FR2900499A1 - Dispositif a emission de champ - Google Patents

Abstract

En modelant une couche de catalyseur à une échelle micrométrique et en construisant des nanotubes (103) sur celle-ci, la zone d'émission est constituée de nombreux petits îlots d'émission. Chaque îlot d'émission comporte des nanotubes finis (103) à densité nominale. Du fait du très grand nombre d'espaces entre les îlots d'émission, relativement plus de nanotubes (103) sont exposés à la région du bord de l'émetteur, ce qui accroît efficacement l'espacement mutuel moyen des nanotubes (103). L'effet d'arrêt de champs est ainsi très réduit.

Description

B07-1518FR 2900499 1 Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Dispositif à

émission de champ

Invention de : LI Yun GRIMMOND Brian James LU Hai BUI Pierre André MICHAEL Joseph Darryl

Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 24 avril 2006 sous le n 11/408.888

2 DISPOSITIF A EMISSION DE CHAMP La présente invention concerne de façon générale les émetteurs de champs et, en particulier, des émetteurs de champs utilisant des nanotubes.

L'émission de champ par cathode froide survient lorsque le champ électrique local à la surface d'un conducteur approche environ 109 volts par mètre (v/m). Dans ce régime de champ, la barrière de travail d'extraction est suffisamment réduite pour permettre un effet tunnel électronique depuis la bande de conduction vers la bande vide, même à de basses températures. Pour obtenir les puissants champs locaux avec des champs macroscopiques réalisables expérimentalement, les sources d'émission de champ ont ordinairement été constituées par des objets pointus tels que des fils soumis à une attaque chimique, des cônes microfabriqués ou des conducteurs à nanostructure tels que des nanotubes en carbone (NTC). Un problème dont la solution a posé à des difficultés consiste en ce que de tels émetteurs de champs présentent un manque d'uniformité du courant. Puisque le courant d'émission est extrêmement sensible au champ électrique, l'emplacement, la hauteur, le diamètre, le travail d'extraction et l'absorbance des objets pointus auront tous une grande incidence sur le courant d'émission final. En raison de la grande hétérogénéité du courant, le courant total ne peut pas avoir une trop grande intensité sans endommager un site présentant une telle densité extrêmement élevée du courant. Par conséquent, une bonne manière de maîtriser l'uniformité du courant est très souhaitable. On a également découvert que des nanotubes de carbone à garnissage dense servant d'émetteurs de champs sur une cathode arrêtent en fait le champ électrique issu des uns et des autres, ce qui réduit donc le courant d'émission et aboutit éventuellement à une émission non uniforme d'électrons depuis la cathode. Géométriquement, un seul Emetteur de Champ (EC) peut être simplement perçu comme un mince tube cylindrique avec une extrémité ouverte ou fermée. Lorsque celui-ci est plongé dans une région à potentiel uniforme, par exemple entre une anode et une cathode planes, la forme du corps du EC, qui est à un potentiel de terre, provoque une déformation du champ de potentiel. En particulier, près du haut du EC, où le rayon de courbure est beaucoup plus petit que la longueur du tube, le champ de potentiel est contraint à épouser le rayon et il en résulte un champ électrique amplifié à la surface du EC, dans le haut. A mesure qu'un nombre de plus en plus grand de EC

3 sont placés à proximité immédiate les uns des autres, la très forte déformation du champ de potentiel due à la courbure des différents tubes est réduite, ce qui réduit à son tour la quantité totale du courant d'électrons à effet tunnel. Dans la limite d'un nombre infini de tubes placés au contact les uns des autres, la déformation est totalement supprimée et on retrouve l'effet d'une cathode lisse, uniforme et plane, et une augmentation d'au moins 3 à 4 ordres de grandeur du potentiel appliqué est nécessaire pour produire un champ électrique amplifié du fait de la géométrie intrinsèque d'un EC individuel.

