FR2860339A1 - Electron emitter device for electronic display, has current collection unit that is insulated from extraction grid and collects current from micro-emitter, and polarization units, one polarizing grid and another polarizing cathode - Google Patents

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Yohan Desieres
Pierre Nicolas
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Abstract

The device has a current collection unit (40) that is insulated from an extraction grid (26) and collects current transmitted from a micro-emitter (24). Polarization units (34, 23) polarize respectively the extraction grid and a cathode. An anode (36) controls the current emitted by the micro-emitter, based on the measurement of the emitted current.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE L'INTENSITE DES FAISCEAUX D'ELECTRONS EMIS PAR UNEDEVICE FOR MEASURING THE INTENSITY OF ELECTRON BEAMS EMITTED BY A

MATRICE DE SOURCES INDIVIDUELLESMATRIX OF INDIVIDUAL SOURCES

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR  DESCRIPTION TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART

L'invention se réfère au domaine des micro-émetteurs d'électrons. Ces micro-sources sont utilisées par exemple dans les nouvelles techniques d'affichage électronique ou encore dans de nouvelles applications d'écriture directe en nanolithographie. Les dispositifs associés utilisent en particulier des sources froides telles que les micropointes métalliques ou Silicium ou encore plus récemment les NTC (nanotubes de carbone).  The invention refers to the field of micro-electron emitters. These micro-sources are used, for example, in the new electronic display techniques or in new applications for direct writing in nanolithography. The associated devices use in particular cold sources such as metal micropoints or silicon or even more recently NTC (carbon nanotubes).

Le principe de fonctionnement d'une micro-source d'électrons est représenté sur la figure 1.  The operating principle of a micro-source of electrons is shown in FIG.

L'émission froide est basée sur le principe d'extraction par effet de champ dans une enceinte sous vide. Un courant Icath est fourni à la cathode 6. Un effet tunnel permet aux électrons d'être extraits de l'émetteur (sommet de la pointe 2) dans le vide, à l'aide de la tension d'extraction Vgext appliquée à la grille 8 d'extraction, puis d'être collectés sur une anode 4. Les émetteurs travaillant en émission froide sont considérés comme des sources de courant commandées en tension, le flux d'électrons émis obéissant aux équations de Flower-Nordheim.  The cold emission is based on the principle of extraction by field effect in a vacuum chamber. An Icath current is supplied to the cathode 6. A tunnel effect allows the electrons to be extracted from the emitter (top of the tip 2) in the vacuum, using the Vgext extraction voltage applied to the gate The emitters working in cold emission are considered as voltage-controlled current sources, the flow of emitted electrons obeying the Flower-Nordheim equations.

L'intensité des faisceaux électroniques générés est souvent le siège d'instabilités (notamment pour les émetteurs métalliques). Ces instabilités dans le temps peuvent être minimisées en adaptant le type de commande du micro-émetteur, par exemple avec un  The intensity of the electron beams generated is often the seat of instabilities (especially for metal emitters). These instabilities in time can be minimized by adapting the control type of the micro-transmitter, for example with a

DD

dispositif commandé avec une source 10 de courant constante dans le temps (figure 2) entre l'émetteur 2 et la cathode 6. Dans ce cas, un fonctionnement transitoire à haute fréquence n'est guère possible. En ce qui concerne les inhomogénéités spatiales entre les émetteurs, une couche résistive 13 peut être introduite au niveau de la cathode 6 pour uniformiser les courants émis par les différents émetteurs.  controlled device with a current source 10 constant in time (Figure 2) between the transmitter 2 and the cathode 6. In this case, transient operation at high frequency is hardly possible. As regards the spatial inhomogeneities between the emitters, a resistive layer 13 may be introduced at the cathode 6 to standardize the currents emitted by the different emitters.

Ces dispositifs peuvent donc être commandés 10 soit en courant, soit en tension.  These devices can therefore be controlled either by current or by voltage.

Par ailleurs, dans certains domaines, et notamment dans celui de la nanolithographie, le positionnement sur la cible (focalisation) et le nombre d'électrons émis doivent être contrôlés de manière précise.  Moreover, in certain areas, and in particular in the field of nanolithography, the positioning on the target (focusing) and the number of electrons emitted must be precisely controlled.

Plusieurs types de focalisation sont utilisés et peuvent être complémentaires avec la focalisation magnétique et/ou électrostatique à l'aide de grilles supplémentaires, notamment disponibles dans les microtechnologies.  Several types of focusing are used and can be complementary with the magnetic and / or electrostatic focusing with additional grids, especially available in microtechnologies.

Le contrôle du nombre d'électrons émis est généralement fait par un contrôle de courant pendant l'émission, ou plus globalement par un contrôle direct des charges émises. Ce contrôle est généralement pratiqué sur le courant émis par la cathode froide, au niveau même de l'émetteur 2 proprement dit, bénéficiant du fait que ces structures sont construites de manière collective sur des tranches Silicium sur lesquelles peut se développer du traitement électronique.  The control of the number of electrons emitted is generally done by a current control during the emission, or more generally by a direct control of the charges emitted. This control is generally performed on the current emitted by the cold cathode, at the actual level of the emitter 2, benefiting from the fact that these structures are collectively constructed on silicon wafers on which electronic processing can develop.

