Brevet FR2734946A1 — publié le 19961206

DISPOSITIF A CATHODE FROIDE DU TYPE A EMISSION DE CHAMP, A ELECTRODE EMETTRICE CONIOUE, ET PROCEDE DE FABRICATION DE CE DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif d'émission d'électrons, et plus particulièrement la structure d'une cathode froide du type à émission de champ ayant des caractéristiques d'isolation améliorées, ainsi que son procédé de fabrication. On utilise habituellement largement des dispositifs d'émission d'électrons du type à cathode chaude. Une émission d'électrons à l'aide d'une cathode chaude présente toutefois des problèmes tels qu'une grande consommation d'énergie du fait du chauffage. Afin de résoudre ces problèmes, on a développé plusieurs dispositifs d'émission d'électrons à cathode froide. Un exemple de ces dispositifs est un dispositif d'émission d'électrons du type à émission de champ qui génère localement un champ électrique élevé pour émettre des électrons. Dans un dispositif à cathode froide du type à émission de champ, un champ électrique élevé (2 à 5 x 10 V/cm) est généré à proximité de l'extrémité d'une électrode ayant un bord effilé pour émettre des électrons dans l'espace. Par conséquent, la finesse de la pointe d'électrode influence les caractéristiques d'émission d'électrons, et un rayon de courbure inférieur à plusieurs centaines d'angströms est généralement nécessaire. Pour la génération du champ électrique, la pointe de l'électrode est disposée à proximité de l'électrode de grille, avec un intervalle de 1 Um ou moins, et une tension de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de volts est appliquée à l'électrode de grille.Plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers d'éléments unitaires ayant la structure ci-dessus sont souvent connectés en parallèle pour former un réseau, qui est fabriqué par utilisation de techniques de traitement précises de semiconducteurs. Un procédé caractéristique de fabrication d'une telle cathode froide du type à émission de champ est un procédé développé par C.A. Spindt et al. du Stanford Research Institute (SRI > , aux Etats-Unis (Journal of Applied Physics, volume 47, NO 12, pages 5248 à 5263, décembre 1976) . Avec ce procédé, on dépose un métal réfractaire tel que du molybdène sur un substrat conducteur afin de former une structure ayant un bord effilé. Ce procédé est illustré sur les figures 1A à 1D. Comme le montre la figure 1A, on forme un film d'oxyde de silicium 42 sur un substrat de silicium 41, et ensuite on dépose du molybdène par évaporation sous vide pour former une couche de grille 44 (électrode de grille).On étale une résine photosensible ou photoresist 46 et on lui donne un certain motif par photolithographie. Ensuite, comme le montre la figure 1B, en utilisant le motif de résine photosensible en tant que masque, on grave la couche de grille 44 et le film d'oxyde de silicium 42 pour former une ouverture 47 ayant un diamètre d'environ 1 Um. Puis on enlève le motif de résine photosensible. Ensuite, comme le montre la figure lC, on dépose une couche sacrificielle d'aluminium 48 par évaporation oblique en rotation dans un système d'évaporation sous vide, et on dépose verticalement du molybdène pour former une électrode émettrice 45. A ce moment, on dépose aussi une couche de molybdène 40 sur la couche sacrificielle d'aluminium 48.Ensuite, comme le montre la figure lD, on fait subir à la couche sacrificielle d'aluminium 48 une gravure sélective pour arracher ("lift off") la couche de molybdène 40. Avec un élément unitaire formé de la façon ci-dessus, une tension négative est appliquée à l'électrode émettrice 45 et une tension positive est appliquée à la couche de grille (électrode de grille) 44, de telle sorte qu'un champ électrique est concentré à proximité de la pointe de l'électrode émettrice 45 et que des électrons sont émis depuis la pointe dans la direction perpendiculaire à la surface du substrat de silicium 41. Cette structure est généralement appelée une cathode froide à émission de champ du type vertical. En plus de la structure en coupe transversale du dispositif décrit ci-dessus, on connaît les structures et procédés de fabrication suivants. Dans la demande publiée de brevet japonais Kokai N" Hei 4-274123, comme le montrent les figures 2A à 2D, on forme une ouverture rectangulaire dans des couches isolantes 52, 53 et 55 formées sur un substrat de silicium monocristallin 51 ayant la direction (figure 2B). On fait croître sélectivement de l'aluminium monocristallin 67 en phase vapeur, en partant de la surface exposée 56 du substrat de silicium monocristallin 51 dans l'ouverture (figure 2B). Cette croissance en phase vapeur d'aluminium monocristallin utilise la caractéristique que l'aluminium monocristallin croît rapidement dans la direction et lentement dans la direction . Cette publication enseigne qu'on peut former une électrode émettrice 57 dont la pointe a un bord effilé. Si on applique une énergie à haute fréquence au cours de la croissance en phase vapeur, de l'aluminium amorphe commence à croître sur la couche isolante sur laquelle il n'y a pas eu de croissance de celui-ci. Il se forme par conséquent une électrode réceptrice 58 sur la couche isolante supérieure 55, et de l'aluminium monocristallin croît en outre sur l'électrode émettrice 57 (figure 2D). Dans la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 1-149351, comme le montrent les figures 3A à 3D, on forme une ouverture rectangulaire dans une couche isolante 62 formée sur un substrat de silicium monocristallin 61 ayant la direction (figure 3A). On fait croître sélectivement du silicium monocristallin en phase vapeur, en partant de la surface exposée 66 du substrat de silicium monocristallin 61 dans l'ouverture (figure 3B). Cette croissance en phase vapeur d'aluminium monocristallin utilise la caractéristique que l'aluminium monocristallin croît le plus rapidement dans la direction et à des vitesses de croissance