FR2719155A1

FR2719155A1 - Micro-tip field emitter cathode for flat screen

Info

Publication number: FR2719155A1
Application number: FR9404948A
Authority: FR
Inventors: Meyer Robert; Vaudaine Pierre; Rambaud Philippe
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1995-10-27
Anticipated expiration: 2014-04-25
Also published as: JPH0887959A; FR2719155B1; JP3759195B2

Abstract

The cathode includes an array of conductors (8) and a grating (10a) separated by an intermediate insulating layer (12). The cathode is built on a substrate (6) covered by layers of silicon oxide (7) and indium oxide. These layers are etched to define the cathode conductors. An insulating layer of silicon oxide is then deposited on the structure surface.A conductor layer deposited on the surface of the insulating layer is etched using a reactive ion etching technique to define the cathode grating. A nickel layer is deposited an angle of incidence (alpha) and the cathode surface is first cleaned prior to etching the micro-tips. The tips can be built using two superimposed metal layers and include a conic base (20) supporting a tip.

Description

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PROCEDE DE REALISATION DE SOURCES D'ELECTRONS A METHOD FOR PRODUCING ELECTRON SOURCES A

MICROPOINTES ET SOURCE D'ELECTRONS A MICROPOINTES MICROPOINTS AND ELECTRON SOURCE TO MICROPOINTS

OBTENUE PAR CE PROCEDEOBTAINED BY THIS PROCESS

DESCRIPTIONDESCRIPTION

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux systèmes cathodiques émissifs utilisant l'émission électronique par effet de champ tels que par exemple ceux des écrans plats matriciels utilisés pour l'affichage d'images; elle se rapporte de façon plus précise, à un procédé permettant d'améliorer les caractéristiques des cathodes à micropointes et leur The present invention relates generally to cathodic emissive systems using electronic emission by field effect such as for example those of matrix flat screens used for the display of images; it relates more precisely to a method making it possible to improve the characteristics of the microtip cathodes and their

uniformité sur de grandes surfaces. uniformity over large areas.

Un tel système émissif à micropointes et son procédé de fabrication sont décrits en détail par Such a microtip emissive system and its manufacturing process are described in detail by

exemple dans le document FR-A-2 593 953 du 24/01/1986. example in document FR-A-2 593 953 of 24/01/1986.

On commencera d'abord par rappeler la technique connue de fabrication de telles micropointes dans une structure de ce genre, telle qu'elle ressort du document précité en se référant aux figures 1, 2 et 3 ci-jointes. La figure 1 montre une structure déjà élaborée, comprenant sur un substrat 6 surmonté d'un isolant 7, un système de conducteurs cathodiques 8 et de grilles 0lOa superposées sous forme croisée avec un isolant intermédiaire 12 et une couche par exemple de nickel 23 déposée en surface pour servir de masque lors des opérat ons de réalisation des micropointes. Cette couche 23 de nickel, les grilles 10a et l'isolant 12 sont percés de trous 16, dans le fond desquels il s'agit de venir déposer les futures micropointes ccnst_--:_ées d'un métal conducteur en liaison électrique We will begin by recalling the known technique for manufacturing such microtips in a structure of this kind, as shown in the aforementioned document with reference to Figures 1, 2 and 3 attached. FIG. 1 shows a structure already developed, comprising on a substrate 6 surmounted by an insulator 7, a system of cathode conductors 8 and grids 0lOa superimposed in cross form with an intermediate insulator 12 and a layer for example of nickel 23 deposited in surface to serve as a mask during micropoint production operations. This layer 23 of nickel, the grids 10a and the insulator 12 are pierced with holes 16, at the bottom of which it is a question of coming to deposit the future microtips ccnst _--: _ ées of a conductive metal in electrical connection

avec _' lectrode cathodique 8.with cathode electrode 8.

Pour la réalisation des micropointes, on s'y prend ne la façon suivante, en se référant à la figure For the realization of the microtips, we do it as follows, referring to the figure

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2. On commence d'abord par effectuer par exemple le dépôt d'une couche en molybdène l8a sur l'ensemble de la structure. Cette couche 18a présente une épaisseur environ de 1,8 iun. Elle est déposée sous incidence normale par rapport à la surface de la structure; cette technique de dépôt permet d'obtenir des cônes 18 en molybdène logés dans les trous 16 ayant une hauteur de 1,2 à 1,5 pm. On réalise ensuite la dissolution sélective de la couche de nickel 23 par un procédé électrochimique de façon à dégager, comme représenté sur la figure 3, les grilles par exemple en niobium 10a perforées et à faire apparaître les micropointes 18 2. We begin first by performing, for example, the deposition of a layer of molybdenum 18a over the entire structure. This layer 18a has a thickness of approximately 1.8 μm. It is deposited under normal incidence relative to the surface of the structure; this deposition technique makes it possible to obtain cones 18 of molybdenum housed in the holes 16 having a height of 1.2 to 1.5 μm. Then the selective dissolution of the nickel layer 23 is carried out by an electrochemical process so as to release, as shown in FIG. 3, the grids, for example made of perforated niobium 10a, and reveal the microtips 18

émettrices d'électrons.electron emitters.

A quelques variantes technologiques près, la méthode connue ainsi décrite en se référant aux figures 1, 2 et 3 est toujours celle que l'on applique jusqu'à ce jour pour réaliser les micropointes des systèmes à With the exception of a few technological variants, the known method thus described with reference to FIGS. 1, 2 and 3 is still that which is applied to date to produce the microtips of the systems with

cathode émissive.emissive cathode.

