FR2780808A1 - Dispositif a emission de champ et procedes de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif à émission de champ comprenant au moins une cathode (1) plane en matériau conducteur à faible affinité électronique située sur une face (20) d'un substrat (2) portant une couche d'un matériau diélectrique (4) laquelle possède au moins une cavité (40) dans laquelle est située la cathode. Une grille en matériau conducteur (5) est située sur la couche diélectrique (4), et possède une ouverture (50) centrée par rapport à la cavité (40).Le matériau conducteur à faible affinité électronique est un matériau déposé sous forme amorphe.L'invention prévoit différentes variantes de réalisation et de procédés de fabrication.Application : Canons à électrons - Dispositifs de visualisation.
Description
DISPOSITIF A EMISSION DE CHAMP
L'invention concerne un dispositif d'affichage à émission de champ. Elle est applicable aux écrans de visualisation de type écrans plats et notamment des écrans de haute résolution (pas de pixel de 100 pm), de forte luminance (jusqu'à 500 cd/m2) et de faible consommation. Elle est applicable également à la réalisation d'une source électronique planaire de
micro-canons applicable notamment dans la microlithographie.
Un écran à émission de champ (en Anglais FED, Field Emission Display) est schématiquement composé d'une cathode, d'une anode et d'un espace interélectrode sous vide. La cathode est une matrice d'émetteurs d'électrons qui illuminent l'anode o sont disposés différents phosphores, c'est à dire les récepteurs. Comme à chaque émetteur correspond un récepteur, la résolution d'un écran à vision directe est définie par le pas inter
pixel avec lequel celui-ci est fabriqué.
Pour les petits écrans (diagonale inférieure à 14 pouces) et de
haute résolution, ce pas est de l'ordre de 100 à 300 pm par 100 à 300 pm.
L'écran à vision directe le plus résolu est sans doute l'écran avionique qui doit être fabriqué avec un pas de pixel de l'ordre de 100 par 100 pm. En affichage couleurs, le pas des points images est supérieur car un point
image est composé de trois pixels rouge, vert et bleu.
Afin d'éviter le phénomène de bavage des couleurs, il faut que 99% des électrons émis par un émetteur viennent frapper le récepteur qui lui correspond. La dimension du faisceau (fT par fT), émis par un émetteur de taille fE par fE, au niveau de l'anode est égale à: fT (pm) = fE + 2X, 2X étant l'élargissement du faisceau par rapport à sa taille initiale. Par exemple, pour une taille d'émetteur de 40 par 40 pm, il faut que X soit inférieur ou égal à 30 Pm. Si chaque élément émet un faisceau d'électrons de vitesse initiale
vy dans un cône de demi angle q, on peut écrire que la distance anode-
cathode dca est donnée par la formule: d qE t2 + v t dcat a m 2m c avec: E: champ cathode anode (V/m) m: masse électron: 9.1 1031 kg -19 q: charge électron 1.6 10 C t: temps de transit cathode-anode (s) v0: composante orthogonale de vi (m/s) Comme - mv = qEi et que v = v cosO 2 0 i qE1: énergie initiale des électrons (eV) On obtient alors: 2 8mEicos 2m d t2 +) i 2 t - 2E dca = La solution de cette équation est: I 12mEj cos 0 2mdça _2mEj cos 0 t=I2 qE2 qE qE2 2_qE.i Comme X = vpt = sinO. t m vp: composante parallèle de v; (m/s) on obtient: Es2 cos2 0 E E.2 cos2 0 X = 2 sinG +d) X = 2'iné 1| E2 +dca E -( E2 X2= -5siné 0dc +Ecos 0 - cos 2EE Généralement (voir exemples décrits par la suite), afin d'éviter des phénomènes de claquage cathode-anode, dca est choisie égale à
d,,(mm) = 1/2 Va (kV), ce qui correspond à un champ E = 2.106 V/m.