Le document EP 1249855 illustre ce concept de mesure de courant se faisant dans le pied de la cathode, qui permet de piloter en tension plusieurs grilles sur le parcours des électrons (grille d'extraction et grille de focalisation).  The document EP 1249855 illustrates this concept of measurement of current being done in the foot of the cathode, which makes it possible to control in voltage several grids on the path of the electrons (extraction grid and focusing grid).

L'art antérieur avec mesure du courant ou du nombre d'électrons émis par la cathode (dans le but de contrôler la dose d'électrons reçus par l'anode) présente des limitations: - une fraction de ce courant émis peut-être dérivée par la grille 8 d'extraction, - un courant de fuite non négligeable peut exister entre la cathode 6 et la grille 8 d'extraction, les courants capacitifs circulant dans la cathode 6 lors de la commutation de la grille d'extraction peuvent aussi fausser ce contrôle de dose.  The prior art with measurement of the current or the number of electrons emitted by the cathode (in order to control the dose of electrons received by the anode) has limitations: a fraction of this emitted current can be derived by the extraction grid 8, - a significant leakage current can exist between the cathode 6 and the extraction grid 8, the capacitive currents flowing in the cathode 6 during the switching of the extraction grid can also distort this dose control.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre ces problèmes.  DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention aims to solve these problems.

L'invention concerne un dispositif émetteur d'électrons, comportant un substrat, une cathode, des moyens émetteurs d'électrons, par exemple un ou plusieurs nanotubes ou une ou plusieurs micro-pointes, une grille d'extraction, une anode, des moyens de collection de courant, isolés de la grille d'extraction et disposés de manière à collecter une partie du courant émis par les moyens émetteurs, des moyens de mesure de cette partie de courant émis, et des moyens pour contrôler, en fonction d'une mesure de cette partie du courant émis, des moyens de polarisation des moyens émetteurs d'électrons, à savoir des moyens de polarisation de la grille d'extraction et/ou de la cathode.  The invention relates to an electron-emitting device, comprising a substrate, a cathode, electron-emitting means, for example one or more nanotubes or one or more micro-tips, an extraction grid, an anode, means current collection, isolated from the extraction grid and arranged to collect a portion of the current emitted by the emitter means, means for measuring this portion of current emitted, and means for controlling, according to a measurement of this part of the current emitted, polarization means of the electron emitting means, namely polarization means of the extraction grid and / or the cathode.

Selon l'invention, on sépare la fonction d'extraction d'électrons (par l'ensemble constitué par la grille d'extraction et le conducteur de cathode) de la fonction de mesure du courant d'anode. Des moyens de collection, par exemple une électrode ou une grille de collection, sont placés dans l'alignement du faisceau d'anode.  According to the invention, the electron extraction function (by the assembly consisting of the extraction grid and the cathode conductor) is separated from the anode current measurement function. Collection means, for example an electrode or a collection grid, are placed in alignment with the anode beam.

On peut donc mesurer une fraction connue du courant émis et en déduire le courant envoyé vers 10 l'anode.  It is therefore possible to measure a known fraction of the emitted current and to deduce the current sent to the anode.

Les moyens de collection de courant, qui peuvent aussi assurer une fonction de focalisation, permettent de recueillir une fraction du courant d'anode afin de contrôler la dose d'électrons effectivement envoyée vers cette anode. Un tel dispositif permet donc de s'affranchir des limitations de l'art antérieur, en particulier du courant éventuellement dérivé par la grille d'extraction et des courants de fuite entre la cathode et la grille d'extraction....  The current collection means, which can also provide a focusing function, make it possible to collect a fraction of the anode current in order to control the dose of electrons actually sent to this anode. Such a device thus makes it possible to overcome the limitations of the prior art, in particular the current possibly derived by the extraction grid and leakage currents between the cathode and the extraction grid.

L'invention concerne donc notamment un dispositif quadripolaire émetteur d'électrons, dans lequel le contrôle du nombre d'électrons émis vers l'anode est réalisé à l'aide de moyens, par exemple une grille, indépendants de la grille d'extraction des électrons.  The invention therefore particularly relates to a quadrupole electron emitter device, in which the control of the number of electrons emitted towards the anode is achieved using means, for example a grid, independent of the extraction grid of the electrons. electrons.

Les moyens de collection comportent par exemple une ou plusieurs électrodes ou grilles de collection.  The collection means comprise for example one or more electrodes or collection grids.

Les moyens de polarisation de la grille d'extraction ou de la cathode peuvent avantageusement fonctionner en impulsions.  The polarization means of the extraction grid or the cathode can advantageously operate in pulses.

Avantageusement, le substrat est un substrat CMOS, auquel cas des traversées électriques peuvent permettre de connecter les moyens de collection et la grille d'extraction au substrat CMOS.  Advantageously, the substrate is a CMOS substrate, in which case electrical feedthroughs may make it possible to connect the collection means and the extraction grid to the CMOS substrate.

