FR2770683A1 - Procede de fabrication d'une source d'electrons a micropointes - Google Patents
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Abstract
Selon ce procédé, on fabrique une structure comprenant un substrat (10), au moins un conducteur cathodique (12), une première couche isolante (14), une couche de grille (16) et une deuxième couche isolante (71). On forme des trous à travers les couches isolantes et la couche de grille, on forme un dépôt (80) d'un matériau émetteur d'électrons dans les trous jusqu'au niveau supérieur de ceux-ci., on traite ce dépôt pour minimiser ou empêcher une attaque chimique du matériau à partir du haut de celui-ci, on élimine la deuxième couche isolante et on réalise une attaque chimique du matériau pour obtenir les micropointes.Application à la fabrication d'écrans plats.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE SOURCE D'ELECTRONS A
MICROPOINTES
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes ( microtips ).
MICROPOINTES
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes ( microtips ).
Elle s'applique notamment à la fabrication de dispositifs de visualisation plats.
Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée entre deux électrodes dont l'une est pointue, le champ électrique ainsi engendré peut facilement atteindre, à l'extrémité de cette électrode pointue, une valeur de l'ordre de 107 V/cm, valeur suffisante pour que des électrons soient extraits de cette électrode.
Un tel principe est utilisé pour réaliser des sources froides d'électrons, capables de remplacer les filaments chauffants émetteurs d'électrons, du fait que de telles sources froides ont une réponse plus rapide, une plus faible consommation électrique et sont susceptibles d'une plus grande miniaturisation que ces filaments chauffants.
L'une des applications les plus importantes de ces sources froides d'électrons, encore appelées sources à micropointes , est la fabrication de tubes plats de télévision.
Etat de la technique antérieure
On rappelle le principe de ces tubes plats, ou écrans plats, en faisant référence aux figures 1 et 2.
On rappelle le principe de ces tubes plats, ou écrans plats, en faisant référence aux figures 1 et 2.
La figure 1 est une vue en coupe schématique et partielle d'un tel écran plat et la figure 2 est une vue en perspective schématique et partielle de cet écran plat.
L'écran plat des figures 1 et 2 comprend une source d'électrons à micropointes 2 et un substrat en verre 4 qui est séparé de la source 2 par un espace de faible épaisseur dans lequel on a fait le vide.
Le substrat 4 porte, en regard de la source 2, une couche transparente, électriquement conductrice 6, par exemple en oxyde d'indium et d'étain, cette couche 6 portant elle-même des éléments cathodoluminescents 8, encore appelés luminophores .
La source à micropointes 2 comprend, sur un substrat électriquement isolant 10, par exemple en verre, un ensemble de conducteurs cathodiques parallèles 12 qui constituent les colonnes de l'écran.
Ces conducteurs cathodiques sont recouverts par une couche 14 d'un matériau électriquement isolant
tel que la silice.
tel que la silice.
Un ensemble d'autres conducteurs électriques parallèles 15 est placé au-dessus de la couche isolante 14 et ces autres conducteurs 15, ou grilles, sont perpendiculaires aux conducteurs cathodiques 12 pour constituer les lignes de l'écran.
Au niveau des intersections entre les conducteurs cathodiques et les grilles, des trous 18, 19 sont formés à travers la couche isolante 14 et ces grilles 15 et des micropointes 20 faites d'un matériau émetteur d'électrons sont formées dans ces trous et reposent sur les conducteurs cathodiques 12.
Les luminophores 8 sont formés sur la couche conductrice transparente 6, en regard de ces intersections, comme on le voit sur la figure 2.
Les électrons sont extraits par application de tensions électriques appropriées entre les grilles et les micropointes, puis ces électrons sont accélérés grâce à des tensions électriques appropriées appliquées entre les grilles et la couche conductrice 6 constituant l'anode de l'écran.
Chaque luminophore 8 excité par des électrons 22 émet de la lumière 24.
Un balayage de tension approprié sur les lignes et les colonnes de l'écran permet de former une image.
Seules les micropointes situées à l'intersection d'une ligne et d'une colonne alimentées en tension émettent des électrons pour former un élément d'image ou pixel.
