FR2962590A1 - Cathode froide emettrice d'electrons a pointes renversees - Google Patents

Abstract

Un procédé de fabrication d'une cathode froide à pointes émettrices d'électrons, comprend la fabrication de pointes par croissance de matériau depuis une face 10 d'un substrat de croissance S1, le recouvrement des pointes par une couche de matériau conducteur L2 en sorte de noyer les pointes entièrement dans cette couche, l'élimination du substrat de croissance S1, dégageant une face arrière 12 de la couche L2, permettant une gravure sélective de la couche de matériau conducteur, pour dégager par gravure une portion de la hauteur des pointes, faisant émerger les bases b des pointes de la couche de matériau conducteur L2 et laissant les sommets s noyés dans cette couche L2. Un substrat support de cathode S2 peut être prévu sous la couche L2. On obtient des pointes NR dont les sommets b sont tous à la même cote, et dont les autres extrémités s sont noyées dans la couche L2.

Description

CATHODE FROIDE EMETTRICE D'ELECTRONS A POINTES RENVERSEES DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les cathodes froides à pointes émettrices d'électrons, et plus particulièrement les cathodes froides dont les pointes sont fabriquées par croissance de matériau depuis la surface d'un substrat. Ces cathodes sont utilisées comme sources d'électrons par émission de champ pour l'instrumentation scientifique (microscopes électroniques) et les équipements de la microélectronique (lithographie), les amplificateurs radio fréquence ou les sources de rayons X, par exemple. ETAT DE LA TECHNIQUE Les cathodes froides à pointes émettrices d'électrons sont intéressantes en ce qu'elles permettent d'obtenir facilement un faisceau d'électrons, avec une grande densité de courant, à partir d'un champ électrique appliqué raisonnable, grâce à l'effet de pointe qui permet d'obtenir un champ local très élevé au sommet de chaque pointe. La possibilité de moduler le faisceau d'électrons émis et de générer ou d'interrompre le faisceau de façon instantanée sont des propriétés particulièrement intéressantes de ces cathodes, et à même de favoriser leur utilisation comme source d'électrons dans nombre d'applications, et notamment celles nécessitant une forte densité de courant.

Une source d'électrons à cathode froide à pointes émettrices d'électrons est schématiquement illustrée sur la figure 1. La cathode 1 comprend sur sa face avant, un réseau de pointes 2, régulièrement espacées, perpendiculaires à la surface de la cathode. Elle est placée à distance définie d'une anode 3, (ou d'une grille d'extraction dans le cas d'un montage triode). L'ensemble est placé sous vide et une tension de commande V est appliquée entre la cathode et l'anode, en sorte que les pointes baignent dans champ électrique uniforme, égal au rapport de cette tension V sur la distance entre la cathode et l'anode (ou la grille d'extraction). Par l'effet de pointe, on obtient un champ local très élevé au sommet de chaque pointe. La valeur de ce champ local est égale au produit du champ électrique appliqué et d'un coefficient amplificateur qui dépend essentiellement de la géométrie de la pointe, et qui est généralement compris entre 10 et 1000. Ce champ local élevé permet l'extraction des électrons, au sommet des pointes, avec une densité de courant donnée. Les électrons extraits sont ensuite accélérés sous vide vers l'anode (ou la grille d'extraction si il y en a une). La multiplication des pointes permet d'atteindre les forts courants nécessaires pour certaines applications (amplification radiofréquence, source de rayons X, par exemple). On réalise ainsi, par exemple, des cathodes comprenant 10000 pointes sur une surface de 1mm2. Les pointes des technologies les plus avancées sont obtenues par des procédés de croissance de matériau (procédés dits "bottom-up") : notamment croissance électrochimique en milieu liquide pour les nanofils métalliques et croissance catalytique pour les nanofils semi-conducteurs et pour les nanofibres et nanotubes de carbone. Le rapport d'aspect des pointes est égal au rapport de leur hauteur sur leur rayon au sommet. Avec les procédés technologiques de croissance de l'état de l'art, le diamètre de ces pointes est typiquement compris entre 1 nanomètre et quelques dizaines de nanomètres et leur hauteur atteint aisément plusieurs micromètres. Leur rapport d'aspect peut donc atteindre quelques milliers, et donc être très favorable à l'effet amplificateur de champ au sommet. Avec ces pointes, on peut ainsi facilement extraire des électrons en appliquant des champs électriques de seulement quelques volts par micromètre.

