elle constitue une sur-

face d'accrochage de la couche suivante (figure 4C) et des micropointes. D'autre part, elle assure un arrêt de gravure de la couche de conducteurs de cathode 13. Ce second rôle sera

mieux compris par la suite, en relation avec la description des

figures 4E, et 6A à 6C.

Une troisième étape (figure 4C) consiste à déposer une couche conductrice 13. L'accrochage de cette couche 13 est

favorisé par la couche 19.

Une quatrième étape éventuelle consiste (figure 4D) à

réaliser une oxydation de la couche conductrice 13, pour obte-

nir, dans l'épaisseur de cette couche 13, une couche isolante auxiliaire 18. La couche 13 déposée précédemment est alors choisie pour avoir la caractéristique d'être oxydable. On

veillera également à ce que l'épaisseur de la couche 13, dépo-

sée lors de la troisième étape, soit suffisante pour permettre

l'obtention d'une couche isolante auxiliaire 18 tout en conser-

vant une épaisseur suffisante pour les conducteurs de cathode 13. Les quatre étapes décrites ci-dessus sont réalisées

sur toute une surface du substrat 10.

Au cours d'une cinquième étape (figure 4E), on grave en colonnes les conducteurs de cathode 13. La couche 19 assure, durant cette étape, un arrêt de la gravure qui évite d'attaquer

la couche résistive 11. Les conducteurs de cathode 13 présen-

tent, par exemple, une largeur de l'ordre de 300 [m.

Puis, dans une sixième étape (figure 4F), on élimine

la couche 19 aux endroits o les couches 13 et 18 ont été gra-

vées, c'est-à-dire entre les colonnes 15 de conducteurs de

cathode 13.

Lors d'une septième étape (figure 4G), on dépose sur

la structure issue de la première phase, un isolant 16.

Au cours d'une huitième étape (figure 4H), on dépose une couche conductrice de grille 3. Ce dépôt est par exemple

obtenu de la même manière que le dépôt de la couche des conduc-

teurs de cathode 13.

Comme on peut le constater, la structure ainsi obte-

nue selon l'invention se distingue des techniques antérieures, notamment par le fait que la couche conductrice 13 n'est plus

gravée selon un motif de colonnes maillées, mais que les con-

ducteurs de cathode 13 sont continus sur toute une colonne 15.

De plus, la couche résistive 11 est apposée avant la

couche conductrice 13, ce qui autorise la formation d'une cou-

che isolante auxiliaire 18 par oxydation de cette couche con-

ductrice 13.

Les figures 5A à 5C illustrent une deuxième phase du

procédé de réalisation d'une cathode à micropointes selon l'in-

vention, correspondant à une phase de délimitation de lignes de grille et de formation de motifs aux emplacements futurs des micropointes dans des lignes de grille 3. Pour des raisons de clarté, les couches 13, 18, et 19 de l'empilement issu de la première phase ont été désignées, aux figures 5A à 5C, par la référence commune 15 correspondant à leur tracé en colonne.

Cette deuxième phase fait appel à une photolithogra-

vure de motifs circulaires pour définir les emplacements futurs des micropointes, c'est-à-dire des trous 4 dans des lignes de

grille 3.

Dans une première étape (figure 5A), une couche de résine photosensible 20 de type négatif est appliquée sur la

couche conductrice 3.

On peut mettre en oeuvre tout procédé classique de photolithogravure pour définir dans la couche 20 les motifs circulaires ainsi que les lignes de la grille 3. La largeur des lignes de la grille est, par exemple, de l'ordre de 300 pm. Le diamètre d'un motif circulaire a une valeur donnée comprise,

par exemple entre 1 et 2 pum, et le nombre de motifs est de plu-

sieurs milliers par pixel d'écran.

On préférera cependant mettre en oeuvre une phase particulière de photolithogravure de motifs circulaires qui

assure l'obtention de motifs de diamètre régulier avec une den-

sité régulière, quelle que soit la taille de l'écran. Ceci afin

d'optimiser encore l'homogénéité du rayonnement électronique.

Au cours d'une deuxième étape (figure 5B), on pré-

insole la couche de résine 20 à travers un masque classique 21

de définition des lignes 14 de la grille 3.

