Brevet FR2742578A1 — publié le 19970620

CATHODE A EMISSION DE CHAMP ET SON PROCEDE DE FABRICATION la présente invention concerne une cathode à emission de champ, connue comme cathode troide, et son procédé de fabrication. Lorsqu'un champ électrique, établi à environ 10 (V/m), est appliqué sur une surtace de matériau métallique, ou sur celle d'un matériau semi-conducteur, un effet tunnel se produit, permettant aux électrons de passer a travers une barrière, aboutissant à une décharge des électrons dans un vide, meme à température ambiante. Un tel phénomène est appelé @émission de champ" et une cathode, construite de manière à émettre des électrons basée sur un tel principe, est appelée "cathode à émission de champ" ou "élément à émission de champ". Récemment, le développement des techniques de traitement tin des semi-conducteurs a permis de construire une cathode à emission de champ (appelèe par la suite "FEC"i de type à emission de surface à base d'éléments à cathode à emission de champ ayant une taille aussi petite que quelques microns. On espère que des cathodes à émission de champ construites de cette manière, en grande série sur un substrat permette aux cathodes à émission de champ d'agir comme une source d'électrons pour un dispositif d'affichage de type plat ou tout autre dispositif électronique. Cette cathode à emission de champ classique est typiquement représentée par une cathode à émission de champ (FEC) de type Spindt, à titre d'exemple, qui est généralement construite d'une manière telle que représentée sur la figure @. Plus particulièrement, la BBC comprend un substrat 100 sur equel est formée une couche de call@de lui. A@or@ la cuche de cathode lui est formée sur celui-ci avec une couche résistive 102, une couche @@o@@@te @@@ et une couche d'électrode de commande 104 et dans cet ordre la couche isolante 103 est formee avec des @@@q t@av@ sant un em@@eur @@@ de configuration con@que étant agencé, dans chacun de ceux-ci, de manière à etre expose à travers chacune des ouvertures de la couche d'électrode de commande 104 tormee de manière à communiquer avec chacun des trous traversants de la couche isolante 103. L'util isation de t e c h n i q u e q de t r a i t e m e n t tin pour la fabrication de cette FEC permet d e réduire un distance entre les émetteurs coniques 115 et la couche d'électrode de commande 104 jusqu'à une valeur inférieure au micron, de manière que l'application d'une tension aussi faible que dix volts entre les émetteurs coniques 115 et la couche d'électrode de commande 104 aboutisse à l'émission d'électrons à partir des émetteurs coniques 115. Alors, un substrat anode 116, sur lequel un materiau à substance fluorescente est déposé, est agencé au-dessus du substrat 100 ayant la FEC agencée en grade quantite sur celui-ci, d'une manière ordonnée, aboutissant à la FEC fournie. Ainsi, une application de tensions V@E et VA sur la FEC ainsi construite, comme représentée sur la figure 3, permet aux électrons de se décharger à partir des emetteurs coniques 115, et d'atfecter le matériau à substance fluorescente sur le substrat anode 116, aboutissant à ce que le matériau à substance fluorescente émette de la lumière. Maintenant, une fabrication de FEC de type Spindt classique représentée sur la figure 3 sera décrite en référence aux figures 4(a) à 4(f). D'abord, comme représenté sur la figure 4(a), le niobium (Nb), qui est un matériau de la couche de cathode 101, est agence sous la torme d'un film sur le substrat 100 par pulvérisation cathodique. Le substrat 100 peut être réalise en verre ou en materia@ analoque. Ceci about@t à une couche de cathode ou une couche conductr@@ à @@@@ @@@ @@@ Alors, la couche conductr@@ a @@@m @@@ @@ est formée sur celui-ci avec un t@@m @@@@@m @@@@@@@@ d@@ avec des agents de dopage par déposittion @ous forme de vapor@sation chimique (CVD), pour fournir ainsi la chouche résistive 102, suivie de la formation d'un film d'oxyde de silicium (SiO2) sur la couche résistive 102 par CVD, aboutissant à la la couche Isolante 10. tournie.Ensuite, la couche isolante 103 est formée sur celle-ci