WO2016102575A1 - High-energy electron source made from cnt with offset electromagnetic wave control element - Google Patents

High-energy electron source made from cnt with offset electromagnetic wave control element Download PDF

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WO2016102575A1
WO2016102575A1 PCT/EP2015/080990 EP2015080990W WO2016102575A1 WO 2016102575 A1 WO2016102575 A1 WO 2016102575A1 EP 2015080990 W EP2015080990 W EP 2015080990W WO 2016102575 A1 WO2016102575 A1 WO 2016102575A1
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electrode
scco
electron source
field effect
current
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PCT/EP2015/080990
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Jean-Paul Mazellier
Pierre Legagneux
Laurent Gangloff
Florian ANDRIANIAZY
Pascal Ponard
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Thales
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J2235/06—Cathode assembly
    • H01J2235/068—Multi-cathode assembly

Definitions

  • the invention relates to a high energy electron source, between 20 and 500 kV, for example, comprising at least one switchable or modulatable cathode or electron source and an electromagnetic wave control element external to the cathode structure. switchable.
  • It is used in the field of electron tubes incorporating an electron gun, and more particularly in the field of X-ray tubes. It relates to switchable or modulatable cathodes comprising one or more field effect emitters, or based on nanotubes. carbon nanofibers or CNT, associated with an electromagnetic wave (SCCO) controlled current source that can be physically deported out of the X-ray tube. It relates to an X-ray source, RX, delivering a wave-controlled RX flux. electromagnetic, for example an optical illumination source, and can be switched between an ON state and an OFF state or be regulated between these two states.
  • SCCO electromagnetic wave
  • Switchable cathodes with an electromagnetic wave proposed today are optically controlled cathodes (photocathodes).
  • CNT photocathodes One of the problems in CNT photocathodes is that photoelements physically associated with CNTs are subject to X-rays and ionizing bombardment within the tube enclosure. Their integration therefore requires a hardening technology.
  • their integration in the form of a network homologous to the network of CNTs constrains the possible dimensions of these photoelements, which can limit their breakdown voltage, for example typically 40V, while the use of larger photoelements allows voltages of breakdown up to several hundred volts.
  • the document US 2006/0002514 discloses a device comprising a network of electronic emitters associated with an extraction grid, a photosensitive component connected on the one hand to a voltage source and on the other hand to the extraction grid, and a resistance connected to the mass.
  • the gate is positively polarized with respect to the tip so as to allow the emission of electrons from this tip.
  • the emission of electronic transmitters depends on the difference in voltage between the gate voltage and the tip voltage. This voltage difference depends on the on or off state of the photosensitive device.
  • the emission current then follows the Fowler-Nordheim law known to those skilled in the art which is, as a first approximation, an exponential of the gate voltage. As a result, the emission current can not be finely controlled.
  • US Patent 5,804,833 discloses a structure comprising a photocathode and an anode.
  • the photocathode comprises an emitter structure made on a detector structure.
  • the bias voltage is typically 10 kV.
  • Such a configuration does not make it possible to manufacture an RX source (operating voltage of 50 to 500 kV) having a low RX flux in the OFF state corresponding to the unlit detector structure.
  • This patent discloses a second configuration that involves the use of a voltage source to bias the gate relative to the contact to activate the sensing structure.
  • the addition of a source of voltage at the photocathode complicates the high voltage supply of the photocathode, by adding a photocathode transformer. isolation, for example.
  • the detector and emitter structures are made in a continuous piece of semiconductor with the photoconductive element located under the emitter. It is therefore exposed to X-rays generated in the tube.
  • the photoelements always having a leakage current, there is an electron emission current that generates on the target X-rays. These X-rays in turn generate a current in the photoconductor. This loop induces the appearance of a residual flow of X-rays. It is therefore not possible in this configuration to obtain an extremely low residual X-ray flux in the OFF state, Le., Without illumination of the photoelement.
  • the subject of the invention relates to a new high energy electron source structure controllable by an electromagnetic wave based on field effect transmitters, for example carbon nanotubes / nanofibers (CNT) where the configuration of the electrodes of the switchable cathode allows a dynamic reconfiguration of the potential in the vicinity of the CNTs.
  • CNT carbon nanotubes / nanofibers
  • the nanotube or nanotubes are electrically connected to a base, all placed on a surface.
  • the reconfiguration of the potential is in particular ensured by the coupling of the CNTs with a current source controlled by an electromagnetic wave (SCCO) which is externalised from the substrate and which, in fact, can be physically removed from a tube incorporating the switchable cathode (or modular) as an electronic source.
  • SCCO electromagnetic wave
  • This integration makes it possible in particular to avoid the direct exposure of the photoelement to the X-rays generated in the tube and the effect of the high-energy ion flux on the cathode which may lead to erosion or a modification of the electrical properties of the substrate, for example , the hydrogenation of silicon.
  • the invention relates to a high-energy electron source controlled by an electromagnetic wave comprising a vacuum chamber, a switchable or modulatable cathode based on field effect transmitters comprising at least one screening electrode, at least one transmitter field effect connected to a base electrode disposed on a substrate, an anode grounded, a high voltage power supply, at least one control circuit of a current source controlled by a electromagnetic wave or SCCO connected to said switchable cathode characterized in that:
  • An input terminal of the SCCO is connected to the high-voltage power supply and the switchable cathode shield electrode
  • An output terminal of the SCCO is connected to the base electrode between the field effect transmitter and the substrate,
  • the screening electrode is adapted to reduce the electric field induced by the anode on the transmitter
  • the screening electrode is located in a plane P comprising the conductive surface located under the foot of the emitter or located in the same plane, an electrically insulating zone exists between the screening electrode and this conductive surface.
  • the SCCO is disposed in a high voltage connector associated with the vacuum chamber, said connector comprising a window transparent to the electromagnetic wave, at least one source of electromagnetic waves controlled by the control circuit.
  • the source of electromagnetic waves is an optical source such as a laser source, a laser diode, a light emitting diode, and the window is transparent to the wavelength of the optical source.
  • the source of electromagnetic waves is a radiofrequency source comprising a transmission module and an RF radiofrequency transmission antenna
  • the SCCO comprises an RF reception antenna connected to an RF reception module, and a source current controlled by this receiving module.
  • the SCCO includes, for example, an RF receiving antenna connected to an RF receiving module, two cathodes and a microprocessor adapted to drive the current generation.
  • a switchable or modulatable cathode based on field effect transmitters comprises at least two zones, each of these zones is connected to an output of a corresponding current source and one or more connected laser sources. to a control circuit.
  • the transport of the optical wave can be carried out using an insulating optical fiber inserted into a solid material.
  • the substrate comprises a screening electrode having on one part an opening Oi, on which an encapsulation insulator is deposited, the base electrode and the emitter being arranged opposite the the opening made in the screening electrode.
  • a base electrode having a radius R the distance between the base electrode and the screening electrode is of the order of R.
  • the electron source may comprise a substrate covered with an insulating layer comprising a via allowing contact of the base electrode of the field effect transistor, a screening electrode positioned around a transmitter effect of field, a layer of encapsulation insulator deposited to cover the screening electrode and at least partially the base electrode of the nanotube.
  • the source may also include an array of field effect transmitters connected to the substrate through the presence of through contacts.
  • the substrate comprises a continuous screening electrode, an encapsulation insulator on which are positioned the base electrode and the associated field effect transmitter.
  • a field effect transmitter is a carbon nanotube or a carbon nanofiber.
  • the invention also relates to a source of electrons where the electrons strike an anode for the production of X-rays.
  • FIG. 1 an exemplary structure according to the invention
  • FIG. 2 an example of a structure according to the invention with the CNT
  • FIG. 3 an exemplary embodiment with a network of CNTs
  • FIG. 5 the difference in voltage between the nanotube and the screening electrode, which allows a cancellation of the field at the top of a nanotube
  • FIG. 6 a first variant embodiment of the system with optical fiber control
  • FIGS. 7 and 8 two exemplary embodiments with radio frequency control
  • FIG. 9 a second variant comprising several sources
  • FIG. 11 an alternative of networks of CNTs connected to the substrate and various surface control electrodes
  • FIG. 12 a variant in which the CNTs are individually polarized and have a common control surface electrode
  • FIG. 14 an exemplary embodiment of different emission zones with individual control of the emitted current
  • FIG. 15A and FIG. 15B show two examples of buried shield electrode structure
  • FIG. 1 6 is a schematic of another variant of a buried screening electrode structure
  • FIG. 17 represents an electronic control circuit
  • CNTs but could be implemented for any type of micrometric field effect transmitter, for example, silicon or metal micropoints, diamond, zinc oxide ZnO, etc.
  • FIG. 1 depicts a first exemplary embodiment of a switchable or modulable electromagnetic wave high energy electron source 100 which comprises a grounded vacuum enclosure 101 comprising an X-ray transparent window 102, a high voltage power supply 103, (-30 to -500 kV), a switchable cathode 104 based on field effect emitters, for example CNT carbon nanotubes / nanofibers, 105, incorporating one or more screening electrodes 1 1 1, the conductive layers on either side or around the nanotube are connected.
  • a switchable or modulable electromagnetic wave high energy electron source 100 which comprises a grounded vacuum enclosure 101 comprising an X-ray transparent window 102, a high voltage power supply 103, (-30 to -500 kV), a switchable cathode 104 based on field effect emitters, for example CNT carbon nanotubes / nanofibers, 105, incorporating one or more screening electrodes 1 1 1, the conductive layers on either side or around the nanotube are connected.
  • the electromagnetic wave current control element is arranged outside the vacuum chamber, the switchable cathode and the SCCO being polarized at the high negative voltage, an anode 106 to ground, a source of electromagnetic waves 1 07, for example an optical source such as a laser, a laser diode or a light-emitting diode, a window transparent to the electromagnetic wave 108 and a control circuit 109 of this source of electromagnetic waves, for example a optical source.
  • the power supply of the source is galvanically decoupled from the high voltage supply 103.
  • the high voltage supply 103 delivers a potential having a value chosen to create an anode field sufficient to induce transmission from the transmitter 105.
  • the current control element (SCCO) remote from the enclosure in this example, is a phototransistor or photodiode illuminated by an optical source through an optically transparent window and a gas optically transparent dielectric.
  • the SCCO 120 is located in a high voltage connector 121, comprising a ground-tight envelope 122 and composed of electrical insulators 123 and pressurized gas with high dielectric strength and optically transparent 124.
  • the switchable cathode 104 (FIG. 2, FIG. 3) comprises at least one multi-walled carbon nanotube / nanofiber 105 (CNT), comprising a conductive surface 105s situated under the foot of the emitter, the CNT is oriented vertically with respect to the plane of the cathode, a shielding electrode 1 1 1 of the field induced by the anode 106 located on either side or around the nanotube, these elements being arranged on a substrate 1 12.
  • the electrical insulator 1 15 has of openings at the base electrodes 1 10 so as to electrically connect the CNTs 105 to the substrate 1 12.
  • a CNT has an important aspect ratio, for example, in the range [100-200], between its length one hundred nanometers to several microns, and its diameter taken at the apex or equivalent for apex surfaces of Non spherical CNTs, one nanometer to several tens of nanometers.