Les moyens de collection du courant, en vue de sa mesure, sont par exemple séparés de la grille d'extraction par une couche de matériau diélectrique.  The current collection means, for the purpose of measuring it, are for example separated from the extraction grid by a layer of dielectric material.

Selon un autre mode de réalisation particulier, les moyens de collection sont reliés au dispositif classique d'émission par des moyens d'interconnexion électrique et mécanique tels qu'une micro-bille ou un pilier.  According to another particular embodiment, the collection means are connected to the conventional transmission device by electrical and mechanical interconnection means such as a micro-ball or a pillar.

Les moyens de mesure de courant peuvent être situés au niveau du substrat du dispositif classique d'émission ou au niveau du substrat servant à la réalisation des moyens de collection.  The current measuring means may be located at the level of the substrate of the conventional emission device or at the level of the substrate used for producing the collection means.

Les moyens de mesure de courant peuvent comporter un amplificateur sur lequel un condensateur ou une résistance est monté en contre-réaction. Un montage de mesure par miroir de courant est également possible.  The current measuring means may comprise an amplifier on which a capacitor or resistor is mounted in feedback. A current mirror measurement setup is also possible.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

- les figures 1-3 représentent des dispositifs de l'art antérieur, - les figures 4-10C illustrent des modes de réalisation ou des aspects spécifiques de dispositifs 30 et procédés selon l'invention.  1-3 illustrate prior art devices; FIGS. 4-10C illustrate embodiments or specific aspects of devices and methods according to the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION Un premier exemple d'un mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 4.  DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION A first example of an embodiment of the invention is shown in FIG.

Selon cet exemple, un dispositif d'émission d'électrons selon l'invention comporte un dispositif classique d'émission formé d'un support de base 15 sur lequel est développé une première structure, ou des premiers moyens, d'émission 22. Cette structure comporte une cathode 20, un micro-émetteur 24 (pointe ou nanotube) et une première grille d'extraction 26, la distance grille d'extraction-cathode étant réglée par l'épaisseur d'un diélectrique 28, qui est par exemple de l'ordre du micromètre. Des moyens de polarisation 34 et/ou 23 permettent de polariser respectivement la grille d'extraction et la cathode et ainsi de commander le courant émis par le micro-émetteur.  According to this example, an electron-emitting device according to the invention comprises a conventional emission device formed of a base support 15 on which is developed a first structure, or first transmission means 22. structure comprises a cathode 20, a micro-emitter 24 (tip or nanotube) and a first extraction grid 26, the extraction gate-cathode distance being regulated by the thickness of a dielectric 28, which is for example the order of the micrometer. Polarization means 34 and / or 23 make it possible to bias the extraction grid and the cathode respectively and thus to control the current emitted by the micro-transmitter.

Le dispositif de l'invention comprend égelement des moyens 40 de collection, par exemple comportant une électrode ou une grille de collection, peuvent être positionnées au-dessus du site d'émission. Ils sont reliés à des moyens 42 de mesure du courant.  The device of the invention also comprises collection means 40, for example having an electrode or a collection gate, can be positioned above the emission site. They are connected to means 42 for measuring the current.

Ces moyens de collection sont donc placés sur le trajet des électrons émis afin d'en prélever une partie et de permettre le passage du reste des électrons émis vers l'anode. Pour cela, des orifices (ou ouvertures) sont prévus au niveau de ces moyens de collection. Ces orifices peuvent être circulaires, ovales ou rectangulaires, ils peuvent également présenter d'autres géométries avantageuses. Comme illustré sur les figures 10A et 10B ils peuvent aussi avoir la forme de secteurs circulaires 100, 102, 104 ou encore la forme illustrée en figure 10C (cercle échancré).  These collection means are placed in the path of the emitted electrons in order to take a part and allow the passage of the rest of the emitted electrons to the anode. For this, orifices (or openings) are provided at these collection means. These orifices may be circular, oval or rectangular, they may also have other advantageous geometries. As illustrated in FIGS. 10A and 10B, they may also have the shape of circular sectors 100, 102, 104 or the shape illustrated in FIG. 10C (indented circle).

On peut, en fonction de la géométrie choisie et de la polarisation appliquée, déterminer, d'après les lois classiques de l'optique et de l'électromagnétique, la part des électrons collectés et celle des électrons effectivement transmis vers l'anode. Ainsi, la mesure du courant collecté donnera une indication précise des électrons arrivant sur l'anode (et donc de la dose émise).  Depending on the geometry chosen and the polarization applied, it is possible to determine, according to the classical laws of optics and electromagnetics, the part of the electrons collected and that of the electrons actually transmitted towards the anode. Thus, the measurement of the collected current will give a precise indication of the electrons arriving on the anode (and therefore of the emitted dose).