En modelant une couche de catalyseur à une échelle micrométrique et en construisant des nanotubes sur celle-ci, la zone d'émission formée se présente sous la forme de nombreux petits îlots d'émission. Chaque îlot d'émission est constitué par des nanotubes finis à densité nominale. Du fait des espaces entre les îlots d'émission, relativement plus de nanotubes sont exposés aux régions des bords à l'intérieur de l'émetteur, ce qui accroît efficacement l'espacement mutuel moyen des nanotubes. De la sorte, l'effet d'arrêt de champs est fortement réduit. Un autre avantage de la présente invention est que, puisque chaque microémetteur émet de façon indépendante des électrons, un élément limiteur de courant, tel qu'une mince couche résistive, peut être ajouté sous chaque émetteur individuel afin de limiter son courant. L'élément de limitation de courant forme un circuit de contre-réaction afin de limiter le courant maximal d'émission de chaque émetteur. Une émission de champs plus uniforme peut être obtenue depuis une grande surface sans la formation de points chauds locaux, ce qui a un grand effet sur l'amélioration de la fiabilité du dispositif et le courant maximal total d'émission.

On a esquissé de façon assez large ci-dessus les caractéristiques et les avantages techniques de la présente invention afin que la description détaillée ci-après de l'invention puisse être mieux comprise. Des aspects et avantages supplémentaires de l'invention seront décrits ci-après.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : la Fig. 1 illustre une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 2 illustre une autre forme de réalisation possible de la présente invention ;

4 la Fig. 3 illustre une forme de réalisation d'un exemple de masque perforé servant à produire une cathode d'émission de champs selon une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 4 représente un autre masque perforé servant à produire une cathode d'émission de champs selon une forme de réalisation de la présente invention ; les figures 5 à 8 représentent encore d'autres masques perforés possibles servant à produire des cathodes d'émission de champs selon des formes de réalisation de la présente invention ; les figures 9A ù 9F illustrent un procédé de fabrication d'une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 10 représente une image numérique d'une cathode créée selon une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 11 représente une image numérique d'une émission de champ depuis un point d'une cathode froide selon une forme de réalisation de la présente invention la Fig. 12 représente une image numérique d'une émission de champ depuis un point d'une cathode froide selon une forme de réalisation de la présente invention

la Fig. 13 représente un tableau indiquant le courant extrait d'un pixel de diode configuré selon une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 14 représente le courant extrait pour des dispositifs à un seul point ; la Fig. 15 représente un dispositif d'affichage à diodes agencé selon des formes de réalisation de la présente invention ; la Fig. 16 représente un dispositif de radiographie agencé selon des formes de réalisation de la présente invention ; la Fig. 17 représente une diode de pixel agencée selon une forme de réalisation de la présente invention ; la Fig. 18 représente un graphique présentant un courant extrait, comparant un dispositif à plusieurs points à des dispositifs à un seul point ; la Fig. 19 illustre une simulation Opéra d'un champ électrique sur des sections transversales d'émetteurs circulaires ; la Fig. 20 représente une autre forme de réalisation de la présente invention ; et la Fig. 21 représente un tableau donnant des données de courant pour des dispositifs agencés selon une autre forme possible de réalisation de la présente invention.

5 Dans la description ci-après, de nombreux détails spécifiques sont fournis, comme des configurations spécifiques de cathodes, etc., pour assurer une parfaite compréhension de la présente invention. Cependant, il sera évident, pour les spécialistes de la technique, que la présente invention peut être mise en oeuvre sans ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des circuits bien connus ont été représentés sous la forme de schémas de principe afin de ne pas encombrer la présente invention par des détails inutiles. Le plus souvent, les détails concernant des considérations de synchronisation et autres ont été omis dans la mesure où ces détails ne sont pas nécessaires pour réussir à comprendre entièrement la présente invention et entrent dans les compétences de spécialistes ordinaires de la technique concernée.