On notera que pour des électrons faiblement énergétique (1 eV), E. le terme E cos2 0 devient négligeable. En effet, E
E. E.
-cos2 Ei < 5.10-7m " dca
E E
La contrainte sur la luminosité (500cd/m2) correspond à une luminosité de 1600 Lm/m2 et donc à 1,6 10-5 Lm par pixel (pixel de 100 par pm). En considérant un rendement des phosphores de 5 LmIW (pour des électrons d'énergie 5 keV), on obtient 3,2 pW par pixel qui correspond à un courant moyen de 0,64 nA. Comme chaque pixel émet durant le temps d'adressage de la ligne correspondante, le courant d'émission par pixel doit être de 0,64 pA (pour un écran 1000 lignes). Ce courant de pixel correspond respectivement à des densités de courant de 10 mA/cm2, 18 mA/cm2, et 40 mA/cm2 pour des sources émissives de 80 par 80 pm, 60 par 60 pm, et 40
par 40 pm.
Afin de déterminer un critère de qualité d'un écran vis à vis de la puissance dissipée pour son fonctionnement, on peut définir un paramètre caractéristique de la puissance nécessaire pour passer d'un pixel noir à un
pixel blanc.
1 CpVs2can p _ _ ca 2 tc avec Cp,: capacité d'un pixel, Vscan: différence entre la tension d'adressage d'un pixel blanc et d'un pixel noir, et tc le temps de charge du pixel qui est de l'ordre de 10 ps. Par conséquent, on a: P (PW) = 0,05. Cp(pF). Vscan2 On notera que dans le cas d'un écran à cristaux liquides (Cp=0,6
pF et V,,scan = 10V), ce paramètre P est égal à 3 pW.
Dans la technique des écrans à effet de champ, on connaiît l'écran fabriqué par la Société Pixtech [1]. Cet écran utilise une cathode à pointes à émission de champ. Chaque émetteur est composé d'environ 30 pointes ou plus. D'après S.T. Purcell et al. [2], le faisceau émis par ce type de cathode est composé d'électrons primaires d'énergie initiale inférieure d'environ 10
eV à la tension de grille et d'électrons secondaires d'énergie moyenne 7 eV.
Si on considère des électrons d'énergie initiale 90 eV (tension de grille = 100 V) émis dans un cône de demi angle d'environ 30 et frappant une anode polarisée à 400 V, on obtient une distance dca égale à 0.2 mm, X = 69 pm. Comme la surface émettrice semble être d'environ 40 pm, selon l'axe pour lequel le pas de pixel est 100 pm, on obtient une dimension de faisceau de l'ordre de 180 pm. D'après Futaba [1], 4T est égal à 230pm pour 95% des o électrons émis par un émetteur. Afin d'obtenir une dimension de faisceau inférieure à 100 pm, Futaba et Pixtech utilisent la technique de l'anode commutée: dual anode [1] et triple anode [3]. Dans ces configurations, une anode commutée est bordée d'anodes non sélectionnées donc non polarisées. Il en résulte une focalisation des électrons sur l'anode 1 5 sélectionnée. La taille du faisceau au niveau de l'anode est alors inférieure à pm. Cependant, la distance inter anode étant de l'ordre de 30 pm, il
semble impossible d'utiliser une tension d'anode élevée (supérieure à 1 kV).
Les phosphores basse tension ayant un mauvais rendement, les résultats actuels sont peu satisfaisants car l'écran obtenu est faiblement lumineux: 80
cd/m2 au lieu de 500 cd/m2 pour un écran avionique.
La capacité d'un pixel étant de: Cp = Eo.S erS. -= 0,09pF e e: épaisseur silice entre grille et base de la pointe: 1 pm gr (silice): 4 S: surface de recouvrement par pixel: 50 par 50 pm On obtient P (pW) = 0,05. Cp(pF). Vsc,,2 = 4 pW avec Vscan = 30
V soit une valeur équivalente à celle obtenue pour un écran à cristal liquide.