avec un tilm de Nb par vaporisation, pour fournir ainsi la couche d'électrode de commande 104, de manière que la carte laminée puisse être formée. Ensuite, une couche photorésist 111 est déposée sur la couche d'électrode de commande 104, qui est la couche supérieure de la carte laminée, et est alors soumise à une impression par photolithographie, tout en étant couverte par un masque 112, aboutissant à une couche photorésist formée avec un motif d'ouverture. Puis, la carte laminée est soumise à une attaque par des ions reactifs (RIE) sur un cote de la couche photorésist 1 i au moyen d'un gaz quelconque, approprie, tel que le SFo ou autre gaz analogue, aboutissant à une attaque anisotropique sur la carte laminée, de manière que la couche d'électrode de commande 1U4 soit formée avec les ouvertures 113 comme le motif photorésist, comme représenté sur la figure 4(b). Ensuite, la carte laminée est soumise à une attaque à sec, aboutissant à une attaque anisotropique, de manière que la couche isolante 103 soit formée avec les trous traversants décrits ci-dessus, désignés par les numéros 114, comme représenté sur la figure 4(c). Alors, l'aluminium (Al) est formé sur la carte laminée par déposition en phase vapeur oblique (angle O) tout en tournant la carte laminée dans le même plan, de manière qu'une couche d'écorce 105 soit fournie. ceci aboutit à ce que l'aluminium soit sélectivement dépose sur seulement une surface de la couche d'électrode de @@mmenet @@@ aus @@@@ @@@@ @ @@@ @@ tr@@s traversant 114, comme représenté sur la figure 4 (@). @@ @@@ @ @@ ybdene (Mo@, que est un materi@@ emetteur pour @es emetteurs coniques 11@, est déposé par deposition @@ @@@e@@ sur une @@@e de la couche résistive 102, tourne vers les trous traversants 114. Ceci entraîne le dépôt, du Mo ou du matériau émetteur sur la couche resistive 102, ainsi que sur la couche d'écorce 105 désigné par le numéro 106, comme représenté sur les figures 4(d). Le matériau émetteur 106 déposé sur la couche d'écorce 105 bouche une ouverture de chacun des trous traversants 114, et le matériau émetteur déposé sur la couche resistive 102 fournit les émetteurs coniques 115. Ensuite, la carte laminée est trempée dans une solution d'acide phosphorique, pour dissoudre la couche d'écorce 105, de manière que la couche d'écorce 105 sur la couche d'électrode de commande 104 et le matériau émetteur 106 sur la couche d'ëcorce 105 soient ôtés, Ceci donne la FEC formée dans une configuration telle que représentée sur la figure 4(e). Dans cette fabrication de FEC, telle que décrite ci-dessus, les trous traversants 114 sont formés dans la couche isolante 103, comme représenté sur la figure 4(c). Ceci nécessite la formation d'un motif pour les trous traversants au moyen d'une couche photorésist et, ensuite, l'exposition du Nb à une attaque au SF6, suivie par une attaque du SiOz de la couche isolante 103 en utilisant du CHF3 + O2 OU un composé analogue. Malheureusement, une partie de la couche résistive a-Si 102 est ainsi attaquée de la même manière que par l'attaque à sec, menant à une détérioration de la surface de la couche résistive 102. Ainsi, la formation des émetteurs coniques 115 par déposition du matériau conducteur ho sur la surface de la couche résistive 102 provoque une détérioration de la liaison entre la couche résistive 102 et les emetteurs coniques 115, de manière que la trempe de la carte laminée dans la solution d'acide phosphorique, qui i enléve I e- couc l'e d'écorce 105 et le matériau émetteur 106, les emetteurs coniques 116 formes sur la couche résistive 102 en sont enlevés par perlage. Aussi, même lorsque les émetteurs coniques 116 ne sont pa enlevés par pelage, la détérioration, décrite ci-dessus, de la liaison entre la couche résistive 102 et les émetteurs coniques 115 entraîne une amélioration la résistance de contact entre la couche résistive 102 et les émetteurs coniques 115, conduisant a une distribution non uniforme du courant d'émission envoyé depuis les émetteurs coniques 115, donnant des instabilités des caractéristiques d'émission des émetteurs coniques. La