Brevet FR2657999A1 — publié le 19910809

TUBE A VIDE MICRO-MINIATURE ET PROCEDE DE FABRICATION Cette invention concerne des tubes à vide, et plus particulièrement des tubes à vide de type micro-minia- ture qui conviennent spécialement pour l'obtention de meil- leures performances à des fréquences élevées. On peut dire de façon générale qu'avec le deve- loppement du transistor et de la technologie des semicon- ducteurs qui a suivi, le transistor a largement supplanté le tube à vide Des dispositifs ordinaires de type "grand public", ainsi que des dispositifs industriels, militaires, etc, sont de façon caractéristique des dispositifs à semi- conducteurs pour un certain nombre de raisons Les tubes à vide classiques sont notablement plus grands que des dispo- sitifs à semiconducteurs fonctionnellement équivalents, ils sont inférieurs en termes de fiabilité, et ils consomment notablement plus de puissance que leurs homologues à semi- conducteurs En outre, il a été difficile sinon impossible de produire des circuits intégrés ayant un grand nombre-de fonctions utilisant des tubes à vide, à cause de leurs res- trictions fonctionnelles et dimensionnelles On peut donc dire de façon générale que les dispositifs à semiconduc- teurs ont supplanté les tubes à vide. Cependant, lorsque le fonctionnement à des fré- quences très élevées est la préoccupation primordiale, des dispositifs consistant en tubes à vide présentent un avan- tage sur des dispositifs à semiconducteurs Plus précisé- ment, à des fréquences dans la gamme des gigahertz, des retards dûs au déplacement des porteurs deviennent plus importants, et la vitesse des porteurs à travers le milieu constitutif du dispositif devient de plus en plus importan- te On sait que le déplacement d'électrons dans des semi- conducteurs est plus lent que le déplacement d'électrons dans le vide, ce qui procure au moins un avantage théorique pour la structure de tube à vide si on peut réduire suffi- samment la longueur du chemin de déplacement des porteurs. En supposant qu'on puisse donner des valeurs comparables aux distances que parcourent des porteurs, il serait avan- tageux de procurer une structure dans laquelle le déplace- ment des porteurs s'effectue dans le vide, au lieu de s'ef- fectuer dans un matériau semiconducteur à l'état solide, dans le but d'améliorer la réponse en haute fréquence en améliorant le temps de transit des porteurs. On peut éviter un inconvénient de tubes à vide si on peut placer l'émetteur et le collecteur du tube à vide très près l'un de l'autre Plus précisément, en réduisant l'espace entre les électrodes d'émetteur et de collecteur, par exemple à une valeur de l'ordre de quelques microns, il devient possible d'émettre des électrons à partir d'une cathode froide (ou émetteur) en utilisant l'émission par champ électrique, ce qui élimine la nécessité d'employer des éléments chauffants de cathode qui constituaient une source de dissipation de puissance élevée dans des tubes électroniques classiques Le fonctionnement d'un émetteur froid par émission de champ exige non seulement que l'émet- teur et le collecteur soient très proches l'un de l'autre, mais également que l'émetteur, au moins, ait une forme qui renforce l'intensité du champ au niveau d'un bord vif de l'émetteur, pour renforcer ainsi localement l'intensité du champ, ce qui provoque l'émission et le déplacement des électrons de l'émetteur vers le collecteur. La figure 10 montre une coupe d'un tube à vide micro-miniature de l'art antérieur qui est décrit dans le document "A Vacuum Field Effect Transistor Using Silicon Field Emitter Array" publié dans le compte-rendu de la confé- rence International Electronic Device Meeting 1986, page 776. Comme le montre la figure 10, une couche isolante (par exemple en dioxyde de silicium) est formée sur la sur- face supérieure d'un substrat en silicium 1 Dans une ou- verture dans la couche isolante 2 se trouve une cathode conique 3 (ou émetteur d'électrons qui est formée par gra- vure du substrat en silicium 1 Sur la surface de la couche isolante 2 se trouvent un réseau d'anodes 4 (ou électrodes de collecteur) et en outre un réseau intermédiaire d'élec- trodes de commande 5 (qu'on appelle ci-après des électrodes de grille) Comme l'indique la trajectoire en pointillés e, des électrons qui sont émis par l'émetteur 3 se dépla- cent vers le collecteur 4 en suivant une trajectoire cour- be, sous la commande de tensions qui sont appliquées à la grille 5. Le tube à vide micro-miniature de la figure 10 représente une tentative de bénéficier de certains des avantages de performances d'un tube à vide (vitesse des électrons), en utilisant certaines caractéristiques de traitement de type micro-électronique Ce dispositif est cependant déficient pour un certain nombre de raisons, l'une d'elles étant la trajectoire indirecte du déplacement des électrons, dans une configuration dans laquelle des électrons doivent être émis par l'émetteur conique 3 et ensuite suivre une trajectoire courbe autour de la grille 5 pour atteindre le collecteur 4. Un problème supplémentaire résulte du procédé de fabrication qui est employé pour former le dispositif et qui n'est pas sans difficultés Les figures lla-lld illus- trent le procédé de l'art antérieur Comme représenté sur la figure lia, une couche de silicium de type n, 3 a, est formée sur un substrat en silicium 1, par exemple par des opérations classiques de croissance épitaxiale La partie centrale est masquée par des opérations de photolithogra- phie, pour former un masque de gravure métallique 11, dis- posé en position centrale, pour la formation de l'émetteur conique 3. Comme le montre la figure llb, la tranche par- tiellement traitée est ensuite gravée par des techniques de gravure isotrope, comme la gravure par voie humide, qu'on utilise de façon habituelle pour le silicium, en employant la couche de métal 11 à titre de masque Du fait de l'em- ploi des techniques de gravure isotrope, la surgravure la- térale fait que la partie masquée de la couche 3 est enle- vée plus rapidement que la partie qui est adjacente au substrat 1, ce qui donne la forme conique représentée pour l'émetteur 3. Après avoir formé l'émetteur conique, et en lais- sant en