FR2946456A1 - Source de faisceau electronique collimate a cathode froide - Google Patents

Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des cathodes électroniques de type « cathode froide » comprenant un substrat plan (2) électriquement conducteur et un émetteur comportant une pointe (1) de diamètre micrométrique ou nanométrique disposée verticalement au-dessus de la surface du substrat. La cathode selon l'invention comporte une et une seule électrode annulaire (6) isolée électriquement du substrat par une couche d'isolant (3) et centrée sur l'émetteur, la source comportant des moyens permettant d'appliquer une différence de potentiel de plusieurs dizaines de volts entre le substrat et l'électrode annulaire, suffisante pour provoquer l'émission d'un faisceau électronique à la pointe de l'émetteur, l'électrode annulaire étant de dimension suffisante pour assurer la focalisation dudit faisceau électronique. Une source de faisceau électronique peur comporter une pluralité de cathodes identiques agencées selon un motif particulier.

Description

Source de faisceau électronique collimaté à cathode froide

Le domaine de l'invention est celui des sources électroniques et plus particulièrement celui des tubes électroniques comme les tubes à rayons X, les sources et les amplificateurs hyperfréquences....Ces dispositifs comportent une cathode qui émet un rayonnement électronique et une anode qui draine ce flux électronique. Les cathodes froides sont actuellement étudiées et développées pour remplacer les cathodes thermo-ioniques dans plusieurs types de sources électroniques. Dans le domaine des tubes amplificateurs radiofréquence, utilisés en particulier pour les télécommunications par satellites, elles permettent de réduire la taille et le poids des tubes et d'augmenter leur rendement. Les cathodes froides de type à émission de champ comportent un ensemble de pointes micrométriques ou nanométriques. Généralement, pour extraire les électrons, un champ électrique est appliqué grâce à une grille d'extraction polarisée positivement par rapport à la pointe et placée en regard de la cathode. Ce champ est magnifié au sommet des pointes et l'émission y a lieu préférentiellement. Le faisceau électronique émis traverse ensuite la grille d'extraction et est accéléré par l'anode. Dans certains cas, le diamètre du faisceau doit être réduit pour entrer, par exemple, dans la ligne d'interaction onde-faisceau qui peut être, par exemple, une hélice où se produit l'amplification électronique. Comme représenté en figure 1, les pointes 1 micrométriques ou nanométriques peuvent être des nanotubes de carbone disposés régulièrement sur un substrat conducteur. Par exemple, la hauteur h d'un nanotube peut être de 5 m et son diamètre ô de 50 nm. Le rapport hauteur/diamètre élevé favorise l'amplification du champ électrique au sommet du nanotube. Comme montré sur la figure 1, le sommet du nanotube est le plus souvent sensiblement hémisphérique. Les électrons e y sont émis perpendiculairement à la surface du sommet. La majeure partie du courant est émise par les électrons dans un cône de demi-angle a valant 45° comme indiqué sur la figure 1. Les trajectoires des électrons émis jusqu'à une anode plane montrent une certaine divergence. Cette divergence est quantifiée habituellement sous la forme de la vitesse transverse ou radiale VR exprimée en termes d'énergie cinétique dont l'unité est l'eV. La figure 2 montre en fonction de la distance Z à l'anode exprimée en millimètres l'évolution de la vitesse radiale VR en eV. Trois courbes sont représentées sur cette figure, chaque courbe correspond à la trajectoire d'un électron dont la tangente initiale est plus ou moins inclinée sur l'axe du nanotube. Ainsi, comme on le voit sur la figure 1, l'angle ai entre la trajectoire initiale de l'électron el et l'axe du nanotube est faible, l'angle a2 correspondant à l'électron e2 est moyen et l'angle a3 correspondant à l'électron e3 est fort, proche de 45°. Les vitesses radiales supérieures ou égales à 30eV dues à l'émission isotrope sont inacceptables et empêchent une focalisation efficace. Des valeurs maximales de moins de 10eV sont recherchées. Dans les tubes à ondes progressives à cathode thermo-ioniques, l'anode sert à prélever et à accélérer les électrons après leur émission. Pour créer le champ d'extraction nécessaire au fonctionnement des cathodes froides, une électrode différente de l'anode doit être utilisée. Cette électrode d'extraction disposée entre la cathode et l'anode intercepte une part du faisceau électronique émis. La transparence de la grille est donc limitée et sous l'effet du bombardement électronique une part importante de la puissance du faisceau y est dissipée en chaleur, pouvant provoquer sa déformation ou sa destruction. La vitesse transverse des électrons est encore amplifiée au passage de la grille, augmentant encore la divergence des trajectoires et rendant difficiles la focalisation du faisceau électronique vers l'entrée de la ligne et son maintien à un petit diamètre tout le long de celle-ci.