presente invention a été faite au vu de l'inconvénient précédent de l'art antérieur. En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir une cathode à émission de champ qui est capable de permettre d'augmenter la résistance de liaison entre les émetteurs et la couche résistive d'une manière significative. Un autre objet de la presente invention est de fournir une cathode à énission de champ qui est capable d'être fabriquée facilement. De plus, un objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'une cathode à émission de champ qui est capable de fournir une cathode à émission de champ avec une résistance de liaison améliorée entre les émetteurs et la couche résistive. Encore un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'une cathode à émission de champ qui est capable de rendre plus facile la production de la cathode. Selon un aspect de la présente invention, il est fourni un procédé de fabrication d'une cathode à émission de champ qui comprend une carte laminée comprenant un substrat, et au moins une couche de cathode, une couche résistive, une couche isolante et rie couche dielectroae de commande, sont déposées sous la forme d'un film et dans cet ordre, dans lequel la couche d'électrodF de comneande et la couche Isolaelte son t formée s avec des trous traversants, de manière à, conjointement, s'étendre a travers I a couche d'électrode de commande et la couche isolante. Les trous traversants ont des énetteurs agencés en leur sein, respectivement. Les Couches tampons sont chacune réalisées d'un matériau conducteur.Le procédé comprend en outre les étapes consistants à former les émetteurs, respectivement, sur les couches tanpons. Selon un autre aspect de la présente invention, une cathode à émission de champ est fournie. La cathode à émission de champ comprend une carte laminée comprenant un substrat, et au eoins une couche de cathode, une couche résistive, une couche isolante et une couche d'électrode de commande, qui sont déposées sous la forme d'un film et dans cet ordre. La couche d'électrode de commande et la couche isolante sont formées avec des trous traversants, de manière à, conjointement, s'étendre à travers la couche d'électrode de commande et la couche isolante.La cathode à émission de champ comprend aussi des émetteurs qui sont respectivement agencés dans les trous traversants, des couches tampons formées sur des parties de la couche isolante exposée, respectivement, par l'intermédiaire des trous traversants, les émetteurs sont, respectivenent, sur les couches tampons, de manière que la résistance de liaison entre la couche résistive et les émetteurs soit améliorée. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, les émetteurs sont réalisés en matériau émetteur sélectionné dans un groupe composé d'un matériau métallique à haut point de fusion, d'un matériau comprenant du carbone, d'un nitrure, d'un composé de silicium et d'un carbure. Dans un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, les couches tampons sont réalisées en un matériau semi-conducteur ou conducteur ayant un point de fusion pi us bas que celui du matériau émetteur. Dans la présente invention, mise en oeuvre comme decrit ci-dessus, la couche de cathode et la couche i s isolante déposées sur le substrat isolant sont conjointement formées avec des trous traversants, ce qui est suivi par une déposition d'un matériau conducteur sur des parties de la couche résistive exposée å travers les trous traversants pour fournir mes couches tampons, donnant la résistance de iiaison améliorée, de manière significative, entre la couche resistive et la couche tampon. Alors, les emetteurs sont formés, respectivement, sur les couches tampons, de manière que les couches tampons permettent une amélioration de la resistance de liaison entre la couche résistive et les émetteurs. Aussi, dans la présente invention, la formation de la couche tampon est réalisée après la formation des trous traversants dans la couche d'électrode de commande et la couche isolante, de manière que la fabrication de la cathode à émission de champ soit facilitée. Ces