FR2910175A1 - Structure de cathode pour ecran plat avec grille de refocalisation - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une structure de cathode de type triode comprenant, en superposition sur un support (41), une électrode de cathode (42), une couche d'isolant électrique (44) et une électrode de grille (45), la couche d'isolant électrique (44) et l'électrode de grille (45) présentant des ouvertures d'émission (46) révélant au moins un élément émetteur d'électrons (48) relié électriquement à l'électrode de cathode (42), la structure comprenant en outre une électrode de refocalisation disposée pour refocaliser les électrons extraits par l'électrode de grille (45). L'électrode de refocalisation (50) est disposée sur ladite couche d'isolant électrique (44) et est reliée à des moyens de connexion électrique permettant de lui appliquer une tension de refocalisation par l'intermédiaire de nanotubes électriquement conducteurs (58).Elle concerne également un dispositif à émission de champ à commande matricielle.

Description

STRUCTURE DE CATHODE POUR ECRAN PLAT AVEC GRILLE DE REFOCALISATION

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à une structure de 5 cathode notamment pour écran plat de visualisation avec grille de refocalisation. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un dispositif de visualisation par cathodo- 10 luminescence excité par émission de champ comprend une cathode ou structure émettrice d'électrons et une anode en regard recouverte d'une couche luminescente. L'anode et la cathode sont séparées par un espace où le vide a été fait. 15 La cathode est soit une source à base de micro-pointes, soit une source à base d'une couche émissive à faible champ seuil. La couche émissive peut être une couche de nanotubes de carbone ou d'autres structures à base de carbone ou encore à base d'autres 20 matériaux ou de multicouches (AIN, BN). La structure de la cathode peut être de type diode ou de type triode. Le document FR-A-2 593 953 (correspondant au brevet américain N 4 857 161) divulgue un procédé de fabrication d'un 25 dispositif de visualisation par cathodoluminescence excité par émission de champ. La structure de la cathode est du type triode. Le matériau émetteur d'électrons est déposé sur une couche conductrice 2910175 2 apparente au fond de trous réalisés dans une couche isolante qui supporte une grille d'extraction des électrons. Le document FR-A-2 836 279 (correspondant à la demande de brevet US 2004/0256969) divulgue une structure de cathode de type triode pour écran émissif. La structure de cathode comprend, en superposition sur un support, une électrode formant cathode électriquement connectée à un matériau émetteur d'électrons, une couche d'isolant électrique et une cathode de grille. Une ouverture pratiquée dans l'électrode de grille et une ouverture pratiquée dans la couche d'isolant électrique exposent le matériau émetteur d'électrons qui est situé dans la partie centrale de l'ouverture de l'électrode de grille. Les ouvertures sont en forme de fente et le matériau émetteur d'électrons, exposé par les fentes, est constitué d'éléments alignés selon l'axe longitudinal des fentes.

Le matériau émetteur d'électrons peut être constitué de nanotubes, par exemple des nanotubes de carbone. La figure 1 représente, vue en coupe et de façon schématique, une structure de cathode de type triode, telle que divulguée par le document FR-A- 2 836 279. Un seul élément d'émission est représenté sur cette figure. La structure de cathode est formée sur un support 1. Elle comprend, en superposition sur le support 1, une cathode 2 supportant une couche résistive 3, une couche isolante 4 et une couche métallique 5 formant grille d'extraction des électrons.