On consultera maintenant les dessins, sur lesquels les éléments illustrés ne sont pas forcément représentés à l'échelle et sur lesquels les éléments identiques ou similaires sont désignés par le même repère sur toutes les différentes vues. En modelant une couche de catalyseur à l'échelle micrométrique sur un substrat et en construisant des nanotubes sur celle-ci, les zones d'émission formées sont des petites zones émettrices secondaires. Chaque zone émettrice secondaire comporte des nanotubes finis à une densité nominale. Du fait des intervalles entre ces îlots d'émission, relativement plus de nanotubes sont exposés aux régions des bords de chacun des émetteurs, ce qui accroît efficacement l'espacement mutuel moyen des nanotubes. Il en résulte une grande diminution de l'effet d'arrêt de champs électriques. De la sorte, l'uniformité du courant est améliorée, de même que la sortie totale de courant. Un autre avantage de formes de réalisation selon la présente invention est qu'elle a pour effet une émission d'une plus grande quantité de courant depuis un dispositif à NTC à cathode froide sans aucun accroissement de l'étendue totale de la zone d'émission par rapport à des configurations employées antérieurement. Considérant la Fig. 1, il y est représenté une cathode froide 100 à configuration selon une forme de réalisation de la présente invention. Diverses matières peuvent être utilisées pour le substrat 101, telles que du silicium, du verre, de la chaux sodée, du nitrure de titane, etc. Sur le substrat 101 sont déposés des nanotubes en carbone 103, qui peuvent être disposés de manière partiellement

6 relativement verticale ou partiellement de manière aléatoire. Comme décrit plus en détail par la suite, ces nanotubes de carbone 103 peuvent être construits à l'aide d'un procédé de DCV (dépôt par voie chimique en phase vapeur) à partir d'une matière servant de catalyseur. Cependant, on peut employer d'autres moyens pour déposer des nanotubes de carbone, et ces nanotubes de carbone ne sont pas forcément déposés ou construits avec un tel alignement sensiblement vertical, perpendiculairement au substrat 101, pour être efficaces. A la différence de publications antérieures, notamment dans la demande de brevet des U. S n 11/137 725, où il a été indiqué que seules des structures cohérentes, à alignement vertical, de nanotubes à peu près parallèles sont acceptables, les auteurs de la présente invention ont constaté, avec étonnement, que la manière dont les nanotubes de carbone sont déposés ou construits sur le substrat, et la manière dont ces nanotubes de carbone sont alignés par rapport au substrat, ne sont pas aussi importantes pour l'utilité de la présente invention que la manière dont ces nanotubes de carbone sont modelés sur le substrat. Dans certaines formes de réalisation de la présente invention, les nanotubes sont disposés de manière à avoir un alignement aléatoire par rapport au substrat 101. Dans le présent contexte, on entend par "alignement aléatoire" ou "à alignement aléatoire" un agencement dans lequel les nanotubes individuels d'un groupe de nanotubes ne présentent pas de combinaison ni d'ordre particulier en ce qui concerne l'angle formé par les tubes avec le substrat 101. Il en va autrement, par exemple, avec des nanotubes à alignement vertical où les nanotubes sont construits de manière à former un angle d'environ 90 degrés avec le substrat. Les groupes de nanotubes à alignement aléatoire décrits ici ont un aspect buissonnant, puisque les nanotubes individuels d'un groupe donné peuvent faire saillie depuis le substrat suivant des angles très différents. La Fig. 1 est une vue latérale de la cathode froide 100, représentant des groupes de nanotubes de carbone 102 modelés sur le substrat 101 d'une manière mutuellement espacée. Autrement dit, la couche de nanotubes de carbone 103 n'est pas disposée sur le substrat 101 sous la forme d'une seule couche continue. Les régions dispersées du substrat 101 où il n'y a pas de nanotubes de carbone ont pour conséquence que davantage de nanotubes de carbone 103 déposés sur le substrat 101 se trouvent le long d'un bord, ce qui fait que ces nanotubes de carbone ne sont pas entièrement entourés par d'autres nanotubes de carbone et sont donc davantage protégés contre les effets d'arrêt de champs dus à ces nanotubes de carbone les accompagnant. Dans une forme de réalisation de la présente invention, et comme