objets et des objets analogues et plusieurs des avantages inhérents de la présente invention vont être facilement appréciés, et deviendront par la Iêre plus compréhensible en référence à la description détaillée suivante, considérée conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels des numéros de référence identiques désignent de parties correspondantes ou analogues dans l'ensemble des dessins; dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe verticale, fragmentaire, représentant une partie essentielle d'un mode de réalisation de la cathode à émission de champ selon la présente invention; Les figures 2(a) à 2(f) sont chacun des vues en coupe tragmentaires, représentant chacune les etapes d'un procédé de fabrication d'une cathode à émission de champ selon la présente invention; La figure j est une vue en perspective éclatée, representant un dispositif d'affichage ayant une matrice de FEC incorporée en son sein; et Les tigures. 4(@) à 4te? sont des vues en coupe fragmentaires représentant chacune les étapes d'un exemple d'un procéde classique de fabrication d'une cathode d émission de champ. A présent, la présente invention va être décrite plus en détail ci après, en référence aux figures 1 et 2(ai à 2(e). En se référant à la figure 1, un mode de réalisation d'une cathode à émission de champ selon la présente invention est illustré. Une cathode à émission de champ du mode réalisation illustré, comme représenté sur la figure 1, comprend un substrat 10U en verre, sur lequel une couche de cathode 101 est agencée sous la forme d'un film. La couche de cathode 101 est formée de niobium (Nb). La couche de cathode 101 est formée sur celui-ci avec une couche resistive 102 sous la forme d'un film. La couche résistive 102 peut etre réalisée par exemple de silicium amorphe (a-Si) dopé avec des agents de dopage. La cathode à émission de champ comprend aussi une couche isolante 103 réalisée en dioxyde de silicium (SiO2) et disposée sur la couche résistive 102. La couche isolante 103 est formée avec des trous traversants 114. La couche résistive 102 est formée sur une partie de celle-ci faisant face aux trous traversants 114 de la couche isolante 103 ou exposée en son travers avec les couches tampons 1, qui peuvent être réalisées en matériau semi-conducteur ou conducteur ayant un point de fusion inférieur à celui du matériau émetteur décrit ci-dessous. Les couches tampons 1 sont chacune formées sur celle-ci avec un émetteur conique 2 réalisé en matériau émetteur approprié, tel que par exemple un matériau métallique à haut point de fusion, un matériau contenant du carbone, un nitrure, un composé de silicium, un carbure ou un compose analogue. Alors, la couche isolante 103 est formé sur celle-ci avec une couche d'électrode de commande 104, qui peut étre réalisée en Nb. A présent la manière de fabriquer la FEC ainsi construite du mode de réalisation illustré sera décrit ensuite e reférence aux figures 2(a) à Z(e). D'abord, comme représenté sur la figure 2(a), un matériau à cathode, tel que le Nb ou un matériau analogue, est dépose sous la forme d'un film sur le substrat 100 par vaporisation, pour fournir ainsi la couche de cathode 101. Le substrat 100 peut être réalisé en verre ou en matériau analogue. Alors, la couche résistive 102 est formée sur la couche de cathode 101 ainsi formée. La couche rësistive 102 peut autre réalisée en matériau à silicium tel que le a-Si dopé avec des agents de dopage ou avec des éléments analogues, et formée par une forie de type en film par un procédé CVD. Ensuite, un film de dioxyde de silicium (SiO2) est formé sur la couche résistive 102 par CVD, donnant la couche isolante 103. Ensuite, la couche isolante 103 est formée sur celle-ci avec un film de Nb ou un matériau analogue par vaporisation, pour fournir ainsi la couche d'électrode de commande 104, de manière à fournir une carte laminée. Alors, une couche photorésist 111 est déposée sur la couche d'électrode de commande 104 qui est la couche supérieure de la carte laminee, et alors est soumise à une impression par photolithographie, tout en étant