Afin d'obtenir un écran lumineux de haute résolution, il faut un écran fonctionnant avec une tension d'anode de 4 kV à 6 kV et pour lequel le paramètre X soit faible (z30 pm). Pour ce faire, il faut que le faisceau émis
par la cathode soit peu divergent et peu énergétique.
On connaît des matériaux à faible affinité électronique, tels que du carbone à structure diamant. Il s'agit d'un matériau émissif en champ faible par exemple pour un champ situé entre 1 et 50 V par pm, dont l'émissivité est attribuée couramment à la faible affinité électronique du matériau mais qui peut être due à d'autres phénomènes. Dans la suite de la
description, on appellera ce matériau: " matériau à faible affinité
électronique " comme cela se fait dans la technique. Ces matériaux présentent le gros avantage d'émettre des électrons pour des champs d'extraction faibles (de l'ordre de 10 V/pm). Comme il est facile d'obtenir de tels champs sur une couche mince plane, Il n'est alors plus nécessaire de façonner des pointes, ce qui facilite le procédé de fabrication. Par exemple, dans une cathode à pointes, il est indispensable de contrôler le diamètre
des trous dans la grille d'extraction à 0,1 pm près [7].
W. Zhu et al. [8] ont étudié des dépôts de diamant polycristallin obtenu par CVD (chemical vapour deposition) et ont montré que la densité d'émission augmentait fortement avec la densité de défauts que contiennent les films. Certaines conditions de dépôt permettent d'obtenir des couches présentant, pour des champs de l'ordre de 30 V/pm, des densités de courant de 10 mA/cm2, soit une valeur suffisante pour fabriquer un écran de luminosité 300 cd/m2. Cependant les propriétés émissives des films semblent peu uniformes car elles dépendent beaucoup de la rugosité (de
l'ordre de la taille de grain t 5 pm) et de la densité de défauts [9].
L'invention concerne donc une structure de dispositif à émission de champ fonctionnant sous faible tension dont la cathode présente un bon
état de surface.
L'invention concerne donc un dispositif à émission de champ comprenant au moins une cathode en matériau à faible affinité électronique caractérisé en ce que le matériau à faible affinité électronique est un
matériau amorphe ou cristallin.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront
plus clairement dans la description faite à titre d'exemple et dans les figures
annexées qui représentent: - les figures la à lc, un exemple de base du dispositif à émission de champ selon l'invention; - les figures 2a, 2b, 2c, des variantes du dispositif de la figure lb; - les figures 3a à 3e, un procédé de réalisation du dispositif de la figure lb; - les figures 4a à 4e, un procédé du dispositif de la figure 2b; - les figures 5a à 5c, un procédé de réalisation du dispositif de la figure 2c; - la figure 6, l'application de l'invention à un micro-canon à électrons; - les figures 7a à 7d, un autre procédé de réalisation du dispositif de l'invention; les figures 8a à 8c, une variante du procédé des figures 7a à 7d; - les figures 9a à 9e et 1 Oa à 1 Od, d'autres variantes de procédé 1 5 de réalisation selon l'invention; - la figure 11, un dispositif d'éclairage simplifié selon l'invention; - les figures 12a et 12b, un exemple de réalisation d'une matrice active; - les figures 13a, 13b, 14, des variantes de réalisation de la
matrice active selon l'invention.
En se reportant aux figures la à lc, on va donc décrire un
exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
La figure la représente une structure de base du dispositif selon l'invention appliqué à un dispositif de visualisation. Ce dispositif comporte,
sur un substrat 2, une couche 21 en matériau à forte affinité électronique.
Sur cette couche 21 est située au moins un élément 1 en matériau à faible affinité électronique, appelé cathode. L'élément 1 est de préférence plan ou quasiment plan. En vis-à-vis de la cathode à une distance dca de la cathode se trouve une couche de matériau conducteur appelé anode. La cathode se
présente sous forme d'une couche.