Pour résoudre ces problèmes, diverses solutions ont été étudiées. Ainsi, ont été proposées des structures complexes à deux grilles étagées sur deux niveaux pour assurer l'extraction puis la focalisation des électrons. Concernant cette technique, on peut citer notamment les articles "Doublegated Spindt emitters with stacked focusing electrode", L. Dvorson et al., J.

Vac. Sci. Technol. B20(1), Jan/Feb 2002, p53 - Vertically aligned carbon nanofiber-based field emission electron sources with an integrated focusing electrode , M. A. Guillorn et al., J. Vac. Sci. Technol. B22(1), Jan/Feb 2004, p35 - Microgun with 100-V electron beam , Vu Thien Binh et al., Applied Physic Letters, 73(14), oct. 1998, p2048, - Jun Hee Choi et al., Applied Physic Letters, 84(6), Feb. 2004, p1022, - "Double-gated field emitter array with carbon nanotubes grown by chemical vapour deposition", Young Chul Choi et al., Applied Physic Letters, 88, 2006, p263504. Des structures de cathode froide à deux grilles coplanaires ont également été proposées pour remédier au défaut de transparence et à la forte divergence du faisceau électronique. Une structure de ce type est représentée sur la vue en coupe de la figure 3. Elle comprend essentiellement une pointe 1 nanométrique centrale entourée d'une première électrode annulaire d'extraction notée 4 et d'une seconde électrode annulaire de focalisation notée 5. La première et la seconde électrode sont concentriques et situées dans un même plan et séparées du substrat 2 conducteur par un isolant 3, le sommet de la pointe ou émetteur étant situé au dessus du plan des électrodes. Ces structures à deux électrodes présentent plusieurs inconvénients. Elles nécessitent une connectique complexe. Les structures à deux niveaux sont coûteuses technologiquement. Enfin, dans le cas où l'électrode d'extraction est au dessus des émetteurs, elle subit le bombardement électronique et augmente la vitesse transverse des électrons. Si l'électrode d'extraction est à un niveau proche du sommet de l'émetteur, les forces électrostatiques latérales peuvent courber l'émetteur si celui-ci présente une certaine souplesse, ce qui est souvent le cas, pour les nanotubes ou nanofils. La source de faisceau électronique collimaté à cathode froide selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Elle ne comporte qu'une seule électrode annulaire. On simplifie ainsi les problèmes de connectique.

On diminue ou on réduit efficacement la vitesse transverse inhérente à l'émission par pointes et on supprime l'augmentation de vitesse transverse que les électrons subissent dans les structures connues lors du passage au niveau de l'électrode d'extraction externe. Une seule électrode réalise les deux fonctions d'extraction et de collimation ce qui donne un avantage substantiel en termes de compacité, de densité d'émetteurs, et de simplification de la technologie et de la connectique, en comparaison des solutions précédentes. On minimise le déplacement des émetteurs sous l'effet du champ. On supprime les problèmes de destruction de grille externe qui résultent de sa transparence limitée.