  • the distance between the screening electrode 11 1 and the nanotube 105 is close to the height h C NT of the nanotube.
  • the screening electrode 11 1 is preferably disposed in a plane P comprising the foot conductive surface 105p of the transmitter or located below this plane.
  • the insulating zone 1 15 supports the potential difference between the disk at the base of the nanotube and the screening electrode. The reduction of this voltage makes it possible to limit the induced electrical stress.
  • the conductive electrode between the nanotube 105 and the substrate 1 12 is connected to the output terminal 131 of the SCCO.
  • the screening electrode 1 1 1 on the surface of the substrate is connected to the input terminal 1 32 of the SCCO.
  • the input terminal 132 of the SCCO is connected to the high voltage HT.
  • the optical source 107 illuminates the current source SCCO with a power controlled by the electronic control circuit 1 09.
  • the potential of the output terminal 131 is in this example greater than or equal to the potential of the terminal 132.
  • the screening electrode 1 1 1 only reduces or eliminates the electric field induced by the anode 106 on the transmitter 105, in normal operation.
  • CNT 105 has an aspect ratio of 100 to 200 between its length I and its diameter at the top,
  • V represents the voltage between the nanotube 105 and its base electrode 1 10 relative to the screening electrode 11 1,
  • ⁇ R is the radius of the opening in the screening electrode.
  • the screening electrode then screens the anode field applied locally to the nanotube, which automatically reduces the CNT emission current I C NT, until the I C NT current delivered by the CNT is equal to the Iscco current delivered by the current source SCCO.
  • the current I C NT delivered by the nanotube (s) automatically adjusts to the Iscco current delivered by the SCCO.
  • This operating mode makes it possible to control the emission current of the nanotube according to a quasi-linear law of the optical power, in this exemplary embodiment (the SCCO being a photodiode or a phototransistor).
  • the position of the SCCO 1 20 outside the vacuum chamber prevents its exposure to X-rays generated.
  • the residual flow of X-rays emitted when the power source is not illuminated, OFF state, is then very weak.
  • This configuration does not require an active voltage source to handle the voltage of the shielding electrode or to activate the SCCO.
  • the high voltage power supply generates only one signal to bias the switchable cathode and the SCCO relative to the anode. It is thus possible to design a very compact high voltage power supply that does not require an isolation transformer in normal operation.
  • the anode 106 is grounded which facilitates its cooling.
  • the anode 106 may include an opening for the passage of electrons, the anode 106 being connected to a vacuum chamber according to a scheme known to those skilled in the art.
  • the source according to the invention is a source of high energy electrons, for example from 20 to 500 kV.
  • FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of the invention with a CNT network, 105i.
  • the elements referenced in this figure have been described previously.
  • Figure 4 schematically illustrates the operation of the cathode controlled by the SCCO. It includes the emission current I C NT of a CNT as a function of the potential difference between the nanotube 105 and the screening electrode 11 1, and this for a constant anode field. It also includes the current Iscco supplied by the SCCO as a function of the polarization voltage of this SCCO and as a function of the optical power Popt received by the SCCO.
  • the difference in voltage between the nanotube and the screening electrode which is equal to the voltage difference between the output terminal and the input terminal of the SCCO source.
  • the current value is the intersection, the s, the curve 200 between the current delivered by the SCCO and curve 201 current of emission of the nanotube.
  • the emission current of the CNT is equal to this current of 1 0 ⁇ .
  • the current Iscco delivered by the source is equal to the current value corresponding to the intersection of the curve describing the dark current se and the emission curve of the nanotube. .
  • the dark current of the SCCO source must be extremely low and a voltage across the SCCO current source must be lower than the avalanche voltage of the SCCO source. SCCO.
  • Figure 5 shows the voltage difference between a CNT and a shielding electrode for canceling the field at the top of the CNT.
  • this voltage is 1 10 V.
  • an SCCO with an avalanche voltage higher than 1 is chosen. 10V and has an extremely low dark current.
  • photodiodes with avalanche voltages of 200 V with a dark current of less than 1 nA It is therefore possible with this configuration to make an RX tube with an electron current in the OFF state less than 1 nA.
  • the current source SCCO can also feed a network of nanotubes, as will be schematized later.
  • the current in the ON state, illuminated current source can reach for example 1 mA.
  • An ON / OFF ratio of 1 0 6 is then obtained.
  • the voltage that makes it possible to cancel the field at the top of the nanotube is of the order of 50 V. It is then possible to use SCCOs having a lower avalanche voltage.
  • the insulation thickness will be adjusted according to the voltages to be held and the insulating material. For example, 1 ⁇ m of thermal silica can hold a voltage of 200V and theoretically 1000V.
  • the operating principle of the switchable cathode described above remains the same for this variant embodiment.
  • FIG. 6 represents an alternative embodiment using an electrical insulating optical fiber for the propagation of the control signal.
  • An insulating optical fiber 140 allows the propagation of the signal from the source 107.
  • This fiber passes through a dielectric solid 141, such as a polymer, a ceramic, an epoxide, in order to excite the SCCO 120.
  • the assembly is disposed in An electrical insulator 142.
  • FIG. 7 illustrates a radiofrequency electromagnetic wave source 180 for controlling the SCCO.
  • the radiofrequency source comprises a transmission module 181 and an RF emission antenna 182.
  • the SCCO comprises an RF reception antenna 183 connected to a module RF receiver 184, and a current source controlled by this receiving module.
  • the SCCO is therefore a source of current controlled by the source of electromagnetic waves 180.
  • Such a device does not require any direct link between the RF source and the SCCO.
  • This device is particularly well suited for controlling many switchable cathodes carried at high voltage by an electromagnetic wave having different modulations and thus allowing transmission multiplexing and demultiplexing at the reception of each channel, CNT cathode.
  • the control can be in all or nothing (On / Off) or allow a precise control of the current intensity of the CNTs by pulse width modulation or PWM in Anglo-Saxon Pulse Width Modulation.
  • FIG. 8 schematizes a variant for controlling two cathodes Ci, C 2 by multiplexing Mix.
  • This device allows, for example, the RF control and the generation of PWM signals to control the current from a second microprocessor 185.
  • the communication between the two RF microprocessors can be done using the SPI protocol for example.
  • FIG. 9 represents a variant for which the switchable cathode comprises at least two zones 81, 82, or even more than two zones.
  • Each zone comprises one or more CNTs 105 and each zone is connected to an output 83s, 84s, of a current source 83, 84 corresponding thereto.
  • Each CNT 105 is associated with a screening electrode positioned on either side or around the nanotube as described above.
  • One or more laser sources 85, 86 are connected to a control circuit. The operation of this variant is similar to that described for the preceding figures with a greater possibility in the modulation.
  • FIG. 10 is a sectional view of an example of a solution making it possible to eliminate current leaks that may exist on the surface of the insulator 1001.
  • the substrate 1000 is covered with an insulating layer 1001 comprising a via 1002 allowing the contact of the nanotube base electrode, a screening electrode 1 1 1 positioned around the nanotube 105 ( Figure 2).
  • An encapsulation insulator layer 1004 is deposited to cover the shielding electrode and at least partially the base electrode of the nanotube. This arrangement advantageously makes it possible to reduce or even cancel the leakage currents.
  • FIG. 11 represents a network of nanotubes 105 connected to the substrate thanks to the presence of traversing contacts 1100, known by the abbreviation TSV (through silicon vias).
  • TSV through silicon vias
  • the presence of these TSV makes it possible to transfer contacts from the rear face January 01 to the front face January 1 02.
  • they can control electrically different areas chip surface.
  • all the CNTs 105 are connected to the substrate 91.
  • Electrically isolated shielding electrodes can be added to different zones of CNTs, thus independently controlling their emission currents.
  • FIG. 12 schematizes an example of nanotubes 105 individually polarized thanks to the presence of through-contacts TSV 1100 and the presence of a surface control electrode 1200 common to the various CNT nanotubes.
  • Figure 13 shows an example of integration at a surface level.
  • an insulating layer 1301 is deposited on the substrate 1300.
  • a conductive layer is cut into two disjoint conductive areas, 1303, 1304, but interlaced so as to obtain an interdigitated structure.
  • One of the electrodes serves as a base electrode 1 1 0 CNT 105 ( Figure 2), the other electrode acts as a screening electrode 1 1 1.
  • the substrate no longer has an electric role, only a role of mechanical support.
  • FIG. 14 gives an exemplary embodiment of different transmission zones 1401, 1402, 1403, 1404, 1405 with individual control of the emitted current.
  • Each zone has a structure such as that described in Figure 12.
  • the different areas are positioned next to each other according to the specifications of the intended application. It is possible carry out a transfer of contacts on the rear face without changing the operating principle.
  • FIGS. 15A and 15B show two examples of insulating multilayer structures.
  • FIG. 15A represents a first variant embodiment that makes it possible in particular to avoid the risk of current leakage on the surface of the insulator.
  • the base electrode and the nanotube are arranged vis-à-vis the opening made in the screening electrode.
  • FIG. 15B schematizes a second variant in which is provided on the insulating substrate, a continuous screening electrode, an encapsulation insulator 1 54 on which the base electrode 1 10 and the associated nanotube 1 05 will be positioned.
  • the conductor network at the potential of the nanotubes is separated from the control screening electrode by an insulating dielectric layer.
  • the galvanic isolation between the two conductive elements is no longer surface but intrinsic.
  • This device is interesting with regard to arcing phenomena, partially conductive deposits may appear in the vacuum electronic tubes and more particularly the RX tubes.
  • the control screening electrode preferably operates in self-polarization thus ensuring electrostatic shielding of the main field created by the anode which is carried at high voltage.
  • FIG. 16 schematizes an example of buried buried electrode structure optimized to reduce to the maximum the coupling capacitors between the base electrode 1 connecting the CNTs 105 and the buried screening electrode 1 1 1 represented in FIG. dashed lines, it may take the form of a flat ring and has a certain surface extending outside the surface of the base electrode. This structure makes it possible to envisage operating frequencies greater than frequencies used at a continuous buried screening electrode which exhibits a stronger capacitive coupling with the base electrodes.
  • FIG. 17 shows an example of an electronic circuit for controlling current of the nanotubes by an optically controlled current source.
  • the screening electrode 1 1 1 is voltage controlled using a phototransistor, illuminated it is passing.
  • the screening electrode 1 1 1 in dotted lines, is polarized at the high voltage HT (potential reference system). If the phototransistor 171 is unlit, it becomes blocking: the screening electrode 1 1 1 finds itself negatively polarized with respect to the high voltage HT thanks to a battery 172 (typical polarization 40V). This makes it possible to control the voltage level of the screening electrode with respect to the potential reference.
  • the base electrode 1 10 is connected to the high voltage HT through a phototransistor 1 75 which acts as an optically controlled switch.
  • the phototransistor 175 Illuminated under strong flux, the phototransistor 175 is fully conducting, thereby providing a direct connection of the base electrode 1 1 0 to the high voltage HT. In the absence of light flux, the phototransistor 175 is blocking and the current emitted by the nanotubes 105 equals the dark current of the phototransistor (typically ⁇ 1 nA). With intermediate illumination, the current level of the phototransistor can be regulated precisely: the current emitted by the CNTs 105 then equals this current per operating point (see FIG. 2). The level of illumination of the phototransistor makes it possible to control the electronic emission level of the CNTs. A Zener diode 176 placed in parallel with the phototransistor 175 makes it possible to avoid overvoltages on the phototransistor 175 and avoids its destruction during uncontrolled events such as breakdowns in the X-ray tube.