différentes dans les autres directions. Cette publication enseigne qu'on peut former une électrode émettrice 67 ayant une pointe à bord effilé, tout en formant des facettes de cristal d'ordres supérieurs. Cette croissance en phase vapeur utilise une température élevée, de 10300C. Par conséquent, il se forme un film isolant supérieur 65 et une électrode de grille 64 après formation de l'électrode émettrice 67 (figures 3C et 3D). Dans la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 6-52788, comme le montrent les figures 4A à 4E, en utilisant un film d'oxyde de silicium 72 en tant que masque (figure 4A) , on fait subir à un substrat de silicium 71 une gravure isotrope pour former une saillie conique servant de base pour une électrode émettrice 77 sur la surface du substrat de silicium 71 (figure 4B). Puis on oxyde thermiquement la surface du substrat de silicium 71 (figure 4C). Ensuite, afin de renforcer la fonction d'isolation, on dépose une couche auxiliaire d'isolation en silicium 75, puis on dépose du molybdène pour former une électrode de grille 74 (figure 4D) . Ensuite, on fait subir une gravure aux couches d'oxyde de silicium 72 et 73 afin de retirer par arrachement ("lift off") le silicium et le molybdène sur l'électrode émettrice 77.En même temps, on expose la pointe de l'électrode émettrice 77 faite en le substrat de silicium 71 de façon à réduire la distance entre l'électrode émettrice 77 et l'électrode de grille 74 (figure 4E). Dans la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 5-151887, comme le montrent les figures 5A à 5E, on forme un élément ayant un trou de grand diamètre sans incliner une plaquette. Tout d'abord, on forme sur un substrat de verre 80, dans cet ordre, trois couches comprenant un premier film métallique 81, un film isolant 82 et un deuxième film métallique 84. Ensuite, on dépose sur la deuxième couche métallique 84 une résine photosensible 89, et, par photolithographie, on forme un trou fin 86 dans le deuxième film métallique 84. Puis le film isolant 82 est à demi gravé à travers le trou 86 (figure 5A).On enlève le film isolant 82 se trouvant immédiatement sous le trou 86 de façon à former une tranchée 88 exposant le premier film métallique 81 (figure 5B). Ensuite, tout en maintenant horizontalement le substrat de verre 80, on dépose du nickel 90 sur le deuxième film métallique 84 et sur la tranchée 88 (figure 5C). Puis on dépose verticalement du molybdène 91 par le trou 86 pour former une électrode émettrice 87 sur le nickel 90 enterré dans la tranchée 88 (figure 5D). Enfin, on fait subir au nickel 90 sur le deuxième film métallique 84 une gravure pour enlever par arrachement ("lift off") le molybdène 91 sur celui-ci (figure 5E). Dans un dispositif à cathode froide du type à émission de champ, il existe une très courte distance, de 1 tm ou moins, entre les électrodes et on applique entre celles-ci une tension de plusieurs dizaines de volts ou davantage, comme décrit ci-dessus. Par conséquent, les performances du dispositif dépendent fortement des caractéristiques d'isolation entre les électrodes, telles que la résistance au claquage diélectrique et le courant de fuite. De façon caractéristique, si la tension de claquage diélectrique est basse, un élément peut se rompre et s'endommager définitivement avant que le champ électrique atteigne un point auquel suffisamment d'électrons sont émis par l'électrode émettrice. Si le courant de fuite est important, la consommation d'énergie augmente ou bien le fort courant de fuite empêche un fonctionnement stable de l'élément.On utilise souvent un dispositif à cathode froide du type à émission de champ sous la forme d'un réseau comprenant un certain nombre d'éléments connectés en parallèle. Même si un seul élément se rompt pour une raison quelconque et qu'un seul élément forme un court-circuit, le dispositif dans son entier ne peut plus fonctionner. Par conséquent, pour améliorer le rendement et la qualité de produit et les maintenir à un certain niveau, il faut non seulement que la tension de claquage diélectrique soit élevée, mais aussi que, même si un élément se rompt, cet élément puisse être facilement mis en circuit ouvert, et il est en outre nécessaire que le claquage ne se propage pas à d'autres éléments adjacents. Cette résistance au claquage diélectrique est classée en trois types 1) une tension de claquage déterminée par la couche isolante entre le substrat et l'électrode de grille ; 2) une tension de claquage déterminée par la longueur entre les surfaces latérales du trou formé dans la couche isolante ; et 3) une tension amorçant la décharge entre l'électrode émettrice et l'électrode de grille. La tension de claquage selon 2) en particulier devient aussi une cause de la décharge selon 3). C'est-à-dire qu'il se produit une décharge de fuite à partir d'une jonction triple formée par la paroi latérale de la couche isolante dans le trou et le substrat, ou bien, même si la décharge de fuite n'a pas lieu, le vide diminue localement, ce qui fait que la décharge entre l'émetteur et les électrodes de grille se déclenche.On va décrire un mécanisme global de la décharge de fuite. Des électrons s'échappant du substrat par un champ électrique fort frappent la paroi de la couche isolante à proximité de la jonction triple. Cette énergie d'impact provoque l'émission d'électrons secondaires depuis la paroi de la couche isolante, et les électrons secondaire frappent une paroi supérieure de la couche isolante pour émettre encore des électrons secondaires. Ce cycle se répète et les électrons secondaires augmentent, ce qui peut éventuellement conduire à une claquage de décharge (IEEE Trans. Electr. Insl., volume 24, pages 765 à 786, 1989). On va décrire en détail les problèmes des techniques classiques en se référant aux exemples cités ci-dessus de la technique antérieure. Dans la structure proposée par Spindt et al., que montrent les figures 1A à lD, la paroi latérale du film