Puis, dans une troisième étape (non représentée), des microbilles 22 sont déposées sur la couche de résine 20. Ces microbilles 22 sont par exemple des microbilles de verre ou de plastique. Elles sont opaques au rayonnement d'insolation pour obtenir un effet de masquage maximal des zones sur lesquelles elles sont déposées. La répartition des microbilles 22 sur la couche de résine 20 est aléatoire. On a en effet pu constater

que la qualité d'un écran était liée à la régularité de la den-

sité des micropointes 2 d'un pixel de l'écran à un autre et à la régularité du diamètre des micropointes 2. Par contre, l'écart entre deux micropointes 2 n'a pas d'influence sur la qualité de l'écran pourvu que la densité de micropointes soit élevée. Ainsi, la répartition aléatoire des motifs dans la cou- che de grille 3 n'a pas de conséquence sur la qualité de l'écran. On a ainsi constaté que l'on obtenait un écran plat de

bonne qualité avec un nombre et un diamètre de motifs circulai-

res dans chaque pixel de l'écran qui sont les mêmes à cinq pour cent près, la densité de motifs d'un pixel étant élevée pour ne pas nuire à la brillance de l'écran. Un dépôt de microbilles calibrées 22 d'un diamètre donné d'une valeur comprise entre 1 et 5 pn avec une tolérance de 10 pour cent pour le diamètre des

microbilles 22 permet d'atteindre ce résultat.

Pour assurer que la densité des microbilles 22 dépo-

sées sur la couche 20 est suffisante et régulière, on peut uti-

liser, selon l'invention, plusieurs méthodes de dépôt des

microbilles 22.

Une première méthode consiste à immerger l'empilement issu de la première phase, revêtu de la couche de résine 20,

dans un bain contenant des microbilles 22 en solution. La den-

sité des microbilles 22 dans le bain est fixée en fonction de la densité de motifs souhaitée. Le dépôt des microbilles 22 s'effectue par décantation, les microbilles utilisées étant dans ce cas en verre. Il est de plus possible d'effectuer l'étape d'insolation à travers le bain dès que les microbilles

22 ont décanté, ce qui accélère l'exécution du procédé. L'éva-

cuation des microbilles 22, après insolation, s'effectue ici simplement en retirant l'empilement et son éventuel support du

bain.

Une seconde méthode consiste à pulvériser, sur la couche de résine 20, un mélange de solvant et de microbilles 22 contenu dans un réservoir. Le solvant est à base d'alcool, ce

qui permet son évaporation pendant la pulvérisation. La distri-

bution des microbilles 22 sur la couche de résine 20 présente une bonne homogénéité, la densité de microbilles 22 étant fixée par la durée de la pulvérisation réalisée. Ici, les microbilles

22 tiennent sur la couche de résine 20 par effet électrostati-

que, résultant de charges acquises lors de leur traversée de l'air entre une buse du pulvérisateur et la couche de résine 20. L'évacuation des microbilles 22 après insolation peut être effectué par soufflage ou tout autre moyen. Un avantage de cette technique est qu'il se crée entre les microbilles 22, du fait de leur charge, une force répulsive qui tend à améliorer

la régularité de leur répartition.

Une troisième méthode consiste à noyer des micro-

billes 22 dans un matériau visqueux, par exemple du polyvinyl-

alcool. On couvre la couche de résine 20 d'une couche de ce

matériau par exemple par raclage ou par sérigraphie sans motif.

On sèche ensuite le polyvinylalcool puis on insole de la

manière qui sera décrite ci-dessous. Par la suite, le poly-

vinylalcool est dissous, par exemple dans de l'eau et les

microbilles 22 sont évacuées en même temps.

Une fois que les microbilles 22 ont été déposées sur la couche de résine 20, cette couche de résine 20 est insolée au moyen d'un insolateur à lumière quasi-parallèle au cours d'une quatrième étape (non représentée). La longueur d'onde du rayonnement de l'insolateur est choisie en fonction de la résine utilisée et de la précision visée, par exemple dans le

domaine des ultraviolets. Les microbilles 22 sont ensuite éva-

cuées de la couche de résine 20 au cours d'une cinquième étape

(non représentée).