  • FIG. 18 schematizes an example of a three-connection network allowing the use of individual emitters and requiring electrostatic symmetry around the emission axis of a nanotube to minimize electron optical aberrations. Indeed the generated electric field has the symmetry of the electrodes which forms it (near the CNT). Thus a high symmetry is obtained by making a shielding electrode connection and base electrode connected by three channels 191, 192, 1 93 distributed at 120 °.
  • the offset of the SCCO out of the tube offers a greater margin of maneuver on the choice of the SCCO (photo element for example), dimensions, electrical characteristics, resistance in tension, etc.
  • the SCCO is no longer subject to the direct environment of the tube, X-rays, bombardment and ion implantation, etc.
  • the configuration of the electrodes notably allows a dynamic reconfiguration of the potential in the vicinity of the nanotubes.

Abstract

A high-energy switchable electron source controlled by a current source (SCCO) in which: • the switchable cathode comprises at least one field-effect transmitter (105) and one screening electrode (111) located in or under a plane P comprising the conductive surface located under the foot of the transmitter (105), • an input terminal (132) of the SCCO (120) disposed outside the vacuum chamber is linked to the HV power supply and to the screening electrode (111), • an output terminal (131) of the SCCO is linked to the base electrode between the transmitter (105) and the substrate. • The high voltage power supply (103) delivers a potential for creating an anode field for inducing the transmission from the transmitter (105), • the output potential (131) being greater than or equal to the input potential (132), the screening electrode (111) is capable of reducing the electric field induced by the anode (106) on the transmitter (105) such that the current transmitted by the transmitter is equal to the current delivered by the SCCO.

Description

SOURCE D'ELECTRONS DE HAUTE ENERGIE A BASE DE CNT AVEC ELEMENT DE COMMANDE PAR ONDE ELECTROMAGNETIQUE DEPORTEE  HIGH ENERGY ELECTRON SOURCE BASED ON CNT WITH ELECTROMAGNETIC WAVE CONTROL ELEMENT DEPORTEE
L'invention concerne une source d'électrons de haute énergie, entre 20 et 500 kV, par exemple, comprenant au moins une cathode ou source d'électrons commutable ou modulable et un élément de contrôle par onde électromagnétique externe à la structure de la cathode commutable. The invention relates to a high energy electron source, between 20 and 500 kV, for example, comprising at least one switchable or modulatable cathode or electron source and an electromagnetic wave control element external to the cathode structure. switchable.
Elle est utilisée dans le domaine des tubes électroniques intégrant un canon à électrons, et plus particulièrement dans le domaine des tubes à rayons X. Elle concerne les cathodes commutables ou modulables comprenant un ou plusieurs émetteurs à effet de champ, ou à base de nanotubes/nanofibres de carbone ou CNT, associées à une source de courant commandée par une onde électromagnétique (SCCO) qui peut être déportée physiquement hors du tube à rayons X. Elle concerne une source rayons X, RX, délivrant un flux de RX contrôlé par une onde électromagnétique, par exemple une source d'illumination optique, et pouvant être commutée entre un état ON et un état OFF ou bien être régulée entre ces deux états.  It is used in the field of electron tubes incorporating an electron gun, and more particularly in the field of X-ray tubes. It relates to switchable or modulatable cathodes comprising one or more field effect emitters, or based on nanotubes. carbon nanofibers or CNT, associated with an electromagnetic wave (SCCO) controlled current source that can be physically deported out of the X-ray tube. It relates to an X-ray source, RX, delivering a wave-controlled RX flux. electromagnetic, for example an optical illumination source, and can be switched between an ON state and an OFF state or be regulated between these two states.
Les cathodes commutables avec une onde électromagnétique proposées aujourd'hui sont des cathodes à commande optique (photocathodes). Un des problèmes existant dans les photocathodes à CNT est que les photoéléments associés physiquement aux CNTs sont soumis aux rayons X et aux bombardements ionisants régnant dans l'enceinte du tube. Leur intégration nécessite donc une technologie de durcissement. De plus, leur intégration sous forme de réseau homologue au réseau de CNTs contraint les dimensions possibles de ces photoéléments, ce qui peut limiter leur tension de claquage, par exemple typiquement de 40V, alors que l'utilisation de photoéléments plus larges permet des tensions de claquage supérieures jusqu'à plusieurs centaines de volts. Le document US 2006/0002514 divulgue un dispositif comprenant un réseau d'émetteurs électroniques associés à une grille d'extraction, un composant photosensible connecté, d'une part à une source de tension et d'autre part à la grille d'extraction, et à une résistance reliée à la masse. Dans cette configuration, la grille est polarisée positivement par rapport à la pointe de façon à permettre l'émission d'électrons à partir de cette pointe. L'émission des émetteurs électroniques dépend de la différence de tension entre la tension de la grille et la tension de la pointe. Cette différence de tension dépend de l'état passant ou non passant du dispositif photosensible. Le courant d'émission suit alors la loi de Fowler-Nordheim connue de l'homme du métier qui est, en première approximation, une exponentielle de la tension de grille. De ce fait, le courant d'émission ne peut alors être finement contrôlé. Switchable cathodes with an electromagnetic wave proposed today are optically controlled cathodes (photocathodes). One of the problems in CNT photocathodes is that photoelements physically associated with CNTs are subject to X-rays and ionizing bombardment within the tube enclosure. Their integration therefore requires a hardening technology. In addition, their integration in the form of a network homologous to the network of CNTs constrains the possible dimensions of these photoelements, which can limit their breakdown voltage, for example typically 40V, while the use of larger photoelements allows voltages of breakdown up to several hundred volts. The document US 2006/0002514 discloses a device comprising a network of electronic emitters associated with an extraction grid, a photosensitive component connected on the one hand to a voltage source and on the other hand to the extraction grid, and a resistance connected to the mass. In this configuration, the gate is positively polarized with respect to the tip so as to allow the emission of electrons from this tip. The emission of electronic transmitters depends on the difference in voltage between the gate voltage and the tip voltage. This voltage difference depends on the on or off state of the photosensitive device. The emission current then follows the Fowler-Nordheim law known to those skilled in the art which is, as a first approximation, an exponential of the gate voltage. As a result, the emission current can not be finely controlled.
Le brevet US 5 804 833 décrit une structure comprenant une photocathode et une anode. La photocathode comprend une structure émettrice fabriquée sur une structure détectrice. La tension de polarisation est typiquement de 10 kV. Une telle configuration ne permet pas de fabriquer de source RX (tension de fonctionnement de 50 à 500 kV) présentant un faible flux de RX à l'état OFF correspondant à la structure détectrice non éclairée. Ce brevet décrit une deuxième configuration qui implique l'utilisation d'une source de tension pour polariser la grille par rapport au contact afin d'activer la structure détectrice. Dans la configuration idéale, anode à la masse pour faciliter son refroidissement et photocathode à haute tension, l'ajout d'une source de tension au niveau de la photocathode complexifie l'alimentation haute tension de la photocathode, par ajout d'un transformateur d'isolement, par exemple. Les structures détectrices et émettrices sont réalisées dans un morceau continu de semi-conducteur avec l'élément photoconducteur localisé sous l'émetteur. Il est donc exposé aux rayons X générés dans le tube. Les photoéléments présentant toujours un courant de fuite, il existe un courant d'émission d'électrons qui génère sur la cible des rayons X. Ces rayons X génèrent à leur tour un courant dans le photoconducteur. Cette boucle induit l'apparition d'un flux résiduel de rayons X. Il n'est donc pas possible dans cette configuration d'obtenir un flux résiduel de rayons X extrêmement faible à l'état OFF, Le., sans illumination du photoélément. US Patent 5,804,833 discloses a structure comprising a photocathode and an anode. The photocathode comprises an emitter structure made on a detector structure. The bias voltage is typically 10 kV. Such a configuration does not make it possible to manufacture an RX source (operating voltage of 50 to 500 kV) having a low RX flux in the OFF state corresponding to the unlit detector structure. This patent discloses a second configuration that involves the use of a voltage source to bias the gate relative to the contact to activate the sensing structure. In the ideal configuration, anode to the ground to facilitate its cooling and high-voltage photocathode, the addition of a source of voltage at the photocathode complicates the high voltage supply of the photocathode, by adding a photocathode transformer. isolation, for example. The detector and emitter structures are made in a continuous piece of semiconductor with the photoconductive element located under the emitter. It is therefore exposed to X-rays generated in the tube. The photoelements always having a leakage current, there is an electron emission current that generates on the target X-rays. These X-rays in turn generate a current in the photoconductor. This loop induces the appearance of a residual flow of X-rays. It is therefore not possible in this configuration to obtain an extremely low residual X-ray flux in the OFF state, Le., Without illumination of the photoelement.
Dans la suite de la description, dans l'état « ON » le photoélément est éclairé, alors que dans l'état « OFF » le photoélément n'est pas éclairé. On désignera un même élément en utilisant l'expression « une source de courant commandée par une onde électromagnétique » ou « un élément de contrôle de courant ».  In the following description, in the state "ON" the photoelement is illuminated, while in the state "OFF" the photo element is not illuminated. The same element will be referred to as "a current source controlled by an electromagnetic wave" or "a current control element".
L'objet de l'invention concerne une nouvelle structure de source d'électrons haute énergie contrôlable par une onde électromagnétique à base d'émetteurs à effet de champ, par exemple de nanotubes/nanofibres de carbone (CNT) où la configuration des électrodes de la cathode commutable permet une reconfiguration dynamique du potentiel au voisinage des CNT. Le ou les nanotubes sont connectés électriquement à une base, le tout posé sur une surface. La reconfiguration du potentiel est notamment assurée par le couplage des CNTs avec une source de courant commandée par une onde électromagnétique (SCCO) qui est externalisée du substrat et qui, de fait, peut être déportée physiquement d'un tube intégrant la cathode commutable (ou modulable) comme source électronique. Cette intégration permet notamment d'éviter l'exposition directe du photoélément aux rayons X générés dans le tube et l'effet du flux d'ions à haute énergie sur la cathode pouvant entraîner une érosion ou une modification des propriétés électriques du substrat, par exemple, l'hydrogénation du silicium.  The subject of the invention relates to a new high energy electron source structure controllable by an electromagnetic wave based on field effect transmitters, for example carbon nanotubes / nanofibers (CNT) where the configuration of the electrodes of the switchable cathode allows a dynamic reconfiguration of the potential in the vicinity of the CNTs. The nanotube or nanotubes are electrically connected to a base, all placed on a surface. The reconfiguration of the potential is in particular ensured by the coupling of the CNTs with a current source controlled by an electromagnetic wave (SCCO) which is externalised from the substrate and which, in fact, can be physically removed from a tube incorporating the switchable cathode (or modular) as an electronic source. This integration makes it possible in particular to avoid the direct exposure of the photoelement to the X-rays generated in the tube and the effect of the high-energy ion flux on the cathode which may lead to erosion or a modification of the electrical properties of the substrate, for example , the hydrogenation of silicon.