Cependant, on observe en pratique une dispersion des valeurs du champ électrique local obtenu au sommet des pointes, due à une dispersion du coefficient d'amplification de champ. Au mieux, 68% des émetteurs auront un coefficient d'amplification de champ dans une fourchette de l'ordre de ±7,5% autour de la moyenne, malgré tout le soin et la qualité apportés à chaque étape de fabrication des pointes. Cette dispersion des coefficients amplificateurs de champ entraîne une dispersion beaucoup plus grande des courants émis par les pointes, par suite de la dépendance exponentielle des courants avec les champs électriques aux sommets. A certains sommets, le champ électrique local obtenu ne sera pas suffisant, pour que le courant d'émission soit significatif. A d'autres sommets, le champ électrique local obtenu sera trop fort : les pointes seront détruites à cause d'un courant trop élevé. C'est ainsi qu'en pratique, on observe que le courant est fourni par un faible pourcentage des pointes, par exemple 5%, ce qui pour une cathode de 2500 pointes disposées sur une surface de 500µm sur 500µm, représente 125 pointes r- réellement émissives. Cette dispersion est très gênante, car elle limite la densité de courant à des valeurs plus faibles qu'attendues et recherchées pour une application donnée.

Un objet de l'invention est de réduire la dispersion du coefficient d'amplification de champ au sommet des pointes, pour améliorer les performances d'émission des cathodes froides, et plus précisément pour augmenter le pourcentage de pointes réellement émissives, dans le but d'augmenter la densité du courant émis par la cathode.

On a vu que le coefficient d'amplification de champ au sommet des pointes dépend du rapport d'aspect des pointes, et notamment de la hauteur des pointes. Or les procédés de fabrication actuels, spécialement les procédés de fabrication des pointes par croissance de matériau depuis la surface d'un substrat, ne permettent pas d'obtenir une hauteur de pointe très uniforme. Comme illustré sur la figure 1, les pointes ont en pratique des hauteurs différentes : leurs sommets sont ainsi à des cotes différentes relativement à la surface du substrat de cathode 1 dont elles émergent, étant supposé, et vérifié en pratique, que cette surface du substrat 1 est absolument plane.

Dans l'exemple illustré, en utilisant un procédé de croissance de matériau défini pour réaliser des pointes de hauteur nominale h, les sommets s des pointes obtenues sont en réalités à différentes cotes cl, c2, c3 par rapport à la surface plane du substrat de cathode, à la cote cO. Cette variation de la cote des sommets des pointes dépend complètement du procédé technologique et est observée malgré tout le soin et la qualité apportés à chaque étape du processus de fabrication.

RESUME DE L'INVENTION Un objet de l'invention est de réduire la dispersion du coefficient 30 d'amplification, et plus spécialement de rendre plus uniforme la hauteur des pointes. L'idée à la base de l'invention repose sur l'observation suivante, à savoir que la surface de la cathode d'où l'on fait croître les pointes, est plane. Aussi, les bases b des pointes, sont elles toutes rigoureusement à la même 35 cote cO que la surface plane du substrat de cathode.

Dans l'invention, on exploite cette caractéristique, pour fabriquer une cathode à pointes émettrices dont les sommets seront par construction tous à la même cote, indépendamment des caractéristiques technologiques de fabrication.