Par rapport à un orifice circulaire, ces orifices découpés des figures 10A - 10C permettent la collection d'électrons à plusieurs niveaux de faisceau électronique et pas uniquement au niveau des bords du faisceau, permettant ainsi d'être moins sensibles aux inhomogénéités qui peuvent apparaître sur les bords.  With respect to a circular orifice, these cut-out orifices of FIGS. 10A-10C make it possible to collect electrons at several electron beam levels and not only at the edges of the beam, thus making it possible to be less sensitive to the inhomogeneities that may appear on the electron beam. edges.

Ces orifices ont typiquement, en fonction de l'application envisagée, des diamètres de l'ordre de quelques dixièmes de microns à quelques microns pour les dispositifs monolithiques (figure 7), des diamètres de l'ordre de quelques microns à quelques dixièmes de microns pour les dispositifs hybrides (figures 8A, 8B).  These orifices typically have, depending on the application envisaged, diameters of the order of a few tenths of a micron to a few microns for the monolithic devices (FIG. 7), diameters of the order of a few microns to a few tenths of a micron. for hybrid devices (FIGS. 8A, 8B).

Les moyens 40 sont isolés et séparés des grilles 26, à l'aide d'un diélectrique 32 dans le mode de réalisation de la figure 4.  The means 40 are isolated and separated from the grids 26 by means of a dielectric 32 in the embodiment of FIG. 4.

Les variables d'ajustement de ces moyens 40 sont par exemple le diamètre du trou 41, si il s'agit d'une électrode vue comme un diaphragme, ou sa polarisation, si elle est vue comme une électrode de refocalisation. Le niveau de polarisation de ces moyens se situera par exemple à quelques volts au-dessus du niveau de polarisation de la cathode.  The adjustment variables of these means 40 are for example the diameter of the hole 41, if it is an electrode seen as a diaphragm, or its polarization, if it is seen as a refocusing electrode. The polarization level of these means will be for example a few volts above the polarization level of the cathode.

Les moyens 40 de collection de courant sont positionnés dans l'axe d'émission, la distance par rapport à la première grille d'extraction 26 étant réglée par l'épaisseur de la couche diélectrique 32.  The current collection means 40 are positioned in the transmission axis, the distance relative to the first extraction grid 26 being regulated by the thickness of the dielectric layer 32.

En plaçant les moyens 42 de mesure de courant (ampèremètre) dans le circuit d'alimentation des moyens de collection, il est possible de mesurer le faisceau électronique, ou une grandeur proportionnelle au courant d'anode, et d'interagir sur le courant du micro-émetteur, soit via la commande de la grille d'extraction 26 et/ou via la commande de la cathode 20. Un ajustement peut être fait à l'aide de moyens 36 de contreréaction. Ces moyens de contre-réaction peuvent par exemple être composés d'un convertisseur courant tension associé à un module d'amplification et au besoin à un inverseur. Ils permettent ainsi, à partir du courant collecté au niveau de la grille de collection, d'établir la tension à appliquer au niveau de la cathode et/ou de la grille d'extraction. L'invention permet donc de mettre en oeuvre des moyens de contrôle et de régulation de courant d'anode séparés de la grille d'extraction.  By placing the current measurement means 42 (ammeter) in the supply circuit of the collection means, it is possible to measure the electron beam, or a quantity proportional to the anode current, and to interact with the current of the micro-transmitter, either via the control of the extraction grid 26 and / or via the control of the cathode 20. An adjustment can be made using means 36 of counter-reaction. These feedback means may for example be composed of a voltage current converter associated with an amplification module and, if necessary, an inverter. They thus make it possible, from the current collected at the level of the collection gate, to establish the voltage to be applied at the level of the cathode and / or the extraction grid. The invention thus makes it possible to use anode current control and regulation means separated from the extraction grid.

Les grilles 26 sont de type métallique. Plus généralement elles sont conductrices (par exemple en Silicium Polycristallin).  The grids 26 are of metal type. More generally they are conductive (for example Polycrystalline Silicon).

Les pointes émettrices 24 sont conductrices, par exemple en Silicium ou en molybdène.  The emitter tips 24 are conductive, for example silicon or molybdenum.

La grille d'extraction 26 a par exemple une épaisseur de quelques centaines de nm à quelques micromètres.  The extraction grid 26 has for example a thickness of a few hundred nm to a few micrometers.

L'épaisseur du diélectrique 28 est typiquement de quelques centaines de nm (par exemple comprise entre 0.4 et 0.7}gym).  The thickness of the dielectric 28 is typically of a few hundred nm (for example between 0.4 and 0.7 μm).

Le diélectrique 32 peut avoir une épaisseur comprise entre 1 pm ou quelques micromètres et quelques mm, par exemple 5 mm.  The dielectric 32 may have a thickness of between 1 μm or a few micrometers and a few mm, for example 5 mm.

L'épaisseur de la grille collectrice 40 peut varier entre, par exemple, 0. 1 pm (en réalisation intégrée) à quelques centaines de micromètres (en réalisation hybride), par exemple 500 pm.  The thickness of the collecting gate 40 may vary between, for example, 0. 1 pm (integrated embodiment) to a few hundred micrometers (in hybrid embodiment), for example 500 pm.