7 décrit plus en détail par la suite, ces groupes 102 de nanotubes de carbone 103 sont agencés sous la forme de "points" séparés sur la surface 101 du substrat. Dans certaines formes de réalisation, l'espacement d'un bord à un autre entre les groupes de nanotubes est plus grand que la hauteur des nanotubes. Dans ce contexte, on entend par "hauteur" la hauteur projetée au-dessus du substrat plutôt que la longueur réelle des nanotubes. Dans certaines formes de réalisation, la hauteur des nanotubes atteint une dizaine de micromètres. La Fig. 2 représente une autre forme de réalisation possible d'une cathode froide 200. Dans cette forme de réalisation, des "zones secondaires" ou "points" 202 de nanotubes de carbone 203 sont déposés ou construits sur des éléments résistifs 204, lesquels sont placés sur le substrat 201. Ces éléments de limitation de courant peuvent être ajoutés sous chaque "point" individuel d'émission de champ pour limiter son courant. L'élément de limitation de courant forme un circuit de contre-réaction afin de limiter le courant maximal d'émission de chaque émetteur 202. Une émission de champ plus uniforme peut être réalisée à partir d'une grande surface sans former des points chauds locaux, à l'aide de tels éléments résistifs, ce qui peut avoir un grand effet sur l'amélioration de la fiabilité du dispositif et le courant maximum total d'émission. La Fig. 4 représente une vue de dessus d'un exemple de cathode 400 présentant une pluralité de "points" ou "zones secondaires" d'émission 402 ayant une pluralité de nanotubes de carbone 403 formés sur ceux-ci. Pour simplifier, seulement quatre émetteurs de ce type 402 sont représentés sur le substrat 401 de cathode. Pour construire ces nanotubes de carbone à des emplacements spécifiques tels que les différents points d'émission, un masque perforé peut être employé pour déposer une matière formant un catalyseur sur le substrat 101, 201, 401. Dans le cas de la cathode 400, ce masque perforé peut en réalité ressembler à l'illustration de la Fig. 4, sur laquelle des trous individuels 403 sont ménagés à travers un masque perforé 401, trous à travers lesquels la matière formant catalyseur peut être déposée sur un substrat sous le masque perforé. Ensuite, des nanotubes de carbone sont construits à partir de chacun de ces points de catalyseur. La Fig. 3 illustre une autre forme de réalisation possible d'un tel masque perforé 301 à travers lequel sont ménagés des trous 302 de forme annulaire. A travers un tel masque perforé 301, la matière formant catalyseur sera déposée sur un substrat sous jacent, suivant un motif de façon que chaque point d'émission sur ce substrat

8 soit formé en construisant sous une forme annulaire des nanotubes de carbone sur chaque point. Les figures 5 à 8 illustrent encore d'autres formes possibles de réalisation de masques perforés servant à déposer une telle matière formant catalyseur sur un substrat sous la forme de motifs afin que le nombre de nanotubes de carbone se trouvant le long d'un bord dégagé soit accru dans le but de réduire les effets d'arrêt de champs électriques. Les illustrations des figures 5 à 8 montrent également à quoi ressemblerait une vue de dessus de tels émetteurs de champs une fois que des nanotubes de carbone seraient déposés ou construits en formant de tels motifs.

La Fig. 5 représente un masque perforé 501 pourvu d'une fente 502 en zigzags rectangulaires à travers laquelle une matière formant catalyseur peut être déposée sur un substrat sous-jacent. Le masque perforé 601 représenté sur la Fig. 6 présente de telles fentes 602 sous la forme de lignes parallèles. Le masque perforé 701 de la Fig. 7 présente des anneaux concentriques 702 constituant la couche de catalyseur, tandis que le masque perforé 801 de la Fig. 8 représente des fentes 802 rayonnant depuis un emplacement central. Considérant maintenant les figures 9A û 9F, il y est illustré un procédé pour construire des nanotubes de carbone selon une forme de réalisation de la présente invention. Le procédé commence sur la Fig. 9A par un substrat 901, qui peut être constitué par une tranche de silicium nue, ou par n'importe quel autre substrat approprié utilisé pour des cathodes d'émission de champ. La Fig. 9B illustre une étape supplémentaire du procédé au cours de laquelle des matières constituées par des réserves 902 et 903 sont stratifiées par-dessus le substrat 901. Ces couches de réserves appliquées à la tournette sur le substrat 901, puis peuvent être cuites, à moins qu'on utilise quelque autre procédé de dépôt. La Fig. 9C illustre un procédé de photolithographie consistant à exposer et développer les couches de réserves 902 et 903 à l'aide de procédés classiques. La dimension Dl illustre les dimensions d'un trou d'interconnexion ou d'un trou à travers lequel une couche de catalyseur sera déposée suivant un motif prédéterminé sur le substrat 901. Ces motifs sont ceux précédemment évoqués à propos des figures 1 à 8. La dimension D2 indique l'espacement d'un trou d'interconnexion à un autre entre les points d'émission, les îlots ou autres parties du motif de la cathode. Lors de l'étape suivante du procédé illustrée sur la Fig. 9D, une matière formant catalyseur est déposée, par exemple par évaporation ou pulvérisation. Ce catalyseur peut être constitué par une mince couche de métal tel que NiFe. Une partie du catalyseur sera déposée par-dessus les îlots de