L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une cathode froide à pointes émettrices d'électrons, caractérisé en ce qu'il comprend : -une étape de croissance de pointes depuis une surface supérieure plane d'un substrat de croissance; chaque pointe s'étendant sur une hauteur entre une base à la surface supérieure du substrat de croissance, et un sommet, -une étape de dépôt sur cette surface supérieure d'une structure de recouvrement des pointes, ladite structure comprenant au moins une couche de matériau conducteur dans laquelle sont noyés les sommets des pointes, et qui forme la surface supérieure de la structure de recouvrement, -une étape de retrait du substrat de croissance, découvrant une surface inférieure de ladite structure de recouvrement, -une étape de gravure de la structure de recouvrement par cette surface inférieure pour dégager une portion de la hauteur des pointes, faisant émerger les bases des pointes de ladite couche de matériau conducteur et laissant les sommets noyés dans la couche de matériau conducteur. Les pointes obtenues ont leurs sommets tous à la même cote, par construction. En outre, la portion de pointe jusqu'à l'extrémité qui reste scellée dans la couche de matériau conducteur, forme une zone de contact mécanique, électrique et thermique améliorée. Notamment cette partie qui n'intervient pas dans l'effet de pointe (amplificateur de champ), car elle est noyée dans un plan de masse conducteur (la couche de matériau conducteur), peut favoriser la densité de courant en augmentant la surface de contact de la pointe avec ce plan de masse : à la surface de contact habituelle entre la base de la pointe et ce plan de masse, s'ajoute la surface de contact de la partie latérale de la pointe qui est noyée dans ce plan de masse. On peut ainsi faire circuler un plus grand courant dans la pointe sans risquer d'atteindre la température limite de destruction de la pointe.

L'invention concerne aussi une cathode froide à pointes émettrices d'électrons, dans laquelle lesdites pointes émergent d'une couche de matériau conducteur dans laquelle elles sont partiellement enfouies, jusqu'à une cote uniforme pour toutes les pointes.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont détaillés dans la description suivante, et illustrés sur les dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 illustre une source d'électrons à cathode froide à réseau de pointes selon l'état de l'art; ~o -la figure 2 illustre une séquence d'étapes de fabrication d'une cathode froide à pointes renversées suivant l'invention; -la figure 3 illustre la structure de cathode obtenue à l'issue d'un procédé selon l'invention; -les figures 4 et 5 illustrent deux variantes de cette structure ; 15 -la figure 6 illustre une séquence détaillée d'étapes de fabrication a) à g) d'une cathode froide à pointes renversées suivant un premier mode de réalisation de l'invention, pour des pointes en nanotubes de carbone, -la figure 7 est une vue d'une structure de cathode obtenue à 20 l'issue de ce procédé; -la figure 8 est une variante de la structure de cathode obtenue; -la figure 9 illustre une variante de la séquence de fabrication de la figure 6 ; et -la figure 10 illustre une autre variante de la séquence de 25 fabrication de la figure 6.