La distance entre le substrat 20 et l'anode 36 est environ de 1 mm pour l'application envisagée.  The distance between the substrate 20 and the anode 36 is about 1 mm for the intended application.

Elle peut varier de 10 pm à 10 mm selon l'application.  It can vary from 10 pm to 10 mm depending on the application.

Un premier générateur de tension 34 établit par exemple une ddp positive entre la première grille d'extraction 26 et la cathode 20 pour permettre aux électrons de s'échapper de la pointe dans le vide. Le faisceau d'électrons s'oriente vers l'anode 36 avec une certaine ouverture angulaire. Pour recueillir les électrons, l'anode 36 est par exemple portée à quelques centaines de Volts positivement. Les moyens 40 collectent des électrons, que les moyens 42 convertissent en mesure de courant, information que les moyens 36 peuvent utiliser pour réguler l'extraction des électrons en fonction, par exemple, d'une valeur de consigne du courant émis.  A first voltage generator 34 for example establishes a positive ddp between the first extraction grid 26 and the cathode 20 to allow the electrons to escape from the tip in a vacuum. The electron beam is oriented towards the anode 36 with a certain angular opening. To collect the electrons, the anode 36 is for example increased to a few hundred volts positively. The means 40 collect electrons, which the means 42 convert into current measurement, information that the means 36 can use to regulate the extraction of electrons as a function, for example, of a set value of the emitted current.

Les fréquences de fonctionnement de la source sont de préférence dans le domaine des hautes fréquences, au-delà de 1 Mhz.  The operating frequencies of the source are preferably in the high frequency range, above 1 Mhz.

La réalisation physique des micro-sources connues selon l'art antérieur impose des structures non idéales, telles que représentées sur la figure 5A. Des capacités parasites, entre la pointe 24 et la grille 40 induisent, notamment, des courants de déplacement importants, au moment des commutations.  The physical realization of the known microwires according to the prior art imposes non-ideal structures, as represented in FIG. 5A. Spurious capacitances between the tip 24 and the gate 40 induce, in particular, large displacement currents at the moment of switching.

Dans le cas d'une commande par la grille d'extraction (figure 5A), le potentiel de cathode est maintenu à une tension constante, le potentiel de la grille d'extraction est lui pulsé entre un niveau haut et un niveau bas (voir la tension Vg sur le chronogramme de la figure 5B). Le niveau haut correspond à une période pendant laquelle le micro-émetteur émet, le niveau bas correspond à une période pendant laquelle le micro-émetteur n'émet pas (voir le courant la d'anode sur la figure 5B).  In the case of a control by the extraction grid (FIG. 5A), the cathode potential is maintained at a constant voltage, the potential of the extraction grid is pulsed between a high level and a low level (see FIG. the voltage Vg on the timing diagram of FIG. 5B). The high level corresponds to a period during which the micro-transmitter emits, the low level corresponds to a period during which the micro-transmitter does not emit (see the anode current in Figure 5B).

Selon l'invention il est possible, à partir du courant Ig collecté au niveau de la grille de collection (proportionnel au courant d'anode dans sa partie centrale), d'agir sur le potentiel de la grille d'extraction pour moduler l'émission du micro-émetteur.  According to the invention it is possible, from the current Ig collected at the collection gate (proportional to the anode current in its central part), to act on the potential of the extraction gate to modulate the emission of the micro-transmitter.

On peut pour cela, soit moduler le niveau haut de la tension Vg, soit modifier la durée d'émission en jouant sur la durée de ce niveau haut.  This can be done either by modulating the high level of the voltage Vg, or by changing the duration of transmission by varying the duration of this high level.

On peut constater, sur la figure 5B, qu'au moment des commutations du potentiel de la grille d'extraction, des pics de courant importants, transitoirement au niveau du courant de la grille de collection. Il peut donc être intéressant de différer la mesure du courant de collection de manière à éviter les perturbations liées à ces commutations.  It can be seen in FIG. 5B that, at the time of the commutations of the potential of the extraction grid, significant current peaks transiently at the level of the current of the collection gate. It may therefore be interesting to defer the measurement of the collection current so as to avoid disturbances related to these switches.

Les figures 6A et 6B illustrent un dispositif analogue au dispositif des figures 5A et 5B mais dans ce cas, la commande du micro-émetteur est régie par la cathode. Le potentiel de la grille d'extraction est donc constant alors que le potentiel de cathode est pulsé entre un niveau haut et un niveau bas, ce dernier niveau correspondant à la période d'émission du micro-émetteur.  Figures 6A and 6B illustrate a device similar to the device of Figures 5A and 5B but in this case, the control of the micro-transmitter is governed by the cathode. The potential of the extraction grid is therefore constant while the cathode potential is pulsed between a high level and a low level, the latter level corresponding to the emission period of the micro-transmitter.