Malheureusement, les micropointes ainsi obtenues présentent certains défauts. ces défauts proviennent d'abord du fait que la méthode précédente permet difficilement l'obtention de micropointes dont la forme soit reproductible d'une pointe à l'autre et/ou d'une cathode à l'autre, surtout sur de grandes surfaces lors d'une production en série. Ils proviennent également du fait que, d'autre part, les micropointes obtenues sont loin d'avoir toujours la forme conique parfaite que l'on a représentée sous la référence 18 sur les figures 2 et 3. Le plus souvent en effet, elles ont des inégalités de forme et une majorité a un rayon de courbure beaucoup trop élevé, ce qui leur donne un profil en dôme tel qu'on peut le voir sur la figure 4. Ce profil en dôme diminue notamment leur émissivité d'une façon considérable, c'est-à-dire Unfortunately, the microtips thus obtained have certain defects. these defects come first from the fact that the previous method makes it difficult to obtain microtips whose shape is reproducible from one tip to another and / or from one cathode to another, especially on large surfaces during of a serial production. They also come from the fact that, on the other hand, the microtips obtained are far from always having the perfect conical shape which has been represented under the reference 18 in FIGS. 2 and 3. Most often indeed, they have unevenness of shape and a majority has a much too large radius of curvature, which gives them a dome profile as can be seen in FIG. 4. This dome profile notably reduces their emissivity in a considerable way, that is to say

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la densité de courant émise pour une tension grille the current density emitted for a grid voltage

micropointe déterminée.determined microtip.

D'autre part, la réalisation de la cathode nécessite au moins une étape de photolithographie intervenant après la réalisation des pointes notamment pour la définition des bandes conductrices formant les grilles. Cette étape crée des risques de pollution importants sur les pointes (résidus organiques, traces On the other hand, the production of the cathode requires at least one photolithography step intervening after the production of the tips, in particular for the definition of the conductive strips forming the grids. This step creates significant pollution risks on the tips (organic residues, traces

de nettoyage,...).of cleaning,...).

Or, l'émissivité d'une pointe varie de façon exponentielle avec la forme de la pointe et son état de surface. Dans ces conditions, seule une faible proportion des micropointes assure le courant électronique du système; de ce fait, l'effet de moyenne joue mal et l'émission n'est pas uniforme sur However, the emissivity of a point varies exponentially with the shape of the point and its surface condition. Under these conditions, only a small proportion of the microtips provide the electronic current of the system; therefore, the average effect plays poorly and the emission is not uniform over

l'ensemble de la cathode.the whole cathode.

Selon la demande de brevet EP -434330, il est connu de faire une attaque des pointes après leur According to patent application EP -434330, it is known to attack the tips after their

fabrication de façon à affiner leur rayon de courbure. manufacturing in order to refine their radius of curvature.

Mais ce procédé marche mal pour des cathodes de grandes surfaces. Exposé de l'invention La présente invention a précisément pour objet un procédé de réalisation de sources d'électrons à micropointes qui permet à la fois d'uniformiser l'état However, this process does not work well for cathodes of large areas. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is precisely a process for producing microtip electron sources which makes it possible both to standardize the state

de surface et d'affiner la géométrie des micropointes. of surface and to refine the geometry of the microtips.

Ce procédé permet ainsi en réduisant fortement les dispersions de caractéristiques d'une pointe à l'autre et d'une source à l'autre de pallier aux inconvénients précédents et de rendre plus facile la production de cathodes à micropointes ayant des caractéristiques uniformes et reproductibles, ainsi This process thus makes it possible, by greatly reducing the dispersions of characteristics from one point to another and from one source to another, to alleviate the above drawbacks and to make easier the production of microtip cathodes having uniform and reproducible characteristics. , so

qu'un haut niveau d'émission.than a high emission level.

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De façon plus précise, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'une source d'électrons à micropointes comportant un système de conducteurs cathodiques, de grilles superposées avec un isolant intermédiaire, et de micropointes, les grilles étant géométriquement comprises entre un plan inférieur et un plan supérieur, caractérisé en ce que l'on so'mmet les micropointes à: - une première étape de nettoyage, puis à: - une étape d'affinage par gravure superficielle En d'autres termes, après la fabrication des micropointes, telle qu'elle est expliquée par exemple dans le document FR-A-2 593 953, l'invention propose de réaliser, dans un premier temps une première étape de nettoyage qui permet d'uniformiser l'état de surface et, dans un deuxième temps, une étape d'affinage qui consiste en une gravure complémentaire pour donner aux micropointes un profil aussi proche que possible de l'idéal souhaité, c'est-à-dire avec un rayon de courbure aussi faible que possible (inférieur à More specifically, the present invention relates to a method of producing a microtip electron source comprising a system of cathode conductors, grids superimposed with an intermediate insulator, and microtips, the grids being geometrically comprised between a lower plane and an upper plane, characterized in that the microtips are so'mmet to: - a first cleaning step, then to: - a refining step by surface etching In other words, after the manufacture of the microtips, as explained for example in document FR-A-2 593 953, the invention proposes to carry out, firstly a first cleaning step which makes it possible to standardize the surface condition and, in a second step, a refining step which consists of additional etching to give the microtips a profile as close as possible to the desired ideal, that is to say with a radius of curvature a as low as possible (less than

quelques dizaines de nanomètres).a few tens of nanometers).

En pratique, cette optimisation consiste en la recherche, pour les micropointes, d'un profil se rapprochant le plus possible d'un cône à pointe effilée, autrement dit en la recherche d'un effet de pointes augmenté pour garantir une amplitude importante In practice, this optimization consists in finding, for the microtips, a profile that comes as close as possible to a cone with a tapered point, in other words in the search for an increased point effect to guarantee a large amplitude.

du champ électrique.of the electric field.

Avantageusement, on fait suivre l'étape d'affinage d'une deuxième étape de nettoyage, Advantageously, the refining step is followed by a second cleaning step,

consistant en un nettoyage chimique humide. consisting of wet chemical cleaning.

De préférence, la première étape de nettoyage comporte une première sousétape de nettoyage chimique humide et une deuxième sous-étape de nettoyage par un Preferably, the first cleaning step comprises a first wet chemical cleaning sub-step and a second cleaning sub-step with a

plasma, par exemple par plasma 02.plasma, for example by plasma 02.