L'invention concerne une source d'électrons de haute énergie commandée par une onde électromagnétique comprenant une enceinte à vide, une cathode commutable ou modulable à base d'émetteurs à effet de champ comprenant au moins une électrode d'écrantage, au moins un émetteur à effet de champ relié à une électrode de base disposée sur un substrat, une anode mise à la masse, une alimentation haute tension, au moins un circuit de contrôle d'une source de courant commandée par une onde électromagnétique ou SCCO reliée à ladite cathode commutable caractérisée en ce que : The invention relates to a high-energy electron source controlled by an electromagnetic wave comprising a vacuum chamber, a switchable or modulatable cathode based on field effect transmitters comprising at least one screening electrode, at least one transmitter field effect connected to a base electrode disposed on a substrate, an anode grounded, a high voltage power supply, at least one control circuit of a current source controlled by a electromagnetic wave or SCCO connected to said switchable cathode characterized in that:
• La SCCO est disposée en dehors de l'enceinte à vide,  • The SCCO is placed outside the vacuum chamber,
• Une borne d'entrée de la SCCO est reliée à l'alimentation haute tension et à l'électrode d'écrantage de la cathode commutable, • An input terminal of the SCCO is connected to the high-voltage power supply and the switchable cathode shield electrode,
• Une borne de sortie de la SCCO est reliée à l'électrode de base entre l'émetteur à effet de champ et le substrat, • An output terminal of the SCCO is connected to the base electrode between the field effect transmitter and the substrate,
• L'alimentation haute tension délivrant un potentiel pour créer un champ d'anode suffisant pour induire l'émission depuis l'émetteur à effet de champ,  • The high voltage supply delivering a potential to create an anode field sufficient to induce emission from the field effect transmitter,
• Le potentiel de la borne de sortie étant supérieur ou égal au potentiel de la borne d'entrée, l'électrode d'écrantage est adaptée à diminuer le champ électrique induit par l'anode sur l'émetteur,  The potential of the output terminal being greater than or equal to the potential of the input terminal, the screening electrode is adapted to reduce the electric field induced by the anode on the transmitter,
• L'électrode d'écrantage étant localisée dans un plan P comprenant la surface conductrice située sous le pied de l'émetteur à effet de champ ou localisée sous ce même plan, une zone isolante électriquement existe entre l'électrode d'écrantage et cette surface conductrice.  • Since the screening electrode is located in a plane P comprising the conductive surface located under the foot of the emitter or located in the same plane, an electrically insulating zone exists between the screening electrode and this conductive surface.
Selon une variante de réalisation, la SCCO est disposée dans un connecteur haute tension associé à l'enceinte à vide, ledit connecteur comprenant une fenêtre transparente à l'onde électromagnétique, au moins une source d'ondes électromagnétiques commandée par le circuit de contrôle.  According to an alternative embodiment, the SCCO is disposed in a high voltage connector associated with the vacuum chamber, said connector comprising a window transparent to the electromagnetic wave, at least one source of electromagnetic waves controlled by the control circuit.
Selon un mode de réalisation, la source d'ondes électromagnétiques est une source optique telle qu'une source laser, une diode laser, une diode électroluminescente, et la fenêtre est transparente à la longueur d'onde de la source optique.  According to one embodiment, the source of electromagnetic waves is an optical source such as a laser source, a laser diode, a light emitting diode, and the window is transparent to the wavelength of the optical source.
Selon une autre variante, la source d'ondes électromagnétiques est une source radiofréquence comprenant un module d'émission et une antenne d'émission radiofréquence RF, et la SCCO comprend une antenne de réception RF connectée à un module de réception RF, et une source de courant commandée par ce module de réception. La SCCO comprend, par exemple, une antenne de réception RF connectée à un module de réception RF, deux cathodes et un microprocesseur adapté à piloter la génération de courant. According to another variant, the source of electromagnetic waves is a radiofrequency source comprising a transmission module and an RF radiofrequency transmission antenna, and the SCCO comprises an RF reception antenna connected to an RF reception module, and a source current controlled by this receiving module. The SCCO includes, for example, an RF receiving antenna connected to an RF receiving module, two cathodes and a microprocessor adapted to drive the current generation.
Selon un mode de réalisation, une cathode commutable ou modulable à base d'émetteurs à effet de champ comprend au moins deux zones, chacune de ces zones est connectée à une sortie d'une source de courant lui correspondant et une ou plusieurs sources lasers reliées à un circuit de contrôle.  According to one embodiment, a switchable or modulatable cathode based on field effect transmitters comprises at least two zones, each of these zones is connected to an output of a corresponding current source and one or more connected laser sources. to a control circuit.
Le transport de l'onde optique peut être réalisé à l'aide d'une fibre optique isolante insérée dans un matériau solide.  The transport of the optical wave can be carried out using an insulating optical fiber inserted into a solid material.
Selon un mode de réalisation, le substrat comprend une électrode d'écrantage présentant sur une partie une ouverture Oi, sur laquelle on dépose un isolant d'encapsulation, l'électrode de base et l'émetteur étant disposés en vis-à-vis de l'ouverture pratiquée dans l'électrode d'écrantage.  According to one embodiment, the substrate comprises a screening electrode having on one part an opening Oi, on which an encapsulation insulator is deposited, the base electrode and the emitter being arranged opposite the the opening made in the screening electrode.
Selon une variante, une électrode de base ayant un rayon R, la distance entre l'électrode de base et l'électrode d'écrantage est de l'ordre de R.  According to a variant, a base electrode having a radius R, the distance between the base electrode and the screening electrode is of the order of R.
La source d'électrons peut comporter un substrat recouvert d'une couche d'isolant comprenant un via permettant le contact de l'électrode de base du transistor à effet de champ, une électrode d'écrantage positionnée autour d'un émetteur à effet de champ, une couche d'isolant d'encapsulation déposée de façon à recouvrir l'électrode d'écrantage et au moins partiellement l'électrode de base du nanotube.  The electron source may comprise a substrate covered with an insulating layer comprising a via allowing contact of the base electrode of the field effect transistor, a screening electrode positioned around a transmitter effect of field, a layer of encapsulation insulator deposited to cover the screening electrode and at least partially the base electrode of the nanotube.
La source peut aussi comporter un réseau d'émetteurs à effet de champ connectés au substrat grâce à la présence de contacts traversant.  The source may also include an array of field effect transmitters connected to the substrate through the presence of through contacts.
Selon un mode de réalisation, le substrat comprend une électrode d'écrantage continue, un isolant d'encapsulation sur lequel sont positionnés l'électrode de base et l'émetteur à effet de champ associé.  According to one embodiment, the substrate comprises a continuous screening electrode, an encapsulation insulator on which are positioned the base electrode and the associated field effect transmitter.
Selon un mode de réalisation, un émetteur à effet de champ est un nanotube de carbone ou une nanofibre de carbone. L'invention concerne aussi une source d'électrons où les électrons viennent frapper une anode pour la production de rayons X. According to one embodiment, a field effect transmitter is a carbon nanotube or a carbon nanofiber. The invention also relates to a source of electrons where the electrons strike an anode for the production of X-rays.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif et nullement limitatifs, annexés des figures qui représentent :  Other features and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading exemplary embodiments given by way of illustration and in no way limitative, appended to the figures which represent:
• La figure 1 , un exemple de structure selon l'invention,  FIG. 1, an exemplary structure according to the invention,
• La figure 2, un exemple de structure selon l'invention avec le CNT, FIG. 2, an example of a structure according to the invention with the CNT,
• La figure 3, un exemple de réalisation avec un réseau de CNTs,FIG. 3, an exemplary embodiment with a network of CNTs,
• La figure 4, une illustration du fonctionnement de la cathode commutable, • Figure 4, an illustration of the operation of the switchable cathode,
• La figure 5, la différence de tension entre le nanotube et l'électrode d'écrantage qui permet une annulation du champ au sommet d'un nanotube,  FIG. 5, the difference in voltage between the nanotube and the screening electrode, which allows a cancellation of the field at the top of a nanotube,
• La figure 6, une première variante de réalisation du système avec commande à fibre optique,  FIG. 6, a first variant embodiment of the system with optical fiber control,
• Les figures 7 et 8, deux exemples de réalisation avec une commande radiofréquence,  FIGS. 7 and 8, two exemplary embodiments with radio frequency control,
• La figure 9, une deuxième variante comprenant plusieurs sources, FIG. 9, a second variant comprising several sources,
• La figure 10, une variante permettant de supprimer les fuites de courant à la surface de l'isolant, • Figure 10, a variant to remove current leakage on the surface of the insulation,
• La figure 1 1 , une variante de réseaux de CNTs connectés au substrat et différentes électrodes surfaciques de contrôle,  FIG. 11, an alternative of networks of CNTs connected to the substrate and various surface control electrodes,
• La figure 12, une variante où les CNTs sont polarisés individuellement et ont une électrode surfacique de contrôle commune,  FIG. 12, a variant in which the CNTs are individually polarized and have a common control surface electrode,
• La figure 13, un exemple d'intégration à un niveau surfacique, • Figure 13, an example of integration at a surface level,
• La figure 14, un exemple de réalisation de différentes zones d'émission avec contrôle individuel du courant émis, FIG. 14, an exemplary embodiment of different emission zones with individual control of the emitted current,
• La figure 15A et la figure 15B représentent deux exemples de structure à électrode d'écrantage enterrée, • La figure 1 6, schématise une autre variante de structure à électrode d'écrantage enterrée, FIG. 15A and FIG. 15B show two examples of buried shield electrode structure, FIG. 1 6 is a schematic of another variant of a buried screening electrode structure,
• La figure 17, représente un circuit électronique de contrôle, et FIG. 17 represents an electronic control circuit, and
• La figure 18, un exemple de réseau à trois connexions. • Figure 18, an example of a network with three connections.
Les exemples qui vont suivre sont donnés pour l'utilisation de The following examples are given for the use of
CNTs, mais pourraient être mis en œuvre pour tout type d'émetteur à effet de champ micrométrique, par exemple, des micropointes silicium ou métalliques, diamant, oxyde de zinc ZnO, etc. CNTs, but could be implemented for any type of micrometric field effect transmitter, for example, silicon or metal micropoints, diamond, zinc oxide ZnO, etc.