2910175 3 Une fente 6 expose la couche résistive 3. En partie centrale de la fente 6, et selon l'axe longitudinal de la fente, des plots de croissance 7 reposent sur la couche résistive 3. Un seul plot de croissance est 5 visible sur la figure. Les plots de croissance 7 sont en matériau électriquement conducteur recouvert d'un catalyseur. Ils permettent la croissance de nanotubes 8, par exemple en carbone. Typiquement, un élément d'image ou pixel comporte quelques dizaines ou 10 centaines de plots arrangés dans des fentes parallèles. Pour disposer d'une densité de courant émise suffisante, les nanotubes doivent être électriquement isolés de la grille d'extraction des électrons, ce qui conduit à disposer la grille en 15 retrait des plots de nanotubes comme le montre la figure 1. Un écran plat à émission de champ comporte des conducteurs de grille, généralement organisés en lignes, et des conducteurs cathodiques, généralement 20 organisés en colonne. Les éléments d'image ou pixels sont constitués à l'intersection des lignes (conducteurs de grille) et des colonnes (conducteurs cathodiques), chaque pixel comportant quelques dizaines ou centaines d'éléments émetteurs d'électrons. A titre 25 d'exemple, un pixel peut être constitué par l'intersection d'une ligne, représentée au niveau du pixel à la figure 2, et d'une colonne, représentée au niveau du pixel à la figure 3. Pour faciliter la compréhension, le conducteur de grille (ligne) et le 30 conducteur cathodique (colonne) ont été représentés sur des figures différentes. On comprend que les 2910175 4 conducteurs de grille et cathodique se superposent de façon que les fentes 11 (voir la figure 2) et 21 (voir la figure 3) de ces conducteurs se correspondent comme pour la figure 1. Dans le cas des figures 2 et 3, les 5 fentes sont orientées selon les lignes de l'écran, mais il est possible en variante qu'elles soient orientées dans le sens des colonnes, conformément à l'enseignement du document FR-A-2 873 852. En se référant à la figure 2, un conducteur 10 de grille (ou ligne) tel que le conducteur de grille 10 est constitué de deux rubans parallèles 12 et 13 reliés régulièrement par des zones 14, chaque zone définissant un pixel. Chaque zone 14 comprend un certain nombre de fentes 11 correspondant à la fente 6 de la figure 1. A 15 l'intérieur d'un conducteur de grille 10, deux zones successives 14 sont séparées par un espace libre 15. Entre deux conducteurs de grille 10 successifs, il existe aussi un espace libre 16. En se référant à la figure 3, un conducteur 20 de cathode (ou colonne) tel que le conducteur de cathode 20 est constitué de deux rubans parallèles 22 et 23 reliés régulièrement par des zones 24, chaque zone définissant un pixel. Chaque zone 24 comprend un certain nombre de fentes 21 correspondant à la fente 6 25 de la figure 1. Le fonctionnement électrique de l'écran est assuré par un balayage temporel séquentiel des lignes (conducteurs de grille). Lors de l'adressage d'une ligne donnée, on applique à cette ligne une tension de 30 commande de l'ordre de 30 à 100 volts, les autres lignes restant au potentiel de la masse. On applique 2910175 5 conjointement aux conducteurs de colonnes (cathode) des tensions modulées de quelques dizaines de volts et représentatives des données vidéos à afficher sur cette ligne. L'émission électronique des éléments émetteurs 5 (par exemple les nanotubes de carbone) de chaque pixel d'une ligne est contrôlée par la différence de potentiel entre la ligne adressée et la colonne associée au pixel considéré. Cette différence de potentiel de l'ordre de 80 10 à 100 volts crée un champ électrique à l'extrémité des nanotubes, et permet l'extraction d'électrons. Les électrons émis sont ensuite accélérés vers une anode recouverte de luminophores, portée à une haute tension et située à quelques millimètres de la structure 15 cathodique. Sous l'impact de ces électrons énergétiques les luminophores émettent un rayonnement lumineux de couleur rouge, verte ou bleue permettant la réalisation d'écrans monochromes ou couleurs. La résolution de ce type d'écrans FED est 20 limitée par la taille du spot optique obtenu sur cette anode. Pour la structure de base d'écran que nous venons de décrire, cette taille de spot est conditionnée par la tension d'anode, la distance cathode-anode ainsi que par l'énergie cinétique 25 initiale et la divergence angulaire initiale du faisceau d'électrons issu de la cathode. Une fois ces paramètres fixés par différents compromis technologiques, il est encore possible d'améliorer cette résolution optique mais au prix d'une 30 complexification de la structure. On peut se référer à ce sujet à l'article CNT FEDs for Large Area and HDTV 2910175 6 Applications de E. J. CHI et al., publié dans SID 05 Digest, pages 1620 à 1623. Cette complexification consiste souvent, comme décrit dans cet article, à ajouter un troisième niveau de métallisation sur la 5 structure de cathode pour réaliser une grille de refocalisation du faisceau d'électrons émis. Cette grille de refocalisation doit être polarisée à un potentiel inférieur à celui de la grille d'extraction de façon à refocaliser les électrons dès leur émission 10 par les éléments émetteurs (par exemple des nanotubes de carbone). La figure 4 illustre cette configuration. Elle montre une structure de cathode formée sur un support 31. La structure comprend, en superposition sur le support 31, un conducteur de cathode 32 supportant 15 une couche résistive 33, une première couche isolante 34, une couche métallique 35 formant grille d'extraction des électrons, une deuxième couche isolante 39 et une couche métallique 30 (troisième niveau de métallisation) formant grille de 20 refocalisation. Une fente 36 expose la couche résistive 33 qui supporte des plots de croissance 37 (un seul plot est visible) qui ont permis la croissance des nanotubes 38.

25 EXPOSÉ DE L'INVENTION Un objet de la présente invention est de proposer une structure de cathode pour écran plat de visualisation possédant une grille de refocalisation des électrons mais qui ne nécessite pas, comme l'art 30 antérieur, une deuxième couche isolante supportant un troisième niveau de métallisation.