L'insolation n'est efficace que dans les surfaces qui

étaient masquées au cours de la deuxième étape, de pré-insola-

tion, soit à l'intérieur des lignes 14 de la grille 3 qui ont été formées. Ainsi, lors du développement de la résine au moyen d'un procédé classique (figure 5C), on obtient des motifs 23 dans la couche de résine 20 uniquement dans la surface des lignes 14 de grille 3. Cela permet de positionner les zones de micropointes 2 de la cathode 1, en limitant la formation des motifs 23 à des surfaces qui correspondent à des zones devant recevoir des micropointes 2. A la figure 5C, le tracé des colonnes 15 de conducteurs de cathode 13, a été représenté en

traits mixtes, et celui des surfaces pré-insolées 14, corres-

pondant aux lignes 14 de la grille 3, a été représenté en poin- tillés. Dans une sixième étape (figure 5C), on développe la résine par la mise en oeuvre d'un procédé classique dans des conditions compatibles avec le type de résine utilisé. Des motifs circulaires 23 sont ainsi formés dans la couche de résine 20 aux emplacements des microbilles 22. Ces motifs 23 sont ensuite utilisés pour graver des trous 4 et des ébauches de puits 17 correspondantes dans les couches 3, 16, 18, et 13, de l'empilement issu de la première phase, comme on le verra

par la suite en relation avec les figures 6A à 6C.

Une variante de l'étape d'insolation consiste à inso-

ler la couche de résine 20, toujours au moyen d'un insolateur à lumière quasi-parallèle, mais en inclinant la couche 20 par rapport à l'axe du faisceau, et en la faisant tourner autour de cet axe. Pour ce faire, on pose par exemple l'empilement issu de la première phase, revêtu de la couche de résine 20 sur laquelle ont été déposées les microbilles 22, sur un support

rotatif incliné d'un angle donné par rapport à l'axe du fais-

ceau. Ainsi, le diamètre effectivement insolé à l'aplomb de chaque microbille 22 se trouve être inférieur au diamètre des microbilles 22. On obtient ainsi des motifs 23 de diamètre inférieur au diamètre des microbilles 22. Le rapport entre le

diamètre des microbilles 22 et le diamètre des motifs 23 obte-

* nus dépend de l'angle d'inclinaison du support par rapport à

l'axe du faisceau quasi-parallèle de rayonnement de l'insola-

teur. Cette variante améliore encore la résolution obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On peut en effet utiliser des microbilles 22 de taille plus importante qui présenteront une meilleureuniformité entre elles. On peut par exemple réaliser des motifs 23 de diamètre 2 pim au moyen de

microbilles 22 présentant un diamètre de 5 pm.

Les figures 6A à 6C illustrent un exemple de mise en

oeuvre d'une troisième phase du procédé selon l'invention.

Cette troisième phase correspond à la formation de trous 4 dans des lignes 14 de grille 3, et de dépôt de micropointes 2 dans des puits 17 à l'aplomb de ces trous 4. Pour des raisons de clarté, les coupes des figures 6A à 6C représentent une partie d'un pixel défini par l'intersection d'une ligne 14 de la

grille 3 et d'une colonne 15 de la cathode 1.

Dans une première étape (non représentée), on grave dans la couche de grille 3, des lignes 14 de grille ainsi que

des trous 4 aux emplacements futurs des micropointes 2, c'est-

à-dire aux emplacements des motifs 23. La gravure de cette troisième étape est effectuée de manière telle qu'elle attaque

le matériau de la grille 3 sans attaquer le matériau de la cou-

che isolante 16. De plus, il s'agit préférentiellement d'une

gravure anisotrope.

Lors d'une deuxième étape (figure 6A), on effectue

une gravure ionique réactive jusqu'à la couche d'arrêt de gra-

vure 19. On grave ainsi des ébauches de puits 17 dans les cou-

ches d'isolement 16 (et éventuellement 18) et de conducteurs de

cathode 13. Cette gravure est anisotrope de sorte que les ébau-

ches de puits 17 sont alignés avec les motifs circulaires 23.

Les ébauches de puits 17 présentent, par exemple, un diamètre

de 1,3 gm comme les trous 4.

Au cours d'une troisième étape (figure 6B), on élar-

git le diamètre des puits 17 dans les couches d'isolement 16 (et éventuellement 18) et de conducteurs 13. Pour ce faire, on

effectue une gravure humide isotrope.