La figure 1 décrit un premier exemple de réalisation d'une source d'électrons de haute énergie commutable ou modulable par onde électromagnétique 100 qui comprend une enceinte à vide 101 mise à la masse comprenant une fenêtre 102 transparente aux rayons X, une alimentation haute tension 103, (-30 à -500 kV), une cathode commutable 104 à base d'émetteurs à effet de champ, par exemple des nanotubes/nanofibres de carbone CNT, 105, intégrant une ou plusieurs électrodes d'écrantage 1 1 1 , les couches conductrices de part et d'autre ou autour du nanotube sont reliées. L'élément de contrôle du courant par onde électromagnétique (SCCO) est disposé en dehors de l'enceinte à vide, la cathode commutable et la SCCO étant polarisés à la haute tension négative, une anode 1 06 à la masse, une source d'ondes électromagnétiques 1 07, par exemple une source optique telle qu'un laser, une diode laser ou une diode électroluminescente, une fenêtre transparente à l'onde électromagnétique 108 et un circuit de contrôle 109 de cette source d'ondes électromagnétiques, par exemple une source optique. L'alimentation de la source est découplée galvaniquement de l'alimentation haute tension 103. L'alimentation haute tension 103 délivre un potentiel ayant une valeur choisie pour créer un champ d'anode suffisant pour induire l'émission depuis l'émetteur 1 05.  FIG. 1 depicts a first exemplary embodiment of a switchable or modulable electromagnetic wave high energy electron source 100 which comprises a grounded vacuum enclosure 101 comprising an X-ray transparent window 102, a high voltage power supply 103, (-30 to -500 kV), a switchable cathode 104 based on field effect emitters, for example CNT carbon nanotubes / nanofibers, 105, incorporating one or more screening electrodes 1 1 1, the conductive layers on either side or around the nanotube are connected. The electromagnetic wave current control element (SCCO) is arranged outside the vacuum chamber, the switchable cathode and the SCCO being polarized at the high negative voltage, an anode 106 to ground, a source of electromagnetic waves 1 07, for example an optical source such as a laser, a laser diode or a light-emitting diode, a window transparent to the electromagnetic wave 108 and a control circuit 109 of this source of electromagnetic waves, for example a optical source. The power supply of the source is galvanically decoupled from the high voltage supply 103. The high voltage supply 103 delivers a potential having a value chosen to create an anode field sufficient to induce transmission from the transmitter 105.
L'élément de contrôle de courant (SCCO) déporté de l'enceinte, dans cet exemple, est un phototransistor ou une photodiode illuminé par une source optique à travers une fenêtre optiquement transparente et un gaz diélectrique transparent optiquement. La SCCO 120 est située dans un connecteur haute tension 121 , comprenant une enveloppe étanche à la masse 122 et composée d'isolants électriques 123 et de gaz pressurisé à forte rigidité diélectrique et transparent optiquement 124. The current control element (SCCO) remote from the enclosure, in this example, is a phototransistor or photodiode illuminated by an optical source through an optically transparent window and a gas optically transparent dielectric. The SCCO 120 is located in a high voltage connector 121, comprising a ground-tight envelope 122 and composed of electrical insulators 123 and pressurized gas with high dielectric strength and optically transparent 124.
La cathode commutable 104 (figure 2, figure 3) comprend au moins un nanotube/nanofibre 105 de carbone multi-parois (CNT), comprenant une surface conductrice 105s située sous le pied de l'émetteur, le CNT est orienté verticalement par rapport au plan de la cathode, une électrode d'écrantage 1 1 1 du champ induit par l'anode 106 située de part et d'autre ou autour du nanotube, ces éléments étant disposés sur un substrat 1 12. L'isolant électrique 1 15 dispose d'ouvertures au niveau des électrodes de base 1 10 de manière à connecter électriquement le/les CNTs 1 05 au substrat 1 12.  The switchable cathode 104 (FIG. 2, FIG. 3) comprises at least one multi-walled carbon nanotube / nanofiber 105 (CNT), comprising a conductive surface 105s situated under the foot of the emitter, the CNT is oriented vertically with respect to the plane of the cathode, a shielding electrode 1 1 1 of the field induced by the anode 106 located on either side or around the nanotube, these elements being arranged on a substrate 1 12. The electrical insulator 1 15 has of openings at the base electrodes 1 10 so as to electrically connect the CNTs 105 to the substrate 1 12.
Un CNT présente un rapport d'aspect important, par exemple, compris dans l'intervalle [100-200], entre sa longueur cent nanomètres à plusieurs microns, et son diamètre pris au sommet ou l'équivalent pour des surfaces d'apex de CNT non sphériques, un nanomètre à plusieurs dizaines de nanomètres. La distance entre l'électrode d'écrantage 1 1 1 et le nanotube 105 est proche de la hauteur hCNT du nanotube. L'électrode d'écrantage 1 1 1 est disposée de préférence dans un plan P comprenant la surface conductrice au pied 105p de l'émetteur ou localisée en dessous de ce plan. A CNT has an important aspect ratio, for example, in the range [100-200], between its length one hundred nanometers to several microns, and its diameter taken at the apex or equivalent for apex surfaces of Non spherical CNTs, one nanometer to several tens of nanometers. The distance between the screening electrode 11 1 and the nanotube 105 is close to the height h C NT of the nanotube. The screening electrode 11 1 is preferably disposed in a plane P comprising the foot conductive surface 105p of the transmitter or located below this plane.
La zone isolante 1 15 supporte la différence de potentiel entre le disque à la base du nanotube et l'électrode d'écrantage. La réduction de cette tension permet de limiter le stress électrique induit.  The insulating zone 1 15 supports the potential difference between the disk at the base of the nanotube and the screening electrode. The reduction of this voltage makes it possible to limit the induced electrical stress.
L'électrode conductrice entre le nanotube 105 et le substrat 1 12 est reliée à la borne de sortie 131 de la SCCO. L'électrode d'écrantage 1 1 1 à la surface du substrat est reliée à la borne d'entrée 1 32 de la SCCO. La borne d'entrée 132 de la SCCO est reliée à la haute tension HT. La source optique 107 illumine la source de courant SCCO avec une puissance contrôlée par le circuit électronique de contrôle 1 09. Le potentiel de la borne de sortie 131 est dans cet exemple supérieur ou égal au potentiel de la borne d'entrée 132. L'électrode d'écrantage 1 1 1 permet uniquement de réduire ou de supprimer le champ électrique induit par l'anode 106 sur l'émetteur 105, en fonctionnement normal. The conductive electrode between the nanotube 105 and the substrate 1 12 is connected to the output terminal 131 of the SCCO. The screening electrode 1 1 1 on the surface of the substrate is connected to the input terminal 1 32 of the SCCO. The input terminal 132 of the SCCO is connected to the high voltage HT. The optical source 107 illuminates the current source SCCO with a power controlled by the electronic control circuit 1 09. The potential of the output terminal 131 is in this example greater than or equal to the potential of the terminal 132. The screening electrode 1 1 1 only reduces or eliminates the electric field induced by the anode 106 on the transmitter 105, in normal operation.
Le modèle dans cet exemple est défini pour les hypothèses suivantes :  The model in this example is defined for the following assumptions:
• le CNT 105 présente un rapport d'aspect de 100 à 200 entre sa longueur I et son diamètre au sommet,  CNT 105 has an aspect ratio of 100 to 200 between its length I and its diameter at the top,
• V représente la tension entre le nanotube 1 05 et son électrode de base 1 10 par rapport à l'électrode d'écrantage 1 1 1 ,  V represents the voltage between the nanotube 105 and its base electrode 1 10 relative to the screening electrode 11 1,
· R est le rayon de l'ouverture dans l'électrode d'écrantage.  · R is the radius of the opening in the screening electrode.
Lorsque le tube RX est sous tension, une tension négative est appliquée à la cathode commutable 104 et au SCCO 1 20 par rapport à l'anode 106. Cette différence de potentiel induit un champ électrique au niveau de la cathode 104. Un champ électrique est alors appliqué au CNT 105 ce qui peut induire l'émission d'électrons. Le courant ICNT délivré par le nanotube de carbone est égal au courant Iscco délivré par la source de courant SCCO, il s'ajuste au courant. Ce point de fonctionnement entraîne un phénomène d'autopolarisation du CNT 105: lorsque le courant lScco délivré par la source de courant SCCO diminue, ceci augmente la tension positive sur le nanotube 105 par rapport à l'électrode d'écrantage 1 1 1 . L'électrode d'écrantage écrante alors le champ d'anode appliqué localement au nanotube, ce qui réduit automatiquement le courant d'émission ICNT du CNT, jusqu'à ce que le courant ICNT délivré par le CNT soit égal au courant Iscco délivré par la source de courant SCCO. Le courant ICNT délivré par le ou les nanotubes s'ajuste automatiquement au courant Iscco délivré par la SCCO. Ce mode de fonctionnement permet un contrôle du courant d'émission du nanotube suivant une loi quasi linéaire de la puissance optique, dans cet exemple de réalisation (la SCCO étant une photodiode ou un phototransistor). When the tube RX is energized, a negative voltage is applied to the switchable cathode 104 and SCCO 1 relative to the anode 106. This potential difference induces an electric field at the cathode 104. An electric field is then applied to CNT 105 which can induce the emission of electrons. The current I C NT delivered by the carbon nanotube is equal to the current Iscco delivered by the current source SCCO, it adjusts to the current. This operating point results in a self-polarization phenomenon of the CNT 105: when the current I S cco delivered by the current source SCCO decreases, this increases the positive voltage on the nanotube 105 relative to the screening electrode 1 1 1 . The screening electrode then screens the anode field applied locally to the nanotube, which automatically reduces the CNT emission current I C NT, until the I C NT current delivered by the CNT is equal to the Iscco current delivered by the current source SCCO. The current I C NT delivered by the nanotube (s) automatically adjusts to the Iscco current delivered by the SCCO. This operating mode makes it possible to control the emission current of the nanotube according to a quasi-linear law of the optical power, in this exemplary embodiment (the SCCO being a photodiode or a phototransistor).
La position de la SCCO 1 20 en dehors de l'enceinte à vide permet d'éviter son exposition aux rayons X générés. Le flux résiduel de rayons X émis lorsque la source de courant n'est pas éclairée, état OFF, est alors très faible. Cette configuration ne nécessite pas de source de tension active pour gérer la tension de l'électrode d'écrantage ou pour activer la SCCO. En conséquence, l'alimentation haute tension ne génère qu'un seul signal pour polariser la cathode commutable et la SCCO par rapport à l'anode. Il est ainsi possible de concevoir une alimentation haute tension très compacte qui ne requiert pas de transformateur d'isolement en fonctionnement normal. The position of the SCCO 1 20 outside the vacuum chamber prevents its exposure to X-rays generated. The residual flow of X-rays emitted when the power source is not illuminated, OFF state, is then very weak. This configuration does not require an active voltage source to handle the voltage of the shielding electrode or to activate the SCCO. As a result, the high voltage power supply generates only one signal to bias the switchable cathode and the SCCO relative to the anode. It is thus possible to design a very compact high voltage power supply that does not require an isolation transformer in normal operation.
Du fait de la disposition de la SCCO en dehors de l'enceinte, il est possible d'obtenir un courant d'obscurité se égal au courant d'obscurité intrinsèque (<1 nA) de la SCCO et donc un courant d'émission des nanotubes extrêmement faible (<1 nA), ce qui est primordial pour les applications médicales, par exemple.  Due to the provision of the SCCO outside the enclosure, it is possible to obtain a dark current equal to the intrinsic dark current (<1 nA) of the SCCO and thus a current of emission of extremely low nanotubes (<1 nA), which is essential for medical applications, for example.
L'anode 106 est à la masse ce qui facilite son refroidissement. Selon un mode de réalisation, l'anode 106 peut comporter une ouverture permettant le passage d'électrons, l'anode 106 étant reliée à une enceinte à vide selon un schéma connu de l'homme du métier. La source selon l'invention est une source d'électrons haute énergie, de 20 à 500 kV par exemple.  The anode 106 is grounded which facilitates its cooling. According to one embodiment, the anode 106 may include an opening for the passage of electrons, the anode 106 being connected to a vacuum chamber according to a scheme known to those skilled in the art. The source according to the invention is a source of high energy electrons, for example from 20 to 500 kV.