2910175 7 La présente invention trouve une application particulièrement intéressante dans le cas d'une structure de cathode pour écran plat de visualisation à adressage matriciel. Néanmoins, 5 l'invention peut également s'appliquer à des structures de cathode moins complexes, par exemple à des structures de cathodes possédant au moins un élément émetteur d'électrons. L'invention a donc pour objet une structure 10 de cathode de type triode comprenant, en superposition sur un support, une électrode de cathode, une couche d'isolant électrique et une électrode de grille, la couche d'isolant électrique et l'électrode de grille présentant des ouvertures d'émission révélant au moins 15 un élément émetteur d'électrons relié électriquement à l'électrode de cathode, la structure comprenant en outre une électrode de refocalisation disposée pour refocaliser les électrons extraits par l'électrode de grille, caractérisée en que l'électrode de 20 refocalisation est disposée sur ladite couche d'isolant électrique et est reliée à des moyens de connexion électrique permettant de lui appliquer une tension de refocalisation par l'intermédiaire de nanotubes électriquement conducteurs, par exemple des nanotubes 25 de carbone. Les moyens de connexion électrique peuvent comprendre l'électrode de cathode. L'élément émetteur d'électrons peut être relié électriquement à l'électrode de cathode au moyen 30 d'une couche résistive. Les moyens de connexion électrique peuvent comprendre un matériau résistif qui 2910175 8 peut être celui de la couche résistive. Avantageusement, les nanotubes des moyens de connexion sont logés dans au moins une ouverture de la couche d'isolant électrique.

5 L'élément émetteur d'électrons peut être constitué de nanotubes. De préférence, les nanotubes de l'élément émetteur d'électrons sont des nanotubes de carbone. Selon un mode de réalisation préféré, les 10 ouvertures d'émission dans la couche d'isolant électrique et dans l'électrode de grille comprennent au moins une ouverture en forme de fente dans la couche d'isolant électrique associée à une ouverture en forme de fente correspondante dans l'électrode de grille. De 15 préférence aussi, l'ouverture en forme de fente dans la couche d'isolant électrique et l'ouverture en forme de fente correspondante dans l'électrode de grille révèlent au moins une rangée d'éléments émetteurs d'électrons alignés dans la direction des fentes.

20 L'invention a aussi pour objet un dispositif à émission de champ à commande matricielle, constitué d'une pluralité de structures de cathode telles que définies ci-dessus, disposées sous la forme d'un agencement matriciel définissant des lignes et des 25 colonnes, les électrodes de grille d'une même ligne étant regroupées en un conducteur de grille, les électrode de cathode d'une même colonne étant regroupées en un conducteur de cathode, l'intersection d'un conducteur de cathode et d'un conducteur de grille 30 définissant un élément d'image ou pixel.

2910175 9 Le conducteur de grille et l'électrode de refocalisation peuvent être imbriqués à l'intérieur d'un pixel. Ils peuvent former deux peignes interdigités. Avantageusement, les conducteurs de grille ont une configuration laissant subsister entre chaque pixel et chacun de ses pixels voisins des espaces libres permettant d'y répartir des plots de l'électrode de refocalisation du pixel. Selon un autre mode de réalisation préféré, chaque zone de l'électrode de refocalisation possède au moins une ouverture communiquant avec ladite au moins une ouverture de la couche d'isolant électrique logeant les nanotube des moyens de connexion et permettant aux 15 nanotubes des moyens de connexion d'assurer une connexion électrique avec l'électrode de refocalisation. Selon un mode de réalisation particulier, chaque zone de l'électrode de refocalisation possède au 20 moins une ouverture circulaire communiquant avec ladite au moins une ouverture, également circulaire, de la couche d'isolant électrique logeant les nanotubes des moyens de connexion. Ces ouvertures peuvent révéler une pluralité de nanotubes électriquement conducteurs 25 occupant tout l'espace des ouvertures. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture 30 de la description qui va suivre, donnée à titre 5 10 2910175 10 d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe d'une structure de cathode de type triode, selon 5 l'art antérieur, - les figures 2 et 3, déjà décrites, représentent respectivement un conducteur de grille et un conducteur de colonne limités à un seul pixel d'un écran plat de visualisation selon l'art antérieur, 10 - la figure 4, déjà décrite, est une vue en coupe d'une structure de cathode de type triode et à grille de refocalisation, selon l'art antérieur, - la figure 5 est une vue en coupe d'une structure de cathode de type triode, à grille de 15 refocalisaiton, selon l'invention, - la figure 6 est une vue partielle et de dessus d'un dispositif à émission de champ selon la présente invention, - la figure 7 est une vue partielle et de 20 dessus d'un autre dispositif à émission de champ selon la présente invention, - la figure 8 est une vue agrandie montrant un autre mode de réalisation, - les figures 9A à 9G illustrent un premier 25 procédé de réalisation d'une structure de cathode selon l'invention, - les figures 10A à 10G illustrent un deuxième procédé de réalisation d'une structure de cathode selon l'invention, 2910175 11 -les figures 11A à 11H illustrent un troisième procédé de réalisation d'une structure de cathode selon l'invention.