DESCRIPTION DETAILLEE Un procédé de fabrication d'une cathode froide à pointes renversées selon un premier mode de réalisation de l'invention est 30 schématiquement illustré sur la figure 2. Le procédé consiste à réaliser une structure initiale de cathode comportant un substrat de croissance SI et les pointes N obtenues par croissance de matériau depuis la surface supérieure de ce substrat, à recouvrir cette structure par une couche de matériau conducteur L2, en sorte que les pointes soient noyées dans cette couche, à 35 retirer le substrat de croissance SI et à dégager par gravure une portion de la hauteur des pointes, faisant émerger les bases b des pointes de la couche de matériau conducteur L2 et laissant les sommets s noyés dans cette couche L2. De manière plus détaillée, le procédé comprend : 1). Une étape de croissance de pointes N depuis une surface supérieure plane 10 d'un substrat plan de croissance SI, partout procédé de croissance de matériau de l'état de l'art ; 2). Une étape de recouvrement de ces pointes N, par une couche de matériau conducteur L2 ; après recouvrement, les pointes N sont 10 entièrement recouvertes, noyées dans ce matériau ; 3). Une étape de retrait du substrat de croissance SI, dégageant une surface inférieure 12 de la couche L2 ; 4). Une étape de gravure de la couche L2 par cette surface inférieure 12 de manière à dégager partiellement les pointes par leur base b, 15 faisant émerger les bases b de la surface 12 de la couche de matériau conducteur, et laissant les sommets s noyées dans cette couche. Ces pointes NR auront une hauteur h', correspondant à la profondeur de gravure de la couche L2, qui sera en pratique inférieure à la hauteur hm;n de la plus petite pointe obtenue dans l'étape de croissance. 20 Ce procédé de renversement des pointes N de la structure initiale de cathode, permet d'obtenir une structure CC1 de cathode, comprenant la couche de matériau conducteur L2 et les pointes NR enchâssées dans cette couche, et qui ont leurs sommets b tous à la même cote, par construction. Les pointes NR de la structure CC1 de cathode émergent ainsi de 25 la couche de matériau conducteur L2, par la surface 12 qui devient ainsi la surface supérieure de la structure CC1 de cathode comportant la couche L2 et les pointes NR. Dans cette structure, la couche L2 forme un substrat de cathode, ayant une fonction de commande électrique des pointes. La couche L2 de matériau conducteur devrait être réalisée de 30 préférence avec une épaisseur d'au moins une dizaine de microns, pour obtenir une structure de cathode CC1 manipulable, non cassante. L'obtention d'une telle épaisseur suppose le recours à des techniques de dépôt électrochimique ou par électrophorèse, moins simples à mettre en oeuvre que les procédés de fabrication sous vide. 35 Aussi, de préférence, pour faciliter la manipulation et la fabrication de la structure de cathode, spécialement dans le cas de pointes en nanotubes de carbone, on prévoit en outre un substrat S2 support de cathode, sous la couche L2, comme illustré sur la figure 3. La structure de cathode froide CCf obtenue comprend alors un substrat de cathode Scc formé de la couche de matériau conducteur L2 et d'un substrat S2 qui supporte cette couche L2. Le procédé de fabrication comprend alors une étape de report de la couche de matériau conducteur sur un substrat de cathode S2. Ce report sur un substrat de cathode S2 peut être effectué avant de retirer le substrat de croissance SI et de réaliser la gravure, c'est à dire entre les étapes 2). et 3). ; ou bien après la séparation de la couche L2 du substrat SI, c'est-à-dire après l'étape 3), par toute technique de l'état de l'art. Le procédé de fabrication selon l'invention comprend ainsi l'utilisation d'un substrat de croissance SI, qui est jeté au cours du procédé et d'un substrat de cathode qui est dans la structure finale. Le substrat de cathode est formé de la couche de matériau conducteur L2, de préférence supportée par un substrat supplémentaire S2. L'utilisation d'un substrat de croissance différent du substrat de cathode final est avantageux, notamment, parce que cela permet de choisir un substrat SI optimisé pour la croissance, et un substrat de cathode Scc (L2 ou L2+S2) optimisé pour l'application. En effet, le substrat de croissance n'a plus à être nécessairement très conducteur, car c'est une qualité qui n'est nécessaire que pour le fonctionnementll'application. On peut ainsi choisir un substrat silicium peu coûteux, ou un substrat de silicium oxydé en surface, c'est-à-dire revêtu d'une couche d'oxydation, qui est un substrat qui favorise des croissances de meilleures qualités, la couche d'oxydation formant de plus une couche barrière à la diffusion du catalyseur dans le substrat. Le substrat de cathode Scc sera choisi bon conducteur d'électricité et avantageusement bon conducteur de chaleur. Notamment le matériau de la couche de matériau conducteur L2 sera avantageusement choisi parmi la liste des matériaux suivants : Au, Ni, Al, Cu, Mo, ou encore Si dopé. Cette couche L2 sera déposée sur la surface 10 du substrat de croissance SI, et par-dessus les pointes N, par tout procédé de l'état de l'art, de préférence par une technique de dépôt sous vide, par exemple dépôt chimique en phase vapeur (CVD), évaporation, pulvérisation cathodique, etc.