La couche 21 est de préférence conductrice et permet de commander électriquement la cathode. Dans la mesure o le substrat
présente les propriétés de la couche 21, celle-ci peut être omise.
Selon l'invention, la cathode est en matériau déposé sous forme amorphe de façon à présenter un bon état de surface. Sa structure cristalline peut être éventuellement modifiée par un traitement après dépôt (traitement thermique ou laser). Ce matériau peut être par exemple non limitatif en carbone avec la structure suivante: a-C:H; a-C:H:N Les figures lb et ic représentent un dispositif d'émission plus complet dans lequel est prévu une grille 5 qui, portée à un potentiel approprié, permet de faciliter l'extraction des électrodes de la cathode et leur transmission à l'anode. Cette grille 5 est réalisée sur une couche isolante 4 qui entoure la cathode 1. La cathode est située dans une cavité 40 réalisée dans la couche 4. Les dimensions de la cavité mesurée dans un plan parallèle au plan 20 du substrat sont supérieures aux dimensions de la cathode. La paroi 41 de la cavité est donc à une distance déterminée de la cathode. En figure 1 c, on voit donc que le diamètre de la cathode est inférieur au diamètre de la cavité. Par ailleurs, la grille 5 présente une ouverture 50 dont les dimensions mesurées parallèlement à la face 20 sont inférieures aux dimensions de la cavité. Sur la figure lc, le diamètre de l'ouverture 50 est inférieur au diamètre de la cavité et supérieur à celui de la cathode. De cette façon, lors d'une excitation et d'une émission d'électrons par la cathode, les électrons n'auront pas tendance à être dirigés sur la paroi 41 de la cavité 40. Cela évitera que cette paroi se charge et perturbe
l'émission électronique.
La figure 2a représente une variante du dispositif des figures l a à lc selon laquelle la cathode 1 fait partie d'une couche uniforme 6 dans laquelle les parties 60, 61 qui encadrent la cathode 1 sont en matériau à forte affinité électronique. Sous application d'une tension (celle appliquée à la cathode) ces parties 60, 61 n'auront pas tendance à émettre des électrons. L'avantage de cette structure est que les flancs latéraux de la cathode ne participent pas à l'émission électronique. On obtient donc un
faisceau d'électrons moins divergent.
La figure 2b représente la structure de la figure 2a dans laquelle la couche 6 et la cathode sont réalisées sur une couche conductrice 22. Sur cette structure, sont réalisées la couche d'isolant 4 et la grille 5 comme en figure lb. La figure 2c représente une variante dans laquelle la couche 6
n'est située uniquement que dans la cavité 40.
De plus, selon la variante de la figure 2c, la cathode à des dimensions (diamètre par exemple) supérieures à celles de l'ouverture 50 de la grille. Dans ces conditions, la grille fait fonction de diaphragme et détermine la section droite du faisceau d'électrons. Par exemple, la cathode peut avoir 1 pm de diamètre et le diamètre de l'ouverture peut être de 100 nm. En se reportant aux figures 3a à 3e, on va maintenant décrire un
procédé de réalisation de la structure de cathode et grille de la figure 1 b.
1 ère étape (figure 3a): réalisation sur un substrat 2, d'une couche 21 d'un matériau ayant une forte affinité électronique puis d'une couche 23 à matériau à faible affinité électronique. Le matériau de la couche 21 peut être
un matériau conducteur électrique.
2ème étape (figure 3b): dépôt d'un plot 24 en résine par cathode à réaliser. Ce plot est réalisé par lithographie e-beam. Son diamètre est de 0,1 pm à quelques pm, par exemple, selon le type de cathode à réaliser. 3ème étape (figure 3c): gravure de la couche 23 (par exemple
dans un plasma d'oxygène), ce qui définit la cathode 1.
4ème étape (figure 3d): retrait de la résine située au-dessus de la cathode et réalisation d'une couche d'isolant 4 et d'une couche d'un
matériau conducteur 51.