La figure 3 illustre un exemple de réalisation de l'invention avec un réseau de CNT, 105i. Les éléments référencés sur cette figure ont été décrits précédemment.  FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of the invention with a CNT network, 105i. The elements referenced in this figure have been described previously.
La figure 4 illustre schématiquement le fonctionnement de la cathode commandée par la SCCO. Il inclut le courant d'émission ICNT d'un CNT en fonction de la différence de potentiel entre le nanotube 105 et l'électrode d'écrantage 1 1 1 , et ceci pour un champ d'anode constant. Il inclut également le courant délivré Iscco par la SCCO en fonction de la tension de polarisation de cette SCCO et en fonction de la puissance optique Popt reçue par la SCCO. Figure 4 schematically illustrates the operation of the cathode controlled by the SCCO. It includes the emission current I C NT of a CNT as a function of the potential difference between the nanotube 105 and the screening electrode 11 1, and this for a constant anode field. It also includes the current Iscco supplied by the SCCO as a function of the polarization voltage of this SCCO and as a function of the optical power Popt received by the SCCO.
Dans la configuration représentée, on ne contrôle pas la différence de tension entre le nanotube et l'électrode d'écrantage qui est égale à la différence de tension entre la borne de sortie et la borne d'entrée de la source SCCO. In the configuration shown, the difference in voltage between the nanotube and the screening electrode, which is equal to the voltage difference between the output terminal and the input terminal of the SCCO source.
Comme le courant délivré ICNT par les nanotubes est égal au courant délivré Iscco par la SCCO, la valeur de courant est l'intersection, ls, entre la courbe 200 du courant délivré par la SCCO et la courbe 201 de courant d'émission du nanotube. Pour une puissance optique Popti d'illumination de la SCCO correspondant à un courant délivré par cette source SCCO de 10 μΑ, le courant d'émission du CNT est égal à ce courant de 1 0 μΑ. As the current supplied by I C NT nanotubes is equal to the current delivered by Iscco the SCCO, the current value is the intersection, the s, the curve 200 between the current delivered by the SCCO and curve 201 current of emission of the nanotube. For an optical power P opt i of illumination of the SCCO corresponding to a current delivered by this source SCCO of 10 μΑ, the emission current of the CNT is equal to this current of 1 0 μΑ.
Lorsque la puissance d'émission de la source SCCO diminue, courbe Popt2, le courant lSCco délivré par la SCCO diminue, dans l'exemple, 5 μΑ. Les électrons initialement accumulés au sommet du CNT vont en partie être émis par effet de champ, réduisant de ce fait le champ d'extraction en son sommet. Le courant d'émission ICNT va en être réduit. Ce processus stoppe lorsque le courant d'émission devient égal à 5 μΑ. Il est possible de moduler temporellement la puissance d'illumination de la source SCCO et donc le courant d'émission I CNT des nanotubes et de fait le flux RX émis sur l'objet à examiner. When the transmission power of the source SCCO decreases, curve P op t2, the current l SC co issued by the SCCO decreases, in the example, 5 μΑ. The electrons initially accumulated at the top of the CNT will partly be emitted by field effect, thereby reducing the extraction field at its peak. The emission current I C NT will be reduced. This process stops when the emission current becomes equal to 5 μΑ. It is possible to temporally modulate the illumination power of the source SCCO and thus the emission current I C NT of the nanotubes and thus the RX flux emitted on the object to be examined.
Lorsque la SCCO n'est plus illuminée, état OFF, le courant délivré Iscco par la source est égal à la valeur de courant correspondant à l'intersection de la courbe décrivant le courant d'obscurité se et de la courbe d'émission du nanotube. Pour obtenir un courant à l'état OFF extrêmement faible, le courant d'obscurité de la source SCCO doit être extrêmement faible et l'on doit avoir une tension aux bornes de la source de courant SCCO inférieure à la tension d'avalanche de la SCCO.  When the SCCO is no longer illuminated, OFF state, the current Iscco delivered by the source is equal to the current value corresponding to the intersection of the curve describing the dark current se and the emission curve of the nanotube. . In order to obtain an extremely low OFF state current, the dark current of the SCCO source must be extremely low and a voltage across the SCCO current source must be lower than the avalanche voltage of the SCCO source. SCCO.
La figure 5 représente la différence de tension entre un CNT et une électrode d'écrantage permettant une annulation du champ au sommet du CNT. Pour un CNT de hauteur 5 μηι et un rayon d'ouverture dans l'électrode d'écrantage de 1 μιη, cette tension est de 1 10 V. Dans cette configuration, on choisira une SCCO qui présente une tension d'avalanche supérieure à 1 10V et qui présente un courant d'obscurité extrêmement faible. Il existe des photodiodes présentant des tensions d'avalanche de 200 V avec un courant d'obscurité inférieur à 1 nA. Il est donc possible avec cette configuration de réaliser un tube RX avec un courant d'électrons à l'état OFF inférieur à 1 nA. La source de courant SCCO peut aussi alimenter un réseau de nanotubes, comme il sera schématisé par la suite. Le courant à l'état ON, source de courant illuminée, peut atteindre par exemple 1 mA. On obtient alors un rapport ON/OFF de 1 06. Il est particulièrement avantageux d'utiliser des CNTs courts et fins, par exemple de 2 μηπ de hauteur et de 20 nm de diamètre au sommet. Pour un même rayon d'électrode de 1 μηη, la tension qui permet d'annuler le champ au sommet du nanotube est de l'ordre de 50 V. On peut alors utiliser des SCCO présentant une tension d'avalanche plus faible. Figure 5 shows the voltage difference between a CNT and a shielding electrode for canceling the field at the top of the CNT. For a CNT of height 5 μηι and an opening radius in the shielding electrode of 1 μιη, this voltage is 1 10 V. In this configuration, an SCCO with an avalanche voltage higher than 1 is chosen. 10V and has an extremely low dark current. There are photodiodes with avalanche voltages of 200 V with a dark current of less than 1 nA. It is therefore possible with this configuration to make an RX tube with an electron current in the OFF state less than 1 nA. The current source SCCO can also feed a network of nanotubes, as will be schematized later. The current in the ON state, illuminated current source, can reach for example 1 mA. An ON / OFF ratio of 1 0 6 is then obtained. It is particularly advantageous to use short and thin CNTs, for example 2 μηπ high and 20 nm in diameter at the top. For the same electrode radius of 1 μηη, the voltage that makes it possible to cancel the field at the top of the nanotube is of the order of 50 V. It is then possible to use SCCOs having a lower avalanche voltage.
Pour une électrode d'écrantage enterrée, l'épaisseur d'isolation sera ajustée en fonction des tensions à tenir et du matériau isolant. Par exemple, 1 pm de silice thermique peut tenir une tension de 200V et théoriquement 1000V. Le principe de fonctionnement de la cathode commutable exposé précédemment reste le même pour cette variante de réalisation.  For a buried screening electrode, the insulation thickness will be adjusted according to the voltages to be held and the insulating material. For example, 1 μm of thermal silica can hold a voltage of 200V and theoretically 1000V. The operating principle of the switchable cathode described above remains the same for this variant embodiment.
La figure 6 représente une variante de réalisation utilisant une fibre optique isolante électrique pour la propagation du signal de commande. Les éléments de cette variante identique à ceux décrits à la figure 1 portent les mêmes références. Une fibre optique isolante 140 permet la propagation du signal issu de la source 107. Cette fibre traverse un solide diélectrique 141 , tel qu'un polymère, une céramique, un époxyde, afin d'exciter la SCCO 120. L'ensemble est disposé dans un isolant électrique 142. Comme dans l'exemple de la figure 1 , il existe un lien optique direct entre la source optique et la source SCCO déportée.  FIG. 6 represents an alternative embodiment using an electrical insulating optical fiber for the propagation of the control signal. The elements of this variant identical to those described in Figure 1 bear the same references. An insulating optical fiber 140 allows the propagation of the signal from the source 107. This fiber passes through a dielectric solid 141, such as a polymer, a ceramic, an epoxide, in order to excite the SCCO 120. The assembly is disposed in An electrical insulator 142. As in the example of FIG. 1, there is a direct optical link between the optical source and the remote SCCO source.
La figure 7 illustre une source d'ondes électromagnétiques radiofréquence 180 pour commander la SCCO. La source radiofréquence comprend un module d'émission 181 et une antenne d'émission RF 182. La SCCO comprend une antenne de réception RF 183 connectée à un module de réception RF 184, et une source de courant commandée par ce module de réception. La SCCO est donc une source de courant contrôlée par la source d'ondes électromagnétiques 180. Un tel dispositif ne nécessite aucun lien direct entre la source RF et la SCCO. Ce dispositif est particulièrement bien adapté pour le pilotage de nombreuses cathodes commutables portées à la haute tension par une onde électromagnétique présentant différentes modulations et permettant ainsi un multiplexage à l'émission et un démultiplexage à la réception de chaque canal, cathode CNT. La commande peut être en tout ou rien (On/Off) ou bien permettre un contrôle précis de l'intensité du courant des CNT par une modulation par largeur d'impulsion ou PWM en anglo-saxon Puise Width Modulation. Figure 7 illustrates a radiofrequency electromagnetic wave source 180 for controlling the SCCO. The radiofrequency source comprises a transmission module 181 and an RF emission antenna 182. The SCCO comprises an RF reception antenna 183 connected to a module RF receiver 184, and a current source controlled by this receiving module. The SCCO is therefore a source of current controlled by the source of electromagnetic waves 180. Such a device does not require any direct link between the RF source and the SCCO. This device is particularly well suited for controlling many switchable cathodes carried at high voltage by an electromagnetic wave having different modulations and thus allowing transmission multiplexing and demultiplexing at the reception of each channel, CNT cathode. The control can be in all or nothing (On / Off) or allow a precise control of the current intensity of the CNTs by pulse width modulation or PWM in Anglo-Saxon Pulse Width Modulation.
La figure 8 schématise une variante pour le pilotage de deux cathodes Ci , C2 par multiplexage Mix. Ce dispositif permet, par exemple, le pilotage RF et la génération de signaux PWM pour contrôler le courant à partir d'un second microprocesseur 185. La communication entre les deux microprocesseurs RF peut se faire en utilisant le protocole SPI par exemple. FIG. 8 schematizes a variant for controlling two cathodes Ci, C 2 by multiplexing Mix. This device allows, for example, the RF control and the generation of PWM signals to control the current from a second microprocessor 185. The communication between the two RF microprocessors can be done using the SPI protocol for example.
La figure 9 représente une variante pour laquelle la cathode commutable comprend au moins deux zones 81 , 82, voire plus que deux zones. Chaque zone comprend un ou plusieurs CNTs 1 05 et chaque zone est connectée à une sortie 83s, 84s, d'une source de courant 83, 84 lui correspondant. A chaque CNT 1 05 on associe une électrode d'écrantage positionnée de part et d'autre ou autour du nanotube comme il a été décrit précédemment. Une ou plusieurs sources lasers 85, 86 sont reliées à un circuit de contrôle. Le fonctionnement de cette variante est similaire à celui décrit pour les figures précédentes avec une possibilité plus importante dans la modulation.  FIG. 9 represents a variant for which the switchable cathode comprises at least two zones 81, 82, or even more than two zones. Each zone comprises one or more CNTs 105 and each zone is connected to an output 83s, 84s, of a current source 83, 84 corresponding thereto. Each CNT 105 is associated with a screening electrode positioned on either side or around the nanotube as described above. One or more laser sources 85, 86 are connected to a control circuit. The operation of this variant is similar to that described for the preceding figures with a greater possibility in the modulation.