5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 5 est une vue en coupe d'une structure de cathode de type triode, à grille de refocalisation selon l'invention. Elle montre une structure de cathode formée sur un support 41. La 10 structure comprend, en superposition sur le support 41, un conducteur de cathode 42 supportant une couche résistive 43, une couche isolante unique 44 et une couche métallique 45 formant grille d'extraction des électrons. Des fentes 46 exposent la couche résistive 15 43 qui supporte des plots de croissance 47 qui ont permis la croissance des nanotubes 48. On remarque que les plots de croissance 47 sont centrés dans les fentes 46 et qu'il existe une certaine distance entre les plots de croissance et le bord de la couche isolante 20 supportant la grille d'extraction 45. Ceci permet d'éviter un court-circuit entre les nanotubes 48 et la grille d'extraction 45. La figure 5 montre aussi la présence, sur une partie de la couche isolante 44 d'une autre couche métallique, la couche métallique 50 25 constituant la grille de refocalisation avantageusement réalisée avec le même niveau de métal que la couche métallique 45 formant grille d'extraction. Une liaison électrique entre la grille de refocalisation 50 et la couche résistive 43 est assurée par la présence d'un 30 plot de croissance 57 formé au fond d'une ouverture 56 pratiquée dans la couche isolante 44 et par des 2910175 12 nanotubes électriquement conducteurs 58, avantageusement des nanotubes de carbone qui provoquent un court-circuit entre le plot de croissance 57 et la grille de refocalisation 50. On remarque que le plot de 5 croissance 57 occupe avantageusement tout le fond de l'ouverture 56 afin de favoriser les courts-circuits entre les nanotubes 58 et la grille de refocalisation 50. La structure de cathode illustrée à la 10 figure 5 est une vue partielle. La grille de refocalisation (ou grille d'auto-focalisation), pour être efficace, doit entourer, selon les applications, un élément émetteur d'électrons ou un groupe d'éléments émetteurs d'électrons, par exemple chaque groupe 15 d'éléments émetteurs d'électrons constituant un pixel pour un écran plat de visualisation. Ainsi, si on considère la figure 2 déjà décrite, on constate que, pour le pixel représenté et les pixels environnants, il existe des espaces libres 15 et 16 sur la couche 20 d'isolant supportant les conducteurs de grille. Ces espaces libres peuvent recevoir la grille de refocalisation selon l'invention. Il est possible de définir dans ces espaces libres des plots de grille de refocalisation munies, par exemple, de fentes dans 25 lesquelles on dépose des plots de croissance de nanotubes de carbone. Ces plots de grille de refocalisation peuvent être pratiquement identiques dans leur forme aux zones d'émission d'électrons définies par les fentes montrées aux figures 2 et 3.

30 La figure 6 est une vue partielle de dessus d'un dispositif à émission de champ, destiné à la 2910175 13 constitution d'un écran plat de visualisation à commande matricielle. Cette figure montre des conducteurs de grille 10, similaires au conducteur de grille de la figure 2, supportés par une couche 5 isolante 63 et dont les fentes 11 révèlent les éléments émetteurs d'électrons 68 alignés dans la direction des fentes. Les fentes 11 sont, sur la figure 6, orientées dans le sens des lignes de l'écran, mais il est possible en variante de les orienter dans le sens des 10 colonnes de l'écran. Les espaces libres 15 et 16 forment quatre plots entourant le pixel 14. Chacune de ces plots comporte une partie de l'électrode de refocalisation pour ce pixel. Chacune de ces parties participe aussi à l'électrode de refocalisation du 15 pixel qui lui est voisin. La figure 6 montre ainsi quatre parties 71, 72, 73 et 74 pourvues de fentes dont les axes principaux sont, dans cet exemple de réalisation, de même direction que les axes des fentes 75 pratiquées dans les conducteurs de grille 10.