Le substrat supplémentaire S2 sera par exemple un substrat en (i) silicium très dopé pour améliorer encore la conduction électrique et thermique de la cathode, ou (ii) un substrat constitué d'une couche photoconductrice sur un isolant comme par exemple le SOI (en anglais silicium sur isolant), ceci afin de permettre une commande optique de la cathode, ou (iii) un substrat en cuivre poli, éventuellement une pièce support de cathode de tube à vide déjà usinée, ou (iiii) en nitrure d'aluminium un substrat isolant électrique bon conducteur de la chaleur pour permettre d'isoler ultérieurement par des procédés connus de l'homme de l'art, différentes zones émettrices. Dans une variante, le substrat support S2 est un substrat souple par exemple en métal mince, en silicium mince (quelques dizaine de pm), ou en polymère, par exemple du polydiméthylsiloxane (PDMS), en polymère métallisé (la liste est non limitative), permettant sa conformation dans tout forme désirée. Notamment ce substrat souple est avantageusement conformé avec une forme concave, avant ou après le report de la couche L2. Le substrat étant souple et la couche L2 peu épaisse, l'ensemble pourra se déformer sans rupture. Cette forme concave permet une première focalisation du faisceau d'électrons émis par la cathode. Une structure de cathode correspondante, avec une forme concave, est schématiquement illustrée sur la figure 4. Dans cette structure, on ne peut plus dire que les sommets b des pointes NTR sont tous à la même cote, mais qu'ils s'inscrivent sur une surface de forme désirée 100, parallèle à la surface 101 du substrat support S2 sur lequel est déposée la couche L2.

Selon plusieurs autres variantes, le substrat S2 pourra être soit uniformément plan, soit structuré par exemple avec des mésas, des creux, ou encore des trous ouverts (en anglais "via ho/es") permettant de contacter la couche L2 depuis la face arrière du substrat (figure 5) Une mise en oeuvre pratique de l'invention va maintenant être plus particulièrement décrite, en référence aux figures 6 à 10, dans un exemple d'application de l'invention à une cathode froide à pointes émettrice de type nanotubes de carbone NT. Le procédé de fabrication est basé sur un processus de croissance catalytique de carbone, sous des billes d'un matériau catalyseur, formées par agrégation d'atomes à partir de plots localisés du matériau catalyseur. Cette technique de fabrication bien connue de l'homme de l'art, permet un très bon contrôle de la distance entre les pointes et du diamètre des pointes, ce qui contribue également à réduire la dispersion du coefficient amplificateur de champ. On a vu en effet que ce coefficient dépend aussi du rayon (donc du diamètre) des pointes. Bien maîtriser le diamètre des pointes contribue à l'effet technique recherché de réduire la dispersion de ce coefficient amplificateur. Par ailleurs le contrôle de la distance entre les pointes est important en ce qu'il permet d'éviter les effets d'écrantage de champ entre des pointes voisines.

Selon un mode de réalisation de l'invention, un procédé de fabrication d'une structure de cathode froide à pointes émettrices comprend les étapes suivantes illustrées sur la figure 6. Une première étape a) comprend la réalisation de plots PN; d'un catalyseur, par exemple du nickel sur la surface supérieure 10 d'un substrat de croissance SI, dans l'exemple un substrat silicium oxydé en surface, c'est à dire recouvert en surface d'une couche LI d'oxyde (SiO2). Suivant l'état de l'art, cette étape est par exemple obtenue par transfert du dessin des plots dans une résine négative, ouverture de trous dans la résine, évaporation du nickel, puis enlèvement de la résine selon la technique dite de "lift-off'.

