Brevet FR2690272A1 — publié le 19931022

"Procédé de production de dispositifs émetteurs de champ commandabless" La présente invention concerne un procédé pour produire des dispositifs émetteurs de champ dans un domaine de grandeurs de microstructures avec des dimensions dans la gamme des micromètres avec des pointes en forme de pyramide ou de cône, auxquelles fait face à une certaine distance un diaphragme circulaire comme électrode de commande. L'invention s'occupe avant tout de la production de dispositifs émetteurs de champ commanda- bles de grande surface, comme cela est nécessaire dans des consoles de visualisation planes, des écrans de présentation, des appareils de télévision ou autres. Pour la production de tels appareils on mettait en oeuvre jusqu'à maintenant exclusivement des procédés de production lithographiques Pour cela les techniques usuelles de la lithographie sont utilisées. Par exemple on produisait par mordançage ou attaque chimique sélective de silicium des pointes d'émission de champ en forme de pyramide Dans un autre procédé du molybdène est déposé à travers un diaphragme circulaire sur un substrat se trouvant en dessous et forme alors par accroissement graduel du diaphragme, un cône, qui sert comme pointe d'émission de champ Dans un autre procédé sont produites des barres se tenant verticalement par attaque chimique (mordançage), et irradiation ionique barres qui sont transformées par mordançage ionique, oxydation et attaque chimique par voie humide en pointes d'émission de champ Avec tous ces procédés on ne peut produire en même temps qu'un grand nombre de pointes d'émission de champ disposées de façon régulière L'inconvénient des procédés connus est, que pour l'obtention de la structure, on a besoin à chaque fois d'un cache de protection de l'attaque chimique, qui doit être préparé par lithographie Les procédés exigent en outre toute une série d'étapes de procédé et sont à cause du cache limités optiquement par diffraction. Par le document DE-C 2 951 287 on connaît un autre procédé de production de pointes d'émission de champ, qui se sert de la technique des traces de particules d'ions lourds fortement énergétiques Ce procédé ne rend possible toutefois que la création de pointes de contact fines, qui ne sont pas commanda- bles Une application d'électrodes de commande n'est pas possible. Par le document EP-A O 416 625 on connaît un procédé de production dans lequel la surface d'un substrat est irradiée par un faisceau ionique focalisé et ensuite est attaquée chimiquement. La présente invention a alors comme objet, en partant de cet état de la technique de proposer un procédé par lequel on peut obtenir des pointes d'émission de champ commandables, c'est-à-dire celles, qui ont une électrode de commande, sans qu'il soit, en outre, nécessaire d'utiliser, des caches de structura- tion. Pour la solution du problème l'invention est caractérisée par les phases de procédé suivantes: a) Irradiation d'une matrice en matériau diélectri- que par un faisceau d'ions lourds à grande énergie d'un accélérateur d'ions lourds, faisceau qui traverse complètement la matrice et qui crée des traces de particules dans la matrice, b) Mordançage ou attaque chimique de la matrice bombardée, à partir de la face inférieure, pour que soient créés à l'intérieur de la matrice à l'endroit des traces de particules des cônes de corrosion inférieurs dans la forme désirée de la pointe d'émetteur de champ et dont les pointes sont situées à l'intérieur de la matrice, c) Métallisation de la face inférieure de la matrice avec un matériau adapté à l'émission de champ, qui soit conducteur ou semi-conducteur, pour recouvrir les faces du cône de corrosion inférieur d'un film métallique, d) Recouvrement de la face inférieure de la matrice avec un autre matériau métallique au moyen d'une méthode galvanique, pour remplir chaque cône par attaque chimique et pour que les surfaces de base des cônes de corrosion inférieurs soient reliées entre elles pour conductibilité électrique par une couche métallique, e) Mordançage ou attaque chimique de la matrice bombardée à partir de la face supérieure jusqu'à ce que les cônes par attaque chimique supérieure se créant depuis le haut aient atteint