20 D'autres formes peuvent bien sûr être envisagées pour les parties 71, 72, 73 et 74 pour maximiser les courts-circuits entre les nanotubes et la grille de refocalisation, par exemple des petites ouvertures circulaires à raison d'une ouverture par plot de 25 croissance. Les fentes 75 révèlent les éléments émetteurs d'électrons constitués de nanotubes de carbone qui connectent électriquement les plots de l'électrode de refocalisation au conducteur de cathode par l'intermédiaire ou non de la couche résistive selon 30 que la couche résistive a été ou non préalablement gravée. Cette grille de refocalisation se retrouvera 2910175 14 ainsi portée au potentiel de la cathode ce qui produira l'effet recherché de refocalisation du faisceau d'électrons issu de la zone centrale émettrice. Ces plots de grilles deviendront donc auto- 5 refocalisantes sans ajout d'un nouveau niveau de métal et sans ajout d'un nouveau contact au niveau du métal inférieur de cathode pour polariser cette grille de refocalisation. Cette option reste cependant possible au niveau du métal inférieur de cathode. On 10 pourra définir au niveau du métal inférieur de cathode un premier sous-ensemble de conducteurs cathodiques colonnes comme présenté à la figure 3 et un deuxième sous-ensemble de conducteurs colonnes électriquement isolé du premier sous-ensemble. Ce deuxième sous-15 ensemble de conducteurs colonnes parallèle au premier sous-ensemble aura toutes ses colonnes court-circuitées sur un même contact de sortie de polarisation des grilles de refocalisation. L'intérêt de cette structure quelque peu plus complexe, dans la conception 20 seulement, est de pouvoir contrôler l'effet de focalisation en appliquant sur ce nouveau contact un potentiel différent de celui des colonnes cathodiques destinées à la vidéo. Il sera dans ce cas préférable de graver la couche ballast résistive pour éviter toute 25 consommation dans cette couche due à la différence de potentiel des conducteurs colonnes de vidéo et de ceux de contrôle du potentiel de refocalisation. On notera que même si la grille de refocalisation reste connectée à la cathode, la couche 30 ballast résistive 43 pourra être gravée localement au niveau des grilles de refocalisation pour favoriser le 2910175 15 court-circuit sur le niveau de métal de la cathode. Dans ce cas, les plots de croissance des nanotubes de connexion de la grille de refocalisation sont déposés directement sur la cathode et les nanotubes 5 interconnectent directement la grille de refocalisation et la cathode. Il sera aussi possible d'insérer ces zones de grille auto-refocalisantes dans le pixel lui-même pour rapprocher ces zones des plots émetteurs 10 d'électrons. La proximité géométrique renforcera en effet le champ de focalisation, améliorant ainsi l'efficacité. Une telle conception, dont un exemple est illustré par les figures 7 et 8, se fera au détriment de la densité des plots émetteurs et du courant délivré 15 par le pixel. La figure 7 est une vue de dessus, au niveau du pixel, d'une grille d'extraction 80 présentant une série de doigts 81 interdigités avec une série de doigts 91 d'une électrode de refocalisation des électrons 90. Par souci de clarté, on n'a pas 20 représenté les ouvertures réalisées dans les grilles pour localiser les nanotubes. Néanmoins, chaque doigt 81 de la grille d'extraction 80 présente, dans sa zone centrale, une ou plusieurs ouvertures (avantageusement en forme de fente d'étendant sur toute la longueur du 25 doigt). De même, chaque doigt 91 de l'électrode de refocalisation 90 comporte une ou plusieurs ouvertures, avantageusement circulaires. Sur l'exemple donné la focalisation sera améliorée selon un axe vertical y compte tenu de l'imbrication selon x des doigts 30 d'extraction et de focalisation. Pour éviter un mélange de couleurs, il est avantageux d'améliorer la 2910175 16 focalisation plutôt selon l'axe x, en prévoyant donc une imbrication des doigts selon y. Si on désire aussi refocaliser dans les deux directions, on pourra aussi imbriquer les deux 5 grilles selon x et y, chaque doigt de grille étant alors conçu comme illustré par la figure 8. Les doigts 81 de la grille d'extraction possèdent des ouvertures 82 par lesquels passent les électrons émis par les éléments émetteurs d'électrons localisés dans la partie 10 centrale des ouvertures 82. La référence 92 représente les ouvertures comprenant des moyens de connexion électrique (par exemple des nanotubes de carbone) court-circuitant l'électrode de refocalisation et occupant toute l'ouverture pour maximiser les courts- 15 circuits. Comme précédemment, la focalisation sera améliorée au détriment de la densité de plots d'émission donc de courant émis par pixel. Pour obtenir un effet de refocalisation maximum selon x ou y on entourera le plus possible chaque plot d'émission par 20 des plots auto-refocalisants, Les deux grilles étant situées au même niveau de métal, il sera impossible d'entourer totalement la grille d'extraction par celle de refocalisation. Il restera donc toujours une direction dans laquelle la focalisation sera moins 25 bonne comme par exemple la direction positive selon l'axe y sur le zoom ci dessous, On pourra par la conception distribuer cette direction différemment pour les différents doigts d'un même pixel ou pour différents pixels d'un même écran pour moyenner cet 30 effet sur les quatre directions.

2910175 17 Les figures 9A à 9G illustrent un premier procédé de réalisation d'une structure de cathode selon la présente invention. Par souci de simplicité, un seul élément émetteur sera représenté.