Chaque pixel est en fait excité par plusieurs centaines de micropointes dont les dimensions sont de l'ordre de 1 Wm, généralement de 1,5 Cun, et qui sont espacées les unes des autres d'une distance de l'ordre de quelques micromètres, typiquement de 5 KLm.
Ces petites dimensions sont indispensables, pour, d'une part, ne pas avoir à utiliser des tensions trop élevées entre les grilles et les micropointes (tensions de l'ordre de 50 V) et, d'autre par, pour avoir une émission de courant suffisamment élevée par unité de surface (environ 1 mA/mm2).
Un écran plat utilise ainsi typiquement de l'ordre de 10000 micropointes par millimètre carré sur des surfaces de plusieurs décimètres carrés.
Les écrans plats actuellement fabriqués ont des surfaces de l'ordre de 5 dm2 et on envisage de fabriquer des écrans plats dont les surfaces iraient jusqu'à environ 1 m2.
Cependant, il n'est pas facile d'obtenir des sources à micropointes ayant d'aussi grandes surfaces avec les procédés connus de fabrication des micropointes.
Le procédé le plus utilisé pour fabriquer ces micropointes est le procédé dit de Spindt (du nom de son inventeur).
On consultera à ce sujet par exemple le document suivant (1) C.A. Spindt, J. Appl. Phys., vol. 39, p. 3504, 1968.
On voit sur la figure 3, qui illustre schématiquement ce procédé, une structure comprenant le substrat isolant 10 sur lequel sont formés les conducteurs cathodiques 12, et la couche isolante 14 qui est formée sur ces conducteurs cathodiques et qui porte une couche de grille 16 électriquement conductrice.
Les grilles proprement dites sont obtenues à partir de cette couche de grille 16, après avoir formé les micropointes comme on va le voir.
Après avoir gravé par attaque chimique les trous 18 et 19 respectivement dans la couche isolante 14 et dans la couche de grille 16, une couche en nickel 16a est déposée sur la couche de grille 16 par évaporation sous vide et sous incidence rasante.
On obtient les micropointes 20 par évaporation d'un matériau émetteur d'électrons 26.
Une couche 28 de ce matériau se forme alors à la surface de la couche de grille 16a.
De ce fait, les trous 19 formés dans ces couches 16 et 16a diminuent progressivement au fur et à mesure que l'épaisseur de la couche 28 augmente.
l'évaporation étant très directive, le diamètre des dépôts de matériau 26 dans les trous 18 de la couche isolante 14 varie comme le diamètre des trous de la couche 16a et de la couche de grille 16, ce qui conduit à la forme en pointe des dépôts dans les trous 18, c'est-à-dire aux micropointes 20.
l'évaporation étant très directive, le diamètre des dépôts de matériau 26 dans les trous 18 de la couche isolante 14 varie comme le diamètre des trous de la couche 16a et de la couche de grille 16, ce qui conduit à la forme en pointe des dépôts dans les trous 18, c'est-à-dire aux micropointes 20.
On élimine ensuite la couche 28 par dissolution sélective de la couche en nickel 16a, ce qui fait apparaître ces micropointes.
Le principal avantage de ce procédé connu est qu'il ne demande pas d'alignement précis de masques de microlithographie puisque ce sont les trous de la couche de grille qui définissent eux-mêmes les micropointes.
Il serait en effet quasiment irréalisable de graver d'abord les micropointes puis les trous de la couche de grille par des méthodes classiques de microlithographie, avec une précision d'alignement supérieure au micromètre sur de grandes surfaces.
Un autre procédé connu de fabrication des micropointes est décrit dans le document suivant
(2) Oxidation-Sharpened Gated Field Emitter Array
Process, N.E. McGruer et al;, IEEE Transactions On
Electron Devices, (38) 1991 October, n" 10.
(2) Oxidation-Sharpened Gated Field Emitter Array
Process, N.E. McGruer et al;, IEEE Transactions On
Electron Devices, (38) 1991 October, n" 10.
Cet autre procédé est schématiquement illustré par la figure 4.
On voit sur cette figure 4 un substrat en silicium 30.