couverte par un masque 112, aboutissant à une couche photorésist formée avec un motif d'ouverture. Par la suite, la carte laminée est soumise à une attaques par des ions réactifs (RIE) sur un coté de la couche photorésist 11 au moyen d'un gaz quelconque approprié tel que le SF6 ou autre gaz analogue, aboutissant à une attaque an i sot rop i que réalisée sur la carte laminée, de manière que la couche d'électrode de commande 104 est formée avec les ouvertures 113 comme le motif photorésist, comme représenté sur la figure 2(b). Ensuite, ia carte laminée est soumise à une attaque à sec, about i ssaiit a ce nue la coche isolante 103 soumise à une attaque anisotropique ut lisant le gaz CHF3 + O2 ou un composé analogue à travers les ouvertures 113, de manière que la couche isolante 103 soit formée avec les trous traversants 114 décrits ci-dessus comme représenté sur la ligure 2(c). Ainsi les trous traversants 114 sont agencés en communication avec les ouvertures 113, aboutissant à une coopération avec les ouvertures 113 afin de fournir les trous dans la carte laminée.Alors, le métal, tel que l'aluminium (Al), le nickel (Ni), ou un métal analogue, est formé sur la carte laminée par déposition oblique de vapeur (angle : 8) tout en tournant la carte laminée dans le même plan, de maniere qu'une couche d'écorce 105 soit fournie. Ceci aboutit à ce que l'aluminium soit sélectivement formé sur seulement une surface de la couche d'électrode de commande 104 sans être déposé dans les trous traversants 114, comme représenté sur la figure 2(c). Ensuite, comme représenté sur la figure 2(d), le métal tel que le chrome (Cr), le titane (Ti), le tungstène (W) ou un métal analogue est déposé par déposition à faisceau d'électrons sur une partie de la couche résistive 102 exposée à travers chacun des trous traversants 114, pour fournir ainsi la couche tampon 1. Alors, le matériau émetteur est formé sur chacune des couches tampons 1 agencées dans les trous traversants 114 par déposition à faisceau d'électrons, par électrodéposition d'ions ou par une déposition analogue. Les matériaux émetteurs comprennent des matériaux à haut point de fusion tels que le molybdène (Mo), le niobium (Nb), le tungstène (W), le titane (Ti), le tantale (Ta), le cobalt (Co), l'hafnium (Hf), l'iridium (Ir), le silicium (Si), le lanthane (La), le manganèse (Mn), 1 'osmium (Os), le palladium (Pd), le platine (Pt), le rhénium (Re), le rhodium (Rh), le ruthénium (Ru), le scandium (Sc), le thorium (Th), le vanadium (V). le zirconium (Zr) et le béryllium e) ; de n i t r o r e c, d'au moins un des matériaux d haut point de fusion; et des oxydes de celui-ci. Par exemple, en supposant que le matériau émetteur qui est dépose est le Mo > il est déposé sur chacune des couches tampons 1, pour former ainsi l'émetteur conique 2 sur la couche tampon 1, comme représenté sur la figure 2(e). Simultanément, le matériau émetteur Mo est aussi déposé sur la couche d'écorce 105, comme désigne par le numéro de référence lob de la figure 2(e). Le matériau émetteur îùb ainsi déposé sur la couche d'écorce 105 bouche les ouvertures 113. Alors, la carte laminée est trempée dans la solution d'acide phosphorique pour dissoudre la couche d'écorce 105 de manière que, à la fois, la couche d'écorce 105 sur la couche d'électrode de commande 104 et le matériau émetteur sont ôtés de la carte laminée, donnant la FEC fournie, comme représentée sur la figure 2(f). Comme décrit ci-dessus, la FEC du mode de réalisation il lustré est ainsi construit que la couche résistive 102 réalisée en a-Si est formée sur une partie de celle-ci, exposée au travers de chacun des trous traversants 114 de la couche isolante 103 avec le la couche tampon 1, qui est réalisée en chrome et par déposition. Cette construction permet que la résistance de liaison entre la couche résistive et la couche tampon 1 soit augmentée, même lorsque la surface de la couche résistive 102 réalisée en a-Si est détériorée pendant la formation des trous traversants 114 à travers la a couche i sol an te. Ainsi, la formation de Mo ou d'un élément analogue dans