5 La figure 9A montre un substrat 101, par exemple en verre, sur lequel on a déposé et gravé une couche métallique pour constituer un conducteur de cathode 102, cette couche métallique pouvant être en molybdène ou en alliage de tungstène-titane et pouvant 10 avoir typiquement 0,1 à quelques }gym d'épaisseur. On dépose ensuite une couche résistive 103, dite encore ballast, par exemple une couche de silicium amorphe d'épaisseur comprise entre 0,5 }gym et 2 }gym. Sur la couche résistive, on dépose une couche isolante 104, 15 par exemple une couche de silice d'épaisseur comprise entre 1 et 3 }gym. Sur la couche isolante, on dépose une couche conductrice 105, par exemple une couche de molybdène ou de cuivre de 0,1 à quelques }gym d'épaisseur. Il est possible en variante de graver 20 localement la couche résistive 103 au niveau de la future zone de croissance des nanotubes destinés à la connexion de la grille de refocalisation. La couche conductrice 105 est ensuite gravée pour définir un conducteur de grille 25 d'extraction 105' et une électrode de refocalisation 105" (voir la figure 9B). Une couche de résine 106 est déposée sur l'empilement obtenu (voir la figure 9C). On provoque une ouverture 107 dans la couche de résine 106, à la 30 taille du plot de croissance prévu pour l'électrode de refocalisation jusqu'à révéler l'électrode de 2910175 18 refocalisation 105". Le plot de croissance peut avoir un diamètre de quelques }gym s'il est circulaire ou quelques }gym de côté s'il est rectangulaire ou carré. On poursuit la gravure de l'ouverture 107 5 pour prolonger cette ouverture au travers de l'électrode de refocalisation 105" et au travers de la couche isolante 104 jusqu'à atteindre la couche résistive 103. On peut utiliser pour cela une gravure sèche réactive (voir la figure 9D). On dépose au fond 10 de l'ouverture 107, sur la couche résistive 103, une couche de catalyseur 108 (plot de croissance) de 1 nm à 20 nm d'épaisseur. La catalyseur peut être du fer, du nickel ou des alliages fer/silicium/palladium/nickel. Une sous-couche métallique en TiN, TaN, Al ou Ti de 50 15 nm d'épaisseur peut être prévue sous le catalyseur. On retire la couche de résine 106 et on dépose une nouvelle couche de résine 109 (voir la figure 9E) afin de permettre de graver une ouverture 110 au futur emplacement de l'élément émetteur 20 d'électrons jusqu'à révéler le conducteur de grille d'extraction 105'. L'ouverture 110 a une dimension de quelques }gym sur quelques }gym. La couche de résine 109 protège alors le plot de croissance 108. On grave alors, par gravure humide 25 réactive, le conducteur de grille d'extraction 105' et la couche isolante en contrôlant le retrait par rapport à l'ouverture 110. On dépose alors le catalyseur ou plot de croissance 111 qui peut être de même nature que le plot de croissance 108 (voir la figure 9F).

30 La couche de résine 109 est retirée et on provoque la croissance des nanotubes de carbone par un 2910175 19 procédé CVD en utilisant une pression de quelques dixièmes de mbar d'acétylène à 550 C pendant 1 minute. La figure 9G montre les nanotubes 112 qui n'atteignent pas le conducteur de grille d'extraction 105' et les 5 nanotubes 113 dont certains sont en contact électrique avec l'électrode de refocalisation 105". Les figures 10A à 10G illustrent un deuxième procédé de réalisation d'une structure de cathode selon la présente invention. Par souci de 10 simplification, un seul élément émetteur sera représenté. Ce deuxième procédé s'applique au cas où la grille d'extraction est recouverte d'une couche résistive de protection. La figure 10A montre un substrat 201, par 15 exemple en verre, sur lequel on a déposé et gravé une couche métalliquepour constituer un conducteur de cathode 202, cette couche métallique pouvant être en molybdène ou en alliage de tungstène-titane et pouvant avoir 0,1 à quelques }gym d'épaisseur. On dépose ensuite 20 une couche résistive 203, dite encore couche ballast, par exemple une couche de silicium amorphe d'épaisseur comprise entre 0,5 }gym et 2 }gym. Sur la couche résistive, on dépose une couche isolante 204, par exemple une couche de silice d'épaisseur comprise entre 1 et 3 }gym.

25 Sur la couche isolante, on dépose une couche conductrice 205, par exemple une couche de molybdène ou de cuivre de 0,1 à quelques }gym d'épaisseur. La couche conductrice 205 est ensuite gravée pour définir un conducteur de grille 30 d'extraction 205' et une électrode de refocalisation 205" (voir la figure 10B). La gravure a été menée de 2910175 20 façon à obtenir également des ouvertures 230 et 217 respectivement dans le conducteur de grille d'extraction 205' et dans l'électrode de refocalisation 205".