Plus précisément, l'invention a pour objet une cathode de type cathode froide comprenant un substrat plan électriquement conducteur et au moins un émetteur comportant au moins une pointe de dimensions micrométriques et/ou nanométriques disposée verticalement au-dessus de la surface du substrat, caractérisée en ce que chaque émetteur est entouré d'une et une seule électrode annulaire sensiblement parallèle au substrat plan et isolée électriquement dudit substrat par une couche d'isolant, ladite électrode étant centrée sur une pointe de l'émetteur, le substrat ne comportant que cette seule électrode annulaire dans un rayon centré sur l'émetteur et égal ou supérieur à une fois et demi le rayon extérieur de l'électrode annulaire. Ainsi, on entoure sans la toucher chaque pointe émettrice avec une électrode annulaire telle que : • elle est portée à un potentiel positif par rapport au substrat et à la pointe émettrice, • elle est placée au dessus du plan du substrat, • elle a une extension latérale limitée, • son potentiel, son extension latérale, la surface du substrat laissé apparent sont déterminés de sorte que cet ensemble produit un champ d'extraction des électrons sensiblement isotrope à proximité immédiate de la pointe de l'émetteur, et au delà, un champ de freinage sensiblement isotrope qui diminue très sensiblement la vitesse des électrons et, en particulier, leur vitesse transverse, avant que ceux-ci ne gagnent la zone d'espace où le champ d'anode devient prépondérant. On peut réaliser ainsi une cathode quasi-virtuelle située dans la zone d'espace où les électrons ont une vitesse quasi-nulle. La divergence du faisceau est ainsi considérablement réduite à l'entrée de la zone d'influence de l'anode, et le faisceau ensuite est facilement focalisable. Dans une première configuration, la pointe ayant une hauteur déterminée au-dessus de la surface du substrat, le plan de l'électrode annulaire est à une distance du substrat égale ou inférieure à la dite hauteur. Dans une seconde configuration, la pointe ayant une hauteur déterminée au- dessus de la surface du substrat, le plan de l'électrode annulaire est à une distance du substrat supérieure à la dite hauteur. Avantageusement, l'émetteur est un nanotube de carbone dont le diamètre est de quelques dizaines de nanomètres et la hauteur de un à 5 quelques microns. Avantageusement, un plot sensiblement cylindrique est disposé entre le substrat et l'émetteur en forme de pointe, le plot étant centré sur l'émetteur et de rayon inférieur au rayon intérieur de l'électrode annulaire, ledit plot pouvant être réalisé dans un matériau électriquement conducteur ou 10 constitué d'une succession de couches de matériaux semi-conducteurs, la succession des couches constituant une diode de type PIN signifiant Positive-Intrinsic û Negative . Avantageusement, le rayon intérieur de l'électrode annulaire est compris entre un et trois microns et le rayon extérieur de l'électrode annulaire 15 est compris entre trois et dix microns. Plus précisément, le rayon intérieur de l'électrode annulaire vaut sensiblement 1.5 micron, le rayon extérieur de l'électrode annulaire vaut sensiblement 5 microns, l'épaisseur de la couche d'isolant, la hauteur et le diamètre du plot valent sensiblement 1 micron, la hauteur de la pointe vaut sensiblement 2 microns et son diamètre 20 20 nanomètres. De plus, la cathode peut comprendre une pluralité d'émetteurs disposés selon un motif régulier, chaque émetteur étant entouré d'une et une seule électrode annulaire sensiblement parallèle au substrat plan et isolée électriquement dudit substrat par une couche d'isolant, ladite électrode étant 25 centrée sur cet émetteur, la distance minimale séparant deux émetteurs immédiatement voisins étant supérieure ou égale à deux fois et demi le rayon extérieur de l'électrode annulaire, le motif régulier peut être de forme hexagonale. L'invention concerne également une source de faisceau 30 électronique comportant au moins une cathode ayant au moins une des caractéristiques précédentes et une source d'alimentation électrique agencées de façon que, en fonctionnement, la cathode immergée dans un champ électrique sensiblement constant de valeur moyenne Eo, la tension appliquée entre chaque électrode annulaire et le substrat associé est 35 suffisante pour provoquer l'émission électronique à l'extrémité de la pointe de l'émetteur correspondant, ladite tension étant supérieure ou égale au produit de la valeur moyenne du champ Eo par la distance de ladite électrode annulaire au plan du substrat, de manière à ce qu'au moins une des équipotentielles simplement connexes générées dans l'espace substrat- électrode annulaire vienne entourer totalement l'électrode annulaire de façon à créer une électrode virtuelle induisant ainsi une réduction de la vitesse des électrons émis par l'extrémité de la pointe de l'émetteur.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 10 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 précédemment commentée représente la pointe émettrice d'une cathode. La figure 2 précédemment commentée représente les vitesses 15 radiales des électrons en fonction de la distance à la pointe émettrice. La figure 3 représente une vue en coupe d'une cathode à deux électrodes selon l'art antérieur. La figure 4 représente une vue en coupe d'une cathode à une seule électrode selon l'invention. 20 La figure 5 représente l'orientation des champs électriques au voisinage de la pointe d'une cathode selon l'invention. Les figures 6 et 7 représentent les équipotentielles électriques au voisinage de la pointe d'une cathode selon l'invention. La figure 8 représente les vitesses radiales des électrons en 25 fonction de la distance à la pointe émettrice d'une cathode selon l'invention. La figure 9 représente la variation du potentiel nécessaire pour obtenir un champ électrique donné (2800V/pm) permettant l'émission d'un courant significatif en extrémité de pointe en fonction du rayon extérieur de l'électrode annulaire. 30 La figure 10 représente la variation de la vitesse radiale d'un électron émis par la pointe en fonction du rayon extérieur de l'électrode annulaire. La figure 11 représente la variation du champ électrique à l'extrémité de la pointe en fonction de la hauteur de la pointe.