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Conformément à l'invention, l'étape d'affinage par gravure superficielle peut être réalisée par l'une quelconque des méthodes connues qui sont en particulier l'attaque chimique ou électrochimique contrôlée, l'attaque par gravure ionique réactive et l'attaque par According to the invention, the refining step by surface etching can be carried out by any of the known methods which are in particular controlled chemical or electrochemical attack, attack by reactive ion etching and attack by

bombardement ionique.ion bombardment.

Selon une caractéristique de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, l'attaque superficielle des micropointes est effectuée sur une épaisseur de According to an implementation characteristic of the process which is the subject of the invention, the surface attack of the microtips is carried out over a thickness of

quelques dizaines à quelques milliers d'Angstroms. a few tens to a few thousand Angstroms.

L'un des avantages du procédé objet de la présente invention, est qu'il s'applique au traitement de très grandes surfaces émissives, telles qu'on en rencontre précisément dans les écrans plats d'affichage. Le procédé permet ainsi de corriger très simplement la forme approximative des micropointes obtenues jusqu'à ce jour et, en supprimant les dispersions de caractéristiques d'émission d'une pointe à l'autre, de permettre un niveau d'émission électronique très élevé et nettement accru par rapport à ceux de l'art antérieur, et donc de permettre la réduction de la tension d'alimentation nécessaire entre les grilles et les conducteurs cathodiques pour One of the advantages of the process which is the subject of the present invention is that it applies to the treatment of very large emissive surfaces, such as are encountered precisely in flat display screens. The method thus makes it possible to very simply correct the approximate shape of the microtips obtained to date and, by eliminating the dispersions of emission characteristics from one tip to another, to allow a very high level of electronic emission and significantly increased compared to those of the prior art, and therefore allow the reduction of the supply voltage required between the grids and the cathode conductors for

extraire les électrons.extract the electrons.

En somme, le principe de l'invention consiste à choisir une méthode de réalisation des micropointes qui donne pour celles-ci une forme approximative (plus facile à réaliser sur de grandes surfaces et moins coûteuse) puis à nettoyer les micropointes et enfin à améliorer et homogénéiser leur rayon de courbure à l'aide, en particulier, d'une gravure ionique réactive ou d'autres méthodes de gravures chimiques ou électrochimiques. In summary, the principle of the invention consists in choosing a method for producing the microtips which gives them an approximate shape (easier to make on large surfaces and less expensive) then cleaning the microtips and finally improving and homogenize their radius of curvature using, in particular, reactive ion etching or other chemical or electrochemical etching methods.

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L'invention est de mise en oeuvre particulièrement intéressante lorsque les micropointes sont réalisées respectivement en au moins deux parties: une première partie servant de base, de forme sensiblement tronconique, et étant constituée d'un premier matériau conducteur, choisi de telle façon qu'il ne soit pas ou très peu attaqué par l'étape d'affinage, - une deuxième partie constituant la pointe proprement dite et étant déposée sur la première partie, cette deuxième partie étant constituée d'un second matériau conducteur choisi de telle façon à ce qu'il soit The invention is particularly advantageous when the microtips are produced respectively in at least two parts: a first part serving as a base, of substantially frustoconical shape, and consisting of a first conductive material, chosen so that it is not or very little attacked by the refining step, - a second part constituting the point proper and being deposited on the first part, this second part consisting of a second conductive material chosen in such a way that whether

attaqué par l'étape d'affinage.attacked by the ripening stage.

On englobe également, dans le terme "matériau Also included in the term "material

conducteur", les matériaux semi-conducteurs. conductive ", semiconductor materials.

De préférence, la première partie (base) est de hauteur telle que son sommet est à peu près au même Preferably, the first part (base) is so high that its top is roughly the same

niveau que le plan inférieur de la grille. level than the lower plane of the grid.

L'intérêt de mettre en oeuvre l'invention dans The advantage of implementing the invention in

ce cas particulier est le suivant.this particular case is as follows.

Lorsque les micropointes sont constituées d'un matériau unique, sensible à l'étape d'affinage, le temps d'affinage doit être contrôlé: s'il est trop important, le sommet de la pointe peut rapidement se trouver en-dessous du plan inférieur de la grille, ce When the microtips are made of a single material, sensitive to the refining step, the refining time must be controlled: if it is too large, the top of the tip can quickly be below the plane lower of the grid, this

qui est très défavorable à l'émission électronique. which is very unfavorable to electronic transmission.

S'il est trop faible, le rayon de courbure n'est pas optimum et l'effet recherché par l'affinage n'est pas If it is too small, the radius of curvature is not optimum and the effect sought by refining is not

atteint.achieved.

Au contraire, lorsque les micropointes sont ccnstitu--ées de deux parties, comme décrit ci-dessus, le ere-ns d'affinage doit être suffisant pour obtenir le cdn e courbure optimum de la pointe, mais s'il est On the contrary, when the microtips are made up of two parts, as described above, the refining ere-ns must be sufficient to obtain the optimum tip curvature, but if it is

l.s lc-ng, le sommet de la pointe reste toujours au- l.s lc-ng, the top of the point always remains at-

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dessus du plan inférieur de la grille puisqu'il repose above the lower plane of the grid since it rests

sur le matériau non attaqué ou peu attaqué. on unattacked or slightly attacked material.

Selon un exemple de réalisation, la première partie est en niobium (Nb), la deuxième partie est en molybdène, ou en chrome, ou en silicium, ou en fer, ou According to an exemplary embodiment, the first part is made of niobium (Nb), the second part is made of molybdenum, or of chromium, or of silicon, or of iron, or

en nickel.nickel.