d'oxyde de silicium 42 s'étend depuis le substrat de silicium 41 et se couple directement à l'électrode de grille 44. Les électrons émis sortant du substrat de silicium 41 à proximité de la jonction triple se déplacent vers le haut du fait du champ électrique. Par conséquent, il y a une certaine probabilité pour que les électrons frappent la paroi latérale évasée du film d'oxyde de silicium 42.Comme des électrons secondaires sont émis, il se produit une décharge de fuite, ou bien le vide est abaissé par réchauffement local du fait de la collision des électrons, déclenchant une décharge entre l'électrode émettrice 45 et l'électrode de grille 44. Bien que les caractéristiques d'isolation soient quelque peu améliorées par la paroi latérale évasée du film d'oxyde de silicium 42, cette proposition de la technique antérieure n'offre pas de solution suffisante au problème. La technique antérieure représentée sur les figures 2A à 2D a pour inconvénient de ne pas offrir de flexibilité de fabrication en raison de diverses contraintes telles que le substrat de silicium 51 a la direction cl11,, que le motif de surface de fond de l'électrode émettrice 57 doit être rectangulaire parce qu'un monocristal entouré de facettes particulières croît par épitaxie sélective, que l'électrode émettrice 57 est en aluminium, etc. Par la croissance sélective de l'aluminium monocristallin en phase vapeur, le cristal ne croît pas réellement en s'étendant vers la couche isolante 52, comme le montre la figure 2D, mais il se forme plutôt un intervalle entre la couche isolante 52 et l'aluminium monocristallin, conduisant à une structure très instable. En outre, quand une énergie à haute fréquence est appliquée au cours de la croissance en phase vapeur pour faire croître l'aluminium amorphe sur la couche isolante supérieure 55 afin de former l'électrode réceptrice 58, il se forme en même temps de l'aluminium amorphe sur les parois latérales des couches isolantes supérieure et inférieure 55 et 53, mettant ainsi en court-circuit la totalité des électrodes émettrice, de grille et réceptrice 57, 54 et 58. Par conséquent, la proposition de la technique antérieure pose le problème qu'on ne peut pas former de façon pratique un élément souhaité. La technique antérieure représentée sur les figures 3A à 3D a pour inconvénient de ne pas offrir de flexibilité de fabrication en raison de diverses contraintes telles que le substrat de silicium 61 a la direction , que le motif de surface de fond de l'électrode émettrice 67 doit être rectangulaire, que l'électrode émettrice 67 est en silicium, que la couche isolante supérieure 65 et l'électrode de grille 64 sont formées après la formation de l'électrode émettrice 67 parce que la croissance en phase vapeur se déroule à température élevée, etc. En outre, comme l'électrode de grille 64 est formée au dernier procédé par photolithographie, il peut se former un mauvais alignement avec l'électrode émettrice 67.Avec ces inconvénients de procédé, si la distance entre l'électrode émettrice 67 et l'électrode de grille 64 devient inférieure à la tolérance de conception, des électrons émis par l'électrode émettrice 67 entrent dans l'électrode de grille 64, ce qui peut vraisemblablement déclencher un claquage de décharge. De plus, comme le silicium monocristallin croît sélectivement en phase vapeur, le silicium monocristallin précipité sur la couche isolante 62 forme des intervalles très irréguliers à l'interface entre la couche isolante 62 et le silicium monocristallin. Par conséquent, diverses directions de cristal apparaissent à l'interface, conduisant à des électrodes émettrices 67 ayant des éléments de formes individuelles différentes. De plus, strictement parlant, les coins du motif rectangulaire sont rond et sont influencés par le procédé de motif. Comme ces parties rondes ont diverses directions de cristal, les électrodes émettrices résultantes 67 auront des formes différentes d'un motif à l'autre. Dans la technique antérieure représentée sur les figures 4A à 4E, le substrat de silicium 71 est travaillé de façon à former la saillie conique destinée à être utilisée pour la base de l'électrode émettrice 77, et au dernier procédé, on soumet les films d'oxyde de silicium 72 et 73 à une gravure pour exposer la pointe de l'électrode émettrice 77. La distance entre l'électrode émettrice 77 et l'électrode de grille 74 est plus petite que la distance entre deux extrémités de la surface latérale exposée du film isolant, ce qui fait que la surface latérale du film isolant est directement en contact avec l'électrode de grille 74 et s'étend à partir de l'électrode émettrice 77.De plus, comme l'électrode de grille 74 est incurvée vers le haut, le champ électrique généré à proximité de la jonction triple à l'intersection entre l'électrode émettrice 77 et la surface isolante du film isolant se dirige en direction de l'électrode de grille 74. Par conséquent, des électrons émis par l'électrode émettrice 77 à proximité de la jonction triple frappent la surface latérale du film isolant, et des électrons secondaires sont émis par celui-ci. L'une des raisons étant la petite distance entre l'électrode d'émetteur 77 et l'électrode de grille 74, la décharge entre elles peut vraisemblablement être provoquée par décharge de fuite ou par un faible vide local.Le problème, dans cette structure, est que la distance entre l'électrode émettrice 77 et l'électrode de grille 74 est petite, et que l'électrode émettrice 77 et l'électrode de grille 74 sont situées dans une zone supérieure de l'élément. Ainsi, quand il se produit un claquage de décharge, des courts-circuits et des décharges sont susceptibles de se propager à des éléments adjacents. La technique antérieure représentée sur les figures 5A à 5E a une structure combinant la structure représentée sur les figures 1A à 1D et la structure de formation de l'électrode émettrice par traitement du substrat de silicium, représenté sur les figures 