On commence par oxyder superficiellement ce substrat puis des disques 32 sont formés à partir de la couche de silice qui résulte de cette oxydation.
Une gravure ionique réactive du substrat de silicium 30 permet alors la formation de piédestaux 34 en silicium, les disques 32 servant de masques.
On forme ensuite une couche de silice 36 sur le substrat 30 par évaporation de silice 38.
Il se forme alors une couche 40 de silice sur chaque disque 32.
Les piédestaux 34 sont ensuite oxydés thermiquement, ce qui conduit à la formation de micropointes 42 à partir de ces piédestaux.
On forme ensuite une couche de grille 44 par évaporation d'un matériau électriquement conducteur sur la couche de silice 36.
Au cours de cette évaporation, une couche 46 de ce matériau se forme également sur la couche 40 de silice associée à chaque disque 32.
On élimine ensuite la silice qui recouvre les micropointes 42 ainsi que les disques 32 et les couches 40 et 46 correspondantes.
L'inconvénient des procédés connus que l'on vient de décrire est qu'ils nécessitent des évaporations très directives.
En considérant par exemple le cas de la figure 3, l'angle d'incidence O d'un faisceau d'évaporation F varie en fonction de la position des trous 19 de la couche de grille 16, ce qui conduit au phénomène illustré sur la figure 5, c'est-à-dire à des micropointes dont les axes Y sont d'autant moins perpendiculaires à la surface du substrat 10 que l'angle d'incidence O est grand.
Il en résulte une variation de la forme des micropointes, variation qui induit une dispersion des caractéristiques d'émission des électrons, et, à la limite, un court-circuit entre des micropointes et la couche de grille.
Pour résoudre ce problème, on peut songer à augmenter la distance L entre la source d'évaporation 48 (contenant le matériau 26) et la surface de la structure sur laquelle on évapore ce matériau 26, afin de maintenir l'angle O dans les limites acceptables.
Cependant ceci conduit à une augmentation trop importante de la taille des équipements de fabrication des micropointes ainsi qu'à une trop grande diminution de la vitesse de dépôt.
Un autre procédé connu de fabrication des micropointes est décrit dans les documents suivants FR 2723799 correspondant à EP 0697710A et à la demande de brevet américain numéro de série 08/512,827 accordée le 26 mars 1997.
Cet autre procédé est schématiquement illustré par les figures 6A et 6B.
On voit sur la figure 6A un substrat isolant 10 sur lequel on dispose successivement une couche conductrice 12, une couche isolante 14 et une couche conductrice 16.
Des trous coaxiaux 19 (figure 6B) et 18 sont ensuite réalisés à travers les couches 16 et 14.
Puis la surface de la couche conductrice 16 est oxydée de façon à recouvrir cette couche conductrice 16 d'une couche isolante 50.
Chaque trou 18 est ensuite rempli, par électrolyse en utilisant un bain électrolytique 54, un bloc métallique 56 et une source de tension 58 appropriés, d'un dépôt métallique qui doit prendre la forme 60 indiquée sur la figure 6A.
Sur la figure 6B on voit que, après ce dépôt électrolytique, la couche 50 est éliminée par gravure puis, par électrolyse, en prenant la couche 12 comme anode et la couche 16 comme cathode et avec des conditions d'électrolyse appropriées, il y a dissolution du dépôt 60 (de manière sensiblement symétrique autour de l'axe Z du trou 18), dissolution telle qu'à la fin il ne reste qu'une micropointe 62.
Sur la figure 6B, les références 64 et 66 représentent respectivement un bain électrolytique et une source de tension appropriés pour la dissolution du dépôt 60.
La référence 68 représente un morceau du dépôt 60 qui se détache de la micropointe 62 et tombe dans le bain 64.
Le procédé représenté sur les figures 6A et 6B repose sur deux étapes qui sont difficiles à maîtriser pour les raisons suivantes.
Tout d'abord le dépôt électrolytique 60 doit avoir la forme indiquée.
En particulier, la partie du dépôt 60 qui se trouve au-dessus de la couche 50 ne doit pas recouvrir de façon importante cette couche 50 car, si le recouvrement est important, l'élimination postérieure de la couche 50 devient très difficile et l'attaque électrochimique suivante du dépôt 60 est rendue pratiquement impossible.