5 On dépose ensuite une couche résistive de protection 220 sur la structure obtenue précédemment (voir la figure 10C). Cette couche résistive 220 peut être une couche de silicium amorphe très résistive ou une couche de carbone amorphe appelée DLC (pour 10 Diamond Like Carbon). Si la couche résistive 220 est en silicium amorphe, sa résistivité est au moins dix fois supérieure à la résistivité de la couche ballast 203 et son épaisseur est de quelques centaines de nm de façon à avoir une résistance 100 fois plus élevée que 15 la résistance de la couche ballast. On dépose ensuite une couche de résine 206 sur la structure obtenue précédemment et on insole les motifs plots de croissance au moyen d'un masque (voir la figure 10D). On obtient des ouvertures dans la 20 résine 206 de dimension quelques }gym sur quelques }gym : l'ouverture 210 centrée sur l'ouverture 230 du conducteur de grille d'extraction 205' et l'ouverture 207 centrée sur l'ouverture 217 de l'électrode de refocalisation. Les ouvertures 210 et 207 peuvent être 25 de dimensions différentes dans les zones d'émission et de focalisation. On grave ensuite, par gravure sèche réactive, la couche résistive 220 et la couche isolante 204 pour révéler la couche ballast 203 au fond des 30 ouvertures 207 et 210 (voir la figure 10E). On contrôle, si cela est nécessaire, le retrait de la 2910175 21 couche isolante 204 et de la couche résistive 220 par rapport à la résine 206 au moyen d'une gravure humide sélective. La couche métallique de l'électrode de refocalisation 205" n'est pas gravée en retrait, ce 5 qui facilitera le court-circuit des nanotubes sur ce surplomb d'électrode de refocalisation. On dépose alors, au fond des ouvertures 207 et 210, sur la couche ballast 203, des couches de catalyseur (plots de croissance) 208 pour l'ouverture 10 207 et 211 pour l'ouverture 210. Le catalyseur peut être celui du premier procédé de réalisation (voir la figure 10F). La couche de résine 206 est retirée et on provoque la croissance des nanotubes par un procédé CVD 15 en utilisant une pression de quelques dixièmes de mbar d'acétylène à 550 C pendant 1 minute. La figure 10G montre les nanotubes 212 qui ne peuvent court-circuiter le conducteur de grille d'extraction 205' à cause de la couche résistive de protection 220. Cette figure montre 20 aussi les nanotubes 213 dont certains sont en contact électrique avec l'électrode de refocalisation 205". Les figures 11A à 11H illustrent un troisième procédé de réalisation d'une structure de cathode selon la présente invention. Par souci de 25 simplification, un seul élément émetteur sera représenté. Ce troisième procédé de réalisation est une variante du deuxième procédé de réalisation qui permet de régler indépendamment la surgravure de la couche isolante entre les éléments émetteurs et les moyens de 30 connexion électrique reliant la couche ballast à l'électrode de refocalisation.

2910175 22 La figure 11A montre un substrat 301 sur lequel on a déposé et gravé une couche métallique pour constituer un conducteur de cathode 302. Une couche résistive 303 (couche ballast) est ensuite déposée, 5 puis une couche isolante 304 et enfin une couche conductrice 305. Ces différents éléments peuvent être identiques à ceux du deuxième procédé de réalisation. La couche conductrice 305 est ensuite gravée pour définir un conducteur de grille 10 d'extraction 305' et une électrode de refocalisation 305" (voir la figure 11B). La gravure a été menée de façon à obtenir également des ouvertures 330 dans le conducteur de grille d'extraction 305' mais pas dans l'électrode de refocalisation 305".

15 On dépose ensuite la couche résistive de protection 320 sur la structure obtenue précédemment (voir la figure 11C). Cette couche résistive peut être de même nature que celle du deuxième procédé de réalisation.

20 On dépose ensuite une couche de résine 306 sur la structure obtenue précédemment et on insole les motifs plots de croissance au moyen d'un masque couvrant l'emplacement des futurs plots de croissance d'émission et des moyens de connexion électrique. On 25 obtient des ouvertures dans la résine 306 de quelques }gym sur quelques }gym : l'ouverture 310 centrée sur l'ouverture 330 du conducteur de grille d'extraction 305' et l'ouverture 307 au-dessus de l'électrode de refocalisation 305" (voir la figure 11D). Les 30 ouvertures 310 et 307, et donc les plots de croissance, 2910175 23 peuvent être de dimensions différentes dans les zones d'émission et de focalisation. On grave ensuite, par gravure sèche réactive, la couche résistive 320. A partir de 5 l'ouverture 310, la gravure se poursuit dans la couche isolante 304 jusqu'à révéler la couche résistive 303. On contrôle le retrait de la couche isolante 304 par rapport à la résine 306 au moyen d'une gravure humide de la couche isolante 304. L'électrode de 10 refocalisation 305" sert de couche d'arrêt à la gravure dans l'ouverture 307 (voir la figure 11E). Ensuite, on grave, par gravure sèche réactive et dans le prolongement de l'ouverture 307, l'électrode de refocalisation 305" et la couche 15 isolante 304 jusqu'à révéler la couche ballast 303 (voir la figure 11F). On dépose alors, au fond des ouvertures 307 et 310, sur la couche ballast 303, des couches de catalyseur (plots de croissance) 308 pour l'ouverture 20 307 et 311 pour l'ouverture 310. Le catalyseur peut être celui des premier et deuxième procédés de réalisation (voir la figure 11G). La couche de résine 306 est retirée et on provoque la croissance des nanotubes par un procédé CVD 25 en utilisant la technique décrite précédemment. La figure 11H montre les nanotubes 312 qui ne peuvent court-circuiter le conducteur de grille d'extraction 305' à cause de la couche résistive de protection 320. Cette figure montre aussi les nanotubes 313 dont 30 certains sont en contact électrique avec l'électrode de refocalisation 305".