4A à 4E. La paroi latérale du film isolant 82 s'étend depuis l'électrode émettrice 87 et est directement couplée à l'électrode de grille 84. A proximité de la jonction triple au niveau de l'intersection entre l'électrode émettrice 87 et le film isolant 82, le champ électrique a une direction perpendiculaire à la paroi latérale de l'électrode émettrice 87. Par conséquent, des électrons émis par l'électrode émettrice 87 frappent la paroi latérale du film isolant 82, et des électrons secondaires sont émis par la paroi latérale.Ces électrons secondaires déclenchent une décharge entre l'électrode émettrice 87 et l'électrode de grille 84 en raison d'une décharge de fuite ou d'un faible vide local, et dégradent les caractéristiques d'isolation. Avec cette structure, une fois qu'une rupture de décharge a lieu, des courts-circuits et des décharges sont susceptibles de se propager à des éléments adjacents, comme expliqué ci-dessus. Par conséquent, un objet de la présente invention est de surmonter les problèmes existant dans la technique antérieure et de mettre à disposition une structure d'éléments ayant d'excellentes caractéristiques d'isolation, dans laquelle, même si une partie des éléments subit un claquage diélectrique, son influence peut être minimisée de façon que la fonction de la totalité des éléments ne subisse pas de dommages irréparables. Selon un aspect de l'invention, il est mis à disposition un dispositif à cathode froide du type à émission de champ, comprenant une couche d'électrode de grille une couche isolante qui est disposée entre la couche d'électrode de grille et un substrat dont la surface supérieure est conductrice, la couche isolante étant constituée d'un premier film isolant et d'un deuxième film isolant une ouverture qui est définie par la couche isolante et l'électrode de grille une électrode émettrice qui est disposée dans l'ouverture, a une forme globalement conique et a une pointe effilée, le premier film isolant dans l'ouverture ayant une surface exposée ouverte dans une direction telle que des électrons émis depuis un endroit proche d'une partie d'extrémité du premier film isolant sont maintenus éloignés d'une surface de la couche isolante. Dans la structure du dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention, construit de la façon indiquée ci-dessus, la périphérie de la bordure de l'électrode émettrice chevauche de façon fiable la première couche isolante, le côté conducteur (électrode émettrice) de la jonction triple est perpendiculaire et le côté isolant (première couche isolante) de la jonction triple est horizontal à la surface du substrat. Le déclenchement d'une décharge par une décharge de fuite ou par un faible vide local est généré de la façon suivante. A savoir, comme déjà expliqué, des électrons émis par le côté conducteur au moyen d'un champ électrique frappent la surface de l'isolant et des électrons secondaires sont générés par conséquent. Donc, il se produit un chauffage local et un vide faible est généré par la séparation de substances adsorbantes. Afin de réaliser un procédé de suppression de l'émission d'électrons secondaires depuis le côté isolant, il est par conséquent important d'adopter une structure dans laquelle des électrons émis par le côté conducteur ne sont pas susceptibles de frapper la surface du côté isolant. Comme décrit cidessus, dans la structure caractéristique du dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon l'invention, le côté conducteur (électrode émettrice) s'élève vers le haut par rapport au substrat, et le côté isolant (première couche isolante) est formé horizontalement. Avec cette structure caractéristique, des électrons émis par l'électrode émettrice à proximité de la jonction triple par un champ électrique concentré sont forcés de se déplacer vers le haut par le champ électrique vertical, et ne vont pas frapper la surface de la première couche isolante horizontale.Par conséquent, des électrons secondaires ne sont pas émis par la surface de la première couche isolante et il n'y a pas de déclenchement de décharge, ce qui augmente par conséquent considérablement la tension de claquage diélectrique et permet de conserver un rendement élevé et une qualité élevée des produits. Le point important réside dans la structure, en ce sens que la surface du film isolant constituant la jonction triple a une face ouverte, la face ouverte ayant un angle plus grand par rapport au champ électrique, ce qui fait qu'on empêche des électrons émis depuis le côté conducteur de frapper la surface du film isolant. Les objets ci-dessus, ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, apparaîtront à partir de la description suivante de modes de réalisation préférés de l'invention, expliqués par référence aux dessins joints, dans lesquels les figures 1A à lD sont des vues en coupe transversale illustrant les étapes d'un procédé de fabrication d'un élément principal d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ caractéristique classique les figures 2A à 2D sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 4-274123 de la technique antérieure les figures 3A à 3D sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 1-149351 de la technique antérieure les figures 4A à 4E sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 6-52788 de la technique antérieure les figures 5A à 5E sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la demande publiée de brevet japonais Kokai NO Hei 5-151887 de la technique antérieure la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un élément principal d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon un premier mode de réalisation de l'invention la figure 7 est une vue en coupe transversale montrant une surface équipotentielle et une direction de champ électrique d'un élément principal d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention les figures 8A à 8G sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé pour