De plus, lors de la dissolution électrolytique du dépôt 60 pour former la micropointe 62, les conditions expérimentales sont extrêmement critiques pour éviter qu'il n'y ait un redépôt à l'intérieur du trou 19, ce qui entraîne une modification de la taille du trou dans la grille
(couche 16) et, à la limite, un court-circuit entre cette grille 16 et la micropointe 62.
(couche 16) et, à la limite, un court-circuit entre cette grille 16 et la micropointe 62.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
Elle a pour objet un procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes, procédé selon lequel - on fabrique une structure comprenant un substrat
électriquement isolant, au moins un conducteur
cathodique sur ce substrat, une première couche
électriquement isolante qui recouvre chaque
conducteur cathodique, une couche de grille
électriquement conductrice qui recouvre cette
première couche électriquement isolante et une
deuxième couche électriquement isolante qui recouvre
la couche de grille, - on forme des trous à travers cette deuxième couche
électriquement isolante, la couche de grille et la
première couche électriquement isolante, au niveau de
chaque conducteur cathodique, et - on forme, dans chaque trou, une micropointe qui est
faite d'un matériau métallique émetteur d'électrons
et qui repose sur le conducteur cathodique
correspondant à ce trou, ce procédé étant caractérisé en ce que la formation des micropointes comprend les étapes suivantes - on forme un dépôt du matériau métallique émetteur
d'électrons au fond de chaque trou jusqu'à ce que ce
matériau métallique arrive au niveau supérieur de ce
trou, - on fait un traitement du dépôt du matériau
métallique, ce traitement étant apte à minimiser ou
empêcher une attaque chimique de ce dépôt du matériau
métallique à partir de la partie supérieure de celui
ci, - on élimine la deuxième couche isolante, et - on réalise une attaque chimique du matériau
métallique déposé, de manière à obtenir les
micropointes à partir de ce matériau métallique.
électriquement isolant, au moins un conducteur
cathodique sur ce substrat, une première couche
électriquement isolante qui recouvre chaque
conducteur cathodique, une couche de grille
électriquement conductrice qui recouvre cette
première couche électriquement isolante et une
deuxième couche électriquement isolante qui recouvre
la couche de grille, - on forme des trous à travers cette deuxième couche
électriquement isolante, la couche de grille et la
première couche électriquement isolante, au niveau de
chaque conducteur cathodique, et - on forme, dans chaque trou, une micropointe qui est
faite d'un matériau métallique émetteur d'électrons
et qui repose sur le conducteur cathodique
correspondant à ce trou, ce procédé étant caractérisé en ce que la formation des micropointes comprend les étapes suivantes - on forme un dépôt du matériau métallique émetteur
d'électrons au fond de chaque trou jusqu'à ce que ce
matériau métallique arrive au niveau supérieur de ce
trou, - on fait un traitement du dépôt du matériau
métallique, ce traitement étant apte à minimiser ou
empêcher une attaque chimique de ce dépôt du matériau
métallique à partir de la partie supérieure de celui
ci, - on élimine la deuxième couche isolante, et - on réalise une attaque chimique du matériau
métallique déposé, de manière à obtenir les
micropointes à partir de ce matériau métallique.
Selon un premier mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de 1 invention, le dépôt du matériau métallique émetteur d'électrons est un dépôt électrolyque.
Selon un deuxième mode de mise en oeuvre particulier, le dépôt du matériau métallique émetteur d'électrons est un dépôt chimique encore appelé dépôt électroless .
Le traitement du dépôt du matériau métallique peut comprendre la formation d'un autre dépôt, sur ce dépôt du matériau métallique, d'un matériau apte à résister à ladite attaque chimique.
En variante, ce traitement peut comprendre la formation d'un autre dépôt, sur le dépôt du matériau métallique, de ce même matériau métallique, cet autre dépôt recouvrant partiellement la deuxième couche isolante.