Une étape b) de formation de billes ("clusters") CN; de catalyseur, par chauffage sous vide à une température déterminée, typiquement supérieure à 400°C. Une étape c) de croissance catalytique des pointes NT de nanotubes de carbone, par exemple par une technique dite PE-CVD, de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, en présence d'un gaz, par exemple de l'acétylène et d'un gaz de gravure du carbone amorphe qui peut se déposer pendant la croissance, par exemple de l'ammoniac. Les nanotubes NT se forment sous les billes de catalyseur CN;. Une étape d) de dépôt d'une couche L2 d'un matériau conducteur, sur toute la face supérieure du substrat SI, sur une épaisseur suffisante à recouvrir entièrement les pointes. L'épaisseur est donc choisi supérieure à la hauteur maximale des pointes. Elle peut être typiquement de l'ordre de 1 à 10 micromètres, selon la hauteur des pointes et la solidité recherchée pour la couche L2. La surface de cette couche, au-dessus des pointes, forme la nouvelle surface supérieure 11 de la structure.

Une étape e) de fixation de la couche de matériau conducteur L2 par sa surface supérieure 11, sur un substrat support de cathode S2, par exemple un substrat de silicium très dopé. Par exemple, la fixation est obtenue par soudure, ou collage, par exemple collage moléculaire.

Une étape f) de retrait du substrat de croissance SI dégageant la surface inférieure 12 de la couche L2. Dans l'exemple, le substrat SI comportant une couche LI d'oxydation à l'interface avec la couche L2, ce retrait sera typiquement obtenu par gravure sélective de la couche LI d'oxydation SiO2, par attaque latérale. Dans ce procédé, la couche ~o d'oxydation LI du substrat de croissance a ainsi deux fonctions : une première fonction, dans l'étape c) de croissance catalytique, est une fonction de barrière de diffusion, empêchant le catalyseur de diffuser dans le substrat de silicium ; une deuxième fonction, dans l'étape f) de retrait du substrat de croissance SI, est une fonction de couche sacrificielle. 15 Sans la présence dans la structure d'une telle couche sacrificielle LI, le substrat SI sera attaqué directement. Une étape g) de gravure de la couche conductrice L2, par sa surface 12 de manière à dégager une portion des pointes par leur base b, sur une profondeur déterminée, choisie inférieure à la hauteur hm;n de la plus 20 petite pointe (ou autrement dit, choisie inférieure à la hauteur minimale hm;n des pointes obtenue par le procédé de croissance utilisé). Comme illustré sur la figure 7, on obtient des pointes NTR qui émergent de la surface 12 de la couche L2, dont les sommets b correspondent aux bases b des pointes NT obtenues à l'issue de l'étape de 25 croissance c) sur le substrat SI ; avec des bases b' qui correspondent au départ de leur partie émergente. Les sommets s des pointes NT obtenues à l'issue de l'étape de croissance sur le substrat SI, restent eux noyés dans cette couche L2, assurant l'ancrage des pointes NTR. C'est ainsi cette partie enchâssée dans la couche L2 qui est maintenant de profondeur variable, ce 30 qui n'a aucune incidence comme on l'a déjà indiqué sur l'effet d'amplification de champ. En pratique, la profondeur de gravure h' de la couche L2 peut ne pas être toujours bien contrôlée. Ainsi la surface 12 gravée, ne sera-t-elle pas parfaitement plane, comme illustré sur la figure 8. Cette inhomogénéité 35 de surface peut-être source de dispersion des coefficients amplification de champ électrique aux sommets des pointes. On peut pallier ce problème en imposant une distance d entre les pointes, inférieure à la hauteur finale h' des pointes, pour obtenir un écrantage de champ entre des pointes voisines, tel que les creux des équipotentielles entre les pointes soient tous alignés, sur une ligne horizontale I un peu au-dessus de la surface 12. Cet écrantage contrôlé permet de s'affranchir des effets de l'inhomogénéité de la surface. Une autre solution consiste à modifier l'étape d) de recouvrement des pointes, en déposant une première couche sacrificielle de gravure L3 sur la surface 10 du substrat de croissance SI, et qui n'immerge que partiellement toutes les pointes NT ; puis la couche L2 par-dessus, qui finit de recouvrir entièrement toutes les pointes. On a ainsi une structure de recouvrement LR des pointes formée de la couche sacrificielle L3 et de la couche de matériau conducteur L2.