place la couche de métal 11, on dépose ensuite une couche d'isolant 2 sur la totalité de la surface du subs- trat, mais en laissant la partie centrale masquée dépourvue de la couche d'isolant, comme représenté sur la figure lic. On enlève ensuite la couche 11 et on forme les électrodes de grille 5 et les électrodes de collecteur 4 par des tech- niques classiques de pulvérisation cathodique et de défini- tion de motif. Comme indiqué ci-dessus, des problèmes peuvent apparaître lorsqu'on suit la séquence de traitement qui est illustrée sur les figures 1 la-lld L'un de ces problèmes est illustré sur la figure 12 qui montre la variation qui peut accompagner la technique de gravure isotrope que l'on utilise pour former les émetteurs coniques Plus précisé- ment, en utilisant le processus que montrent les figures lla-lld, il est très difficile d'obtenir de façon reproduc- tible des électrodes coniques ayant la taille et la forme désirées Du fait que le traitement de gravure par voie humide est difficile à maîtriser et donc à reproduire de lot en lot, lorsqu'un ensemble d'électrodes d'émetteur 3 sont formées sur un seul substrat en silicium, il apparaît souvent un défaut d'uniformité de la forme des électrodes d'émetteur, comme représenté sur la figure 12 On voit que l'émetteur conique central 3 c présente la forme et la taille désirées à l'achèvement de l'opération de gravure, alors que l'émetteur 3 d représente la condition de gravure excessive, dans laquelle l'électrode d'émetteur est rac- courcie, et l'électrode 3 b représente la condition de gra- vure insuffisante dans laquelle l'émetteur n'est pas gravé jusqu'à former une pointe Ce défaut d'uniformité dans les conditions de gravure entraîne un défaut d'uniformité des caractéristiques des dispositifs, qui est particulièrement important lorsqu'on utilise un ensemble de tels dispositifs dans un réseau de triodes interconnectées, constituées par des tubes à vide. De plus, comme indiqué ci-dessus, lorsqu'un tube à vide micro-miniature présente la configuration qui est représentée sur la figure 10, le déplacement des électrons de l'émetteur 3 vers le collecteur 4 se fait selon une tra- jectoire courbe Du fait de la trajectoire courbe, il est difficile de réduire la distance entre l'émetteur 3 et le collecteur 4, et ceci conduit à la nécessité d'employer des tensions d'alimentation plus élevées On notera évidemment que plus la distance entre l'émetteur et le collecteur dans un dispositif à décharge d'électrons à cathode froide est grande, plus les tensions d'alimentation nécessaires pour déclencher la décharge seront élevées En utilisant une tra- jectoire courbe comme représenté sur la figure 10, et en ayant à l'esprit le fait qu'une électrode de grille doit être interposée quelque part sur une partie intermédiaire de cette trajectoire, on voit que le degré auquel on peut miniaturiser le dispositif de la figure 10 est quelque peu limité. Du fait de ce qui précède, un but général de l'invention est de procurer un tube à vide micro-miniature ayant des exigences de tension d'alimentation notablement réduites, par l'optimisation des formes et des relations des électrodes A cet égard, un but de l'invention est de procurer un tube à vide micro-miniature utilisant des tech- niques de traitement de semiconducteurs, qui procure une trajectoire rectiligne et très courte pour la circulation des électrons de l'émetteur vers le collecteur. Un but supplémentaire de l'invention est de pro- curer un tel tube à vide micro-miniature qui utilise des techniques d'attaque ou de gravure préférentielle ou de croissance préférentielle pour optimiser les formes de l'émetteur et la relation mutuelle émetteur/collecteur. Un but de l'invention est de procurer un tube électronique microminiature ayant une trajectoire en ligne droite pour la circulation d'électrons entre la grille et la cathode, et qui comporte une grille qui commande la cir- culation d'électrons dans la trajectoire rectiligne, mais sans interrompre ne serait-ce qu'une partie de la trajec- toire. En résumé, un but de l'invention est de procurer un tube à vide qui est micro-miniaturisé au maximum des possibilités et qui permet d'employer des tensions d'ali- mentation relativement basses, du fait de l'espace inter- électrode miniaturisé et de l'optimisation des formes des électrodes. L'invention procure un tube à vide micro-minature qui est conçu pour commander le déplacement d'électrons dans le vide Une couche de semiconducteur composé à faible résistance est formée sur une première surface plane d'un substrat en semiconducteur composé Une cavité de forme allongée pénètre dans la couche à faible résistance et s'étend jusque dans le substrat La cavité définit un émet- teur et un collecteur dans le plan de la couche à faible résistance, et elle établit une trajectoire directe dans ce plan pour la circulation d'électrons de l'émetteur vers le collecteur Une électrode de grille est placée à proximité de la trajectoire, mais elle ne fait pas saillie dans cette dernière L'électrode de grille est de préférence déposée dans la cavité La couche à faible résistance est suffisam- ment mince et la structure cristalline est orientée de façon à définir une arête vive au niveau de la cavité, au moins pour l'émetteur, afin de favoriser l'émission d'élec- trons qui circulent vers le collecteur en suivant la tra- jectoire rectiligne, sous la commande de la grille. Conformément aux aspects "procédé" de l'inven- tion, on procure un substrat ayant une structure de cristal semiconducteur composé, et dont une première surface plane porte une couche à faible résistance On grave une cavité à travers la couche à faible résistance, et dans le substrat, jusqu'à ce que la cavité définisse un émetteur et un col- lecteur dans le plan de la couche à faible résistance On forme une électrode de grille à proximité de la trajectoire de circulation des électrons entre l'émetteur et le collec- teur, mais sans que cette électrode ne fasse saillie dans la trajectoire précitée On accomplit une étape de gravure avec une orientation préférentielle, pour produire une arête vive dans la couche à faible résistance, au niveau de la cavité, au moins pour l'émetteur. Une caractéristique