ème étape (figure 3e): réalisation d'une ouverture 50 dans la
couche 51 puis réalisation de la cavité 40 jusqu'à dégager la cathode 1.
L'ouverture 50 est alignée avec la cathode 1. La cavité 40 peut être réalisée par attaque chimique jusqu'à ce que les parois 41 de la cavité soient à une
distance déterminée de la cathode 1.
Le procédé des figures 4a à 4e permet de réaliser la structure de
la figure 2b.
Les 1ère et 2ème étapes (voir figures 4a et 4b) sont similaires aux
1 ère et 2ème étapes précédentes.
3ème étape (figure 4c): pour la cathode de type de la figure 2a, un traitement de surface permet de supprimer la faible affinité électronique du matériau en-dehors des zones protégées par le plot 24. Plusieurs types de traitement peuvent être utilisés (plasma, implantation ionique, dépôt d'un film à forte affinité électronique,...). Ce matériau étant obtenu dans des conditions spécifiques, un traitement de surface à l'aide d'ions obtenus par plasma ou implantation ionique permet de modifier la structure ou la composition d'un matériau à faible affinité électronique. Par exemple, des groupes électronégatifs OH sont connus pour accroître l'affinité électronique de la surface diamant. Une autre possibilité est de déposer un film très mince (quelques nm) ayant une forte affinité électronique (par exemple un
lo métal).
4ème étape (figure 4d): dépôt des couches d'isolant et
conductrice 4 et 51.
ème étape (figure 4e): gravure d'une ouverture 50 dans la couche 51 et d'une cavité 40 dans la couche 4 comme dans la 5ème étape
1 5 précédente.
Le procédé des figures 5a à 5c permet de réaliser la structure de
la figure 2c.
On réalise les trois premières étapes du procédé correspondant aux figures 3a à 3c ou les trois premières étapes du procédé correspondant aux figures 4a à 4c. La différence réside dans le fait que le plot de résine 24 est de diamètre supérieur à celui des réalisations précédentes; il est par
exemple de 0,4 pm (voir figure 5a).
4ème étape (figure 5b): réalisation de la couche isolante 4 et de
la couche conductrice 51.
5ème étape (figure 5c): réalisation de l'ouverture 50 et de la cavité 40. Dans ce procédé, I'ouverture 50 a un diamètre inférieur à celui de la cathode et est par exemple de 0,1 pm. On notera que dans ce cas,
l'alignement de la cathode 1 et de la grille 5 est moins critique.
L'invention est également applicable à la réalisation de micro-
canons utilisable par exemple dans la technique de microlithographie.
La réalisation des micro-canons (voir figure 6) s'obtient en déposant sur la structure de la figure 4d par exemple, un isolant 4' et un film conducteur 5' dans lesquels on grave une ouverture 50' de diamètre = 10 pm afin de former l'électrode de focalisation ainsi qu'une cavité 40'. Puis dans la couche 51, on grave l'ouverture 50 et on réalise la cavité 40 dans la couche 4. La cavité 40' entoure l'ouverture 50 de la grille 5 et la grille 5' entoure la cavité 40'. Ce micro-canon permet alors d'obtenir un faisceau d'intensité = 10 pA et de diamètre t 50 nm. Notons que ce diamètre peut
être réduit par diminution de la taille de l'émetteur.
Une matrice de micro-canons comprend de l'ordre de 1 million de microcanons qui permettent d'écrire sur un champ d'environ 5 par 5 cm. Par conséquent, chaque canon écrit sur une zone de 50 par 50 pm. Le déplacement est effectué au niveau de l'échantillon à l'aide de moteurs
piézoélectriques comme dans le cas d'équipements de lithographie actuels.