La figure 10 est une vue en coupe d'un exemple d'une solution permettant de supprimer les fuites de courant pouvant exister à la surface de l'isolant 1001 . Dans cet exemple, le substrat 1 000 est recouvert d'une couche d'isolant 1001 comprenant un via 1002 permettant le contact de l'électrode de base du nanotube, une électrode d'écrantage 1 1 1 positionnée autour du nanotube 105 (figure 2). Une couche d'isolant d'encapsulation 1004 est déposée de façon à recouvrir l'électrode d'écrantage et au moins partiellement l'électrode de base du nanotube. Cet agencement permet avantageusement de diminuer voire d'annuler les courants de fuite. FIG. 10 is a sectional view of an example of a solution making it possible to eliminate current leaks that may exist on the surface of the insulator 1001. In this example, the substrate 1000 is covered with an insulating layer 1001 comprising a via 1002 allowing the contact of the nanotube base electrode, a screening electrode 1 1 1 positioned around the nanotube 105 (Figure 2). An encapsulation insulator layer 1004 is deposited to cover the shielding electrode and at least partially the base electrode of the nanotube. This arrangement advantageously makes it possible to reduce or even cancel the leakage currents.
La figure 1 1 représente un réseau de nanotubes 105 connectés au substrat grâce à la présence de contacts traversant 1 100, connus sous l'abréviation anglo-saxonne TSV (through silicon vias). La présence de ces TSV permet de reporter des contacts de la face arrière 1 1 01 vers la face avant 1 1 02. De plus, étant eux même isolés du substrat, ils permettent de contrôler électriquement des zones différentes en surface de puce. Ainsi, tous les CNTs 105 sont connectés au substrat 91 . Des électrodes d'écrantage électriquement isolées peuvent être adjointes à différentes zones de CNTs, contrôlant ainsi indépendamment leurs courants d'émission.  FIG. 11 represents a network of nanotubes 105 connected to the substrate thanks to the presence of traversing contacts 1100, known by the abbreviation TSV (through silicon vias). The presence of these TSV makes it possible to transfer contacts from the rear face January 01 to the front face January 1 02. In addition, being themselves isolated from the substrate, they can control electrically different areas chip surface. Thus, all the CNTs 105 are connected to the substrate 91. Electrically isolated shielding electrodes can be added to different zones of CNTs, thus independently controlling their emission currents.
La figure 1 2 schématise un exemple de nanotubes 1 05 polarisés individuellement grâce à la présence de contacts traversants TSV 1 100 et la présence d'une électrode surfacique de contrôle 1200 commune aux différents nanotubes CNTs.  FIG. 12 schematizes an example of nanotubes 105 individually polarized thanks to the presence of through-contacts TSV 1100 and the presence of a surface control electrode 1200 common to the various CNT nanotubes.
La figure 1 3, décrit un exemple d'intégration à un niveau surfacique. Sur le substrat 1300 une couche isolante 1301 est déposée. Ensuite une couche conductrice est détourée en deux zones conductrices disjointes, 1303, 1304, mais entrelacées de manière à obtenir une structure interdigitée. Une des électrodes sert d'électrode de base 1 1 0 au CNT 105 (figure 2), l'autre électrode joue le rôle d'électrode d'écrantage 1 1 1 . Ici le substrat n'a plus de rôle électrique, uniquement un rôle de support mécanique.  Figure 13 shows an example of integration at a surface level. On the substrate 1300 an insulating layer 1301 is deposited. Then a conductive layer is cut into two disjoint conductive areas, 1303, 1304, but interlaced so as to obtain an interdigitated structure. One of the electrodes serves as a base electrode 1 1 0 CNT 105 (Figure 2), the other electrode acts as a screening electrode 1 1 1. Here the substrate no longer has an electric role, only a role of mechanical support.
La figure 14, donne un exemple de réalisation de différentes zones d'émission 1401 , 1402, 1403, 1404, 1405 avec contrôle individuel du courant émis. Chacune des zones présente une structure telle que celle décrite à la figure 12. Les différentes zones sont positionnées les unes à côté des autres en fonction des spécifications de l'application visée. Il est possible de réaliser un report des contacts sur la face arrière sans changer le principe de fonctionnement. FIG. 14 gives an exemplary embodiment of different transmission zones 1401, 1402, 1403, 1404, 1405 with individual control of the emitted current. Each zone has a structure such as that described in Figure 12. The different areas are positioned next to each other according to the specifications of the intended application. It is possible carry out a transfer of contacts on the rear face without changing the operating principle.
La figure 1 5A et la figure 1 5B, deux exemples de structure à multicouches isolantes. La figure 15A représente une première variante de réalisation qui permet notamment d'éviter le risque de fuite de courant à la surface de l'isolant. On dépose sur un substrat isolant une électrode d'écrantage 151 présentant sur une partie une ouverture O, sur laquelle on dépose un isolant d'encapsulation 1 52. L'électrode de base et le nanotube sont disposés en vis-à-vis de l'ouverture pratiquée dans l'électrode d'écrantage. La figure 15B schématise une deuxième variante dans laquelle on dispose sur le substrat isolant, une électrode d'écrantage continue, un isolant d'encapsulation 1 54 sur lequel on va positionner l'électrode de base 1 10 et le nanotube associé 1 05.  FIGS. 15A and 15B show two examples of insulating multilayer structures. FIG. 15A represents a first variant embodiment that makes it possible in particular to avoid the risk of current leakage on the surface of the insulator. Is deposited on an insulating substrate a screening electrode 151 having on one part an opening O, on which is deposited an encapsulation insulator 1 52. The base electrode and the nanotube are arranged vis-à-vis the opening made in the screening electrode. FIG. 15B schematizes a second variant in which is provided on the insulating substrate, a continuous screening electrode, an encapsulation insulator 1 54 on which the base electrode 1 10 and the associated nanotube 1 05 will be positioned.
Dans ces deux configurations, le réseau conducteur au potentiel des nanotubes est séparé de l'électrode d'écrantage de contrôle par une couche diélectrique isolante. L'isolement galvanique entre les deux éléments conducteurs n'est donc plus surfacique mais intrinsèque. Ce dispositif est intéressant eu égard aux phénomènes d'arc électriques, aux dépôts partiellement conducteurs pouvant apparaître dans les tubes électroniques sous vide et plus particulièrement les tubes RX. L'électrode d'écrantage de contrôle fonctionne préférentiellement en autopolarisation assurant ainsi un écrantage électrostatique du champ principal créé par l'anode qui est portée à haute tension.  In these two configurations, the conductor network at the potential of the nanotubes is separated from the control screening electrode by an insulating dielectric layer. The galvanic isolation between the two conductive elements is no longer surface but intrinsic. This device is interesting with regard to arcing phenomena, partially conductive deposits may appear in the vacuum electronic tubes and more particularly the RX tubes. The control screening electrode preferably operates in self-polarization thus ensuring electrostatic shielding of the main field created by the anode which is carried at high voltage.
La figure 1 6 schématise un exemple de structure à électrode d'écrantage enterrée optimisée pour réduire au maximum les capacités de couplage entre l'électrode de base 1 10 connectant les CNTs 1 05 et l'électrode d'écrantage enterrée 1 1 1 représentée en traits pointillés, elle peut prendre la forme d'un anneau plat et comporte une certaine surface s'étendant à l'extérieur de la surface de l'électrode de base. Cette structure permet d'envisager des fréquences de fonctionnement supérieures aux fréquences utilisées à une électrode d'écrantage enterrée continue qui présente un plus fort couplage capacitif avec les électrodes de base. FIG. 16 schematizes an example of buried buried electrode structure optimized to reduce to the maximum the coupling capacitors between the base electrode 1 connecting the CNTs 105 and the buried screening electrode 1 1 1 represented in FIG. dashed lines, it may take the form of a flat ring and has a certain surface extending outside the surface of the base electrode. This structure makes it possible to envisage operating frequencies greater than frequencies used at a continuous buried screening electrode which exhibits a stronger capacitive coupling with the base electrodes.
La figure 1 7 représente un exemple de circuit électronique de contrôle en courant des nanotubes par une source de courant à contrôle optique. L'électrode d'écrantage 1 1 1 est contrôlée en tension à l'aide d'un phototransistor, éclairé celui-ci est passant. L'électrode d'écrantage 1 1 1 , en traits pointillés, se retrouve polarisée à la haute tension HT (référence de potentiel du système). Si le phototransistor 171 est non éclairé, il devient bloquant : l'électrode d'écrantage 1 1 1 se retrouve polarisée négativement par rapport à la haute tension HT grâce à une pile 172 (polarisation typique 40V). Ceci permet de contrôler le niveau de tension de l'électrode d'écrantage par rapport à la référence de potentiel. L'électrode de base 1 10 est reliée à la haute tension HT à travers un phototransistor 1 75 qui joue le rôle d'interrupteur optiquement contrôlé. Eclairé sous fort flux, le phototransistor 175 est totalement passant, réalisant ainsi une connexion directe de l'électrode de base 1 1 0 à la haute tension HT. En l'absence de flux lumineux, le phototransistor 175 est bloquant et le courant émis par les nanotubes 1 05 égale le courant d'obscurité du phototransistor (typiquement <1 nA). Avec des éclairements intermédiaires, le niveau de courant du phototransistor peut être régulé précisément: le courant émis par les CNT 105 égale alors ce courant par point de fonctionnement (cf figure 2). Le niveau d'illumination du phototransistor permet de contrôler le niveau d'émission électronique des CNT. Une diode Zener 176 placée en parallèle du phototransistor 175 permet d'éviter les surtensions sur le phototransistor 175 et évite sa destruction lors d'événements incontrôlés comme les claquages dans le tube à RX.  FIG. 17 shows an example of an electronic circuit for controlling current of the nanotubes by an optically controlled current source. The screening electrode 1 1 1 is voltage controlled using a phototransistor, illuminated it is passing. The screening electrode 1 1 1, in dotted lines, is polarized at the high voltage HT (potential reference system). If the phototransistor 171 is unlit, it becomes blocking: the screening electrode 1 1 1 finds itself negatively polarized with respect to the high voltage HT thanks to a battery 172 (typical polarization 40V). This makes it possible to control the voltage level of the screening electrode with respect to the potential reference. The base electrode 1 10 is connected to the high voltage HT through a phototransistor 1 75 which acts as an optically controlled switch. Illuminated under strong flux, the phototransistor 175 is fully conducting, thereby providing a direct connection of the base electrode 1 1 0 to the high voltage HT. In the absence of light flux, the phototransistor 175 is blocking and the current emitted by the nanotubes 105 equals the dark current of the phototransistor (typically <1 nA). With intermediate illumination, the current level of the phototransistor can be regulated precisely: the current emitted by the CNTs 105 then equals this current per operating point (see FIG. 2). The level of illumination of the phototransistor makes it possible to control the electronic emission level of the CNTs. A Zener diode 176 placed in parallel with the phototransistor 175 makes it possible to avoid overvoltages on the phototransistor 175 and avoids its destruction during uncontrolled events such as breakdowns in the X-ray tube.