de l'invention consiste en ce que l'émetteur et le collecteur peuvent être séparés par un espace inférieur au micron, ce qui entraîne une diminution notable des potentiels d'alimentation nécessaires pour pro- voquer l'émission d'électrons circulant de l'émetteur vers le collecteur. Une caractéristique supplémentaire de l'invention consiste en ce que la grille qui commande la circulation d'électrons est située à proximité de la trajectoire de circulation des électrons en ligne droite de l'émetteur vers le collecteur, mais hors de cette trajectoire. Un aspect final de l'invention réside dans la technique de gravure préférentielle qui oriente les plans cristallographiques d'une manière telle que la gravure qui forme la cavité formant à son tour l'émetteur et le col- lecteur, produit des arêtes vives, au moins pour l'émet- teur, de manière à renforcer l'intensité de champ au niveau de l'émetteur, et à réduire ainsi les potentiels qui sont nécessaires pour la circulation d'électrons. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation en coupe sché- matique montrant les principaux éléments d'un tube à vide micro-miniature qui exemplifie l'invention; La figure 2 est une vue en perspective montrant le dispositif de la figure 1; Les figures 3 a-3 e illustrent les étapes de pro- cessus pour la formation du dispositif des figures 1 et 2; La figure 4 est une coupe qui illustre un autre mode de réalisation de l'invention; La figure 5 est une vue en perspective du dispo- sitif de la figure 4; La figure 6 est une vue en élévation montrant un mode de réalisation supplémentaire de l'invention, utili- sant des techniques de croissance cristalline pour la for- mation des structures d'émetteur et de collecteur; La figure 7 est un schéma qui représente un ré- seau plan de tubes à vide de type micro-miniature qui exem- plifie l'invention; La figure 8 est une coupe qui illustre encore un mode de réalisation supplémentaire de l'invention, utili- sant un substrat isolant pour réduire davantage le courant de fuite; La figure 9 représente un autre mode de réalisa- tion de l'invention qu'on peut employer avec d'autres modes de réalisation, et elle montre la formation d'un émetteur en dents de scie pour renforcer encore davantage le poten- tiel correspondant au champ au niveau de l'émetteur, et permettre ainsi d'employer un potentiel d'alimentation en- core plus réduit; La figure 10 est une coupe qui illustre un tube à vide micro-miniature conforme à l'art antérieur; Les figures lla-lld illustrent les étapes de pro- cessus pour la formation du dispositif de la figure 10; et La figure 12 est une coupe qui illustre certaines difficultés que l'on peut rencontrer dans la mise en oeuvre du processus qui est illustré sur les figures lîa-lld. En considérant maintenant les dessins, on note que les figures 1 et 2 représentent respectivement une re- présentation en élévation et en coupe et une représentation en perspective d'un tube à vide micro-miniature 10 qui exemplife l'invention Le dispositif est formé sur un subs- trat semiconducteur composé 16, consistant de préférence en Ga As semi-isolant Le substrat 16 comporte une surface su- périeure 17 de forme générale plane sur laquelle est formée une couche à faible résistance, désignée de façon générale par la référence 18 Comme le montrent les figures 1 et 2, la couche à faible résistance 18 est divisée par une cavité 19 qui traverse la couche à faible résistance 18 et qui pénètre dans le substrat 17 La cavité 19 divise la couche à faible résistance 18 en un émetteur 23 et un collecteur 24 qui se trouvent dans le même plan (c'est-à-dire le plan défini par la couche à faible résistance 18) et qui sont séparés par un espace étroit défini par la cavité 19 Comme le montre la trajectoire en pointillés pour la circulation d'électrons qui est désignée par e, une trajectoire recti- ligne directe 20 pour la circulation d'électrons est éta- blie entre l'émetteur 23 et le collecteur 24 La circula- tion des électrons est commandée par une grille 25 qui est de préférence formée au fond de la cavité 19, de façon que la grille 25 soit proche de la trajectoire 20 mais juste à l'extérieur de celle-ci Il en résulte que la circulation des électrons de l'émetteur vers le collecteur se fait pra- tiquement sans obstacle, et le courant qu'absorbe l'élec- trode de grille 25 est faible, sinon nul Le dispositif est enfermé dans une enceinte hermétique dans laquelle on fait le vide, de façon que la trajectoire 20 pour la circulation d'électrons soit une trajectoire dans le vide, afin de ma- ximiser la vitesse de déplacement des électrons sur la tra- jectoire. Il convient de noter que l'émetteur 23, en parti- culier, présente une arête 30 relativement vive faisant face au collecteur 24, et cette arête assure la concentra- tion du champ électrique pour faciliter la décharge d'élec- trons partant de l'émetteur qui circulent vers le collec- teur L'arête vive est obtenue en premier lieu par le fait que la couche à faible résistance 18 qui forme l'émetteur et le collecteur 23, 24 est relativement mince, de l'ordre d'un micron Secondement, du fait de la technique de gravu- re préférentielle qu'on décrira en détail ci-après, la cou- che à faible résistance 18 a tendance a faire l'objet d'une surgravure latérale (comme la figure 1 le montre le mieux), ce qui forme une arête supérieure effilée 30 qui est diri- gée vers l'espace formé dans la couche à faible résistance (et donc vers le collecteur) Lorsqu'un potentiel continu est appliqué à des contacts électriques (non représentés) qui sont eux-mêmes en contact électrique avec l'émetteur et le collecteur 24, 24, la tension continue appliquée se ma- nifeste sous la forme d'un champ dans l'espace étroit 19. En combinaison avec le potentiel continu entre la grille 25 et l'émetteur 23, cette tension produit un champ qui, du fait de l'espace étroit 19, tend à déloger des électrons de il l'émetteur pour qu'ils se déplacent vers le collecteur. Il est particulièrement important de noter le faible écartement qui existe entre l'émetteur et le collec- teur 23, 24 dans la configuration de l'invention, par oppo- sition à l'écartement relativement supérieur qui est néces- saire dans l'art