Les gravures des deuxièmes et troisième étapes sont arrêtées par la couche d'arrêt de gravure 19 de façon à ne pas

attaquer la couche résistive 11 sur laquelle doivent être dépo-

sées les micropointes 2. La gravure des lignes 14 de la grille

3 (première étape) pourrait également être réalisée antérieure-

ment à la deuxième phase. Dans ce cas, la gravure ionique réac-

tive de la deuxième étape (figure 6A) peut être effectuée, aux emplacements des motifs 23, simultanément dans les couches 3, 16 (et le cas échéant 18), et 13. De la sorte les trous 4 et les ébauches de puits 17 sont formés simultanément. De plus, l'étape de pré-insolation (figure 5B) de la deuxième phase n'est alors plus nécessaire dans la mesure o les lignes de grille sont déjà formées. On pourrait par contre utiliser cette étape de pré-insolation pour limiter la formation des motifs 23 à l'aplomb des conducteurs de cathode 13, soit à l'intérieur

des colonnes 15.

Le dépôt des micropointes 2 s'effectue durant une quatrième étape (non représentée), de manière classique. On utilise, par exemple, une couche d'élimination par soulèvement

(communément appelée couche "de lift-off") sur laquelle on réa-

lise une évaporation d'un matériau conducteur. Cette évapora-

tion conduit d'une part à la formation d'une couche résiduelle sur la couche d'élimination par soulèvement et d'autre part à

la formation des micropointes 2 dans les puits 17. Ces micro-

pointes 2 présentent, par exemple, un diamètre à la base de 1,1 pm et une hauteur de l'ordre de 1,2 pm. Puis, on élimine la

couche résiduelle, à l'aide de la couche d'élimination par sou-

lèvement. On obtient alors une structure telle que représentée

à la figure 6C.

Enfin, dans une cinquième et dernière étape, on éli-

mine la couche d'arrêt de gravure 19 entourant les micropointes 2. Cette élimination conduit à former entre chaque micropointe 2 et un conducteur de cathode 13, par l'intermédiaire de la couche résistive 11, une résistance annulaire de même valeur

pour toutes les micropointes 2.

On obtient alors une cathode telle que représentée

aux figures 3A et 3B.

On indiquera ci-dessous un exemple particulier de réalisation d'une cathode à micropointes en spécifiant les

matériaux et les types de gravure utilisés.

Phase 1:

Etape 1: dépôt pleine plaque d'une couche résis-

tive 11, par pulvérisation de silicium amorphe dopé au phos-

phore sur le substrat de verre 10. Cette couche résistive 11 présente, par exemple, une épaisseur de 0,3 nm. Etape 2: dépôt pleine plaque, par évaporation de chrome, d'une fine couche conductrice 19. L'épaisseur de cette

couche 19 est par exemple de 0,025 Wnm.

Etape 3: dépôt pleine plaque, par évaporation de

niobium, d'une couche de conducteurs de cathode 13. L'accro-

chage de cette couche 13 est favorisé par la couche 19, le nio-

bium s'accrochant difficilement sur le silicium amorphe. La couche conductrice 13 présente, par exemple, une épaisseur de

0,2 à 0,4 pm.

Etape 4: oxydation pleine plaque de la couche 13.

Cette oxydation est par exemple obtenue en soumettant la couche de niobium 13 à une oxydation anodique dans une solution à base de pentaborate d'ammonium et d'éthylène glycol. Pour ce faire, l'empilement est placé en anode dans un bain électrolytique à

base de pentaborate d'ammonium et d'éthylène glycol. L'épais-

seur d'oxydation dépend pratiquement uniquement du potentiel auquel est réalisée l'électrolyse. Pour un potentiel de 40 y, par exemple, on obtient une épaisseur de pentoxyde de niobium (Nb2O5) de 0,12 Wm, constituant une couche isolante auxiliaire

18.

Etape 5: gravure au plasma d'hexafluorure de sou-

fre (SF6) des couches isolante 18 et conductrice 13, selon un motif de colonnes 15. On préfère réaliser cette gravure par

plasma dans la mesure o une gravure chimique (humide) du pen-

toxyde de niobium (Nb2Os5) qui constitue la couche 18 est déli-

cate à contrôler. Par contre, cet oxyde se grave avec le même plasma de gravure que celui utilisé classiquement pour graver

du niobium. Le plasma employé grave également le silicium amor-

phe, c'est pourquoi la couche 19 est dite d'arrêt de gravure et est dans un matériau choisi pour être difficilement attaquable

par le plasma d'hexafluorure de soufre.