La commande des cathodes ainsi décrites peut se faire par commutation. Dans un arrangement matriciel de cathodes on peut prévoir un point de commutation par cathode ce qui permet de réaliser une matrice active. La figure 12a représente un dispositif de visualisation à émission de champ comportant un transistor de commande à effet de champ réalisé sensiblement dans le même plan que la cathode. On retrouve, sur la figure 12a, I'anode 3, la grille 5 et la cathode 1. La couche 21 en matériau conducteur sur laquelle est réalisé la cathode est connectée au drain d'un transistor TR. Le transistor TR est réalisé sur la même face du substrat 2 que la couche 21. On trouve donc les couches de semiconducteurs constitutives du transistor à effet de champ ainsi que la grille et la source du transistor. La figure 12b représente un micro- canon d'électrons similaire à celui de la figure 6. Le transistor à effet de champ de commande est de
constitution similaire à celui de la figure 12a.
La réalisation d'une matrice active de micro-canons s'obtient en
associant un circuit d'adressage et de pilotage des différents microcanons.
Durant l'écriture à une position donnée de l'échantillon, les données requises pour l'exposition à la position suivante, sont échantillonnées dans la capacité Cs de chaque pixel. Après déplacement de l'échantillon à traiter d'un incrément de 50 nm, les données sont simultanément transférées sur la capacité Ct et donc sur la grille du transistor de commutation jusqu'à ce que Ct soit remise à la masse par le transistor de remise à zéro. La tension appliquée sur le transistor de commutation fixe le courant de drain de ce transistor et donc le courant d'émission de chaque micro-canon. Par conséquent, la dose reçue par l'échantillon est égale au produit du courant
d'émission par l'inverse de la fréquence de synchronisation.
La figure 13a représente la commande d'une cathode dans lequel le (ou les) transistors de commande sont réalisés en volume, c'est-à-dire dans l'épaisseur du substrat. La figure 13a représente un dispositif de visualisation dans lequel on retrouve à nouveau: l'anode 3, la grille 5 et la cathode 1. La couche conductrice 21 sur laquelle est réalisée la cathode 1 est connectée par un plot conducteur 60 à travers deux couches d'isolant
61, 62 au drain 63 d'un transistor de commutation.
La figure 13a représente à titre d'exemple d'autres transistors TR2 et TR3 permettant de commander en cascade la commutation du transistor TRI. La grille 64 du transistor TR1 est connectée au drain 66 par une connexion 65 située entre les deux couches isolantes 61 et 62 et qui traverse la couche 62 pour être connectée à la grille 64 et au drain 66. Le
transistor TR3 est connecté de manière similaire au transistor TR2.
La figure 13b représente l'application de la structure de commande de la figure 13a au micro-canon décrit en relation avec la figure 6. La figure 14 représente un dispositif dans lequel la commande est
réalisée par la commutation du potentiel appliqué à la grille 5 du dispositif.
Le transistor TR est ainsi réalisé sous forme planaire sur la face du substrat
et le drain du transistor est connecté à la grille 5.
En se reportant aux figures 7a à 7d, on va décrire une variante de
procédé de réalisation d'un dispositif à émission de champ selon l'invention.
Sur un substrat 2, on réalise successivement une couche conductrice à forte affinité électronique 21, un élément plan 23 en matériau à faible affinité électronique, une couche isolante 4, une couche conductrice 51. Sur cette couche, on réalise un masque en résine 6 présentant un élément central entouré d'un élément périphérique (figure 7a). Les zones des couches 4 et 51 non masquées sont gravées (figure 7b). Une gravure supplémentaire est faite dans l'élément 23 ce qui permet d'obtenir la cathode 1. Enfin, les couches 4, 51 situées au-dessus de la cathode 1 ainsi que le masque de résine sont enlevés. Au cours de cette opération, l'isolant 4 est attaqué de façon à obtenir des flancs 41 qui se trouvent en retrait par
rapport aux bords de la grille 5 (figure 7d).
La figure 7a prévoit que l'élément 23 en matériau à faible affinité électronique occupe une surface déterminée. La zone de l'élément central est au-dessus de cette surface et la zone de l'élément périphérique n'est
pas au-dessus de cette surface.