La figure 12 représente une variante de réalisation d'un plot, support de la pointe émettrice. La figure 13 représente une vue en coupe d'une source de faisceau électronique comportant une pluralité de cathodes selon l'invention.

La figure 14 représente une vue de dessus d'une source de faisceau électronique comportant une pluralité de cathodes selon l'invention. La figure 15 représente huit vues en coupe d'une source selon l'invention aux divers stades de son procédé de réalisation.

Un exemple de réalisation d'une cathode selon l'invention est décrit sur la vue en coupe de la figure 4. Elle comprend essentiellement une pointe 1 nanométrique centrale entourée d'une seule électrode annulaire 6. L'électrode est séparée du substrat 2 conducteur par un isolant 3 d'épaisseur environ 1 m, la pointe ou l'émetteur 1 étant situé au dessus du plan des électrodes. L'émetteur est un nanotube de carbone de hauteur environ 2 m et de diamètre environ 20 nm. II est monté sur un pilier conducteur cylindrique de hauteur et de diamètre voisins de 1 m, et le sommet du nanotube dépasse ainsi le niveau de l'électrode annulaire. La cathode peut comporter une pluralité de pointes proches les unes des autres et de hauteur voisine. Dans ce cas, l'électrode annulaire est centrée sur l'une d'entre elles. Pour simplifier, dans les exemples qui suivent, l'émetteur ne comporte qu'une seule pointe. L'électrode 6 est portée à un potentiel d'environ 65 V par rapport à la cathode et au substrat conducteur 2. Ce potentiel de 65 V permet de générer un champ de 2800V/ m au sommet de l'émetteur ce qui autorise l'émission d'un courant significatif, compris entre 10 à 100 A. L'électrode 6 se comporte donc comme une électrode d'extraction. Cependant, elle est conçue pour jouer simultanément le rôle d'électrode de collimation ou de focalisation.

Les figures 5, 6 et 7 montrent le fonctionnement de l'électrode 6. Ces figures représentent représente l'orientation des champs électriques et les équipotentielles au voisinage de la pointe d'une cathode selon l'invention. Sur ces figures, par souci de clarté, seules les surfaces conductrices sont représentées.