les pointes des cônes de corrosion inférieurs et que les pointes du remplissage métallique des cônes par attaque chimique inférieurs soient libérées jusqu'à une hauteur désirée, f) Métallisation oblique de la face supérieure de la matrice avec une autre couche métallique, la métallisation étant faite sous un angle aigu par rapport au plan de la face supérieure tout autour des ouvertures des cônes supérieurs par attaque chimique et en même temps une rotation de la matrice a lieu par rapport au dispositif de métallisation ou inversement, autour de la perpendiculaire à la surface de sorte que les pointes du remplissage métallique des cônes inférieurs par attaque chimique et la surface des cônes supérieurs par attaque chimique restent sans être recouvertes par l'autre couche métallique, g) Application d'une couche anodique à une certaine distance au dessus de l'autre couche métallique. Avec un tel procédé on peut réaliser de façon très simple les dispositifs émetteurs de champ commandables mentionnés On peut produite aussi bien des émetteurs de champ individuels que des dispositifs émetteurs de champ de grande surface Le procédé est "a centrage automatique", c'est-à-dire que les élé- ments de chaque émetteur particulier s'orientent par centrage automatique autour de la trace de particule insérée Une limitation optique du procédé n'est pas offerte. D'autres particularités du nouveau procédé sont décrites dans la suite et à partir de la figure, qui montre schématiquement du haut vers le bas le déroulement du procédé en étapes de A à E. A l'étape A est représentée une matrice 1 d'un matériau isolant, à travers lequel est dirigée une trace de particule 2 latente traversante La trace de particule 2 est occasionnée par un bombardement par exemple avec des ions lourds à grande énergie, qui sont créés dans un accélérateur d'ions lourds et elle définit le lieu de la pointe d'émetteur de champ naissant plus tard. A l'étape B est soumise à l'attaque chimique la face inférieure de la matrice 1 exposée au rayonnement, jusqu'à créer à l'intérieur de la matrice 1 à partir du bas un cône par attaque chimique 3 de forme et de hauteur désirée pour la future pointe émettrice de champ, dont la pointe supérieure 4 est encore située à l'intérieur de la matrice 1, c'est-à- dire qu'une partie supérieure de la trace de particule 2 se trouve maintenue Le rayon de courbure du cône par attaque chimique a une valeur d'environ 0,01 x 10- 6 m Les débits d'émission dépendent de forme décisive de la petite taille du rayon de courbure. A l'étape C le cône par attaque chimique 3 est métallisé en surface à partir de la même face ou à partir du bas avec le matériau de la future pointe émettrice de champ, jusqu'à ce que ses faces soient au moins recouvertes Le matériau métallique peut être aussi bien conducteur, que semi-conducteur Ensuite le film métallique conducteur électrique est recouvert d'un autre matériau, par exemple par des procédés de galvanisation, jusqu'à ce que les cônes 3 par attaque chimique soient remplis complètement et que soient crées par son remplissage les pointes émettrices de champ 6 La face existant sous les cônes 3 ou les pointes 6 est couverte par la couche métallique 5, qui dans le cas de plusieurs pointes relie entre elles ces dernières en assurant la conductibilité électrique. Selon l'étape D la matrice est alors à nouveau soumise à une attaque chimique du côté supérieur pour ce qui concerne la partie supérieure restante de la trace de particule 2, jusqu'à ce que les cônes 8 par attaque chimique se créant à partir du haut aient atteint les pointes 9 du cône par attaque chimique 3 ou les émetteurs de champ 6 existant désormais et les aient rendus libres jusqu'à une longueur et hauteur désirée, prédéterminée Les cônes 8 supérieurs par attaque chimique se créent ainsi avec centrage automatique par rapport aux cônes inférieurs 3 par attaque chimique inférieurs. Enfin à l'étape E toute la surface 7 est métallisée à partir du haut avec une autre couche métallique 10, qui toutefois ne doit pas pénétrer, dans les cônes supérieurs 8 C'est pourquoi la métallisation se fait sous un angle aigu, par rapport à la surface 7, de façon que les surfaces citées soient pratiquement situées