antérieur (voir la figure 10) En utili- sant des techniques de traitement de microélectronique de type classique, on peut donner à l'espace 19 une taille in- férieure au micron Cet espace est de préférence de l'ordre d'un micron ou moins, et il est le plus préférablement d'environ 0,5 micron ou moins Plus on peut diminuer (de façon reproductible) la taille de l'espace entre l'émetteur et le collecteur, plus les exigences de tension pour le fonctionnement du tube à vide deviennent faibles, du fait que le champ électrique nécessaire pour déloger des élec- trons de l'émetteur de façon qu'ils circulent vers le col- lecteur est inversement proportionnel à l'écartement entre ces éléments Conformément à l'invention, l'émetteur et le collecteur sont formés avec un espace extrêmement réduit entre eux, en disposant ces éléments dans le même plan, et en les séparant par un très petit espace auquel on peut ai- sément donner une dimension inférieure au micron par l'uti- lisation de techniques de traitement de microélectronique, la configuration assurant la juxtaposition d'une électrode de grille à proximité de la trajectoire rectiligne de cir- culation des électrons, mais légèrement hors du plan dans lequel circulent les électrons L'aptitude à positionner l'électrode de grille dans l'espace qui définit la cavité (et donc la séparation), permet à la grille d'être très proche de la trajectoire de circulation des électrons, de façon qu'elle puisse commander la circulation des électrons sans la nécessité d'employer un potentiel excessivement élevé, la grille étant cependant légèrement à l'extérieur de la trajectoire, de façon que les électrons qui sont émis par l'émetteur ne soient pas absorbés par des parties de la grille qui se trouveraient par ailleurs dans la trajectoire de circulation des électrons et interrompraient donc cette dernière. En utilisant la structure conforme à l'invention, on prévoit la possibilité de travailler avec des tensions émetteur-collecteur de l'ordre de 100 volts, alors que des structures de l'art antérieur exigent de l'ordre de 200 à 300 volts entre l'émetteur et le collecteur, et de l'ordre de 100 volts entre l'émetteur et la grille S'il est possi- ble de définir pour la cavité des dimensions notablement inférieures à 0, 5 micron, par exemple 0,1 micron, il peut être possible de réduire encore davantage les tensions d'alimentation. Avant de montrer des avantages importants supplé- mentaires de l'invention, on commencera par décrire le pro- cessus de formation du dispositif des figures 1 et 2. La figure 3 a montre un substrat semiconducteur 16, de préférence en Ga As, ayant une surface plane supé- rieure 17 sur laquelle est formée une couche de semiconduc- teur à faible résistance 18 La couche à faible résistance est formée en associant des impuretés de dopage à la surfa- ce 17 de la couche de semiconducteur On peut déposer ces impuretés dans la surface supérieure du substrat 16 en pro- cédant par implantation ionique/recuit, diffusion, ou de façon similaire Selon une variante, on peut associer les impuretés à la surface supérieure 17 en faisant croître des couches cristallines supplémentaires par les diverses for- mes de procédés de croissance épitaxiale qui sont utilisés dans la fabrication des semiconducteurs Les couches compo- sites 16, 17 ont une structure cristalline qui convient pour la gravure préférentielle dépendant de l'orientation de la structure, comme on le décrira ci-après La figure 3 b montre le substrat préparé pour une telle opération de gra- vure, par la formation d'un masque de résine photosensible 21 sur la surface de la couche à faible résistance 18 En utilisant des techniques classiques, on forme une ouverture centrale 19 dans le masque de résine photosensible 20, cet- te ouverture 19 ayant pour but de mettre à nu la partie centrale de la couche à faible résistance 18 L'ouverture 19 a une largeur qui est de préférence inférieure à un mi- cron, et on peut la former en utilisant la technologie pho- tolithographique ordinaire et une résine photosensible classique La précision d'alignement de masque dont on dis- pose habituellement dans la fabrication de semiconducteurs permet de maîtriser la largeur et la position de la cavité 19 avec une précision meilleure que le micron. Après avoir masqué le dispositif partiellement fabriqué, comme représenté sur la figure 3 b, on utilise une technique de gravure préférentielle, sensible à l'orienta- tion, pour graver une cavité centrale, comme représenté sur la figure 3 c A titre d'exemple, on peut effectuer la gra- vure en utilisant un mélange d'acide sulfurique (H 25 04) et d'eau oxygénée (H 202) Comme il est bien connu, dans des dispositifs utilisant des semiconducteurs composés, et en particulier dans la structure cristalline du semiconducteur composé consistant en Ga As, la vitesse de gravure dépend de l'orientation de surface du cristal, en relation avec les dimensions du réseau cristallin Il est donc possible de graver avec une bonne reproductibilité une cavité dont la section droite présente la forme qui est illustrée sur la figure 3 c, en orientant de façon appropriée la structure cristallographique du substrat 16, 18, de manière que la gravure qui progresse à partir de la surface supérieure de la couche à faible résistance 18 forme le motif désiré. Lorsqu'on utilise de l'arséniure de gallium, le plan cris- tallographique ( 100) du substrat est aligné avec la surface supérieure de la structure cristalline Par conséquent, la direction dans laquelle la gravure qui est fonction de l'orientation du cristal progresse le plus rapidement est la direction l 0111, c'est-à-dire la direction qui est pra- tiquement perpendiculaire à la surface de la feuille de papier sur la représentation de la figure 3 c La gravure progressera donc rapidement sur la longueur de la cavité, elle sera ralentie dans des positions immédiatement adja- centes au masque 8, mais elle progressera ensuite plus ra- pidement pour donner la forme quelque peu renflée et for- mant un angle, qui est représentée sur la figure 3 c Cette forme définit une arête vive à angle aigu sur le côté de la cavité correspondant à l'émetteur 23, et cette face de la structure cristalline fait un