Etape 6: élimination de la couche 19, entre les

colonnes 15, par masquage et gravure chimique à base de perman-

ganate de potassium (KMnO4) et d'hydroxyde de potassium (KOH)

qui attaque le chrome évaporé sans endommager les autres cou-

ches environnantes.

Etape 7: dépôt pleine plaque d'une couche iso-

lante 16, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression

ordinaire d'oxyde de silicium (Si02). L'épaisseur de cette cou-

che isolante 16 est par exemple de 1,3 tm.

Etape 8: dépôt pleine plaque d'une couche conduc-

trice de grille 3, par évaporation de niobium. L'épaisseur de cette couche de grille qui correspond à l'épaisseur de la

grille 3 est par exemple de 0,2 à 0,4 pm.

Phase 2: Etape 1: dépôt pleine plaque d'une couche de

résine photosensible 20.

Etape 2: pré-insolement à travers un masque d'ob-

turation de lignes 14 de la grille 3.

Etape 3: dépôt aléatoire de microbilles calibrées

22, sur la couche de résine 20.

Etape 4: insolation de la couche de résine 20,

revêtue des microbilles 22.

Etape 5: évacuation des microbilles 22.

Etape 6: développement de la résine 20, et obten-

tion de motifs 23 aux emplacements futurs des micropointes 2

dans les lignes 14 de la grille 3.

Phase 3: Etape 1: gravure par plasma d'hexafluorure de soufre (SF6) de la couche 3, selon le motif de lignes 14, et de trous 4 aux endroits des motifs 23. Ce plasma est choisi pour attaquer le niobium de la couche 3 sans attaquer le dioxyde de

silicium (SiO2) constituant la couche isolante 16.

Etape 2: gravure ionique résistive d'ébauches de

puits 17 dans les couches d'isolement 16 et 18, et de conduc-

teurs de cathode 13, en regard des trous 4 de la grille 3.

Cette gravure est choisie pour être anisotrope.

Etape 3: gravure chimique isotrope des puits 17 dans les couches d'isolement 16 et 18, et de conducteurs de

cathode 13.

Etape 4: dépôt d'une couche d'élimination par

soulèvement, par dépôt électrolytique de nickel sur les surfa-

ces restantes de la couche de grille 3. Réalisation de micro-

pointes 2, par évaporation de molybdène. Puis, élimination par

soulèvement des résidus de molybdène.

Etape 5: gravure de la couche 19 dans sa surface libre, par exemple par masquage et gravure chimique à base de permanganate de potassium (KMnO4) et d'hydroxyde de potassium

(KOH).

Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des constituants

décrits pour les couches pourra être remplacé par un ou plu-

sieurs constituants présentant les mêmes caractéristiques et/ou remplissant la même fonction. De plus, les moyens de gravure décrits à titre d'exemple pourront être remplacés par d'autres moyens de gravure, sèche ou humide, permettant d'atteindre le

même résultat.

De même, la succession des étapes donnée à titre d'exemple peut être modifiée selon les matériaux et moyens de gravure utilisés. Par exemple, l'étape d'obtention de la couche

isolante auxiliaire 18 (phase 1, étape 4) pourrait être repor-

tée après la gravure des conducteurs de cathode 13, les conduc-

teurs de cathode 13 se trouvant alors également oxydés sur

leurs bords.

La formation des lignes de grille 14 pourrait être reportée à la fin du procédé. Dans ce cas, on maintiendrait la

deuxième étape de la deuxième phase, en pré-insolant des surfa-

ces qui correspondent aux lignes de grille. Ceci afin d'éviter la formation de motifs 23 entre les lignes 14, qui conduirait à une suppression de la couche d'isolement 16 aux endroits de ces motifs. Les première et deuxième étapes de la troisième phase sont dans ce cas simultanées. En outre, les indications dimensionnelles données à

titre d'exemple peuvent être modifiées en fonction des caracté-

ristiques recherchées pour l'écran, des matériaux utilisés, ou

autres. En particulier, le diamètre des microbilles 22 utili-

sées dépend du diamètre souhaité pour les trous 4 de la grille

3 et de la technique d'insolation employée (verticale ou obli-

que).

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Cathode (1) à micropointes pour écran plat de visualisation, du type comportant un substrat (10), au moins un conducteur de cathode (13), et des micropointes (2) disposées sur une couche résistive (11); caractérisée en ce que ledit conducteur de cathode (13) est disposé au- dessus de la couche résistive (11), et présente des ouvertures circulaires (17) au

centre de chacune desquelles est disposée une micropointe (2).