Dans ce cas, cet autre dépôt peut avoir sensiblement la forme d'un chapeau de champignon, la hauteur de ce chapeau étant au moins égale au diamètre des trous formés dans la deuxième couche isolante.
Selon une autre variante, on peut donner à la deuxième couche isolante une surépaisseur telle que l'épaisseur totale de cette deuxième couche isolante soit de l'ordre du double du diamètre des trous formés dans la deuxième couche isolante ou supérieure au double de ce diamètre, le traitement comprenant alors la formation d'un dépôt du matériau métallique jusqu'au niveau supérieur de chaque trou formé dans la deuxième couche isolante.
Le matériau métallique peut être choisi dans le groupe comprenant le fer, le fer-nickel, le nickel, le chrome, le cuivre, l'or, l'argent et le cadmium.
Brève description des dessins
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe
schématique et partielle d'un écran plat,
la figure 2, déjà décrite, est une vue
schématique et partielle en perspective de cet
écran plat,
la figure 3, déjà décrite, illustre
schématiquement un procédé connu de fabrication
des micropointes d'une source d'électrons à
micropointes,
la figure 4, déjà décrite, illustre
schématiquement un autre procédé connu de
fabrication des micropointes d'une source
d'électrons à micropointes,
o la figure 5, déjà décrite, illustre
schématiquement des inconvénients de ces procédés
connus,
les figures 6A et 6B, déjà décrites, illustrent
schématiquement des étapes d'un autre procédé
connu de fabrication des micropointes d'une
source d'électrons à micropointes,
les figures 7 et 8 illustrent schématiquement
deux étapes d'un mode de mise en oeuvre
particulier du procédé objet de l'invention,
les figures 9, 10 et 11 illustrent
schématiquement trois traitements possibles d'un
matériau métallique émetteur d'électrons, à
partir duquel on veut former des micropointes,
les figures 12, 13 et 14 illustrent
schématiquement des étapes qui suivent
respectivement les traitements illustrés par les
figures 9, 10 et 11,
les figures 15A à 15D illustrent schématiquement
des étapes qui suivent l'étape illustrée par la
figure 12,
les figures 16A à 16D illustrent schématiquement
des étapes qui suivent l'étape illustrée par la
figure 13, et
les figures 1A à 17D illustrent schématiquement
des étapes qui suivent l'étape illustrée par la
figure 14.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe
schématique et partielle d'un écran plat,
la figure 2, déjà décrite, est une vue
schématique et partielle en perspective de cet
écran plat,
la figure 3, déjà décrite, illustre
schématiquement un procédé connu de fabrication
des micropointes d'une source d'électrons à
micropointes,
la figure 4, déjà décrite, illustre
schématiquement un autre procédé connu de
fabrication des micropointes d'une source
d'électrons à micropointes,
o la figure 5, déjà décrite, illustre
schématiquement des inconvénients de ces procédés
connus,
les figures 6A et 6B, déjà décrites, illustrent
schématiquement des étapes d'un autre procédé
connu de fabrication des micropointes d'une
source d'électrons à micropointes,
les figures 7 et 8 illustrent schématiquement
deux étapes d'un mode de mise en oeuvre
particulier du procédé objet de l'invention,
les figures 9, 10 et 11 illustrent
schématiquement trois traitements possibles d'un
matériau métallique émetteur d'électrons, à
partir duquel on veut former des micropointes,
les figures 12, 13 et 14 illustrent
schématiquement des étapes qui suivent
respectivement les traitements illustrés par les
figures 9, 10 et 11,
les figures 15A à 15D illustrent schématiquement
des étapes qui suivent l'étape illustrée par la
figure 12,
les figures 16A à 16D illustrent schématiquement
des étapes qui suivent l'étape illustrée par la
figure 13, et
les figures 1A à 17D illustrent schématiquement
des étapes qui suivent l'étape illustrée par la
figure 14.
Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers
Les figures 7 et 8 illustrent schématiquement deux étapes successives d'un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention.
Les figures 7 et 8 illustrent schématiquement deux étapes successives d'un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention.