angle d'environ 45 par rap- * port à la verticale La formation de l'arête vive 30 et de la pointe résultante, orientée vers le collecteur 24, a pour effet de concentrer le champ électrique sur l'arête vive, ce qui réduit l'exigence de l'utilisation de tensions élevées pour provoquer l'émission par cathode froide, et ce qui rend l'émetteur 23 particulièrement efficace dans un tel dispositif à cathode froide Il faut noter que le col- lecteur 24 présente une arête vive formée de façon similai- re, du fait que la partie droite du sillon est gravée de la même manière que la partie gauche Cependant, c'est l'arête vive dans la partie d'émetteur qui est la plus efficace pour réduire les tensions d'alimentation nécessaires, du fait que c'est l'émetteur qui bénéficie au maximum de la concentration de champ élevée qui résulte d'une arête vive. Après la formation de la cavité 19 par des tech- niques de gravure préférentielle sensible à l'orientation, comme décrit endétail ci-dessus, on dépose une électrode de grille 25 (voir la figure 3 d), et on définit le motif de cette électrode au moyen de techniques de décollement On dépose une pellicule métallique de grille 25, 25 a sur la totalité de la surface du semiconducteur, dans sa condition représentée sur la figure 3 c, en utilisant des techniques de traitement de microélectronique de type classique, comme l'évaporation sous vide On dépose une couche de métal de grille 25 dans la cavité pour former l'électrode de grille. Simultanément, on dépose des couches de métal 25 a sur la matière de réserve photosensible 21 a, comme représenté sur la figure 3 d Lorsqu'on enlève la matière de réserve photo- sensible 21 a, par exemple avec un solvant organique, les couches de métal 25 a sont également enlevées, en laissant l'électrode de grille 25 déposée sur la surface horizontale de la cavité 19 La profondeur de la cavité 19 et l'épais- seur de la couche de métal de grille 25 sont coordonnées de façon que l'électrode de grille soit proche de la ligne imaginaire 20 qui s'étend entre l'émetteur et le collec- teur, mais soit située juste à l'extérieur de la trajectoi- re que définit la ligne 20, afin que l'électrode de grille ne constitue pas un obstacle dans la trajectoire 20, bien que l'électrode de grille soit placés si près de la trajec- toire qu'elle exerce une commande notable sur la circula- tion d'électrons qui suivent cette trajectoire La figure 3 e montre la configuration finale du dispositif. On fait fonctionner le dispositif terminé, qui est représenté avec une échelle un peu plus grande sur la figure 1, en appliquant une tension continue entre l'émet- teur et le collecteur, avec le côté le plus positif connec- té au collecteur 24 Une tension positive (par rapport à l'émetteur) est également appliquée à la grille 25, et le champ combiné qu'exercent les potentiels de polarisation positifs sur la grille et sur le collecteur, fait apparaî- tre sur l'arête vive 30 un champ qui est suffisant pour provoquer l'émission d'électrons Ces électrons se dépla- cent en suivant la trajectoire 20 et ils sont collectés par le collecteur 24 Le champ total est influencé par la pola- risation qui est appliquée à la grille 25, et l'intensité du flux d'électrons dans la direction de la ligne 20 est fonction de la polarisation qui est appliquée à la grille. On voit donc que le dispositif de la figure 1 fonctionne à la manière d'un tube à vide de type triode, mais sans la nécessité de fournir de l'énergie pour chauffer la cathode. En outre, comme indiqué ci-dessus, les très pe- tits espaces qui sont établis entre l'émetteur et le col- lecteur réduisent les potentiels de polarisation qui sont nécessaires, du fait qu'un émetteur et un collecteur situés à très faible distance (en particulier avec un émetteur de forme appropriée, comme décrit ici) créent des concentra- tions de champ électrique au niveau de l'arête vive qui dé- passent la tension de claquage et qui provoquent l'émission d'électrons Lorsque l'espace 20 est maintenu à 0,5 micron ou moins, comme indiqué ci-dessus, on peut faire fonction- ner le dispositif avec une polarisation d'environ 100 volts seulement entre l'émetteur et le collecteur, et une tension de modulation inférieure de façon correspondante sur la grille. Comme on peut le voir maintenant, la formation d'électrodes pour le dispositif de la figure 1 est similai- re aux techniques qui sont utilisées pour des transistors à effet de champ classique Il est donc possible d'utiliser ces techniques pour intégrer aisément un ensemble de dispo- sitifs à tube à vide de type micro-miniature en un seul circuit En se référant à la figure 7 pour une brève di- gression, on voit un réseau de tels dispositifs comprenant un seul substrat 6 sur lequel est formé un ensemble de tu- bes à vide de type micro-miniature 10 On voit que des émetteurs 23 et des collecteurs 24 de tous les tubes à vide dans le réseau sont pratiquement dans le même plan, chacun des tubes à vide 10 comportant une cavité qui contient une grille 25, de façon que les dispositifs puissent être con- nectés en série ou en parallèle, comme on le désire, pour augmenter la capacité d'acheminement de courant du réseau par rapport à celle de dispositifs individuels Des cava- liers 32 connectent des émetteurs ou des collecteurs sélec- tionnés, comme représenté sur la figure 7, pour connecter les dispositifs en cascade ou en parallèle, comme on le désire On forme aisément les cavaliers 32 par une étape de métallisation, accomplie à la suite de la formation des dispositifs de type triode, comme représenté sur les figu- res 3 a-3 e En outre, du fait que tous les sillons sont gra- vés pratiquement à la même profondeur, à cause de la gravu- re simultanée dans le traitement de gravure sélective dé- crit ci-dessus, et du fait que la forme de l'émetteur dé- coule de l'orientation du cristal, qui est identique d'un dispositif à un autre, l'ensemble des dispositifs qui cons- tituent le réseau auront des caractéristiques électriques très largement identiques On peut donc apprécier la fiabi- lité et l'aptitude à la caractérisation du dispositif con- forme à l'invention. En revenant à la forme de l'électrode d'émetteur 23, et en particulier de son arête