La figure 5 représente, sous forme de petits vecteurs orientés, la répartition des champs et leur orientation. A proximité immédiate du sommet de l'émetteur 1, le champ est dirigé de telle sorte qu'il soit extracteur. Les flèches du champ pointent vers ce sommet. Au delà, la direction du champ s'inverse, les électrons e3 émis voient un champ freinant créé par les charges positives présentes à la face supérieure de l'électrode. Les figures 6 et 7 montrent une partie du réseau des courbes équipotentielles 11 correspondant aux champs précédents. Sur ces figures, les courbes équipotentielles 11 en traits pointillés longs représentent les équipotentielles dites d'extraction des électrons émis, les courbes équipotentielles 11 en traits pointillés courts représentent les équipotentielles sans effet sur les électrons, enfin les courbes équipotentielles 11 en traits continus représentent les équipotentielles dites d'extraction et de freinage des électrons émis. Sur la figure 7, seule la partie des équipotentielles située au-delà de la pointe est représentée. Dans la zone elliptique 12 de la figure 7, le freinage des électrons correspond à la traversée de huit équipotentielles non toroïdales qui se referment complètement autour de l'électrode, car ce sont les seules à n'être traversées que dans un seul sens par les électrons. Sur cette figure 7, les équipotentielles sont séparées de 2V. On a donc un freinage de 16 eV sur les 8 équipotentielles. Pour des trajectoires inclinées à 45°, le freinage se répartit également sur les composantes axiale et radiale de la vitesse des électrons. On atteint ainsi un freinage de 8eV sur la vitesse radiale VR. La figure 8 montre en fonction de la distance Z à l'anode exprimée en millimètres l'évolution de la vitesse radiale VR en eV. Trois courbes sont représentées sur cette figure, chaque courbe correspond, comme sur la figure 2, à une trajectoire électronique différente. Pour celle à 45°, la vitesse radiale décroît après l'émission d'un maximum de 14 eV jusqu'à des valeurs inférieures ou égales à 6eV. On a donc bien induit un freinage radial de 8eV. La valeur finale 6eV répond aux spécifications recherchées pour les tubes amplificateurs à ondes progressive. Les différents paramètres géométriques et électriques comme la hauteur et le diamètre du nanotube, le rayon extérieur de l'électrode et le potentiel appliqué ont une influence sur l'extraction et la collimation du faisceau.

Ainsi, comme on le voit sur la figure 9 qui représente le potentiel en volts nécessaire à appliquer sur l'électrode annulaire pour obtenir le champ électrique d'extraction adéquat en fonction du rayon externe de l'électrode, plus on diminue la largeur de l'électrode, plus le potentiel à appliquer est important. Pour rester compatible des champs de claquage dans des diélectriques réalisés en SiO2 ou en Si3N4, le potentiel ne doit pas dépasser 5 106 V/cm. On montre également que, plus l'électrode est petite, plus le rabattement des lignes de champ sur le substrat se fait proche de l'émetteur donc plus la vitesse latérale est faible. La figure 10 représente ainsi l'évolution de la vitesse radiale en eV en fonction du rayon externe en micron de l'électrode pour un potentiel appliqué donné. Pour obtenir un champ électrique donné au sommet du tube nanométrique, il existe également un optimum pour la hauteur du nanotube.

Il ne doit pas être trop petit pour préserver un rapport d'aspect hauteur sur rayon suffisant. Mais il ne doit pas être trop grand pour que le sommet reste le plus proche possible de l'électrode. La figure 11 représente l'évolution du champ local en mégaV/mm en fonction de la hauteur de l'émetteur en micron. Pour une électrode positionnée à 1 m au-dessus du substrat, et pour des diamètres de nanotubes variant de 20 nm à 30 nm, cet optimum est une longueur de tube de 1,2 m. Comme il a été dit, il est préférable que l'émetteur soit porté par un pilier. Ce pilier peut être simplement conducteur électrique ou a conductivité contrôlée, par exemple par la lumière. Donc ce cas, il peut comprendre, comme indiqué sur la figure 12, un empilement de couches semi-conductrices 13 de façon à réaliser une diode du type PIN , NIN ou UTC signifiant respectivement Positive û Intrinsic û Negative , Negative û Intrinsic - Negative et Uni Travelling Carrier ou de tout autre type connu permettant de contrôler le courant avec une puissance lumineuse. Cette configuration est avantageuse pour moduler les émissions à haute fréquence dans la gamme de quelques 10 GHz.