L'invention a également pour objet une source d'électrons à micropointes comportant un système de conducteurs cathodiques, de grilles superposées avec un isolant intermédiaire et de micropointes déposées dans des trous pratiqués dans les grilles et l'isolant, les grilles étant géométriquement comprises entre un plan inférieur et un plan supérieur, caractérisée en ce que les micropointes comportent respectivement au moins deux parties: une première partie de forme tronconique, de hauteur H, et constituée d'un premier matériau conducteur, - une deuxième partie, constituant une pointe conique déposée sur la première partie et étant constituée d'un second matériau conducteur, le premier et le second matériaux étant choisis de façon à ce que le second matériau soit apte à être affiné par une gravure sélective par rapport au premier matériau, cette gravure étant du type attaque chimique ou électrochimique contrôlé, gravure ionique réactive The subject of the invention is also a source of electrons with microtips comprising a system of cathode conductors, grids superimposed with an intermediate insulator and microtips deposited in holes made in the grids and the insulator, the grids being geometrically comprised between a lower plane and an upper plane, characterized in that the microtips respectively comprise at least two parts: a first part of frustoconical shape, of height H, and made of a first conductive material, - a second part, constituting a conical point deposited on the first part and consisting of a second conductive material, the first and the second materials being chosen so that the second material is capable of being refined by selective etching with respect to the first material, this etching being of controlled chemical or electrochemical attack type, reactive ion etching

ou bombardement ionique.or ion bombardment.

De préférence, la hauteur H est telle que le sommet de la première partie soit sensiblement au Preferably, the height H is such that the top of the first part is substantially at the

niveau du plan inférieur des grilles. level of the lower plane of the grids.

L'invention s'applique ainsi à des sources dans lesuelles les micropointes ne sont pas déposées direce--ent sur les conducteurs cathodiques mais par exemple sur une couche résistive intercalée entre les The invention thus applies to sources in which the microtips are not deposited directly on the cathode conductors but for example on a resistive layer interposed between the

micrcr:-ntes et les conducteurs cathodiques. micrcr: -ntes and cathode conductors.

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Brève description des figuresBrief description of the figures

De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la In any case, the characteristics and advantages of the invention will appear better on

lumière de la description qui va suivre. Cette light of the description which follows. This

description porte sur les exemples de réalisation, description relates to the exemplary embodiments,

donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 à 3 illustrent différentes étapes de formation de micropointes, selon un procédé connu de l'art antérieur, - la figure 4 représente schématiquement la forme des micropointes obtenues par un procédé connu, - la figure 5 représente schématiquement le profil en cône idéal souhaité, - les figures 6a et 6b illustrent l'émissivité des micropointes d'une part avant et après traitement d'affinage et d'autre part avant et après la seconde étape de nettoyage, - les figures 7a, 7b et 7c montrent schématiquement les formes obtenues pour une micrcpointe en un seul métal, dans le cas d'un affinage respectivement trop poussé, insuffisant et optimal, - les figures 8a à 8c illustrent le procédé given by way of explanation and without limitation, with reference to the accompanying drawings in which: - Figures 1 to 3 illustrate different stages of microtip formation, according to a method known from the prior art, - Figure 4 schematically represents the shape microtips obtained by a known method, - Figure 5 shows schematically the desired ideal cone profile, - Figures 6a and 6b illustrate the emissivity of microtips on the one hand before and after refining treatment and on the other hand before and after the second cleaning step, - Figures 7a, 7b and 7c schematically show the shapes obtained for a microtip made of a single metal, in the case of refining respectively too thorough, insufficient and optimal, - Figures 8a to 8c illustrate the process

d'affinage pour une micropointe en deux parties. refining for a two-part microtip.

Exemple détaillé de modes de réalisation Les étapes du procédé selon l'invention ccmplètent les procédés connus de formation de cathodes zropointes émettrices d'électrons. Un tel procédé e-st dcrit par exemple dans le document FR-A-2 593 953 -Brevt américain correspondant: US-A-4 857 161). De _a. résumée il comporte les étapes suivantes: Detailed example of embodiments The steps of the method according to the invention complement the known methods of forming zropoint cathodes emitting electrons. Such a process is described, for example, in the document FR-A-2,593,953 - corresponding American patent: US-A-4,857,161). From _a. summarized it includes the following steps:

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- dépôt par pulvérisation cathodique sur le substrat 6, d'une couche d'oxyde de silicium 7 (voir figure 1), d'environ 100 nm, - dépôt par pulvérisation cathodique, sur la couche 7, d'une première couche conductrice en oxyde d'indium dans laquelle seront réalisées les conducteurs cathodiques 8 (épaisseur environ 160 nm), - gravure de la première couche conductrice pour former des premières bandes conductrices parallèles ou conducteurs cathodiques 8, - dépôt chimique en phase vapeur (à partir des gaz de silane, phosphine, oxygène) d'une seconde couche isolante d'oxyde de silicium d'épaisseur environ 1 pm (12), - dépôt, par évaporation sous vide, sur la couche d'oxyde de silicium, d'une troisième couche, conductrice, dans laquelle seront formées les grilles a (niobium, épaisseur environ 0,4 un), - ouverture de trous 16 (diamètre environ 1,3 un) dans la troisième couche conductrice, par gravure ionique réactive (GIR) en utilisant un plasma de SF6, et dans la seconde couche 12 par gravure ionique réactive dans un plasma de CHF3 ou par attaque chimique dans une solution d'acide fluorhydrique et de fluorure - deposition by sputtering on the substrate 6, of a layer of silicon oxide 7 (see FIG. 1), of approximately 100 nm, - deposition by sputtering, on the layer 7, of a first conductive layer in indium oxide in which the cathode conductors 8 will be produced (thickness about 160 nm), - etching of the first conductive layer to form first parallel conductive strips or cathode conductors 8, - chemical vapor deposition (from the gases of silane, phosphine, oxygen) of a second insulating layer of silicon oxide with a thickness of approximately 1 μm (12), - deposition, by vacuum evaporation, on the layer of silicon oxide, of a third layer, conductive, in which the grids will be formed (niobium, thickness approximately 0.4 un), - opening of holes 16 (diameter approximately 1.3 un) in the third conductive layer, by reactive ion etching (GIR) using a plasma of SF6, and in the seco layer 12 by reactive ion etching in a CHF3 plasma or by chemical attack in a solution of hydrofluoric acid and fluoride

d'ammonium.ammonium.