Selon l'invention, on peut à partir du courant Ig collecté, agir sur le potentiel de la cathode (Vcathode) pour moduler l'émission du microémetteur. On peut pour cela moduler en amplitude ou en durée le niveau bas de la tension de cathode.  According to the invention, it is possible from the collected Ig current to act on the potential of the cathode (Vcathode) to modulate the emission of the microemitter. This can be done by modulating in amplitude or duration the low level of the cathode voltage.

On peut constater, figure 6B, que le courant collecté dans ce cas est moins sensible aux commutations de la tension de cathode que dans le cas précédent.  It can be seen in FIG. 6B that the current collected in this case is less sensitive to switching of the cathode voltage than in the previous case.

Quelque soit le mode de réalisation envisagé il est possible, comme illustré en figure 7, de réaliser le dispositif de l'invention comprenant un micro-émetteur 24, comprenant une cathode, une grille d'extraction 26 et une grille de collection sur un substrat CMOS 60. Des traversées électriques 50, 52 sont réalisées afin de connecter les grilles d'extraction 26 et de collection 40 au substrat CMOS 60, dans lequel sont situés des blocs de contrôle de courant et de commande de grilles. Ces blocs de traitement utilisent une technologie mixte LV/HV (basse tension/haute tension), le contrôle et la commande se faisant en LVCMOS et le pilotage de l'émission en HVCMOS. Un procédé de fabrication collective permet d'aligner la grille de collection 40 sur la pointe émissive 24.  Whatever the embodiment envisaged, it is possible, as illustrated in FIG. 7, to produce the device of the invention comprising a micro-transmitter 24, comprising a cathode, an extraction grid 26 and a collection gate on a substrate. CMOS 60. Electrical bushings 50, 52 are made to connect the extraction gates 26 and the collection gates 40 to the CMOS substrate 60, in which current control and gate control blocks are located. These processing units use a mixed LV / HV technology (low voltage / high voltage), the control and control is done in LVCMOS and the control of the emission in HVCMOS. A collective manufacturing method makes it possible to align the collection grid 40 on the emissive tip 24.

La grille de collection peut, comme illustré sur la figure 8A, être rapportée au-dessus d'un dispositif classique d'emission, une connexion électrique et un support mécanique pouvant être réalisés par des moyens 70 d'hybridation, par exemple une micro-bille 70 ou tout autre moyen d'interconnexion (pilier, via,...) . En fait, la grille ou les moyens de collection sont reliés par les moyens 70 à une zone 71 conductrice, située dans le dispositif classique d'émission au niveau de la grille d'extraction mais isolée dans cette grille d'extraction par la zone isolante 27 (par exemple SiO2). Dans ce cas, il n'y a plus de diélectrique entre la grille 26 et les moyens de collection 40, les moyens d'hybridation 70 permettant de maintenir un écart entre ces éléments qui assure, combiné avec la zone isolante 27, l'effet d'isolation entre eux.  The collection gate may, as illustrated in FIG. 8A, be attached above a conventional transmission device, an electrical connection and a mechanical support can be made by means of hybridization means, for example a micro-wave. ball 70 or any other means of interconnection (pillar, via, ...). In fact, the grid or collection means are connected by the means 70 to a conductive zone 71 located in the conventional emission device at the extraction grid but isolated in this extraction grid by the insulating zone. 27 (for example SiO2). In this case, there is no more dielectric between the gate 26 and the collection means 40, the hybridization means 70 for maintaining a gap between these elements which ensures, combined with the insulating zone 27, the effect insulation between them.

Dans le cas illustré sur la figure 8A, il s'agit d'une grille de collection passive , où les moyens 42 de mesure de courant et le traitement du courant collecté sont localisés dans le substrat CMOS 60.  In the case illustrated in FIG. 8A, it is a passive collection gate, where the current measurement means 42 and the treatment of the collected current are located in the CMOS substrate 60.

Des billes d'hybridation 70 sont par exemple composées d'alliages fusibles de métaux. Les billes peuvent être de forme circulaire, oblongue ou de toute autre forme, en forme de tampon ou de champignon notamment.  Hybridization beads 70 are for example composed of fusible alloys of metals. The beads may be circular, oblong or any other form, in the form of buffer or mushroom in particular.

La hauteur de ces billes d'hybridation 70 permet de contrôler l'espacement entre l'électrode 41 et le substrat qui contient les moyens 24 d'émission. Les billes d'hybridation ont de préférence des dimensions micrométriques, ces microbilles ayant de préférence une taille comprise entre un micromètre et plusieurs centaines de micromètres.  The height of these hybridization balls 70 makes it possible to control the spacing between the electrode 41 and the substrate which contains the emission means 24. The hybridization beads preferably have micrometric dimensions, these microbeads preferably having a size of between one micrometer and several hundred micrometers.

De tels moyens d'hybridation permettent de maintenir une distance assez précise d'écartement entre les moyens 40 et la grille d'émission 26, typiquement de l'ordre de quelques centaines de microns et ce, avec une précision de l'ordre d'une fraction de microns.  Such hybridization means make it possible to maintain a fairly precise spacing distance between the means 40 and the emission gate 26, typically of the order of a few hundred microns, and this, with a precision of the order of a fraction of microns.