Dans les étapes e) à f), on garde cette structure de recouvrement R. A l'étape g) de gravure, c'est la couche sacrificielle L3 qui est enlevée. Cette gravure sélective de la couche sacrificielle L3 préserve la surface plane de la couche L2 d'où émergent les bases b dégagées. La couche sacrificielle L3 qui ne se retrouve pas dans la structure finale de cathode CCf, peut être réalisée dans un matériau conducteur ou diélectrique. Ce peut être une couche d'un métal, de semiconducteur, de résine, de polymère ...La liste n'est pas exhaustive. La figure 10 illustre une autre variante du procédé de l'invention, plus spécialement applicable aux pointes nanotubes ou nanofils ou nanofibres de carbone, dans laquelle l'étape g) de gravure est décomposée en deux étapes : une première, g1, pour dégager les pointes sur une certaine profondeur ; une deuxième, g2, pour dégager une forme de plot dans le matériau de la couche conductrice. Cette forme de plot peut permettre de compenser une mauvaise conduction de pointe, due à une mauvaise qualité du nanotube (ou nanofil ou nanofibre), par la bonne conduction du plot. Cette variante peut aussi permettre de rigidifier la pointe émettrice sans diminution significative du facteur d'amplification du champ. Cette variante peut se combiner aux différentes variantes vues précédemment. Notamment, la première étape de gravure g1, peut avantageusement être une étape de gravure de la couche sacrificielle L3 de la figure 7, la deuxième étape de gravure g2 étant une étape de gravure de la couche L2. Dans les séquences des figures 6 et 9, l'étape de retrait f) du substrat de croissance intervient après l'étape e) de fixation de la couche L2 sur le substrat support S2. Les deux étapes peuvent être inversées. Par exemple, on peut d'abord séparer le substrat de croissance SI et la couche L2 (ou la structure de recouvrement R (L2+L3) le cas échéant, et reporter cette couche (ou la structure R) sur un substrat support de cathode S2. On peut par exemple utiliser une technique utilisée pour le dépôt des couches de Langmuir-Blodget par laquelle la couche L2 (ou la structure de recouvrement R) flottant dans une solution après sa séparation du substrat SI se fixe sur le substrat S2 lors de la trempe de celui-ci. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation de pointes nanotubes de carbone qui vient d'être décrit. Notamment, les étapes e) à g) qui correspondent aux étapes caractéristiques de mise en oeuvre de l'invention, s'appliquent aux différents procédés de fabrication de pointes par croissance de matériau (procédés dits bottom-up), qu'ils s'agissent de pointes métalliques, semi-conductrices ou nanofibres de carbones, le terme nanofibre étant à comprendre dans sa définition la plus large, notamment englobant les nanotubes et les nanofils. Elle permet de réaliser des cathodes froides à pointes régulièrement espacées, avec un espacement compris entre 1 à 2 fois leur hauteur, permettant d'atteindre des densités de courant élevées supérieures à 0,5 ampère par cm2.25