- dépôt d'une couche de nickel 23 (figure 2) par évaporation sous vide, sous incidence rasante par rapport à la surface de la structure. L'angle a formé entre l'axe d'évaporation et la surface de la couche 10a est voisin de 15 . La couche de nickel présente une épaisseur d'environ 150 nm, formation des micropointes par un procédé décrit dans l'introduction de la présente demande, en liaison avec les figures 2 et 3, - Deposition of a layer of nickel 23 (Figure 2) by vacuum evaporation, under grazing incidence relative to the surface of the structure. The angle formed between the evaporation axis and the surface of the layer 10a is close to 15. The nickel layer has a thickness of approximately 150 nm, formation of the microtips by a process described in the introduction to the present application, in conjunction with FIGS. 2 and 3,

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- gravure de la troisième couche pour former des - etching of the third layer to form

deuxièmes bandes conductrices parallèles aux grilles. second conductive strips parallel to the grids.

Selon l'invention, ces étapes sont suivies d'abord par une étape de nettoyage qui a pour fonction d'uniformiser l'état de surface avant toute autre étape. Cette étape de nettoyage peut comprendre deux sous- étapes: un nettoyage chimique humide dans un bain de lessive (TFD4 à 10% dans de l'eau), à 60 C, assisté par ultrasons, le tout pendant une durée de 5 minutes environ, - un nettoyage par gravure ionique réactive dans un plasma d'oxygène, par exemple à l'aide d'un équipement vendu dans le commerce sous l'appellation According to the invention, these steps are followed first by a cleaning step which has the function of standardizing the surface condition before any other step. This cleaning step can comprise two sub-steps: wet chemical cleaning in a detergent bath (TFD4 at 10% in water), at 60 ° C., assisted by ultrasound, all for a period of approximately 5 minutes, - cleaning by reactive ion etching in an oxygen plasma, for example using equipment sold commercially under the name

NEXTRAL 550.NEXTRAL 550.

Cette dernière opération qui dure une dizaine de minutes environ est faite par exemple avec une puissance de 250 Watts, une pression du plasma de This last operation which lasts about ten minutes is done for example with a power of 250 Watts, a plasma pressure of

100 millitorrs et un débit de 100 cm3/mn. 100 millitorrs and a flow rate of 100 cm3 / min.

L'étape de nettoyage est suivie d'une étape d'affinage ou gravure des pointes, par exemple pour des pointes en molybdène par gravure ionique réactive dans The cleaning step is followed by a step of refining or etching the tips, for example for molybdenum tips by reactive ion etching in

un plasma SF6 (même équipement que celui mentionné ci- an SF6 plasma (same equipment as that mentioned above

dessus). Cette étape permet l'élimination d'une couche d'oxyde de molybdène qui peut s'être formée au moment du nettoyage sous plasma 02. Elle permet également une gravure des micropointes permettant de modifier leur above). This step allows the elimination of a layer of molybdenum oxide which may have formed at the time of cleaning under plasma 02. It also allows etching of the microtips allowing to modify their

forme et notamment de réduire leur rayon de courbure. shape and in particular to reduce their radius of curvature.

Les conditions d'action du plasma d'hexafluorure de soufre sont par exemple les suivantes: l'opération dure environ 20 secondes avec une puissance de 400 W, un débit de 40 cm3/mn sous une pression du plasma de millitorrs. A la sortie de ce traitement, une forte proportion de micropointes ont le même profil qui se il 2719155 rapproche du profil en cône idéal de la figure 5 et un The conditions of action of the sulfur hexafluoride plasma are for example the following: the operation lasts about 20 seconds with a power of 400 W, a flow rate of 40 cm 3 / min under a pressure of the plasma of millitorrs. At the end of this treatment, a high proportion of microtips have the same profile which, if it is close to the ideal cone profile of FIG. 5 and a

état de surface très uniforme.very uniform surface finish.

La figure 6a est une courbe montrant l'émissivité des micropointes avant le traitement d'affinage (courbe en pointillé) et après le traitement d'affinage (courbe en trait plein). Sur ce graphique, la densité de courant en microampères par millimètre FIG. 6a is a curve showing the emissivity of the microtips before the refining treatment (dotted curve) and after the refining treatment (solid line curve). On this graph, the current density in microamps per millimeter

carré est portée en ordonnées et la tension grille- square is plotted on the ordinate and the grid voltage

micropointes en volts est portée en abscisses. microtips in volts is plotted on the abscissa.

L'augmentation d'émissivité consécutive au traitement apparaît immédiatement comme étant considérable. On obtient donc effectivement des micropointes, pour lesquelles le rayon de courbure de l'extrémité est The increase in emissivity following treatment immediately appears to be considerable. We therefore effectively obtain microtips, for which the radius of curvature of the end is

inférieur à quelques dizaines de nanomètres. less than a few tens of nanometers.

La figure 6b montre l'émissivité (mêmes unités que sur la figure 6a) des micropointes après affinage, mais avant (courbe en pointillé) et après la deuxième étape de nettoyage (courbe en trait plein). On voit que cette deuxième étape de nettoyage permet encore FIG. 6b shows the emissivity (same units as in FIG. 6a) of the microtips after refining, but before (dotted curve) and after the second cleaning step (curve in solid line). We see that this second cleaning step still allows

d'améeLiorer l'émissivité d'un facteur important. improve the emissivity of an important factor.

D'autres procédés d'affinage des pointes peuvet être utilisés alternativement à celui décrit ci-_e-sus, par exemple par attaque chimique (ou Other tip refining methods can be used as an alternative to that described above, for example by chemical attack (or

élec:rzchimique) contrôlée ou par bombardement ionique. elec: rzchimique) controlled or by ion bombardment.