Les techniques d'hybridations permettent en outre de contrôler l'alignement par superposition des ouvertures 41 de diaphragme par rapport aux sources émettrices 24, ce qui permet un auto-alignement entre les moyens d'émission de faisceaux d'électrons et les moyens 40, avant de procéder à la fixation de l'ensemble. La fixation s'effectue par exemple par tamponnage et/ou par soudure partielle des billes d'hybridation en alliage fusible selon les techniques d'hybridation, par exemple décrites dans Electronic production and test-Advanced packaging p32-34 Avril 1999.  The hybridization techniques also make it possible to control the superposition alignment of the diaphragm apertures 41 with respect to the emitting sources 24, which allows a self-alignment between the electron beam emitting means and the means 40, before proceeding to fix the whole. The fixing is carried out for example by buffering and / or by partial welding of the fusible alloy hybridization beads according to the hybridization techniques, for example described in Electronic Production and Test-Advanced Packaging p32-34 April 1999.

Comme illustré sur la figure 8B, une tranche Silicium peut être utilisée comme substrat pour réaliser la grille de collection. Ce substrat pourra alors également être utilisé pour réaliser, au même niveau que la grille de collection, les moyens de mesure de courant et de traitement associé. On pourra ainsi parler de grille de collection active .  As illustrated in FIG. 8B, a silicon wafer can be used as a substrate for producing the collection gate. This substrate can then also be used to perform, at the same level as the collection grid, the current measuring means and associated processing. We can talk about active collection grid.

Un avantage de cette variante est d'augmenter la surface disponible pour réaliser les blocs de traitement électronique et surtout de différencier la partie analogique basse tension au niveau du substrat silicium de la grille 40 de collection, et la partie analogique 34 de commutation haute tension au niveau du substrat silicium 60 de base, limitant ainsi, entre autres, les problèmes de parasitage entre ces deux parties et permettant par ailleurs l'emploi de deux substrats de technologies complètement différentes.  An advantage of this variant is to increase the available area to achieve the electronic processing blocks and especially to differentiate the low voltage analog portion at the silicon substrate of the gate 40 collection, and the analog portion 34 of high voltage switching at base silicon level 60, thus limiting, inter alia, interference problems between these two parts and also allowing the use of two substrates completely different technologies.

L'exemple de la figure 9A illustre les moyens de mesure du courant d'un signal de mesure est amplifié par un amplificateur 80 sur lequel un condensateur 82 est monté en contre réaction. Il est alors possible de convertir le courant mesuré en tension, grandeur plus facilement exploitable avec un nombre limité de composants (CTIA). La variation de la tension de sortie s'exprime alors par: AVS(G) - Igate * T Cfb où T représente le temps d'intégration du courant, ou le temps d'analyse. Cette structure est assez peu sensible aux variations rapides du courant. La valeur du condensateur 82 est par exemple de l'ordre de 10fF, ce qui conduit à des sensibilités de l'ordre de 20pV/électron.  The example of FIG. 9A illustrates the means for measuring the current of a measurement signal which is amplified by an amplifier 80 on which a capacitor 82 is mounted in counter-reaction. It is then possible to convert the measured current into voltage, which is more easily exploitable with a limited number of components (CTIA). The variation of the output voltage is then expressed by: AVS (G) - Igate * T Cfb where T represents the integration time of the current, or the analysis time. This structure is not very sensitive to rapid changes in the current. The value of the capacitor 82 is for example of the order of 10 fF, which leads to sensitivities of the order of 20 pV / electron.

La structure illustrée en figure 9B, avec une résistance 84 de contreréaction, permet de représenter des variations instantanées de tension de sortie sur des variations instantanées du courant d'entrée. La variation de tension de sortie s'exprime dans ce cas.  The structure illustrated in FIG. 9B, with a counter-reaction resistor 84, makes it possible to represent instantaneous variations of output voltage on instantaneous variations of the input current. The variation of output voltage is expressed in this case.

AVs = - R.Igate Enfin, la figure 9C illustre un montage avec mesure par miroir de courant: une image du courant de grille de collection Ig peut être mise à profit pour générer un courant de différence Iref -Ig, qui peut être exploité.  Finally, FIG. 9C illustrates an assembly with current mirror measurement: an image of the collection gate current Ig can be used to generate a difference current Iref -Ig, which can be exploited.

Un dispositif selon l'invention, quel que soit le mode de réalisation envisagé, permet de compenser des non-uniformités spatiales technologiques ou les non-uniformités des sources d'électrons connues.  A device according to the invention, whatever the embodiment envisaged, makes it possible to compensate for technological non-uniformities in space or the non-uniformities of the known electron sources.