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Structure de cathode de type triode comprenant, en superposition sur un support (41), une électrode de cathode (42), une couche d'isolant électrique (44) et une électrode de grille (45), la couche d'isolant électrique (44) et l'électrode de grille (45) présentant des ouvertures d'émission (46) révélant au moins un élément émetteur d'électrons (48) relié électriquement à l'électrode de cathode (42), la structure comprenant en outre une électrode de refocalisation disposée pour refocaliser les électrons extraits par l'électrode de grille (45), caractérisée en que l'électrode de refocalisation (50) est disposée sur ladite couche d'isolant électrique (44) et est reliée à des moyens de connexion électrique permettant de lui appliquer une tension de refocalisation par l'intermédiaire de nanotubes électriquement conducteurs (58).

2. Structure de cathode selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de connexion électrique comprennent l'électrode de cathode (42).

3. Structure de cathode selon la revendication 2, dans laquelle ledit élément émetteur d'électrons (48) est relié électriquement à l'électrode de cathode (42) au moyen d'une couche résistive (43). 2910175 25

4. Structure de cathode selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de connexion électrique comprennent un matériau résistif. 5

5. Structure de cathode selon les revendications 3 et 4 prises ensemble, dans laquelle le matériau résistif est celui de la couche résistive (43). 10

6. Structure de cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les nanotubes (58) des moyens de connexion sont logés dans au moins une ouverture (56) de la couche d'isolant électrique (44). 15

7. Structure de cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les nanotubes (58) sont des nanotubes de carbone. 20

8. Structure de cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'élément émetteur d'électrons est constitué de nanotubes (48).

9. Structure de cathode selon la revendication 8, dans laquelle les nanotubes (48) de l'élément émetteur d'électrons sont des nanotubes de carbone.

10. Structure de cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les 25 30 2910175 26 ouvertures d'émission dans la couche d'isolant électrique et dans l'électrode de grille comprennent au moins une ouverture en forme de fente dans la couche d'isolant électrique associée à une ouverture en forme 5 de fente correspondante dans l'électrode de grille.

11. Structure de cathode selon la revendication 10, dans laquelle l'ouverture en forme de fente dans la couche d'isolant électrique et 10 l'ouverture en forme de fente correspondante dans l'électrode de grille révèlent au moins une rangée d'éléments émetteurs d'électrons alignés dans la direction des fentes. 15

12. Dispositif à émission de champ à commande matricielle, constitué d'une pluralité de structures de cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, disposées sous la forme d'un agencement matriciel définissant des lignes et des 20 colonnes, les électrodes de grille d'une même ligne étant regroupées en un conducteur de grille (10), les électrodes de cathode d'une même colonne étant regroupées en un conducteur de cathode (20), l'intersection d'un conducteur de cathode (20) et d'un 25 conducteur de grille (10) définissant un élément d'image ou pixel (14).

13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le conducteur de grille et l'électrode de refocalisation sont imbriqués à l'intérieur d'un pixel. 2910175 27

14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel le conducteur de grille et l'électrode de refocalisation forment deux peignes interdigités. 5

15. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel les conducteurs de grille (10) ont une configuration laissant subsister entre chaque pixel (14) et chacun de ses pixels voisins des espaces libres (15,

16) permettant d'y répartir des zones (71, 72, 73, 10 74) de l'électrode de refocalisation du pixel. 16. Dispositif selon les revendications 15 et 6 prises ensemble, dans lequel chaque zone (71, 72, 73, 74) de l'électrode de refocalisation possède au 15 moins une ouverture communiquant avec ladite au moins une ouverture de la couche d'isolant électrique logeant les nanotube des moyens de connexion et permettant aux nanotubes des moyens de connexion d'assurer une connexion électrique avec l'électrode de 20 refocalisation.

17. Dispositif selon la revendication 16, dans lequel chaque zone (71, 72, 73, 74) de l'électrode de refocalisation possède au moins une ouverture (75) 25 circulaire communiquant avec ladite au moins une ouverture, également circulaire, de la couche d'isolant électrique logeant les nanotubes des moyens de connexion. 30

18. Dispositif selon la revendication 17, dans lequel les ouvertures (75) circulaires d'au moins 2910175 28 une zone (71, 72, 73, 74) de l'électrode de refocalisation révèlent une pluralité de nanotubes électriquement conducteurs occupant tout l'espace des ouvertures. 5