A titre d'exemple non limitatif, une géométrie de cathode peut avoir les caractéristiques suivantes : Electrode : rayon extérieur : 5 lm rayon intérieur : 1.5 lm Epaisseur isolant : 1 lm Potentiel : 67 volts Nanotube hauteur : 2 pm diamètre : 20 nm Plot-support hauteur : 1 pm diamètre : 20 à 30 nm

Compte-tenu des faibles dimensions des cathodes selon l'invention, il est avantageux d'utiliser sur un même substrat une pluralité da cathodes identiques disposées selon un motif particulier. Les figures 13 et 14 15 représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un tel agencement comprenant une pluralité de cathodes disposées selon un motif hexagonal. Sur ces figures, on a adopté les conventions suivantes. Le substrat et les plots 7 polarisés à 0V sont en blanc. Les nanotubes 1 noirs sont également polarisés à 0V. Les anneaux d'extraction 6 sont représentés 20 en pointillés et sont tous reliés entre eux par de petites pistes métalliques 14, l'ensemble est polarisé à un potentiel d'environ 65V. Il est important de maintenir une certaine distance entre deux anneaux consécutifs pour que les vitesses latérales des électrons diminuent. Elle ne doit pas être trop grande pour que la densité d'émetteurs sur la cathode reste conséquente. Un bon 25 compromis est que la distance séparant deux émetteurs consécutifs soit environ égale à trois fois le rayon extérieur de l'électrode annulaire.

Le procédé technologique de réalisation ne présente pas de difficultés particulières. La figure 15 montre, en vue en coupe, les principales 30 étapes du procédé de réalisation d'un ensemble de deux cathodes selon l'invention. Etape 1 : On réalise un substrat 2 en silicium dopé N+. Il est donc conducteur. Etape 2 : On dépose une couche de résine 20 puis on réalise des 35 ouvertures 21 par lithographie électronique. On dépose ensuite une 10 couche de nickel 22, couche en gris foncé sur la figure 15 qui va servir de catalyseur lors de la croissance des nanotubes. Toutefois, pour éviter qu'en chauffant, le nickel ne réagisse avec le silicium, on place entre la couche de nickel et le silicium une barrière de diffusion en TiN Etape 3 : On enlève la résine 20. Il ne reste sur le silicium que les plots de nickel 23 sur TiN. Etape 4 : On grave le substrat en silicium 2 par lithographie optique pour former les plots 7.

Etape 5 : On dépose successivement une couche de silice 24, couche en gris clair sur la figure 15 qui servira d'isolant puis une couche de métal 25, couche en noir sur la figure 15 servant pour les futures électrodes annulaires et enfin une couche de résine 26. Etape 6 : Par lithographie optique, on grave la couche de résine 26.

On ne laisse la résine qu'aux endroits 27 des futures électrodes 6. Etape 7: On grave les couches de métal 25 et de silice 24. Généralement, la couche de silice est légèrement surgravée comme on le voit sur la figure 15. Les électrodes et les parties isolantes 3 sous les électrodes sont ainsi réalisées.

Etape 8 : On enlève les restes de résine 27 et on fait croître les nanotubes 1 sur les plots de nickel 7 par la technique dite de PECVD, acronyme signifiant Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition .