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une cathode froide à pointes émettrices d'électrons, caractérisé en ce qu'il comprend : -une étape de croissance (1) de pointes (N) depuis une surface supérieure plane (10) d'un substrat de croissance (SI); chaque pointe s'étendant sur une hauteur (h) entre une base (b) à la surface supérieure du substrat de croissance, et un sommet (s), -une étape (2) de dépôt sur cette surface supérieure d'une structure de recouvrement (R) des pointes, ladite structure comprenant au moins une couche de matériau conducteur (L2) ~o dans laquelle sont noyés les sommets (s) des pointes, et qui forme la surface supérieure (11) de la structure de recouvrement, -une étape (3) de retrait du substrat de croissance (SI), découvrant une surface inférieure (12) de ladite structure de recouvrement, 15 -une étape (4) de gravure de la structure de recouvrement par cette surface inférieure (12) pour dégager une portion de la hauteur des pointes, faisant émerger les bases (b) des pointes de ladite couche de matériau conducteur (L2) et laissant les sommets (s) noyés dans la couche de matériau conducteur. 20
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de report de ladite structure de recouvrement par sa surface supérieure (11) sur un substrat support de cathode (S2). 25
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ledit substrat de croissance (SI) est un substrat de silicium comprenant une couche d'oxydation (L1) en surface (10), et en ce que ladite étape (3) de retrait du substrat de croissance est une étape de gravure sélective de ladite couche d'oxydation, permettant de séparer ledit 30 substrat (SI) de la structure de recouvrement (R).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans ladite étape de dépôt d'une structure derecouvrement (R) comprend le dépôt d'une couche sacrificielle de gravure (L3) sur la surface supérieure (10) du substrat de croissance (SI) et le dépôt sur cette sacrificielle, de ladite couche de matériau conducteur (L2).
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de gravure (4) comprend une première étape de gravure (g1) pour faire émerger les bases (b) des pointes de ladite couche de matériau conducteur (L2), sur une portion de hauteur des pointes et une deuxième étape de gravure (g2) pour former des plots (p) de matériau conducteur autour de chacune desdites portions.
6. 6. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit substrat 15 support de cathode (S2) est un substrat souple, qui peut être conformé dans une forme désirée.
7. 7. Procédé selon la revendication 2 ou 6, dans lequel ledit substrat support de cathode est un substrat de la liste suivante : substrat 20 photoconducteur, substrat isolant électrique recouvert d'un photoconducteur, substrat isolant électrique recouvert d'un semiconducteur, substrat muni de trous de part en part, substrat à surface structurée. 25
8. 8. Cathode froide à pointes émettrices d'électrons (NR), dans laquelle lesdites pointes émergent d'une couche de matériau conducteur (L2), dans laquelle elles sont partiellement enfouies, les sommets des parties émergentes étant tous à une même cote. 30
9. 9. Cathode froide selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque pointe (NTR) émerge de ladite couche de matériau conducteur (L2) par un plot (p) formé dans ledit matériau.
10. 10. Cathode froide selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle 35 ledit matériau conducteur (L2) est un matériau de la liste suivante :Au, Ni, Al, Cu ,Mo, Si très dopé.
11. 11. Cathode froide selon l'une des revendications 8 à 10, comprenant un substrat support de cathode (S2) sous ladite couche de matériau conducteur L2.
12. 12. Cathode froide selon la revendication 11, dans lequel ledit substrat est un substrat silicium, du cuivre poli, un substrat photoconducteur, un substrat isolant électrique recouvert d'un photoconducteur, un substrat isolant électrique recouvert d'un semiconducteur, un substrat muni de trous de part en part, un substrat à surface structurée.
13. 13. Cathode froide selon l'une des revendications 8, 9, 10, 11 ou 12, conformée en une forme concave.
14. 14. Cathode froide selon l'une des revendications 8 à 13, dans laquelle les pointes sont des nanotubes ou nanofils obtenues par croissance de carbone sp2.
15. 15. Cathode froide selon l'une des revendications 8 à 13, dans laquelle les pointes émettrices sont des pointes de matériau conducteur ou semi-conducteur. 25
16. 16. Cathode froide selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, dans laquelle les pointes sont régulièrement espacées avec un espacement compris entre 1 à 2 fois leur hauteur, pour atteindre des densités de courant élevées supérieures à 0,5 ampère par cm2. 30