vive 30, on note que la forme de l'arête vive n'est pas notablement affectée par des conditions de gravure, du fait de l'utilisation de la technique de gravure dépendant de l'orientation Plus précisément, du fait que l'arête vive 30 est formée à l'in- terface avec le masque, et du fait que la gravure attaque le cristal conformément à l'orientation cristalline qui est prédéterminée avant le commencement de l'opération de gra- vure, il est possible de traiter et de former les électro- des d'émetteur d'une manière automatique, sans une commande extrêmement précise, tout en formant des électrodes ayant la forme et la taille appropriées La surgravure latérale de l'électrode 23 au-dessous du masque 21 (voir la figure 3 c) n'est pas considérablement affectée par des variations de temps ou de température dans l'opération de gravure, dans des limites raisonnables, et la forme de l'arête vive ne sera certainement pas affectée par de telles variations, ce qui permet d'accomplir le traitement dans des conditions de traitement et de maîtrise raisonnables, sans le risque d'affecter défavorablement la forme de l'émetteur ou d'af- fecter la dimension de la cavité 19, dans des limites tolé- rables. Dans les modes de réalisation décrits jusqu'à présent, on n'utilise qu'une seule électrode de grille 25, et cette dernière est de préférence placée à la base de la cavité 19 La figure 5 illustre une autre forme de l'inven- tion dans laquelle il existe une paire d'électrodes de grille 25, 25 b, avec l'une d'elles de chaque côté de la ligne 20 définissant la trajectoire des électrons La figu- re 5 est une vue en perspective qui montre le dispositif en coupe, et il faut noter que l'électrode 25 b est formée par une technique de pont dans l'air, relativement classique, le pont comportant une première branche 25 c qui descend jusqu'au substrat pour définir un support, et une branche similaire (non représentée) de l'autre côté du pont 25 b, pour définir un support supplémentaire L'électrode de grille 25 est de préférence séparée de la ligne 20 par une distance qui correspond à la distance entre l'électrode 25 et la ligne 20. De façon caractéristique, on fera fonctionner les électrodes de grille inférieure 25 et supérieure 25 b au même potentiel électrique par rapport à l'émetteur, pour créer un champ uniforme dans la région qui sépare l'émet- teur 23 et le collecteur 24 Le champ plus symétrique dans la région de l'émetteur 23 qui est créé par la structure à double grille 25, 25 b de la figure 5, tend à améliorer l'aptitude à la commande du courant qui circule dans le dispositif. On a noté ci-dessus que l'électrode d'émetteur 23 était l'électrode principale qui exigeait l'arête vive, et que l'existence d'une arête vive similaire pour le col- lecteur 24 était accessoire La figure 9 exemplifie davan- tage l'intérêt d'avoir des concentrations de champ élevées, et elle montre une structure d'électrode d'émetteur qui procure des concentrations localisées correspondant à des champs élevés La figure 9 montre une électrode de collec- teur 24 qui a une forme très semblable à celle de l'élec- trode de collecteur des figures 1-5 Cependant, l'électrode d'émetteur 23 a de la figure 9 est formée avec une configu- ration en dents de scie comportant un ensemble de pointes 23 b qui font face à l'électrode de collecteur 24. Le dispositif de la figure 9 est de préférence formé par une étape de gravure ultérieure, utilisant un masque ayant une forme en dents de scie, à la suite de l'étape de la figure 3 e Plus précisément, on dépose un masque ayant une forme en dents de scie avec lequel on dé- finit un motif sur le dispositif, par lithographie, dans la condition qui est représentée sur la figure 3 e, après quoi on effectue une opération de gravure pour former les poin- tes 23 b qui sont représentées sur la figure 9 Selon une variante, on modifie l'étape de masquage de la figure 3 c pour définir une forme en dents de scie dans la partie de masque 21 sur l'électrode d'émetteur 23, de façon que la gravure du sillon forme simultanément les pointes 23 b dans l'émetteur en forme de dents de scie 23. Dans un cas comme dans l'autre, en donnant à l'extrémité de-l'électrode d'émetteur 23 la forme gravée en dents de scie qui est représentée sur la figure 9, il est possible d'augmenter encore les discontinuités à arête vive sur l'émetteur, au point le plus rapproché du collecteur, et donc d'augmenter la concentration du champ électrique dans la zone la plus utile pour amorcer une décharge élec- trique. Les modes de réalisation décrits jusqu'à ce point ont fait appel à une opération de gravure préférentielle sensible à l'orientation pour former la cavité entre les parties d'émetteur et de collecteur de la couche à faible résistance électrique, et également pour donner une forme appropriée au moins à l'électrode d'émetteur Dans la mise en oeuvre de l'invention, il est également possible d'uti- liser des techniques de croissance cristalline sensible à l'orientation, au lieu de techniques de gravure cristalli- ne, pour former de façon appropriée un dispositif conforme à l'invention. La figure 6 illustre l'utilisation d'une techni- que de croissance épitaxiale sélectionnée pour la formation d'une triode conforme à la présente invention Plus préci- sément, dans le dispositif de la figure 6, une partie cen- trale d'un substrat semiconducteur 46 est recouverte par une couche isolante 49 se présentant sous la forme d'une bande allongée La bande allongée définit une zone analogue au sillon gravé 19 des modes de réalisation précédents. Après avoir déposé la couche isolante 49 et formé un motif dans cette dernière, on forme ensuite par croissance épita- xiale sélectionnée des régions d'émetteur et de collecteur en Ga As, 43, 44 A titre d'exemple, si on fait croître la structure cristalline dans la plage de température comprise entre environ 4000 C et 5000 C, par des techniques de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (ou MOCVD), en utilisant un gaz qui consiste en TM Ga (triméthylgallium) ou en TE Ga (triéthylgallium) et en As H 3 (hydrogène arsénié) ou en utilisant des substances analogues, la croissance cristalline s'effectue de la manière qui est représentée sur la