dans la zone d'ombre de la métallisation et restent sans couche métallique 10. Pendant la métallisation on effectue en même temps une rotation de la surface 7 par rapport au dispositif de métallisation (ou inversement), autour de la perpendiculaire à la surface, de façon que lors de la métallisation toutes les faces soient touchées de manière homogène. La couche métallique; 10 avec les ouvertures 11 ainsi créées forme alors l'électrode de commande pour la pointe émettrice de champ 6 L'ouverture 11 est située en outre comme un diaphragme circulaire et centré autour de la pointe 6 Enfin le dispositif émetteur est encore complété en appliquant sans la respecter en détail, une couche anodique 12 au dessus de la couche métallique 10 de la face supérieure 7 La couche métallique 10 ou la future électrode de commande peut être reliée électriquement vers l'exté- rieur d'une manière quelconque. Il est bien compréhensible, que de la manière indiquée on peut créer en même temps non seulement une, mais un grand nombre de pointes émettrices de champ 6 réparties de façon statistiques. Les électrodes de commande 10 peuvent alors être reliées électriquement chacune pour son compte propre en toutes ensemble. LISTE DES REFERENCES 1 Matrice 2 Trace de particule 3 Cône inférieur par attaque chimique 4 Pointe Couche métallique 6 Pointe d'émetteur de champ 7 Face supérieure 8 Cône supérieur 9 Pointe Couche métallique, électrode de commande 11 Ouverture 12 Couche anodique R E V E N D I C A T I O N Procédé de production de dispositifs émetteurs de champ dans un domaine de grandeur des microstructures ayant des dimensions dans le domaine du micromètre, avec des pointes en forme de pyramides ou de cônes, en face desquelles on place à une certaine distance un diaphragme circulaire comme électrode de commande, procédé caractérisé par les étapes de procédé suivantes: a) Irradiation d'une matrice ( 1) en matériau diélec- trique par un faisceau d'ions lourds à grande énergie d'un accélérateur d'ions lourds, faisceau qui traverse complètement la matrice et qui crée des traces de particules ( 2) dans la matrice ( 1), b) Mordançage ou attaque chimique de la matrice ( 1) bombardée, à partir de la face inférieure, pour que soient créés à l'intérieur de la matrice à l'endroit des traces de particules des cônes inférieurs ( 3) par attaque chimique dans la forme désirée de la pointe d'émetteur de champ ( 6) et dont les pointes ( 4) sont situées à l'intérieur de la matrice, c) Métallisation de la face inférieure de la matrice ( 1) avec un matériau adapté à l'émission de champ, qui soit conducteur ou semi-conducteur, pour recou- vrir les faces du cône par attaque chimique inférieur ( 3) d'un film métallique, d) Recouvrement de la face inférieure de la matrice ( 1) avec un autre matériau métallique au moyen d'une méthode galvanique, pour remplir chaque cône par attaque chimique et pour que les surfaces de base des cônes inférieurs ( 3) par attaque chimique soient reliées entre elles pour conductibilité électrique par une couche métallique ( 5), e) Mordançage ou attaque chimique de la matrice bombardée à partir de la face supérieure ( 7) jusqu'à ce que les cônes supérieurs ( 8) par attaque chimique se créant depuis le haut aient atteint les pointes ( 4) des cônes inférieurs ( 3) par attaque chimique et que les pointes ( 9) du remplissage métallique des cônes inférieurs ( 3) par attaque chimique soient libérées jusqu'à une haute désirée, f) Métallisation oblique de la face supérieure ( 7) de la matrice ( 1) avec une autre couche métallique ( 10), la métallisation étant faite sous un angle aigu par rapport au plan de la face supérieure ( 7) tout autour des ouvertures ( 11) des cônes supérieure ( 8) par attaque chimique et en même temps une rotation de la matrice a lieu par rapport au dispositif de métallisation ou inversement, autour de la perpendiculaire à la surface de sorte que les pointes ( 9) du remplissage métallique des cônes inférieure par attaque chimique et la surface des cônes supérieurs ( 8) par attaque chimique restent sans être recouvertes par l'autre couche métallique ( 10), g) Application d'une couche anodique ( 12) à une certaine distance au dessus de l'autre couche métallique ( 10).