Les figures 8a à 8c représentent un procédé similaire du procédé des figures 7a à 7d. La différence de ce procédé réside dans le fait que la cathode 1 est réalisée dans une couche 23 qui occupe la totalité de la surface du dispositif. Cette couche 23 est ensuite gravée (figure 8b). Puis les couches de matériaux situées au-dessus de la cathode et le masque en io résine sont enlevées. Dans cette opération, il subsiste dans la cavité 40, des portions 24 et 25 de la couche 23 qui peuvent être, dans certains cas, la
source d'émissions parasites.
La figure 8a représente en vue de dessus une forme circulaire de
réalisation du masque en résine.
Les figures 9a à 9e, une autre variante de procédé de réalisation
du dispositif selon l'invention.
Dans ce procédé, l'élément en matériau à faible affinité électronique est recouvert par une couche 7 en matériau à forte affinité
électronique (figure 9a).
A travers le masque de résine 6, on grave les couches 4 et 51 (figure 9b). Cette gravure peut être prolongée pour attaquer plus profondément la couche 51 (figure 9c). Ensuite, on grave la couche 7 à forte affinité électronique de façon à définir la cathode 1 dans la couche 21 qui ne
se trouve plus couverte par la couche 7 (figure 9d).
Ensuite, le masque 6 est supprimé. Eventuellement, une gravure supplémentaire attaque plus profondément la couche 4 pour élargir la cavité
au niveau de la couche 4 (figure 9e).
Les figures 10 à 10d représentent une autre variante du procédé
de réalisation du dispositif selon l'invention.
Jo L'élément 23 en matériau à faible affinité électronique est réalisé sur le substrat 2. Cet élément est partiellement recouvert par une couche en matériau à forte affinité électronique dans une zone comprise dans la future cavité 40 à réaliser, mais laissant libre l'emplacement de la cathode 1 (figure a). Sur cet ensemble sont réalisées une couche d'isolant 4 et une couche de matériau conducteur 51. Dans ces couches est réalisée la cavité 40
(figure 1 Ob).
Ensuite, un dépôt d'une couche 8 en matériau à forte affinité électronique (métal) est réalisé sur l'ensemble (figure 10 Oc) de façon à définir la cathode 1. Enfin, les couches de matériaux situées sur la cathode 1 sont
enlevées (figure 10d).
Dans ce qui précède, il a été prévu de réaliser des couches en matériau à forte affinité électronique 7 et 8 (voirs figures 9 et 10). Ces couches peuvent résulter d'un traitement de la couche en matériau à faible affinité électronique 23 tel qu'un traitement chimique ou bombardement ionique de surface de façon à transformer la surface traitée pour qu'elle
présente une forte affinité électronique.
Sur la figure 1 Ob, la couche 7 présente une ouverture de
dimensions intermédiaires de celles des zones centrale et périphérique.
La figure 11 représente une variante simplifiée du dispositif de l'invention. Ce dispositif comporte une couche 1 en matériau à faible affinité électronique. Sur cette couche sont disposées des éléments 43 telles que des billes en matériau isolant. Sur ces billes est disposée une plaque perforée 5 (ou un grillage). Pour être utilisé, par exemple en émetteur de lumière, ce dispositif est complété par une anode recouverte d'un matériau cathodoluminescent (luminophore) et placé en vis-à-vis de l'ensemble cathode 1, grille 5. En mode d'émission, ce dispositif permet ainsi d'exciter
l'ensemble des luminophores de l'anode.