La figure 18 schématise un exemple de réseau à trois connexions permettant l'utilisation d'émetteurs individuels et demandant une symétrie électrostatique autour de l'axe d'émission d'un nanotube permettant de minimiser les aberrations d'optique électronique. En effet le champ électrique généré possède la symétrie des électrodes qui le forme (à proximité du CNT). Ainsi une symétrie élevée est obtenue en réalisant une connexion électrode d'écrantage et d'électrode de base connectée par trois voies 191 , 192, 1 93 réparties à 120°. FIG. 18 schematizes an example of a three-connection network allowing the use of individual emitters and requiring electrostatic symmetry around the emission axis of a nanotube to minimize electron optical aberrations. Indeed the generated electric field has the symmetry of the electrodes which forms it (near the CNT). Thus a high symmetry is obtained by making a shielding electrode connection and base electrode connected by three channels 191, 192, 1 93 distributed at 120 °.
Le déport de la SCCO hors du tube offre une marge de manœuvre plus grande sur le choix de la SCCO (photo élément par exemple), dimensions, caractéristiques électriques, tenue en tension, etc. La SCCO n'est plus soumise à l'environnement direct du tube, rayons X, bombardement et implantation d'ions, etc. La configuration des électrodes permet notamment une reconfiguration dynamique du potentiel au voisinage des nanotubes.  The offset of the SCCO out of the tube offers a greater margin of maneuver on the choice of the SCCO (photo element for example), dimensions, electrical characteristics, resistance in tension, etc. The SCCO is no longer subject to the direct environment of the tube, X-rays, bombardment and ion implantation, etc. The configuration of the electrodes notably allows a dynamic reconfiguration of the potential in the vicinity of the nanotubes.

Claims

Revendications claims
1 - Source d'électrons de haute énergie commandée par une onde électromagnétique comprenant une enceinte à vide (1 01 ), une cathode commutable ou modulable (104) à base d'émetteurs à effet de champ (1 05) comprenant au moins une électrode d'écrantage (1 1 1 ), au moins un émetteur à effet de champ (105) relié à une électrode de base (1 10) disposée sur un substrat (1 12), une anode (106) mise à la masse, une alimentation haute tension (103), au moins un circuit de contrôle (1 09) d'une source de courant commandée par une onde électromagnétique ou SCCO (120) reliée à ladite cathode commutable caractérisée en ce que : 1 - High energy electron source controlled by an electromagnetic wave comprising a vacuum chamber (1 01), a switchable or modulatable cathode (104) based on field effect transmitters (1 05) comprising at least one electrode 1 (1 1), at least one field effect transmitter (105) connected to a base electrode (1 10) disposed on a substrate (1 12), an anode (106) grounded, a high voltage power supply (103), at least one control circuit (1 09) of a current source controlled by an electromagnetic wave or SCCO (120) connected to said switchable cathode characterized in that:
• La SCCO (120) est disposée en dehors de l'enceinte à vide, • The SCCO (120) is disposed outside the vacuum chamber,
• Une borne d'entrée (132) de la SCCO est reliée à l'alimentation haute tension et à l'électrode d'écrantage (1 1 1 ) de la cathode commutable• An input terminal (132) of the SCCO is connected to the high-voltage power supply and the switchable cathode (1 1 1) of the switchable cathode
(104), (104)
• Une borne de sortie (131 ) de la SCCO est reliée à l'électrode de base (1 1 0) entre l'émetteur à effet de champ et le substrat (1 1 2),  An output terminal (131) of the SCCO is connected to the base electrode (1 1 0) between the field effect transmitter and the substrate (1 1 2),
• L'alimentation haute tension (103) délivre un potentiel pour créer un champ d'anode suffisant pour induire l'émission depuis l'émetteur à effet de champ (1 05),  • The high voltage power supply (103) provides a potential to create an anode field sufficient to induce emission from the field effect transmitter (105),
• Le potentiel de la borne de sortie (1 31 ) étant supérieur ou égal au potentiel de la borne d'entrée (1 32), l'électrode d'écrantage (1 1 1 ) est adaptée à diminuer le champ électrique induit par l'anode (106) sur l'émetteur (105),  • Since the potential of the output terminal (1 31) is greater than or equal to the potential of the input terminal (1 32), the screening electrode (1 1 1) is adapted to reduce the electric field induced by the anode (106) on the transmitter (105),
• L'électrode d'écrantage (1 1 1 ) étant localisée dans un plan P comprenant la surface conductrice (105p) située sous le pied de l'émetteur à effet de champ (105) ou localisée sous ce même plan, une zone isolante électriquement (1 15) existe entre l'électrode d'écrantage et cette surface conductrice. 2 - Source d'électrons selon la revendication 1 caractérisée en ce que la SCCO (120) est disposée dans un connecteur haute tension (121 ) associé à l'enceinte à vide, ledit connecteur (1 21 ) comprenant une fenêtre transparente à l'onde électromagnétique, au moins une source d'ondes• The screening electrode (1 1 1) being located in a plane P comprising the conductive surface (105p) located under the foot of the field effect transmitter (105) or located in this same plane, an insulating zone electrically (1 15) exists between the screening electrode and this conductive surface. 2 - electron source according to claim 1 characterized in that the SCCO (120) is disposed in a high voltage connector (121) associated with the vacuum chamber, said connector (1 21) comprising a transparent window to the electromagnetic wave, at least one wave source
5 électromagnétiques (107) commandée par le circuit de contrôle (1 09). Electromagnetic circuit (107) controlled by the control circuit (1 09).
3 - Source d'électrons selon la revendication 2 caractérisée en ce que la source d'ondes électromagnétiques est une source optique telle qu'une source laser, une diode laser, une diode électroluminescente, (107) et la o fenêtre (108) est transparente à la longueur d'onde de la source optique. 3 - electron source according to claim 2 characterized in that the source of electromagnetic waves is an optical source such as a laser source, a laser diode, a light emitting diode, (107) and the window (108) is transparent to the wavelength of the optical source.
4 - Source d'électrons selon la revendication 1 caractérisée en ce que la source d'ondes électromagnétiques est une source radiofréquence comprenant un module d'émission (1 81 ) et une antenne d'émission RF5 (182), et en ce que la SCCO (1 20) comprend une antenne de réception RF (183) connectée à un module de réception RF (184), et une source de courant commandée par ce module de réception. 4 - electron source according to claim 1 characterized in that the source of electromagnetic waves is a radiofrequency source comprising a transmission module (1 81) and an emission antenna RF5 (182), and in that the SCCO (1 20) comprises an RF receiving antenna (183) connected to an RF receiving module (184), and a current source controlled by this receiving module.
5 - Source d'électrons selon la revendication 4 caractérisée en ce que la0 SCCO (120) comprend une antenne de réception RF (183) connectée à un module de réception RF (1 84), deux cathodes Ci , C2, un microprocesseur (185) adapté à piloter la génération de courant. 5 - Electron source according to claim 4, characterized in that the SCCO (120) comprises an RF receiving antenna (183) connected to an RF receiver module (1 84), two Ci, C 2 cathodes, a microprocessor ( 185) adapted to drive the current generation.
6 - Source d'électrons selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une5 cathode commutable ou modulable (104) à base d'émetteurs à effet de champ (1 05) comprend au moins deux zones (81 , 82), chacune de ces zones est connectée à une sortie (83s, 84s) d'une source de courant (83, 84) lui correspondant et en ce qu'une ou plusieurs sources lasers (85, 86) sont reliées à un circuit de contrôle (1 09).6 - Electron source according to claim 1, characterized in that a switchable or modulatable cathode (104) based on field effect emitters (105) comprises at least two zones (81, 82), each of which zones is connected to an output (83s, 84s) of a current source (83, 84) corresponding thereto and in that one or more laser sources (85, 86) are connected to a control circuit (1 09) .
0 7 - Source d'électrons selon la revendication 1 caractérisée en ce que le transport de l'onde optique se fait à l'aide d'une fibre optique isolante (140) insérée dans un matériau solide (141 ). 8 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le substrat comprend une électrode d'écrantage (1 51 ) présentant sur une partie une ouverture Oi, sur laquelle on dépose un isolant d'encapsulation (152), l'électrode de base et l'émetteur étant disposés en vis- à-vis de l'ouverture pratiquée dans l'électrode d'écrantage. 0 7 - Electron source according to claim 1 characterized in that the transport of the optical wave is done using an insulating optical fiber (140) inserted into a solid material (141). 8 - Electron source according to one of the preceding claims characterized in that the substrate comprises a screening electrode (1 51) having on one part an opening Oi, on which is deposited an encapsulation insulator (152), the base electrode and the emitter being arranged opposite the opening made in the screening electrode.
9 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'une électrode de base (1 10) ayant un rayon R, la distance entre l'électrode de base (1 1 0) et l'électrode d'écrantage (1 1 1 ) est de l'ordre du rayon R. 9 - electron source according to one of the preceding claims characterized in that a base electrode (1 10) having a radius R, the distance between the base electrode (1 1 0) and the electrode of screening (1 1 1) is of the order of radius R.
10 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat (1000) recouvert d'une couche d'isolant (1001 ) comprenant un via (1 002) permettant le contact de l'électrode de base du transistor à effet de champ, une électrode d'écrantage (1 1 1 ) positionnée autour d'un émetteur à effet de champ (105), une couche d'isolant d'encapsulation (1004) déposée de façon à recouvrir l'électrode d'écrantage (1 1 1 ) et au moins partiellement l'électrode de base (1 10) du nanotube. 1 1 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un réseau d'émetteurs à effet de champ connectés au substrat grâce à la présence de contacts traversants (1 1 00). 10 - electron source according to one of the preceding claims characterized in that it comprises a substrate (1000) covered with an insulating layer (1001) comprising a via (1 002) for contacting the electrode base of the field effect transistor, a screening electrode (11) positioned around a field effect transmitter (105), an encapsulation insulator layer (1004) deposited to cover the field screening electrode (1 1 1) and at least partially the base electrode (1 10) of the nanotube. 1 - Electron source according to one of the preceding claims characterized in that it comprises an array of field effect transmitters connected to the substrate through the presence of through-contacts (1 1 00).
12 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le substrat comprend une électrode d'écrantage continue, un isolant d'encapsulation (1 54) sur lequel sont positionnés l'électrode de base (1 10) et l'émetteur à effet de champ associé (105). 12 - Electron source according to one of the preceding claims characterized in that the substrate comprises a screening electrode continuous, an encapsulation insulator (1 54) on which are positioned the base electrode (1 10) and the associated field effect emitter (105).
13 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'un émetteur à effet de champ est un nanotube ou une nanofibre de carbone (105). 13 - Electron source according to one of the preceding claims characterized in that a field effect transmitter is a nanotube or a carbon nanofiber (105).
14 - Source d'électrons selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les électrons viennent frapper une anode pour la production de rayons X. 14 - Electron source according to one of the preceding claims characterized in that the electrons strike an anode for the production of X-rays.
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