Avantageusement, on peut réaliser en outre la deux__e étape de nettoyage chimique humide dans le bain -e lessive mentionné ci-dessus, pendant une durée Advantageously, the second stage of wet chemical cleaning can also be carried out in the above-mentioned washing bath for a period of time.

d'en-_-on 30 minutes.within 30 minutes.

La durée, pendant laquelle on réalise l'étape d'a ffnage, doit être contrôlée dans le cas o les micrz---intes sont constituées d'un seul métal, sensible The duration, during which the refining step is carried out, must be controlled in the case where the micrz --- intes consist of a single metal, sensitive

à l'affnage, par exemple le molybdène. for refining, for example molybdenum.

La grille 10a est géométriquement comprise ent--re u- délimitée par deux plans, un plan inférieur The grid 10a is geometrically understood between - delimited by two planes, a lower plane

12 271915512 2719155

(I) et un plan supérieur (S) (voir figure 7a, sur laquelle, tout comme sur les figures 7b, 7c, 8a-c, les références 6, 8, 10a, 12 ont la même signification que (I) and an upper plane (S) (see FIG. 7a, in which, as in FIGS. 7b, 7c, 8a-c, the references 6, 8, 10a, 12 have the same meaning as

sur les figures 1 à 5).in Figures 1 to 5).

Si la durée d'affinage est trop importante, le sommet de la pointe 18 peut rapidement se trouver, comme illustré sur la figure 7a, en-dessous du plan inférieur I de la grille 10a, ce qui est très If the ripening time is too long, the top of the tip 18 can quickly be, as illustrated in FIG. 7a, below the lower plane I of the grid 10a, which is very

défavorable à l'émission.unfavorable to the broadcast.

Si la durée d'affinage est trop faible, le rayon de courbure n'est pas optimum (voir figure 7b) et If the ripening time is too short, the radius of curvature is not optimum (see Figure 7b) and

l'effet recherché n'est pas atteint. the desired effect is not achieved.

En fait, avec la structure à un seul métal, le temps d'affinage doit être suffisamment important pour obtenir le rayon de courbure optimum, mais malgré tout pas trop long pour que la pointe reste au-dessus du In fact, with the single metal structure, the refining time must be long enough to obtain the optimum radius of curvature, but still not too long for the tip to remain above the

plan inférieur I de la grille (figure 7c). lower plane I of the grid (FIG. 7c).

Au contraire, quand la pointe est constituée d'au moins deux métaux superposés, le temps d'affinage On the contrary, when the point consists of at least two superimposed metals, the ripening time

est comme nous allons le voir, beaucoup moins critique. is as we will see, much less critical.

La structure de la pointe avant affinage est illustrée sur la figure 8a, et comporte: - une première partie ou base 20 qui a une forme tronconique, de hauteur H. Elle est constituée d'un premier matériau choisi de telle façon qu'il ne soit pas ou très peu attaqué par l'étape d'affinage décrite ci-dessus. Ce matériau peut être par exemple du niobium, - une deuxième partie 22 qui constitue la pointe proprement dite. Elle est déposée directement sur la première partie. Elle est constituée d'un deuxième matériau sensible à l'étape d'affinage, par exemple du molybdène, ou du chrome (Cr), ou du silicium (Si), The structure of the tip before refining is illustrated in FIG. 8a, and comprises: - a first part or base 20 which has a frustoconical shape, of height H. It is made up of a first material chosen so that it does not either not or very little attacked by the refining step described above. This material may for example be niobium, a second part 22 which constitutes the point proper. It is placed directly on the first part. It consists of a second material sensitive to the refining step, for example molybdenum, or chromium (Cr), or silicon (Si),

ou du fer (Fe), ou du nickel (Ni).or iron (Fe), or nickel (Ni).

13 271915513 2719155

Un procédé pour obtenir des micropointes ayant cette structure est dérivé du procédé déjà décrit en introduction pour fabriquer des micropointes constituées d'un seul matériau. On commence par réaliser le dépôt d'une couche 18a par exemple en niobium sur la couche de nickel 23, par évaporation sous vide sous incidence normale, comme sur la figure 2. Il y a un rapport direct entre la hauteur de matériau déposé dans le trou 16 et la durée d'évaporation sous vide. On peut donc interrompre cette évaporation lorsque la hauteur H désirée du tronc de cône formant la base 20 est atteinte, et poursuivre ensuite l'évaporation avec le second matériau tel que A method for obtaining microtips having this structure is derived from the method already described in the introduction for manufacturing microtips made from a single material. We begin by depositing a layer 18a for example of niobium on the nickel layer 23, by evaporation under vacuum under normal incidence, as in FIG. 2. There is a direct relationship between the height of material deposited in the hole 16 and the evaporation time under vacuum. We can therefore stop this evaporation when the desired height H of the truncated cone forming the base 20 is reached, and then continue the evaporation with the second material such as

du molybdène de façon à obtenir la deuxième partie 22. molybdenum so as to obtain the second part 22.

L'ensemble a alors la forme globale sensiblement The whole then has the overall shape substantially

conique de la figure 8a.conical of Figure 8a.

En fait, la hauteur H de la base 20 doit être suffisante pour que le sommet A du cône obtenu se situe au-dessus du plan inférieur de la grille 10a. De préférence, A se situera, après les opérations de dépôt qui viennent d'être décrites, au-dessus du plan supérieur de la grille 10a; à cet effet, la hauteur H sera sensiblement égale à l'épaisseur de l'isolant 12, c'est-à-dire dans cet exemple de réalisation, à la distance séparant le conducteur cathodique 8 du plan In fact, the height H of the base 20 must be sufficient for the apex A of the cone obtained to be located above the lower plane of the grid 10a. Preferably, A will be located, after the deposition operations which have just been described, above the upper plane of the grid 10a; for this purpose, the height H will be substantially equal to the thickness of the insulator 12, that is to say in this embodiment, at the distance separating the cathode conductor 8 from the plane

inférieur de la grille 10a.lower of the grid 10a.