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Cathode de type cathode froide comprenant un substrat (2) plan électriquement conducteur et au moins un émetteur comportant au moins une pointe (1) de dimensions micrométriques et/ou nanométriques disposée verticalement au-dessus de la surface du substrat, caractérisée en ce que chaque émetteur est entouré d'une et une seule électrode (6) annulaire sensiblement parallèle au substrat plan et isolée électriquement dudit substrat par une couche d'isolant (3), ladite électrode étant centrée sur une pointe de l'émetteur, le substrat ne comportant que cette seule électrode annulaire dans un rayon centré sur l'émetteur et égal ou supérieur à une fois et demi le rayon extérieur de l'électrode annulaire.
2. 2. Cathode de type cathode froide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pointe (1) ayant une hauteur déterminée au-dessus de la surface du substrat, le plan de l'électrode annulaire est à une distance du substrat égale ou inférieure à la dite hauteur.
3. 3. Cathode de type cathode froide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pointe (1) ayant une hauteur déterminée au-dessus de la surface du substrat, le plan de l'électrode annulaire est à une distance du substrat supérieure à la dite hauteur.
4. 4. Cathode de type cathode froide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'émetteur est un nanotube de carbone dont le diamètre est de quelques dizaines de nanomètres et la hauteur de un à quelques microns.
5. 5. Cathode de type cathode froide selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un plot (7) sensiblement cylindrique est disposé entre le substrat et l'émetteur en forme de pointe, le plot étant centré sur l'émetteur et de rayon inférieur au rayon intérieur de l'électrode annulaire. 25 30 35
6. 6. Cathode de type cathode froide selon la revendication 5, caractérisée en ce que le plot (7) est réalisé dans un matériau électriquement conducteur.
7. 7. Cathode de type cathode froide selon la revendication 5, caractérisée en ce que le plot est constitué d'une succession de couches de matériaux semi-conducteurs.
8. 8. Cathode de type cathode froide selon la revendication 7, 10 caractérisée en ce que la succession des couches constitue une diode de type PIN signifiant Positive-Intrinsic û Negative .
9. 9. Cathode de type cathode froide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rayon intérieur de 15 l'électrode annulaire (6) est compris entre un et trois microns et le rayon extérieur de l'électrode annulaire est compris entre trois et dix microns.
10. 10. Cathode de type cathode froide selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que le rayon intérieur de l'électrode 20 annulaire vaut sensiblement 1.5 micron, le rayon extérieur de l'électrode annulaire vaut sensiblement 5 microns, l'épaisseur de la couche d'isolant, la hauteur et le diamètre du plot valent sensiblement 1 micron, la hauteur de la pointe vaut sensiblement 2 microns et son diamètre 20 nanomètres. 25
11. 11. Cathode de type cathode froide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité d'émetteurs disposés selon un motif régulier, chaque émetteur étant entouré d'une et une seule électrode annulaire sensiblement parallèle au substrat plan et isolée électriquement dudit substrat par une couche d'isolant, 30 ladite électrode étant centrée sur cet émetteur, la distance minimale séparant deux émetteurs immédiatement voisins étant supérieure ou égale à deux fois et demi le rayon extérieur de l'électrode annulaire.
12. 12. Cathode de type cathode froide selon la revendication 11, 35 caractérisée en ce que le motif régulier est de forme hexagonale.
13. 13. Source de faisceau électronique comportant au moins une cathode selon l'une des revendications précédentes et une source d'alimentation électrique agencées de façon que, en fonctionnement, la cathode immergée dans un champ électrique sensiblement constant de valeur moyenne Eo, la tension appliquée entre chaque électrode annulaire et le substrat associé est suffisante pour provoquer l'émission électronique à l'extrémité de la pointe de l'émetteur correspondant, ladite tension étant supérieure ou égale au produit de la valeur moyenne du champ Eo par la distance de ladite électrode annulaire au plan du substrat, de manière à ce qu'au moins une des équipotentielles simplement connexes générées dans l'espace substrat-électrode annulaire vienne entourer totalement l'électrode annulaire de façon à créer une électrode virtuelle induisant ainsi une réduction de la vitesse des électrons émis par l'extrémité de la pointe de l'émetteur.