9 réserves 903 en tant que matière formant catalyseur 904 tandis que le catalyseur déposé dans chacun des trous d'interconnexion, ou des trous ou des fentes du motif spécifié est représenté comme matière formant catalyseur 905. Ensuite, la Fig. 9E illustre l'utilisation d'un processus d'arrachement pour retirer les couches 902-904 à l'aide de procédés classiques, ce qui donne une couche de catalyseur modelée 905 sur le substrat 901. Il faut souligner qu'une couche conductrice pourrait éventuellement avoir été déposée sur le substrat 901, de telle sorte que la couche de catalyseur modelée 905 soit déposée sur la couche conductrice. Ensuite, sur la Fig. 9F, des nanotubes de carbone 906 sont construits à to partir du motif 905 de catalyseur, ce qui donne un motif spécifié de nanotubes de carbone sur le substrat 901. La Fig. 15 illustre un exemple de configuration de diode d'un moyen d'affichage utilisant une cathode 1501 agencée selon l'une quelconque des diverses formes de réalisation décrites plus haut. La cathode 1501 comprend, par exemple, un 15 substrat 901 sur lequel des points 906 d'émission de champs sont placés à une certaine distance de l'anode 1502. L'anode 1502 peut être constituée par un substrat en verre 1503 avec un luminophore 1504. Des couches conductrices peuvent être utilisées à la fois dans la cathode 1501 et dans l'anode 1502 pour faciliter l'application d'un champ électrique fourni par une source de tension afin d'aboutir à 20 une émission suffisante d'électrons depuis la cathode 1501 vers l'anode 1502. Eventuellement, une ou plusieurs électrodes de grilles peuvent être utilisées pour accentuer encore les propriétés d'émission de champs. En référence à la Fig. 16, il y est illustré un tube radiogène agencé selon une forme de réalisation de la présente invention, utilisant l'une quelconque des cathodes 25 d'émission de champs décrites plus haut. Une zone de nanotubes de carbone 1602 d'émission de champs, agencée suivant des formes de réalisation de la présente invention, est déposée sur un substrat 1601 tel qu'un substrat conducteur (par exemple, en silicium à impuretés de type N). Sous l'effet d'un champ électrique (d'au moins 40 kV), les nanotubes de carbone émettent des faisceaux d'électrons, extraits 30 par une plaque d'extraction 1603, laquelle extrait des électrons et leur permet de passer par une ouverture de la plaque 1603. Une électrode de focalisation 1604 peut être utilisée pour contribuer à élaborer un faisceau d'électrons 1605 bien défini dans l'espace. Le faisceau d'électrons focalisé 1605 est dirigé vers une anode d'accélération 1606, qui provoque une accélération des électrons arrivant par les 35 électrodes de focalisation. L'anode est constituée par une matière à grande