figure 6 Plus précisément, le cristal croît seule- ment sur le substrat cristallin 46 et non sur l'isolant 49, mais lorsque l'épaisseur des couches 43, 44 augmente au- delà de l'épaisseur de l'isolant 49, des parties en sur- plomb 46 se développent en restreignant l'espace 47 et en formant une arête vive 48 sur l'émetteur 43, face au col- lecteur 44 Une arête vive similaire 48 sur le collecteur fait face à l'émetteur, au même niveau, et elle forme un espace étroit et défini, 47, séparant l'émetteur et le col- lecteur En sélectionnant la direction de surface du subs- trat 46 avant le commencement de la croissance cristalline, on forme les électrodes d'émetteur 43 et l'électrode d'émetteur 44 de la manière qui est représentée sur la fi- gure Par conséquent, lorsqu'on utilise Ga As pour le subs- trat et Ga As pour le semiconducteur composé pour l'émetteur et le collecteur, lorsque la face cristalline ( 100) du substrat 46 est orientée de façon à constituer la couche supérieure sur laquelle la croissance cristalline aura lieu, la croissance cristalline à vitesse élevée est orientée dans la direction lO 1 Il est alors possible d'obtenir une croissance cristalline présentant la forme du surplomb qui est représenté sur la figure 6, avec une bonne maîtri- se, en faisant en sorte que la direction du plus long côté du substrat (c'est-à-dire la dimension perpendiculaire à la surface de la feuille de papier) corresponde à la direction de croissance cristalline loi YJ. La figure 8 illustre une variante supplémentaire de l'invention dans laquelle le substrat semiconducteur se présente sous la forme d'un dispositif composite comprenant une section isolante destinée à réduire le courant de fuite à travers le dispositif Le substrat 56 de la figure 8 est donc un dispositif composite comprenant une partie de base isolante 60, sur laquelle est formée une couche cristalline de semiconducteur composé 61, relativement épaisse La par- tie de base isolante 60 consiste de préférence en un subs- trat en saphir sur lequel on a formé par une opération de croissance hétéro-cristalline une couche de semiconducteur composé 61 Une couche de semiconducteur 63 ayant une ré- sistance inférieure est formée sur la surface supérieure de la couche de semiconducteur 61 Le dispositif composite est masqué et gravé d'une manière très semblable à celle qui est illustrée sur les figures 3 a-3 e, pour former des régions individuelles d'émetteur 65 et de collecteur 66, séparées par une cavité 67 dans laquelle est placée une électrode de grille 68 L'utilisation des couches de semi- conducteur composé 61, 63 permet l'utilisation des techni- ques de gravure préférentielle sensible à l'orientation, décrites en détail ci-dessus, pour former de manière défi- nie l'électrode d'émetteur 65 de forme appropriée, et pour former de manière définie un espace 67 de dimension dési- rée, afin de produire un dispositif très semblable à celui qui est représenté sur la figure 1 Cependant, le disposi- tif de la figure 8 comporte un substrat isolant 60 qui a une caractéristique d'isolation très supérieure à celle du Ga As, ce qui réduit encore davantage la possibilité de fui- te dans le substrat On peut donc prévoir que le dispositif de la figure 8 sera un dispositif ayant des performances élevées et une fiabilité élevée, même en comparaison avec l'excellent dispositif de la figure 1 Cependant, l'obten- tion de ces caractéristiques améliorées se fait au prix de la croissance hétéro-cristalline de matériaux semiconduc- teurs sur du saphir, et de la dépense résultante On note également que le mode de réalisation de la figure 8 utilise un substrat en saphir, mais qu'on peut également utiliser d'autres substrats isolants qui se prêtent à une croissance cristalline épitaxiale. On voit donc qu'on a décrit un dispositif à vide micro-miniature perfectionné Le dispositif comprend un émetteur et un collecteur formés face à face de part et d'autre d'une trajectoire rectiligne directe pour le dépla- cement d'électrons de l'émetteur vers le collecteur L'es- pace entre l'émetteur et le collecteur est établi par des techniques d'enlèvement ou de croissance de matière dans des conditions préférentielles, qui permettent de maîtriser de manière précise et fiable non seulement la dimension de l'espace, mais également la forme des électrodes Il en résulte que les concentrations de champ sont maximisées, et que les dimensions relativement faibles entre émetteur et collecteur permettent l'utilisation de potentiels faibles capables d'assurer l'émission d'électrons par le procédé de la cathode froide L'électrode de grille est placée à très faible distance de la trajectoire que parcourent les élec- trons de l'émetteur vers le collecteur, mais hors de cette trajectoire, de façon qu'il soit relativement aisé de don- ner au dispositif une configuration permettant une commande très efficace par la grille, sans la possibilité d'absorp- tion d'un courant de grille notable. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Tube à vide micro-miniature conçu pour comman- der le déplacement d'électrons dans le vide, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: un substrat en semicon- ducteur composé ( 16) ayant une première surface plane sur laquelle est formée une couche en semiconducteur composé à faible résistance ( 18); une cavité allongée ( 19) qui tra- verse la couche à faible résistance ( 18) et pénètre dans le substrat ( 16), la cavité définissant un émetteur ( 23) et un collecteur ( 24) dans le plan de la couche à faible résis- tance ( 18), et établissant une trajectoire directe ( 20) dans ce plan pour la circulation d'électrons de l'émetteur vers le collecteur; et une électrode de grille ( 25) proche de la trajectoire précitée ( 20) mais ne faisant pas saillie dans cette dernière; la couche à faible résistance ( 18) étant suffisamment mince et orientée de façon à définir une arête vive ( 30) au niveau de la cavité ( 19), au moins pour l'émetteur ( 23), afin de renforcer l'émission d'électrons qui circulent vers le collecteur ( 24), en suivant la tra- jectoire précitée ( 20), sous la commande de la grille ( 25). 