Les divers modes de réalisation exposés ci-dessus illustrent une seule pointe émettrice 24, mais l'invention s'applique à un ensemble d'émetteurs ou de pointes émettrices, par exemple disposées en matrice, chaque émetteur étant muni de moyens tels que les moyens de collection 40. Ces moyens peuvent, selon le cas, être communs à un ensemble d'émetteurs. On peut ainsi réaliser une matrice de sources individuelles fonctionnant de la manière décrite ci-dessus et avec les avantages exposés.  The various embodiments described above illustrate a single emitting tip 24, but the invention applies to a set of emitters or emitting points, for example arranged in a matrix, each emitter being provided with means such as the means These means may, depending on the case, be common to a set of transmitters. It is thus possible to make an array of individual sources operating in the manner described above and with the advantages disclosed.

Claims (16)

REVENDICATIONS 1. Dispositif émetteur d'électrons, comportant un substrat (15,60) , une cathode (20) , des moyens (24) émetteurs d'électrons, une grille (26) d'extraction, une anode (36), des moyens (40) de collection de courant, isolés de la grille d'extraction et disposés de manière à collecter un partie du courant émis par les moyens émetteurs, des moyens (42) de mesure du courant collecté, et des moyens (36) pour contrôler, en fonction d'une mesure du courant collecté, le courant émis par les moyens émetteurs d'électrons.  An electron emitting device comprising a substrate (15, 60), a cathode (20), electron emitting means (24), an extraction grid (26), an anode (36), means (40) current collection, isolated from the extraction grid and arranged to collect a portion of the current emitted by the emitter means, means (42) for measuring the collected current, and means (36) for controlling , as a function of a measurement of the collected current, the current emitted by the electron emitting means. 2. Dispositif selon la revendication 1, 15 les moyens émetteurs d'électrons comportant au moins une micro-pointe ou un nanotube.  2. Device according to claim 1, the electron emitting means comprising at least one microtip or nanotube. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, les moyens (40) de collection du courant comportant au moins une électrode ou une grille de collection.  3. Device according to one of claims 1 or 2, the means (40) of current collection comprising at least one electrode or a collection gate. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, les moyens de contrôle du courant émis par les moyens émetteurs d'électrons comprenant des moyens (34) de polarisation en impulsions de la grille (26) d'extraction.  4. Device according to one of claims 1 to 3, the current control means emitted by the electron emitting means comprising means (34) of polarization in pulses of the grid (26) of extraction. 5. Dispositif selon l'une des 30 revendications 1 à 3, les moyens de contrôle du courant émis par les moyens émetteurs d'électrons comprenant des moyens (23) de polarisation en impulsions de la cathode.  5. Device according to one of claims 1 to 3, the means for controlling the current emitted by the electron emitting means comprising means (23) for biasing the pulses of the cathode. 6. Dispositif selon l'une des 5 revendications 1 à 5, le substrat étant un substrat CMOS (60).  6. Device according to one of claims 1 to 5, the substrate being a CMOS substrate (60). 7. Dispositif selon la revendication 6, des traversées électriques permettant de connecter les 10 moyens (40) de collection et la grille (26) d'extraction au substrat CMOS (60).  7. Device according to claim 6, electrical bushings for connecting the collection means (40) and the extraction grid (26) to the CMOS substrate (60). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, les moyens de collection étant 15 isolés de la grille d'extraction (26) par une couche de matériau diélectrique (32).  8. Device according to one of claims 1 to 7, the collection means being isolated from the extraction grid (26) by a layer of dielectric material (32). 9. Dispositif selon la revendication 8, la couche de matériau diélectrique ayant une épaisseur 20 comprise entre 0.1 pm et 500 pm.  9. Device according to claim 8, the layer of dielectric material having a thickness of between 0.1 μm and 500 μm. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, les moyens (40) de collection étant reliés par des moyens (70) d'interconnexion électrique et mécanique tels qu'une micro-bille ou un pilier à une zone conductrice (71).  10. Device according to one of claims 1 to 7, the means (40) of collection being connected by means (70) of electrical and mechanical interconnection such as a micro-ball or a pillar to a conductive zone (71). ). 11. Dispositif selon la revendication 10, les moyens (42) de mesure de courant étant situés dans 30 le substrat.  11. Device according to claim 10, the means (42) for measuring current being located in the substrate. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, les moyens (40) de mesure de courant étant réalisé sur un substrat sur lequel se situent les moyens de collection.  12. Device according to one of claims 1 to 10, the means (40) for measuring current being formed on a substrate on which are located the collection means. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, les moyens (42) de mesure de courant comportant un amplificateur (80) sur lequel un condensateur (82) ou une résistance (84) est monté en contre-réaction.  13. Device according to one of claims 1 to 12, the current measuring means (42) comprising an amplifier (80) on which a capacitor (82) or a resistor (84) is mounted in feedback. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, les moyens (42) de mesure de courant comportant un montage de mesure par miroir de courant.  14. Device according to one of claims 1 to 12, the means (42) for measuring current comprising a current mirror measurement mounting. 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, les moyens de collection comportant un orifice (41).  15. Device according to one of claims 1 to 14, the collection means comprising an orifice (41). 16. Dispositif selon la revendication 15, l'orifice étant circulaire ou comportant des secteurs circulaires (100, 102, 104).  16. Device according to claim 15, the orifice being circular or having circular sectors (100, 102, 104).
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