10 impédance. L'impact des électrons de haute énergie sur la cathode 1606 provoque la production de rayons X 1607. L'anode accélératrice 1606 peut être en tungstène ou en molybdène. L'utilisation d'une cathode froide pour produire un faisceau d'électrons permet d'allonger la durée de vie d'un tel tube radiogène par rapport à des filaments cathodiques qui produisent des faisceaux d'électrons au moment où ils s'échauffent. Une puce de silicium contenant une seule zone circulaire de NTCPP (NTC à plusieurs parois) peut servir de dispositif d'émission de champs à diode, générant un courant d'une intensité inférieure à 6 mA en fonction de l'épaisseur (10 à 400 À) et du diamètre (30 m à 2,0 mm) du catalyseur en NiFe utilisé pour déposer les NTCPP. Cependant, des courants d'une plus grande intensité peuvent être nécessaires pour des applications envisagées, ce qui incite à utiliser le dispositif à diode pour inclure de multiples points de NTCPP avec une nouvelle augmentation du courant d'émission global. La Fig. 17 représente une vue de dessus d'un exemple de diode 1701 de pixel contenant seize points de NTCPP 1702 organisés sous la forme d'une matrice de 4 x 4. Le pixel 1701 est représenté comme faisant partie d'une cathode 1703 à plusieurs pixels 1701. Les multiples points de NTCPP assurent une plus grande densité de courant qu'un seul point correspondant étudié antérieurement. En outre, la surface du point unique est équivalente à celle de la matrice de 4 x 4 points, ce qui permet une comparaison de l'effet de multiples petites zones d'émission avec une seule zone d'émission continue équivalente. A titre d'exemple, seize points de 0,5 mm ont la même surface qu'un seul point de 2 mm mais sont nettement plus efficaces comme émetteurs de champs. Le dispositif de la Fig. 17 peut être réalisé par pulvérisation, à travers un masque perforée, d'une cible de NiFe (8/2) sur un substrat en silicium ; l'épaisseur (124 4 À) et la composition (NiFe 8/2) du catalyseur peuvent être déterminées par spectroscopie d'électrons Auger. Un réacteur de DCV (dépôt par voie chimique en phase vapeur) peut être utilisé pour déposer des NTCPP sur les seize zones de catalyseur d'un dispositif utilisant des protocoles de construction classiques précédemment établis pour le système à un seul point (750 C, H2 (336 sccm), CH4 (34 sccm) C2H8 (20 sccm)). Le dispositif multipoint peut ensuite être soumis à un essai par émission de champ pulsé de diode et comparé à des diodes témoins (0,5 mm et 2,0 mm) à un seul point, et testé dans des conditions identiques. La Fig. 13 représente un tableau montrant qu'un courant de 34+15 mA (n = 7) peut être extrait d'un dispositif multipoint, en comparaison de 6 mA pour un dispositif à un seul point, comme on le remarque sur

11 le tableau illustré sur la Fig. 14 présentant des données pour des essais effectués sur deux dispositifs à un seul point. Ainsi, comme représenté sur la Fig. 18, des diodes à base de NTC constituées de multiples zones d'émissions circulaires de dimensions micrométriques (par exemple seize points de 0,5 mm) fournissent plus de courant que celui d'une seule zone d'émission continue (par exemple des points uniques de 0,5 mm ou 2,0 mm). Cet effet résulte partiellement de l'arrêt entre points des NTC, ce qui est corroboré par des simulations Opéra du champ électrique subi sur une section transversale des émetteurs circulaires. La modélisation illustrée sur la Fig. 19 indique que les puissances maximale et moyenne de champs rencontrées des zones d'émission plus petites sont plus grandes que celles subies par des zones d'émission plus grandes, le champ électrique le plus grand étant observé sur les bords de la zone d'émission et le champ électrique le plus petit plus près du centre de la zone d'émission, là où l'arrêt des champs électriques est maximal. Ainsi, un courant plus fort peut être extrait de zones d'émission circulaires plus petites à une tension donnée en raison de ce plus grand renforcement du champ électrique. La Fig. 20 illustre une autre forme possible de réalisation de la présente invention. L'effet d'accentuation de champ est encore plus exploité et une source plus uniforme d'émission à NTC est construite en assemblant des zones d'émission 2202 à NTC à plusieurs points de dimensions similaires, constituant elle-même une matrice de multiples points plus petits de dimensions micrométriques 2206. L'arrêt entre points de NTC au centre de la zone d'émission est encore plus réduit et un champ électrique plus puissant est produit, ce qui conduit donc à une amélioration de l'uniformité du EC dans toute la zone d'émission et à une plus grande émission de courant. Ces dispositifs 2206 à matrice multipoint peuvent être construits sur des substrats 2205, à l'aide de techniques de microfabrication décrites plus haut, sous la forme d'une série de neuf (ou de quelque autre nombre) zones circulaires de 1 mm de diamètre, à configuration 3 x 3 pour un pixel 2201, chaque point étant constitué par une matrice de 845 points individuels de 20 m de diamètre, espacés les uns des autres de 10 m. On notera que cette conception peut comporter des zones secondaires non circulaires à la place de points circulaires, des nombres de points différents dans la matrice, et que les paramètres d'espacement peuvent être modifiés au profit d'autres dimensions adéquates. Un catalyseur en NiFe peut être déposé sur les différents points de 20 m de diamètre par dépôt par pulvérisation de