fabriquer un élément principal d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et les figures 9A à 9G sont des vues en coupe transversale illustrant un procédé pour fabriquer un élément principal d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon un troisième mode de réalisation de l'invention. On va maintenant décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins joints. La figure 6 sert à expliquer un premier mode de réalisation de l'invention. Dans la structure de ce mode de réalisation, une première couche isolante 2, ayant une ouverture de diamètre "A", est formée sur un substrat 1 fait en un matériau semi-conducteur ou formé avec une couche métallique sur sa surface. Une électrode émettrice conique 5 s'élevant verticalement par rapport au substrat 1 s'enfonce dans l'ouverture de la première couche isolante 2 et chevauche partiellement la surface supérieure de la première couche isolante 2, cette partie de bordure ayant un diamètre de fond "B" supérieur au diamètre "A". Une deuxième couche isolante 3 a une ouverture de diamètre "C" supérieur au diamètre "B" de la partie de bordure de l'électrode émettrice conique 5.La surface de la première couche isolante 2 exposée entre l'électrode émettrice 5 et la deuxième couche isolante 3 est plus petite que la surface de la première couche isolante non exposée 2. En d'autres termes, comme l'électrode émettrice 5 s'élève verticalement par rapport au substrat 1 et comme la première couche isolante 2 est horizontale, même si des électrons sont émis par l'électrode émettrice 5 à proximité d'une jonction triple 6 du fait du champ électrique concentré, ces électrons se déplacent vers le haut sous l'influence du champ électrique ascendant représenté sur la figure 7 et ne sont pas susceptible de frapper la première couche isolante 2.La raison en est que la surface de la première couche isolante 2 qui constitue la jonction triple 6 a une face ouverte, ce qui fait que la surface est dirigée perpendiculairement à la direction du champ électrique à proximité de la jonction triple 6 et que les électrons sont maintenus éloignés de la surface. Par conséquent, des électrons secondaires ne sont pas émis par la première couche isolante 2, et une décharge ou analogue n'est pas déclenchée par une décharge de fuite ou un faible vide local provoqué par la chaleur. Par exemple, comparativement à la structure du type de Spindt représentée sur les figures 1A à 1D, ayant une tension de claquage diélectrique se situant aux alentours d'environ 70 volts, la structure de cette invention a amélioré la tension de claquage diélectrique, de façon qu elle se situe aux alentours d'environ 150 V. Ensuite, on va décrire, en se référant aux figures 8A à 8G, un procédé pour fabriquer un élément principal d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Les figures 8A à 8G sont des vues en coupe transversale illustrant les étapes principales de formation d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention. Tout d'abord, comme le montre la figure 8A, sur la surface d'un substrat de silicium 1 de type N, une première couche isolante 2 est formée, jusqu'à une épaisseur de 800 , par croissance en phase vapeur ou oxydation thermique. Ensuite, comme le montre la figure 8B, une ouverture 7 ayant un diamètre d'environ 0,7 ssm est formée par photolithographie dans la première couche isolante 2. Ensuite, comme le montre la figure 8C, sur la surface de la première couche isolante 2 et sur la surface du substrat de silicium 1 de type N exposé dans l'ouverture 7, une deuxième couche isolante 3 est formée par croissance en phase vapeur. De plus, sur la surface de la deuxième couche isolante 3, un film conducteur 4' est formé par croissance en phase vapeur, évaporation sous vide ou pulvérisation. Le matériau de ce film conducteur 4' est un métal tel que le molybdène, le tungstène, le siliciure de tungstène ou un polysilicium dopé par des impuretés. Ensuite, comme le montre la figure 8D, une ouverture 8, ayant un diamètre d'environ 1,0 Um, est formée par photolithographie dans le film conducteur 4' pour former une électrode de grille 4. Ensuite, comme le montre la figure 8E, une ouverture 9 est formée dans la deuxième couche isolante 3, par utilisation, en tant que masque, du film conducteur 4' ou du matériau de masque (par exemple une résine photosensible ou photorésist) utilisé pour former l'électrode de grille 4. Pour cette gravure, le matériau de la première couche isolante 2 est choisi de façon à avoir une sélectivité de gravure supérieure à celle du matériau de la deuxième couche isolante 3.Par exemple, si le matériau de la première couche isolante 2 est le nitrure de silicium et celui de la deuxième couche isolante 3 est l'oxyde de silicium, on peut obtenir une forme d'ouverture souhaitée par gravure avec de l'acide fluorhydrique. La gravure est effectuée pendant un laps de temps suffisant après exposition de la surface du substrat de silicium 1 de type N sous l'ouverture 7 dans la première couche isolante 2, ce qui fait que la paroi latérale de la deuxième couche isolante 3 est gravée. Par conséquent, on peut former une ouverture 9 ayant un diamètre supérieur à celui de l'ouverture 7 dans le premier film isolant 2 et à l'ouverture 8 dans l'électrode de grille 4.Par exemple, avec un réglage approprié du temps de gravure, on peut former une ouverture 9 ayant un diamètre d'environ 1,2 Hm, qui est supérieur au diamètre de 0,7 Hm de l'ouverture 7 dans la première couche isolante 2 et au diamètre de 1,0 Um de l'ouverture 8 dans l'électrode de grille 4. Si le film de nitrure de silicium est formé directement sur la surface du substrat de silicium 1 de type N, la surface exposée du substrat de silicium de type N 1 est contaminée et devient irrégulière quand l'ouverture 7 est formée par gravure (par exemple gravure sèche avec du tétrafluorocarbone).Par conséquent, on peut former la première couche isolante 2 en formant un film mince