2. Cathode à micropointes selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre des ouvertures circulaires (17) que présente le conducteur de cathode (13) est supérieur

au diamètre de l'embase d'une micropointe (2).

3. Cathode à micropointes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est associée à une grille (3),

séparée du conducteur de cathode (13) par une couche d'isole-

ment (16) et pourvue d'un trou (4) à l'aplomb de chaque micro-

pointe (2); la couche d'isolement (16) et le conducteur de

cathode (13) présentant un puits (17) de réception d'une micro-

pointe (2) à l'aplomb de chaque trou (4) de la grille (3); et le diamètre des trous (4) de la grille (3) étant sensiblement inférieur au diamètre des puits (17) des couches d'isolement

(16) et de conducteur de cathode (13).

4. Cathode à micropointes selon la revendication 3,

caractérisée en ce qu'elle comporte une couche isolante auxi-

liaire (18), entre le conducteur de cathode (13) et la couche

d'isolement (16).

5. Procédé de réalisation d'une cathode à micro-

pointes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, sur un empilement constitué au moins d'un substrat (10), d'une couche résistive (11), d'une couche de conducteur de cathode (13), d'une couche d'isolement (16) et d'une couche de grille (3), une gravure anisotrope de trous (4) dans la couche de grille (3), et une gravure correspondante de puits (17) de plus grande section, dans les couches d'isolement (16) et de conducteur de

cathode (13).

6. Procédé de réalisation d'une cathode à micro-

pointes selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il con-

siste à effectuer les phases suivantes:

- réalisation de conducteurs de cathode (13) orga-

nisés en colonnes (15) sur une couche résistive (11) déposée sur un substrat (10); - préparation de motifs circulaires (23) dans des lignes (14) d'une grille (3) par photolithogravure; - réalisation de trous (4) dans les lignes (14) de la grille (3), et de puits (17) dans les couches d'isolement

(16) et de conducteurs de cathode (13), et dépôt d'une micro-

pointe (2) au centre de chaque puits (17), sur une couche

résistive (11).

7. Procédé de réalisation d'une cathode à micro-

pointes selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pre-

mière phase de réalisation de conducteurs de cathode (13) com-

prend les étapes suivantes: - dépôt pleine plaque d'une couche résistive (11) sur le substrat (10);

- dépôt pleine plaque d'une fine couche conduc-

trice d'arrêt de gravure (19); - dépôt pleine plaque d'une couche conductrice de conducteurs de cathode (13);

- oxydation électrolytique de la couche conduc-

trice de conducteurs de cathode (13); - gravure simultanée, de la couche de conducteurs

de cathode (13) et de la couche isolante auxiliaire (18) obte-

nue par ladite oxydation, selon un motif de colonnes (15); et élimination de la couche d'arrêt de gravure (19) entre les colonnes (15) définies par les conducteurs de cathode (13).

8. Procédé de réalisation d'une cathode à micro-

pointes selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la deuxième phase de photolithogravure de motifs circulaires (23)

est réalisée en déposant une couche de résine (20) sur la cou-

che de grille (3), et en insolant cette couche de résine (20),

postérieurement à un dépôt de microbilles calibrées (22) opa-

ques pour le rayonnement d'insolation.

9. Procédé de réalisation d'une cathode à micro-

pointes selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une

étape de pré-insolation de la couche de résine (20) est effec-

tuée, préalablement à l'étape de dépôt des microbilles (22),

par masquage (21) de lignes (14) de la grille (3).

10. Procédé de réalisation d'une cathode à micro-

pointes selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, carac-

térisé en ce que la troisième phase de réalisation d'une grille (3) et de micropointes (2) comprend les étapes suivantes: - gravure anisotrope et simultanée de trous (4) dans la couche de grille (3) et d'ébauches de puits (17) dans les couches d'isolement (16, 18) et de conducteurs de cathode (13); - élargissement des puits (17) par une gravure isotrope; dépôt de micropointes (2) au centre de chaque puits (17), sur la fine couche conductrice d'arrêt de gravure (19); - élimination de la couche d'arrêt de gravure (19)

dans le fond des puits (17) autour des micropointes (2).