12 polyéthylène, et un réacteur de DCV peut être utilisé pour construire des NTCPP dans chaque zone à l'aide des protocoles de construction classiques préalablement établis pour les systèmes à un seul point et à plusieurs points (750 C, H2 (336 sccm), CH4 (34 sccm) C2H8 (20 sccm)).

Les dispositifs sont des diodes d'émission de champs pulsés très efficaces, permettant une intensité de 61+1 mA, ce qui correspond à une densité de courant de 0,9A cm-2 pour une matrice de 9 x 845 x 20 m, comme résumé sur le tableau représenté sur la Fig. 21. Les champs électriques employés pour extraire le courant maximal des dispositifs sont forts, mais similaires à celui employé pour la diode multipoint précédemment décrite ; de plus, le courant obtenu à partir de diodes à un seul point au niveau de ce champ est plus faible (environ 6 mA), comme décrit plus haut. Ces dispositifs sont également très constants en ce qui concerne leurs performances de EC d'un dispositif à un autre, avec un écart type inférieur à 2% en ce qui concerne le courant pulsé. L'amélioration du courant émis et de la reproductibilité résultent de la configuration en matrice multipoint des émetteurs des NTC, qui réduit les arrêts de champsentre points dans les NTC. La Fig. 10 représente une image numérique d'un exemple de cathode d'émission de champs conçue selon la forme de réalisation de la Fig. 20, présentant une multitude de points d'émission de champs. Il s'agit d'un agrandissement x100 de l'image d'un échantillon avec des NTC construits selon une orientation spécifique. Dans le présent exemple, le catalyseur est dispersé dans une matrice uniforme qui couvre une région d'un diamètre de 1 mm. Les dimensions du catalyseur sont de 20 m et l'espacement entre les catalyseurs est de 10 m. Le nombre total de zones secondaires de catalyseurs dans un point de 1 mm est de 845. L'image agrandie illustre non seulement les différentes régions de catalyseur, mais encore les NTC construits sur chacune des régions. La Fig. 11 représente une image des électrons émis par le point de 1 mm décrit sur la Fig. 10. L'image est produite lorsque des électrons appartenant à l'échantillon frappent la surface d'un luminophore tenu près de la surface de l'échantillon (distance de séparation d'environ 1 mm). Les électrons énergétiques frappent le luminophore et une partie de l'énergie est convertie en photons visibles qui sont interceptés par un système d'imagerie enregistrable. En particulier, cette image montre que les électrons ne sont pas émis de façon uniforme à travers l'échantillon, mais en fait sont situés sur une zone annulaire, dans le point de 1 mm.

Une région centrale plus sombre s'observe sur la Fig. 11.

13 La Fig. 12 représente une extension de l'image de la Fig. 11, mais avec un plus haut niveau d'énergie d'électrons. Ici, l'image interceptée est plus lumineuse, mais la zone annulaire reste visible.