Selon ce mode de mise en oeuvre particulier, on commence par former (figure 7) une structure 70 qui comprend - le substrat électriquement isolant 10 sur lequel sont
formés les conducteurs cathodiques 12, - la couche électriquement isolante 14 formée sur ces
conducteurs cathodiques, - la couche de grille 16 formée sur cette couche
électriquement isolante 14, et - une autre couche électriquement isolante 71 formée
sur la couche de grille 16 (étant entendu que, dans
d'autres modes de mise en oeuvre particuliers, la
structure pourrait ne comprendre qu'un seul
conducteur cathodique).
formés les conducteurs cathodiques 12, - la couche électriquement isolante 14 formée sur ces
conducteurs cathodiques, - la couche de grille 16 formée sur cette couche
électriquement isolante 14, et - une autre couche électriquement isolante 71 formée
sur la couche de grille 16 (étant entendu que, dans
d'autres modes de mise en oeuvre particuliers, la
structure pourrait ne comprendre qu'un seul
conducteur cathodique).
On voit également des trous sensiblement circulaires 18, 19 et 72 respectivement formés à travers la couche isolante 14, à travers la couche de grille 16 et à travers la couche isolante 71.
Les procédés permettant d'obtenir une telle structure sont connus dans l'état de la technique.
Les trous formés dans les couches 14 et 16 sont par exemple obtenus par photolithographie au moyen d'un masque de résine photosensible ( photoresist ).
A titre d'exemple, le substrat 10 est en verre, les conducteurs cathodiques sont en niobium ou sont constitués d'une bicouche niobium-nickel, la couche 14 est en silice et la couche de grille 16 est en niobium.
La couche isolante 71 peut être en silice ou être avantageusement constituée de la couche de résine photosensible ( photoresist ) qui a servi de masque pour faire les trous des couches 14 et 16.
On réalise ensuite un dépôt soit électrochimique soit chimique d'un matériau métallique 80au fond des trous 18 jusqu'à ce que ce matériau métallique arrive au niveau supérieur des trous 72, comme on le voit sur la figure 8.
Pour ce faire, on place la structure 70 dans un bain électrolytique approprié 74 (contenant des ions du matériau métallique à déposer) et l'on place également dans ce bain électrolytique un bloc 76 de ce matériau métallique.
On applique ensuite une tension électrique appropriée, grâce à une source de tension 78, entre les conducteurs cathodiques 12 et ce bloc 76.
Pour l'électrolyse, les conducteurs cathodiques 12 servent de cathode et le bloc 76 sert d'anode.
Le matériau métallique déposé 80 peut, comme on l'a déjà mentionné, être du fer, du nickel ou du fer-nickel par exemple, et constitue le matériau émetteur d'électrons.
Si l'on choisit comme matériau métallique le fer-nickel, on peut le déposer à partir d'un bain dont la composition est la suivante
NiCl2, 6H20 50 g.l-l
NiSO4, 6H20 21 g.l-l
FeSO4 2 g.l~
H3B03 25 g.l-l
Saccharinate de Na 0,8 g.l~1
On peut utiliser les conditions de dépôt suivantes
tension : 1 à 2V
densité de courant : 0,5 à 2 mA/cm2
température ambiante
pH : 2 à 3.
NiCl2, 6H20 50 g.l-l
NiSO4, 6H20 21 g.l-l
FeSO4 2 g.l~
H3B03 25 g.l-l
Saccharinate de Na 0,8 g.l~1
On peut utiliser les conditions de dépôt suivantes
tension : 1 à 2V
densité de courant : 0,5 à 2 mA/cm2
température ambiante
pH : 2 à 3.
On voit que le dépôt de matériau métallique 80 a sensiblement la forme d'un cylindre de révolution, les trous 18, 19 et 72 ayant sensiblement le même diamètre.
Pour minimiser ou empêcher l'attaque chimique de la partie supérieure du matériau émetteur 80, plusieurs solutions peuvent être envisagées.
L'une d'elle consiste à former par électrolyse un autre dépôt métallique 81 sur le sommet du dépôt de matériau métallique 80 précédent (figure 9), cet autre dépôt métallique 81 devant résister à l'attaque chimique du matériau émetteur d'électrons.
Par exemple le dépôt 81 peut être en or si le matériau émetteur est du Fe-Ni.