2 Tube à vide selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'électrode de grille ( 25) consiste en une électrode allongée qui est disposée dans la cavité ( 19) entre l'émetteur ou cathode ( 23) et le collecteur ou anode ( 24), la cavité ( 19) ayant une profondeur suffisante pour que la grille se trouve dans une position proche de la tra- jectoire précitée ( 20), mais légèrement espacée de cette dernière. 3 Tube à vide selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le substrat en semiconducteur composé ( 16) consiste en une structure cristalline en un semiconducteur composé, et la couche en semiconducteur composé à faible résistance ( 18) contient des impuretés de dopage qui sont associées à la première surface plane du substrat semicon- ducteur ( 16); la structure cristalline du semiconducteur composé étant du type qui facilite une gravure préféren- tielle sensible à l'orientation, et étant orientée de façon à faciliter la formation de l'arête vive ( 30). 4 Le tube à vide selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le substrat en semiconducteur composé ( 61) comprend une base isolante ( 60) qui porte une structu- re cristalline en semiconducteur composé ( 61), la couche à faible résistance ( 63) comprenant des impuretés de dopage qui sont associées à la partie en semiconducteur composé du substrat ( 61); et la structure cristalline du semiconduc- teur composé étant du type qui facilite une gravure préfé- rentielle sensible à l'orientation et étant orientée de façon à faciliter la formation de l'arête vive ( 30). Tube à vide selon l'une quelconque des redven- dications 1 ou 4, caractérisé en ce que le semiconducteur composé ( 16) consiste en Ga As, et la structure cristalline est orientée de façon que la première surface plane ( 17) du substrat se trouve dans le plan cristallographique ( 100). 6 Tube à selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de grille comprend une première élec- trode de grille allongée ( 25) qui est disposée dans la ca- vité ( 19), à proximité du plan de la trajectoire ( 20), mais hors de ce plan, et une seconde électrode de grille allon- gée ( 25 a) qui est disposée au-dessus de la première surface plane ( 17) et à proximité de la trajectoire ( 20), mais hors de celle-ci, grâce à quoi les électrodes de grille allon- gées ( 25, 25 a) sont disposées de part et d'autre de la tra- jectoire ( 20) pour commander la circulation des électrons dans cette dernière. 7 Procédé de fabrication d'un tube à vide micro- miniature pour commander la circulation d'électrons dans le vide entre un émetteur ( 23) et un collecteur ( 24), caracté- risé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fournit un substrat ( 16) dont une surface présente une structure cristalline adaptée pour recevoir une couche en semiconduc- teur composé à faible résistance ( 18); on forme une couche de semiconducteur composé à faible résistance ( 18) sur la surface du substrat, la couche de semiconducteur à faible résistance définissant un plan; on forme une cavité ( 19) dans la couche de semiconducteur à faible résistance ( 18), cette cavité pénétrant dans le substrat ( 16), et la cavité ( 19) étant formée de façon à définir un émetteur ( 23) et un collecteur ( 24) dans la couche à faible résistance ( 18) et à établir une trajectoire directe ( 20) dans le plan préci- té, pour la circulation d'électrons de l'émetteur vers le collecteur; l'étape de formation d'une cavité définissant une arête vive ( 30) au niveau de la cavité ( 19), au moins pour l'émetteur ( 23), de façon à favoriser l'émission d'électrons devant circuler vers le collecteur ( 24) en sui- vant la trajectoire précitée ( 20); et on forme une électro- de de grille ( 25) entre l'émetteur ( 23) et le collecteur ( 24), et à proximité de la trajectoire précitée ( 20), cette électrode ne faisant cependant pas saillie dans la trajec- toire ( 20). 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de formation de la cavité ( 19) comprend la gravure d'une cavité à travers la couche de semiconduc- teur à faible résistance ( 18) et dans le substrat ( 16), l'étape de gravure comprenant l'accomplissement d'une gra- vure sensible à l'orientation, selon un plan cristallogra- phique du substrat ( 16) qui est orienté de façon à former l'arête vive ( 30) de l'émetteur ( 23). 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les étapes de formation de la couche à faible résistance ( 18) et de formation d'une cavité ( 19) compren- nent le dépôt d'une couche isolante ( 49) sur le substrat ( 46) pour définir la cavité, et la croissance épitaxiale, sur le substrat, d'une structure cristalline ( 43, 44) com- prenant la couche de semiconducteur à faible résistance, l'étape de croissance comprenant la croissance de la struc- ture cristalline ( 43, 44) dans une direction préférentielle adaptée pour faciliter la formation de l'arête vive de l'émetteur. Procédé de fabrication d'un tube à vide micro-miniature destiné à commander la circulation d'élec- trons dans le vide, entre un émetteur ( 23) et un collecteur ( 24), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivan- tes: on fournit un substrat en semiconducteur composé ( 16) dont une première surface plane porte une couche à faible résistance ( 18); on grave une cavité ( 19) à travers la cou- che à faible résistance ( 18) et dans le substrat ( 16), de façon que la cavité définisse un émetteur ( 23) et un col- lecteur ( 24) dans le plan de la couche à faible résistance ( 18), l'émetteur et le collecteur définissant une trajec- toire directe ( 20) dans le plan précité, pour la circula- tion des électrons pour l'émetteur ( 23) vers le collecteur ( 24); on forme une électrode de grille ( 25) située à proxi- mité de la trajectoire précitée ( 20), mais ne faisant pas saillie dans cette dernière, pour commander la circulation d'électrons entre l'émetteur ( 23) et le collecteur ( 24); et on accomplit l'étape de gravure d'une manière préférentiel- le, sensible à l'orientation, pour former une arête vive ( 30) dans la couche à faible résistance ( 18) au niveau de la cavité ( 19), au moins pour l'émetteur ( 23), de façon à favoriser l'émission d'électrons devant circuler vers le collecteur ( 24) en suivant la trajectoire précitée ( 20) , sous la commande de l'électrode de grille ( 25).