10 15 20 25 30 35 14 LISTE DES REPERES ù cathode ù substrat ù groupes de NTC ù nanotubes de carbone ù cathode ù substrat ù émetteur de champ ù nanotubes de carbone ù élément résistif ù masque perforé ù trous de forme annulaire ù cathode ù substrat ù zone secondaire d'émission ù nanotubes de carbone ù masque perforé ù fente en zigzags ù masque perforé ù fente ù masque perforé ù anneaux concentriques ù masque perforé ù points ù substrat ù réserve ù réserve ù catalyseur ù catalyseur ù nanotubes de carbone 100 101 102 103 200 201 202 203 204 301 302 400 401 402 403 501 502 601 602 701 702 801 802 901 902 903 904 905 906 1501 ù cathode 1502 ù anode 1503 ù substrat 1504 ù luminophore 1601 ù substrat 1602 ù nanotubes de carbone 1603 ù plaque d'extraction 1604 ù électrode de focalisation 1605 ù faisceau d'électrons 1606 ù anode 1607 ù rayons X 1701 ù diode de pixel 1702 ù points de NTCPP 1703 ù cathode 10 2201 ù pixel 2202 ù émetteur de NTC 2205 ù substrat 2206 ù dispositif à matrice multipoint

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Cathode (100) d'émission de champs, comprenant : un substrat (101) ; et une pluralité d'émetteurs (202) de champs disposés sur le substrat (101) suivant une configuration à espacement mutuel, chacun des différents émetteurs (202) de champs comportant des nanotubes (203), la totalité des différents émetteurs (202) de champs étant activés simultanément pour l'émission d'électrons.

2. Cathode (100) d'émission de champs selon la revendication 1, dans laquelle les nanotubes (203) sont alignés de façon aléatoire.

3. Cathode (100) d'émission de champs selon la revendication 1, dans laquelle l'espacement entre les différents émetteurs (202) de champs est plus grand qu'une section transversale de l'un quelconque des différents émetteurs (202) de champs.

4. Cathode (100) d'émission de champs selon la revendication 1, dans laquelle les nanotubes (203) sont des nanotubes (203) en carbone.

5. Composant d'une cathode (100) d'émission de champs, comprenant une pluralité de pixels pouvant être commandés individuellement les uns par rapport aux autres, le pixel comportant une pluralité d'émetteurs (202) de champs montés sur un substrat (101) suivant une configuration à espacement mutuel, les différents émetteurs (202) de champs comportant en outre des nanotubes de carbone (203), et tous les différents émetteurs (202) de champs étant activés simultanément pour émettre des électrons.

6. Composant selon la revendication 5, dans lequel les nanotubes (203) sont alignés de façon aléatoire.

7. Composant selon la revendication 5, dans lequel l'espacement entre les différents émetteurs (202) de champs est plus grand que la hauteur des nanotubes (203).

8. Pixel dans une cathode (100) d'émission de champs, comportant une pluralité de zones secondaires espacées les unes des autres sur un substrat (101), chaque zone secondaire comportant en outre une matrice d'îlots de nanotubes (203), les îlots étant physiquement séparés les uns des autres de façon qu'il n'y ait pas ne nanotubes (203) sur le substrat (101) entre les îlots.

9. Pixel selon la revendication 8, dans lequel les nanotubes (203) sont alignés de façon aléatoire. 17

10. Pixel selon 1 revendication 8, dans lequel les nanotubes (203) sont des nanotubes en carbone (203).

11. Système de production de faisceau d'électrons comprenant une cathode (100) et une anode disposées à distance l'une de l'autre, comprenant en outre une pluralité de régions d'émission de champs montées sur un substrat (101) dans une configuration à espacement mutuel, chacune des différentes régions d'émission de champs comportant en outre une matrice de points d'émission de champs espacés les uns des autres afin de réduire un effet d'arrêt entre les nanotubes (203) montés sur les points.

12. Système selon la revendication 11, dans lequel la matrice de points d'émission de champs comporte un substrat (101) ayant une pluralité de régions espacées les unes des autres, des nanotubes (203) étant montés sur chacune d'elle.

13. Système selon la revendication 12, dans lequel la matrice de points d'émission de champs a pour conséquence qu'un plus grand nombre de nanotubes (203) sont placés le long des bords des points, les nanotubes (203) placés le long des bords de sa région d'émission de champs respective englobant donc la matrice de points d'émission de champs.

14. Système selon la revendication 12, dans lequel les nanotubes (203) sont alignés de façon aléatoire.