Une autre solution consiste à continuer le dépôt de matériau émetteur 80 (figure 10) de telle façon que celui-ci ait, au-dessus de la couche isolante 71, la forme d'un chapeau de champignon 80a dont la hauteur H est au moins égale au diamètre des trous 72.
Comme le montre la figure 11, on peut également, lors de l'élaboration de la structure 70, former une couche isolante 71 plus épaisse que celles qui sont utilisées pour la mise en oeuvre des procédés illustrés par les figures 9 et 10, l'épaisseur totale de la couche 71, dans le cas de la figure 11, étant de l'ordre du double du diamètre des trous 72 ou supérieure au double de ce diamètre, puis faire monter le dépôt du matériau émetteur 80 jusqu'au sommet des trous 72.
L'étape suivante consiste à graver la couche isolante 71 pour éliminer celle-ci.
Si l'on considère les trois variantes précédentes, schématiquement illustrées par les figures 9 à 11, on va alors obtenir les trois structures schématiquement représentées sur les figures 12, 13 et 14 qui correspondent respectivement aux figures 9, 10 et 11.
Dans le cas de la figure 12, on voit que la structure obtenue comprend des colonnettes en matériau métallique 80 qui sortent chacune d'un trou et dont le sommet est protégé par un dépôt 81.
Dans le cas de la figure 13, on voit que la structure obtenue comprend des champignons en matériau métallique 80 sortant chacun d'un trou.
Dans le cas de la figure 14, on voit que la structure obtenue comprend des colonnettes en matériau métallique 80 qui sortent chacune d'un trou et dont la hauteur h au-dessus de la couche 16 est d'environ deux fois le diamètre du trou 19 ou supérieure au double de ce diamètre.
On fait alors une attaque chimique du matériau 80 émetteur d'électrons.
Dans le cas d'une colonnette dont le sommet est protégé par un dépôt 81 résistant à cete attaque chimique (figure 12), cette dernière ne peut se faire que latéralement et dans les trous 18 et 19 correspondants.
Le diamètre de la colonnette va diminuer progressivement en même temps que l'on va creuser dans ces trous 18 et 19 et la colonnette va prendre successivement les formes indiquées sur les figures 15A, 15B et 15C.
Il se forme généralement une micropointe 82 et l'on arrête la gravure lorsque le sommet de cette micropointe est au niveau de la couche de grille 16 comme le montre la figure 15D.
Il est à noter que le dépôt 81 tombe au cours de l'attaque chimique.
Dans le cas du champignon (figure 13), il va y avoir attaque chimique latérale du pied 80b de ce champignon et attaque du dépôt 80 dans les trous 18 et 19 correspondants.
De plus, il va y avoir dissolution du chapeau 80a du champignon mais, si celui-ci a une taille suffisante, une micropointe 82 sera formée avant que le chapeau ne soit complètement dissous.
Il n'y aura donc pas de perturbation lors de la formation des micropointes.
Ceci est schématiquement illustré par les figures 16A, 16B, 16C et 16D.
Dans le cas d'une colonnette dont la hauteur au-dessus de la couche de grille 16 est au moins égale à deux fois le diamètre du trou correspondant (figure 14), l'attaque chimique se fera latéralement et dans le trou comme dans les cas précédents mais aussi sur la partie supérieure de la colonnette.
C'est pourquoi celle-ci doit avoir une hauteur suffisante pour que la micropointe correspondante 82 soit formée avant que la gravure à partir de la partie supérieure de la colonnette ne l'atteigne.
Ceci est schématiquement illustré par les figures 17A, 17B, 17C et 17D.
Si le dépôt élecrolytique du matériau métallique émetteur d'électrons est du fer-nickel, différentes solutions peuvent être utilisées pour l'attaque chimique de celui-ci, par exemple une solution dont la composition est la suivante
- acide nitrique 25 %
- acide acétique 25 %
- eau 50 %.
- acide nitrique 25 %
- acide acétique 25 %
- eau 50 %.
D'une façon générale, l'élaboration des micropointes conformément au procédé objet de l'invention est réalisée par une attaque chimique de barreaux métalliques émetteurs d'électrons encastrés dans des trous.