Claims (17)
1. Dispositif à émission de champ comprenant au moins une cathode (1) en matériau conducteur à faible affinité électronique caractérisé en ce que le matériau conducteur à faible affinité électronique est un
matériau déposé sous forme amorphe.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode est située sur une face (20) d'un substrat (2) portant une couche d'un matériau diélectrique (4) laquelle possède au moins une cavité (40) dans laquelle est située la cathode, une grille en matériau conducteur (5) étant située sur ladite couche diélectrique (4), ladite grille possédant une
ouverture (50) centrée par rapport à la cavité.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (50) et supérieure à celui de la cathode est de dimensions mesurées selon un plan parallèle à la face (20) du substrat, supérieures à
celles de la cathode.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dimensions de la cavité (40) mesurée selon le plan de la face (20) du
substrat (2) sont supérieures aux dimensions analogues de l'ouverture (50).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les
dimensions de l'ouverture (50) sont inférieures à celles de la cathode (1).
6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face (20) du substrat (2) porte une couche (21) en matériau à forte affinité
électronique sur laquelle est située la cathode (1).
7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cathode (1) est entourée par une couche (6) en matériau à forte affinité
électronique.
8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face (20) du substrat (2) porte les éléments (grille, source drain) d'un
transistor de commande, le drain étant connecté à la cathode (1).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cathode est située sur une couche conductrice (21) située sur le substrat et
connectée au drain du transistor.
10. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cathode est située sur une couche conductrice (21) laquelle est située sur au moins une couche isolante (61, 62) elle-même située sur ladite face (20) du substrat, un transistor (TR1I) étant situé sur cette face (20) du substrat, et en ce qu'au moins un élément de connexion électrique (60) connecté à la
couche conductrice (21) traverse ladite couche isolante (61, 62).
11. Dispositif de visualisation appliquant le dispositif selon l'une
des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une anode
(3) disposée parallèlement au plan de la cathode (1).
12. Dispositif de canon à électrons appliquant le dispositif selon
l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une autre couche de matériau diélectrique (4') située sur ladite grille (5) et possédant une cavité (40') entourant l'ouverture (50) de ladite grille (5); - une grille secondaire (5') entourant la cavité (40') de ladite
autre couche de matériau diélectrique (4').
13. Procédé de réalisation d'un dispositif à émission de champ comprenant les étapes suivantes: a) réalisation sur un substrat des différentes couches successives suivantes: - une couche en matériau à faible affinité électronique (23); - une couche de diélectrique (4); - une couche conductrice (5); b) réalisation d'un masque sur cet ensemble de couches de façcon à masquer une zone centrale et une zone périphérique et à laisser libre une zone intermédiaire (40); c) gravure de l'ensemble de couches dans la zone intermédiaire
(40);
d) retrait du masque et retrait, dans la zone centrale, de la couche
condutrice et de la couche de diélectrique.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche en matériau à faible affinité électronique occupe une surface de dimensions déterminées et en ce que: - la zone centrale est entièrement au-dessus de cette surface;
- la zone périphérique n'est pas au-dessus de cette surface.
15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé
en ce que: - l'étape a) prévoit la réalisation sur la couche à faible affinité électronique d'une première couche à forte affinité électronique (7) comportant une ouverture de dimensions intermédiaires de celles des zones centrale et périphérique; - la gravure de l'étape c) n'est réalisée uniquement que dans la couche conductrice et dans la couche diélectrique; - après l'étape de gravure on réalise une deuxième couche d'un matériau à forte affinité électronique (8) au moins dans la zone
gravée à l'étape c).
16. Procédé de réalisation d'un dispositif à émission de champ comprenant les étapes suivantes: a) réalisation sur un substrat des différentes couches successives suivantes: - une couche à faible affinité électronique (23); - une couche à forte affinité électronique (7); - une couche de diélectrique (4); - une couche conductrice (5); b) réalisation d'un masque sur cet ensemble de couches de façon à laisser libre une zone de masquage correspondant à la surface de la cathode à réaliser; c) gravure de l'ensemble dans ladite zone de masquage exceptée
la couche à faible affinité électronique (23).
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les couches à forte affinité électronique (7) et (8) sont réalisées sous forme d'un traitement de la couche à faible affinité électronique de façon à la
transformer en couche à forte affinité électronique.
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