d'oxyde de silicium (d'environ 300 ) sur le substrat de silicium 1 de type N par oxydation thermique, et ensuite en déposant du nitrure de silicium par croissance en phase vapeur. Ensuite, comme le montre la figure 8F, une couche sacrificielle 10 est déposée par évaporation oblique en rotation dans un système d'évaporation sous vide, et un métal réfractaire est déposé verticalement pour former une électrode émettrice 5. A ce moment, une couche métallique réfractaire 11 est déposée sur la couche sacrificielle 10. Ensuite, comme le montre la figure 8G, on fait subir à la couche sacrificielle 10 une gravure sélective pour enlever ("lift off") la couche de métal réfractaire 11. Le matériau de la couche sacrificielle peut être l'aluminium, l'alumine, et analogue, et le matériau du métal réfractaire peut être le tungstène, le nickel, le molybdène et analogue. Ensuite, une cavité 12 est formée par gravure isotrope sur la surface de la première couche isolante exposée 2. Si la première couche isolante 2 est en nitrure de silicium, cette gravure isotrope peut utiliser un produit chimique à base d'acide phosphorique ou du tétrafluorocarbone gazeux. Avec le procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention, l'ouverture d'électrode de grille 8, l'ouverture de deuxième couche isolante 9 et l'électrode émettrice conique 5 peuvent être formées en auto-alignement par un seul procédé de photolithographie, mis en oeuvre quand l'électrode de grille est formée. Par conséquent, la position dans laquelle l'ouverture 9 vient au contact de la première couche isolante 2 et la position dans laquelle la périphérie extérieure de la partie de bordure de l'électrode émettrice 5 chevauche la première couche isolante 2 peuvent être réglées avec une précision élevée. On va décrire brièvement les avantages du dispositif à cathode froide du type à émission de champ par rapport aux exemples de la technique antérieure décrits plus haut. Dans la technique antérieure de Spindt et al., représentée sur les figures 1A à lD, la paroi latérale de l'isolant (film d'oxyde de silicium) s'étend depuis le conducteur (substrat de silicium) et se couple directement au conducteur (électrode de grille). Avec cette structure, des électrons émis par le conducteur (substrat de silicium) à proximité de la jonction triple se déplacent dans la direction du champ électrique et sont susceptibles de frapper la paroi latérale de l'isolant (film d'oxyde de silicium). Dans les exemples de la technique antérieure représentés sur les figures 4A à 4E et 5A à 5E, la paroi latérale de l'isolant (film isolant) s'étend depuis le conducteur (électrode émettrice) et se couple directement au conducteur (électrode de grille), et le champ électrique à proximité de la jonction triple se dirige vers la paroi latérale de l'isolant (film isolant). Avec cette structure, des électrons émis par le conducteur (électrode émettrice) sont fortement susceptibles de frapper la paroi latérale de l'isolant (film isolant) Le dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention a éliminé les inconvénients des structures de la technique antérieure ci-dessus en mettant à disposition la structure représentée sur la figure 6.De façon spécifique, le conducteur (électrode émettrice 5) s'élève verticalement par rapport au substrat, l'isolant (première couche isolante 2) est formé horizontalement, et la cavité 12 est formée dans l'isolant (première couche isolante 2). Avec cette structure caractéristique, des électrons émis par le conducteur (électrode émettrice 5) à proximité de la jonction triple par le champ électrique concentré sont forcés de se déplacer vers le haut par le champ électrique vertical, et ne vont pas frapper la surface de l'isolant horizontal (première couche isolante 2). Par conséquent, des électrons secondaires ne sont pas émis par la surface de l'isolant (première couche isolante 2), et la décharge ne sera pas déclenchée, améliorant par conséquent considérablement la résistance au claquage diélectrique et maintenant un rendement élevé et une qualité élevée du produit. Le point important réside dans la structure selon laquelle la face ouverte est formée dans l'isolant (première couche isolante 2) constituant la jonction triple, ce qui fait que des électrons émis par le conducteur (électrode émettrice 5) ne vont pas frapper la surface de l'isolant (première couche isolante 2). Même si une décharge se produit et qu'un élément se rompt, l'ampleur du claquage est faible parce que la première couche isolante 2 recouvre le substrat 1, et le claquage de décharge ne va pas se propager à des éléments adjacents. Les procédés de fabrication de la technique antérieure, illustrés dans les figures 2A à 2D et 3A à 3D, font croître sélectivement un monocristal sur le substrat de silicium en phase vapeur, comme décrit cidessus. Par conséquent, l'absorption d'atomes par la surface de la couche isolante pour la croissance du monocristal est supprimée, et des intervalles se forment inévitablement entre la couche isolante et les monocristaux, exposant ainsi une partie de la couche isolante et rendant impossible la réalisation de la structure de cette invention. Par conséquent, le fond de l'électrode émettrice n'adhère qu'à la petite surface spécifique du substrat de silicium exposée dans l'ouverture de la couche isolante, et cette structure est manifestement instable et tout à fait différente de la cathode froide du type à émission de champ de cette invention. L'exemple de la technique antérieure illustré sur les figures 2A à 2D présente aussi le problème de ne pas pouvoir former un élément d'une cathode froide du type à émission de champ parce que des courts-circuits des électrodes émettrice, de grille et réceptrice sont provoqués par l'aluminium amorphe qui a crû sur les parois latérales des couches isolantes supérieure et inférieure lors de l'application d'une énergie à haute fréquence au cours de la croissance en phase vapeur. Ces