Ceci nécessite, pour éviter la perturbation que pourrait apporter la gravure de la partie supérieure de chaque barreau, soit de modifier la face supérieure de ce barreau par un traitement empêchant l'attaque de cette partie (ce traitement consistant par exemple à faire un dépôt métallique approprié ou un traitement de surface tel qu'une oxydation ou une nitruration par exemple) soit de donner à ce barreau une configuration permettant de repousser la face supérieure de celui-ci à une distance telle que, lors de l'attaque chimique, l'attaque de la cette face supérieure ne perturbe pas la formation de la micropointe correspondant à ce barreau.
L'intérêt du procédé objet de la présente invention est de permettre la fabrication de micropointes auto-alignées sur les trous de la couche de grille 16, au moyen d'une technique non directive, en milieu liquide isotrope.
Ce procédé objet de 1 invention est donc indépendant de la surface de la structure où l'on veut former les micropointes.
Précisons que, après avoir formé les micropointes, on termine ensuite la formation de la source d'électrons à micropointes en réalisant de manière connue, à partir de la couche de grille 16, des grilles parallèles (non représentées) faisant un angle avec les conducteurs cathodiques (mais s'il n'y avait qu'un conducteur cathodique, on garderait la couche de grille telle quelle).
Claims (8)
1. Procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes, procédé selon lequel - on fabrique une structure comprenant un substrat
électriquement isolant (10), au moins un conducteur
cathodique (12) sur ce substrat, une première couche
électriquement isolante (14) qui recouvre chaque
conducteur cathodique, une couche de grille
électriquement conductrice (16) qui recouvre cette
première couche électriquement isolante et une
deuxième couche électriquement isolante (71) qui
recouvre la couche de grille, - on forme des trous (18, 19, 72) à travers cette
deuxième couche électriquement isolante, la couche de
grille et la première couche électriquement isolante,
au niveau de chaque conducteur cathodique, et - on forme, dans chaque trou, une micropointe (82) qui
est faite d'un matériau métallique émetteur
d'électrons et qui repose sur le conducteur
cathodique correspondant à ce trou, ce procédé étant caractérisé en ce que la formation des micropointes comprend les étapes suivantes - on forme un dépôt (80) du matériau métallique
émetteur d'électrons au fond de chaque trou jusqu'à
ce que ce matériau métallique arrive au niveau
supérieur de ce trou, - on fait un traitement du dépôt du matériau
métallique, ce traitement étant apte à minimiser ou
empêcher une attaque chimique de ce dépôt du matériau
métallique à partir de la partie supérieure de celui
ci, - on élimine la deuxième couche isolante (71), et - on réalise une attaque chimique du matériau
métallique déposé, de manière à obtenir les
micropointes (82) à partir de ce matériau métallique.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dépôt du matériau métallique émetteur d'électrons est un dépôt électrolytique.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dépôt du matériau métallique émetteur d'électons est un dépôt chimique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le traitement du dépôt du matériau métallique comprend la formation d'un autre dépôt (81), sur ce dépôt du matériau métallique, d'un matériau apte à résister à ladite attaque chimique.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le traitement comprend la formation d'un autre dépôt, sur le dépôt du matériau métallique, de ce même matériau métallique, cet autre dépôt recouvrant partiellement la deuxième couche isolante (71).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel cet autre dépôt a sensiblement la forme d'un chapeau de champignon (80a), la hauteur < H) de ce chapeau étant au moins égale au diamètre des trous formés dans la deuxième couche isolante (71).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on donne à la deuxième couche isolante (71) une surépaisseur telle que l'épaisseur totale de cette deuxième couche isolante soit de l'ordre du double du diamètre des trous formés dans la deuxième couche isolante ou supérieure au double de ce diamètre, le traitement comprenant alors la formation d'un dépôt du matériau métallique jusqu'au niveau supérieur de chaque trou formé dans la deuxième couche isolante (71).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau métallique est choisi dans le groupe comprenant le fer, le nickel, le fer-nickel, le chrome, le cuivre, l'or, l'argent et le cadmium.
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