Si une couche résistive est intercalée entre les micropointes et les conducteurs cathodiques il faudra évidemment tenir compte de l'épaisseur de cette If a resistive layer is interposed between the microtips and the cathode conductors, it will obviously be necessary to take into account the thickness of this

couche résistive.resistive layer.

On peut ensuite procéder aux opérations de nettoyage et d'affinage qui ont été précédemment décrites. Du fait du choix initial des matériaux dont sont constitués les parties 20 et 22, la seule partie attaquée par l'affinage est la partie 22. La structure We can then proceed to the cleaning and refining operations which have been previously described. Due to the initial choice of materials from which parts 20 and 22 are made, the only part attacked by refining is part 22. The structure

14 271915514 2719155

obtenue par le procédé (figures 8b ou 8c) a la forme suivante: - une première partie, sensiblement tronconique, de hauteur H, H est de préférence sensiblement égale à la distance séparant le conducteur cathodique 8 du plan inférieur I de la grille 10a, c'est-à-dire sensiblement égale à l'épaisseur e de l'isolant 12; par exemple H sera comprise entre 0,8e et 1,le, (là encore, il faut tenir compte de la présence éventuelle d'une couche résistive entre les micropointes et les conducteurs cathodiques), - une deuxième partie conique, dont la base est de diamètre d inférieur au diamètre D de la section obtained by the method (FIGS. 8b or 8c) has the following form: a first part, substantially frustoconical, of height H, H is preferably substantially equal to the distance separating the cathode conductor 8 from the lower plane I of the grid 10a, that is to say substantially equal to the thickness e of the insulator 12; for example H will be between 0.8e and 1, the, (here again, it is necessary to take into account the possible presence of a resistive layer between the microtips and the cathode conductors), - a second conical part, the base of which is of diameter d less than the diameter D of the section

supérieure du tronc de cône 20.upper part of the truncated cone 20.

La durée pendant laquelle on réalise l'affinage doit être suffisante pour obtenir le rayon de courbure recherché (figure 8b), mais si cette durée est plus The duration during which the refining is carried out must be sufficient to obtain the desired radius of curvature (FIG. 8b), but if this duration is longer

longue, le sommet A' de la pointe reste toujours au- long, the vertex A 'of the point always remains above

dessus du plan inférieur de la grille 10a, puisque la partie 22, attaquée par l'affinage, repose sur la partie 20, non attaquée par l'affinage. La pointe ne pourrait donc disparaître qu'après un temps d'attaque above the lower plane of the grid 10a, since the part 22, attacked by the refining, rests on the part 20, not attacked by the refining. The tip could therefore only disappear after an attack time

nettement plus long.significantly longer.

Selon un exemple de réalisation non limitatif: - l'isolant est en silice d'une épaisseur proche de 1 pm, - la grille est en niobium (Nb) d'une épaisseur d'environ 0,4 um; les trous dans la grille ont un z amètre de l'ordre de 1,4 pim, - Le métal constituant la base 20 de la pointe est en Nb d'une épaisseur comprise entre 0,8 et 1,1 pmn, - - a partie 22 est en molybdène d'une épaisseur s-_fisante pour constituer la pointe, par exemple : -a avant affinage, l'affinage de cette partie :--vant se faire de la même façon que décrit According to a nonlimiting exemplary embodiment: - the insulation is made of silica with a thickness close to 1 μm, - the grid is made of niobium (Nb) with a thickness of approximately 0.4 μm; the holes in the grid have a z meter of the order of 1.4 pim, - The metal constituting the base 20 of the tip is made of Nb with a thickness of between 0.8 and 1.1 pmn, - - a part 22 is made of molybdenum of s-_fisante thickness to constitute the point, for example: -a before refining, the refining of this part: - before being done in the same way as described

27191552719155

précédemment dans l'exemple de réalisation o les previously in the exemplary embodiment where the

micropointes sont entièrement en molybdène. microtips are made entirely of molybdenum.

Enfin, une cathode à micropointes obtenue par la méthode décrite dans la présente invention peut être associée à une structure comportant au moins une anode et un matériau cathodoluminescent pour réaliser un dispositif de visualisation tel que décrit dans les brevets US.4 857 161 (FR-2 593 953), US.4 940 916, US.5 225 820 (FR-2 633 763) ou US.5 194 780 Finally, a microtip cathode obtained by the method described in the present invention can be associated with a structure comprising at least one anode and a cathodoluminescent material to produce a display device as described in US Patents 4,857,161 (FR- 2,593,953), US.4,940,916, US.5,225,820 (FR-2,633,763) or US.5,194,780

(FR-A-2 663 462).(FR-A-2 663 462).

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation d'une source d'électrons comportant un système de conducteurs cathodiques (8), de grilles (10a) superposées avec un isolant intermédiaire (23), et de micropointes (18), les grilles étant géométriquement comprises entre un plan inférieur (I) et un plan supérieur (S), caractérisé en ce que l'on soumet les micropointes à: - une première étape de nettoyage, puis à: 1. Method for producing an electron source comprising a system of cathode conductors (8), grids (10a) superimposed with an intermediate insulator (23), and microtips (18), the grids being geometrically comprised between a lower plane (I) and an upper plane (S), characterized in that the microtips are subjected to: - a first cleaning step, then to:

- une étape d'affinage par gravure superficielle. - a refining step by surface etching.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait suivre l'étape d'affinage d'une seconde étape de nettoyage, consistant en un 2. Method according to claim 1, characterized in that the refining step is followed by a second cleaning step, consisting of

nettoyage chimique humide.wet chemical cleaning.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3. Method according to one of claims 1 or

2, caractérisé en ce que la première étape de nettoyage comporte une première sous-étape de nettoyage chimique humide et/ou une deuxième sousétape de nettoyage par 2, characterized in that the first cleaning step comprises a first wet chemical cleaning sub-step and / or a second cleaning sub-step by

un plasma.a plasma.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 4. Method according to one of claims 2 or

3, caractérisé en ce que le nettoyage chimique est 3, characterized in that the chemical cleaning is

réalisé par un bain de lessive basique. performed by a basic laundry bath.

5. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'affinage par gravure superficielle est réalisée par l'un quelconque des méthodes choisies parmi l'attaque chimique ou électrochimique contrôlée, l'attaque par gravure 5. Method according to claim 1, characterized in that the refining step by surface etching is carried out by any of the methods chosen from controlled chemical or electrochemical attack, etching attack

ionique réactive et l'attaque par bombardement ionique. reactive ionic and ion bombardment attack.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape d'affinage est une 6. Method according to claim 5, characterized in that the refining step is a

gravure ionique réactive à partir d'un plasma de SF6. reactive ion etching from an SF6 plasma.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7. Method according to one of claims 1 to

6, caractérisé en ce que l'attaque superficielle des micropointes est effectuée sur une épaisseur de 6, characterized in that the surface attack of the microtips is carried out over a thickness of

quelques dizaines à quelques milliers d'Angstrôms. a few tens to a few thousand Angstroms.

17 271915517 2719155

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8. Method according to one of claims 1 to

7, caractérisé en ce que, avant les étapes de nettoyage et d'affinage, les micropointes sont réalisées respectivement en au moins deux parties: - une première partie (20) servant de base et étant constituée d'un premier matériau conducteur, choisi de telle façon qu'il ne soit pas ou très peu attaqué par l'étape d'affinage, - une deuxième partie (22) constituant la pointe proprement dite et étant déposée sur la première partie, cette deuxième partie étant constituée d'un second matériau conducteur choisi de façon telle 7, characterized in that, before the cleaning and refining steps, the microtips are produced respectively in at least two parts: - a first part (20) serving as a base and consisting of a first conductive material, chosen from in such a way that it is not or very little attacked by the refining step, - a second part (22) constituting the point proper and being deposited on the first part, this second part being made of a second material conductor chosen in such a way

qu'il soit attaqué par l'étape d'affinage. let it be attacked by the ripening stage.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la base est de hauteur H telle que son sommet est sensiblement au même niveau que le 9. Method according to claim 8, characterized in that the base is of height H such that its apex is substantially at the same level as the

plan inférieur (I) des grilles (10a). lower plane (I) of the grids (10a).

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première partie (20) est en 10. Method according to claim 8, characterized in that the first part (20) is in

niobium (Nb).niobium (Nb).

11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième partie (22) est en molybdène (Mo), ou en chrome (Cr), ou en silicium (si), 11. Method according to claim 8, characterized in that the second part (22) is made of molybdenum (Mo), or of chromium (Cr), or of silicon (si),

ou en fer (Fe), ou en nickel (Ni).or iron (Fe), or nickel (Ni).

12. Procédé de fabrication d'un dispositif de visualisation par cathodoluminescence, caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation d'une source d'électrons par un procédé selon l'une des 12. A method of manufacturing a cathodoluminescence display device, characterized in that it comprises the production of an electron source by a method according to one of

revendications 1 à 11.claims 1 to 11.

13. Source d'électrons à micropointes comportant un système de conducteurs cathodiques (8), de grilles (10a) superposées avec un isolant intermédiaire (23) et de micropointes (18) déposées dans des trous (16) pratiqués dans les grilles et l'isolant, les grilles étant géométriquement comprises entre un plan inférieur (I) et un plan supérieur (S), caractérisée en ce que les micropointes ont été soumises à: - une première étape de nettoyage, puis à: - une étape d'affinage par gravure superficielle. 13. Electron source with microtips comprising a system of cathode conductors (8), grids (10a) superimposed with an intermediate insulator (23) and microtips (18) deposited in holes (16) made in the grids and l insulation, the grids being geometrically comprised between a lower plane (I) and an upper plane (S), characterized in that the microtips have been subjected to: - a first cleaning step, then to: - a refining step by surface etching.

14. Source d'électrons selon la revendication 13, caractérisée en ce que les micropointes comportent respectivement au moins deux parties: - une première partie (20) de forme tronconique, de hauteur H, et constituée d'un premier matériau conducteur, - une deuxième partie (22), constituant une pointe conique déposée sur la première partie et étant constituée d'un second matériau conducteur, le premier et le second matériau étant choisis de façon à ce que le second matériau soit apte à être affiné par14. Electron source according to claim 13, characterized in that the microtips respectively comprise at least two parts: - a first part (20) of frustoconical shape, of height H, and made of a first conductive material, - a second part (22), constituting a conical point deposited on the first part and being made of a second conductive material, the first and the second material being chosen so that the second material is able to be refined by

une gravure sélective par rapport au premier matériau. selective etching with respect to the first material.

15. Source d'électrons à micropointes selon la revendication 14, caractérisée en ce que la hauteur H de la première partie est telle que son sommet est sensiblement au même niveau que le plan inférieur (I) 15. Electron microtip source according to claim 14, characterized in that the height H of the first part is such that its apex is substantially at the same level as the lower plane (I)

des grilles (10a).grids (10a).

16. Source d'électrons à micropointes selon 16. Source of microtip electrons according to

l'une des revendications 14 ou 15, caractérisée en ce one of claims 14 or 15, characterized in that

que la première partie (20) est en niobium (Nb). that the first part (20) is made of niobium (Nb).

17. Source d'électrons à micropointes selon 17. Microtip electron source according to

l'une des revendications 14 à 16, caractérisée en ce one of claims 14 to 16, characterized in that

que la deuxième partie (22) est en molybdène (Mo), en silicium (Si), en chrome (Cr), en fer (Fe) ou en nickel that the second part (22) is made of molybdenum (Mo), silicon (Si), chromium (Cr), iron (Fe) or nickel

(Ni).(Or).

18. Dispositif de visualisation par cathodoluminescence, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'électrons à micropointes selon l'une des 18. A cathodoluminescence display device, characterized in that it comprises a source of microtip electrons according to one of the

revendications 13 à 17.claims 13 to 17.