courts-circuits ne vont pas se produire dans le cas du procédé de fabrication de cette invention qui, au contraire, peut permettre d'obtenir un dispositif à cathode froide du type à émission de champ ayant de bonnes caractéristiques de tension de claquage. Dans la technique antérieure illustrée sur les figures 3A à 3D, après formation de l'électrode émettrice, l'électrode de grille est formée par photolithographie. Par conséquent, un mauvais alignement de position peut se former entre les électrodes de grille et émettrice. Les distances entre les électrodes émettrice et de grille peuvent différer pour des lots de fabrication différents. De plus, les distances aux extrémités latérales droite et gauche de l'électrode de grille peuvent aussi différer, ce qui fait que le niveau de seuil de l'émission d'électrons varie, conduisant à des performances instables. Avec le procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention, comme les électrodes de grille et émettrice sont formées en auto-alignement, il n'y a pas de mauvais alignement de position, ce qui conduit à des performances stables. Ensuite, les vues en coupe transversale des figures 9A à 9G illustrent le procédé de fabrication d'un élément principal selon le troisième mode de réalisation de cette invention. On fait subit à une surface du substrat de silicium 31 une gravure en utilisant un film de nitrure de silicium 36 en tant que masque (figures 9A et 9B) . On oxyde thermiquement la structure résultante pour former un film d'oxyde de silicium 37 (figure 9C). Le film de nitrure de silicium 36 et le film d'oxyde de silicium 37 sont enlevés, ce qui fait qu'une structure d'électrode émettrice est formée (figure 9D). Ensuite, on forme successivement un premier film isolant 32, un deuxième film isolant 33, une électrode de grille 34 et un film de revêtement 39 (figure 9E).Par exemple, un film de nitrure de silicium est formé en tant que premier film isolant 32 et un film d'oxyde de silicium est formé en tant que deuxième film isolant 33, respectivement par croissance en phase vapeur. Un film de polysilicium est formé en tant qu'électrode de grille 34. Enfin, un film à base d'oxyde est formé par un dispositif de revêtement, en tant que film de revêtement 39, mince au niveau de la surface en saillie et épais au niveau de la partie en cavité. Le film de revêtement est durci par traitement thermique à environ 4000C. Ensuite, on grave à sec la structure stratifiée, en partant de la surface supérieure, ce qui fait que le polysilicium saillant 34 subit une gravure jusqu'à la partie de pointe de l'électrode émettrice 35. Ensuite, on fait subir au film d'oxyde de silicium 33 une gravure par un produit chimique à base d'acide fluorhydrique, jusqu'à ce que la surface du film de nitrure de silicium 32 soit exposée au niveau de la partie en saillie. A ce moment, le film de revêtement 39 subit aussi une gravure et est enlevé. Ensuite, le film de nitrure de silicium 32 est gravé avec un produit chimique à base d'acide phosphorique, pour que soit exposée la pointe de l'électrode émettrice 35 (figure 9F).Ensuite, le film d'oxyde de silicium 33 subit de nouveau une gravure avec un produit chimique à base d'acide fluorhydrique pour que se rétracte le film d'oxyde de silicium exposé 33 (figure 9G) . Les caractéristiques de ce mode de réalisation sont les suivantes. Après formation de l'électrode émettrice 35, on forme la première et la deuxième couches isolantes 32 et 33 ainsi que l'électrode de grille 34. Ensuite, la pointe de l'électrode émettrice 35 est exposée par gravure. Par conséquent, comme la surface exposée est petite, on peut supprimer ou abaisser la possibilité d'attachement des poussières et des salissures ainsi que l'adsorption de substances adsorbantes au cours de la fabrication. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le film de nitrure de silicium 32 est rendu aussi mince qu'environ 300 , de façon à supprimer autant que possible l'influence de la collision d'électrons à proximité de la jonction triple entre l'électrode émettrice 35 et le film de nitrure de silicium 32. Par conséquent, dans la structure de l'élément, le film de nitrure de silicium 32 est formé parallèlement à la paroi latérale de l'électrode émettrice 35. Avec cette structure, les électrons émis par l'électrode émettrice 35 à proximité de la jonction triple sont forcés de se déplacer dans la direction perpendiculaire à la paroi latérale de l'électrode émettrice 35, par le champ électrique vertical par rapport à la paroi latérale, et ne vont pas frapper la surface du film de nitrure de silicium 32.Ce mode de réalisation permet d'obtenir un dispositif à cathode froide du type à émission de champ plus fin, en utilisant le substrat de silicium lui-même en tant qu'électrode émettrice. Comme décrit ci-dessus, dans la structure du dispositif à cathode froide du type à émission de champ de cette invention, une face ouverte est formée dans l'isolant constituant une jonction triple dans la direction du champ électrique, ce qui fait qu'il n'est pas possible que des électrons qui sont émis par le conducteur constituant la jonction triple frappent la surface de l'isolant. Par conséquent, des électrons secondaires ne seront pas émis par la surface de l'isolant et il n'y aura pas déclenchement de décharge, augmentant par conséquent considérablement la résistance au claquage diélectrique. Même si un élément est rompu pas une décharge, le conducteur et l'électrode de grille ne forment pas un court-circuit, et le seul problème pourrait être un endommagement par circuit ouvert parce que le film isolant recouvre le conducteur. En conséquence, une rupture d'un élément unique n'a pas d'influence sur le dispositif dans son entier. Avec de tels effets, l'invention permet d'obtenir un dispositif à cathode froide du type à émission de champ conservant un rendement élevé et une qualité élevée du produit. Bien que l'invention ait été décrite conformément à ses modes de réalisation préférés, on doit comprendre que les termes qui ont été utilisés sont des termes descriptifs plutôt que limitatifs, et que des changements rentrant dans le cadre des revendications jointes peuvent y être apportés sans s'écarter de la portée réelle de l'invention telle qu'elle est définie par les revendications. REVENDICATIONS 1. Dispositif à cathode froide du type à émission de champ, caractérisé en ce qu'il comprend une couche d'électrode de grille (4 ; 34) une couche isolante (2, 3 ; 32, 33) qui est disposée entre ladite couche d'électrode de grille et un substrat (1 ; 31) dont la surface supérieure est conductrice, ladite couche isolante étant constituée d'un premier film isolant (2 ; 32) et d'un deuxième film isolant (3 ; 33) une ouverture (9) qui est définie par ladite couche isolante et ladite électrode de grille une électrode émettrice (5 ; 35) qui est disposée dans ladite ouverture, a une forme globalement conique et a une pointe effilée, ledit premier film isolant dans ladite ouverture ayant une surface exposée ouverte dans une direction telle que des électrons émis depuis un endroit proche d'une partie d'extrémité dudit premier film isolant sont maintenus éloignés d'une surface de ladite couche isolante. 2. Dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche isolante (2, 3) est disposée sur ledit substrat dont le potentiel est identique à celui de ladite électrode émettrice, ladite surface exposée dudit premier film isolant étant disposée à un niveau inférieur à une surface non exposée dudit premier film isolant, formant ainsi une cavité (12). 3. Dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche isolante (32, 33) est disposée sur une surface latérale de ladite électrode émettrice (35), ladite surface exposée dudit premier film isolant étant constituée d'une partie exposée dudit premier film isolant, ladite partie exposée ayant une épaisseur identique à celle d'une partie non exposée dudit premier film isolant. 4. Dispositif à cathode froide du type à émission de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface exposée dudit premier film isolant (2 ; 32) est dirigée perpendiculairement à la direction d'un champ électrique à proximité de la partie d'extrémité dudit premier film isolant. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à former un premier film isolant (2) sur un substrat (1) ayant une surface conductrice, par croissance en phase vapeur ou par oxydation thermique former une première ouverture (7) dans ledit premier film isolant (2 ; 32) pour exposer une surface dudit substrat former un deuxième film isolant (3) sur ledit premier film isolant (2 ; 32) et sur la surface exposée dudit substrat dans ladite ouverture, par croissance en phase vapeur former un film conducteur (4') sur une surface dudit deuxième film isolant (3 ; 33) par croissance en phase vapeur ou évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique former une électrode de grille (4) en formant une deuxième ouverture (8) dans ledit film conducteur de façon concentrique à ladite première ouverture formée dans ledit premier film isolant, exposant ainsi ledit deuxième film isolant exposer ledit substrat dans ladite première ouverture (7) dans ledit premier film isolant, en utilisant comme masque ladite électrode de grille ou un motif de résine photosensible utilisé dans un processus précédent, par gravure en utilisant un liquide ou un gaz de gravure ayant une sélectivité et une vitesse de gravure plus grandes dans ledit deuxième film isolant que dans ledit premier film isolant former une couche sacrificielle (10) faite en un matériau organique ou inorganique sur ladite électrode de grille former une électrode émettrice conique (5) en introduisant un métal réfractaire (11) depuis une partie située au-dessus de ladite deuxième ouverture (8) dans ledit film conducteur, tel que le fond de ladite électrode émettrice conique soit constitué dudit substrat exposé dans ladite première ouverture dudit premier film isolant et d'une zone périphérique de ladite première ouverture enlever ledit métal réfractaire déposé aussi sur ladite électrode de grille en enlevant ladite couche sacrificielle ; et former une cavité (12) dans ledit premier film isolant en gravant la surface exposée dudit premier film isolant. 6. Procédé de fabrication d'un dispositif à cathode froide du type à émission de champ, comprenant une couche d'électrode de grille (34) ; une couche isolante (32, 33) qui est disposée entre ladite couche d'électrode de grille et un substrat (1 ; 31) dont la surface supérieure est conductrice, ladite couche isolante étant constituée d'un premier film isolant (32) et d'un deuxième film isolant (33) ; une ouverture (9) qui est définie par ladite couche isolante et ladite électrode de grille ; une électrode émettrice (35) qui est disposée dans ladite ouverture, a une forme globalement conique et a une pointe effilée, ledit premier film isolant dans ladite ouverture ayant une surface exposée ouverte dans une direction telle que des électrons émis depuis un endroit proche d'une partie d'extrémité dudit premier film isolant sont maintenus éloignés d'une surface de ladite couche isolante, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à graver une surface dudit substrat en utilisant un film de nitrure de silicium (36) en tant que masque oxyder thermiquement la structure résultante pour former dessus un film d'oxyde de silicium (37) enlever ledit film de nitrure de silicium et ledit film d'oxyde de silicium pour former une structure d'électrode émettrice exposée former sur ladite structure d'électrode émettrice exposée ledit premier film isolant, ledit deuxième film isolant, ladite électrode de grille et un film de revêtement (39), dans cet ordre, pour former une structure stratifiée ; et graver à sec ladite structure stratifiée à partir de sa surface supérieure pour exposer la pointe de ladite électrode émettrice.