l'émetteur conique 2 sur chacune des couches tampons 1 mène à une amélioration de la résistance de liaison entre la couche tampon 1 et l'émetteur conique 2, permettant d'empêcher l'écorce ou l'enlèvement de 1 'émetteur conique 2 sur la couche tampon 1, lorsque la carte laminée est trempée dans la solution d'acide phosphor7que afin d'enlever la couche d'écorce 105 et le matériau émetteur 10t sur la couche d'électrode de commande 104. Aussi, la constr-uction du E C d é c r i t e ci-dessus, du mode de r ea I sation illustree permet d'augmenter la résistance de liaison entre la couche résistive 102 et l'émetteur conique 115, du fait que la couche tampon 1 est agencée en interposition entre ceux-ci, donnant ainsi une distribution uniforme de courant d'émission envoyé depuis i'emetteur conique 2, de manière que les caractéristiques d'émission de L'émetteur conique Z peuvent entre rendues stables. En outre, la fabrication du FEC ainsi réalisée permet que chacun des trous comprenant chacun des trous traversants 114 de la couche isolante 103 soit formé dans la carte lancinée d'une manière a s'étendre a travers une partie de la carte laminée, suivi de la fornation de la couche tampon 1 sur la partie de la couche résistive 102 exposée à travers chacun des trous traversants 114. Ceci élimine l'agencement de tout nasque pour la formation de la couche tampon 1 et l'alignement de celui-ci, de manière a faciliter la production. Ainsi qu'on peut le voir d'après ce qui précède, la cathode a émission de champ de la présente invention est fabriquée d'une manière que la carte laminée est formée avec les trous, d'une façon a s'étendre a travers une partie de celle-ci, et alors la couche tanpon est formée par déposition d'un matériau conducteur sur la partie de la couche résistive exposée, a travers chacun des trous, suivi de la formation de l'émetteur sur la couche tampon. Ainsi, la fabrication de la cathode a émission de champ est facilitee tout en assurant une augmentation de la résistance de liaison entre la couche résistive et l'émetteur. En outre, dans la cathode a émission de champ de la présente invention, la couche tampon est formée avec un matériau conducteur sur la partie de la couche résistive exposée a à travers chacun des trous tormes dans la carte laminée, d'une façon a s' é t e n d r e å travers une partie de la caries de manierez que ia e I a couche tampon iriierposée entre la couche résistive e t l'émetteur contribue a ameliorer la résistance de liaison de ceux-ci. Ainsi, il est a noter que la cathode a émission de champ oe l'invention réduit la résistance de contact entre ia- a couche résistive et l'émetteur, permettant ainsi au courant d'emission envoyé depuis l'émetteur d'être uniformément distribué, donnant l'assurance d'avoir des caractéristiques d'émission stables pour 1 'éietteur. Alors qu'un mode de réalisation de l'invention a été décrit avec un certain degré de particularité en référence aux dessins, des modifications et variations évidentes sont possibles a la lumière des informations précédentes. Il est par conséquent évident que l'invention peut être mise en pratique d'une autre manière que celle précisément décrite. REVENDICATIONS l. - Procédé de tabrlcation d'une cathode à émission de champ, qui comprend une carte laminée comprenant un substrat (100), et au moins une couche de cathode (101), une couche résistive (102), une couche isolante (103) et une couche d'électrode de commande (104), qui sont déposées sous la forme d'un film et dans cet ordre, ladite couche d'électrode de commande (104) et ladite couche isolante étant formées avec des trous traversants (114), de manière a, conjointement, s'étendre å travers ladite couche d'électrode de commande (104) et ladite couche isolante (103), dans laquelle des émetteurs sont respectivement agencés, comprenant les étapes consistant à déposer des couches tampons (1) sur des parties de ladite couche isolante exposée par l'intermédiaire desdits trous traversants (114), lesdites couches tampons (1) étant chacune taites d'un matériau conducteur; et former desdits émetteurs, respectivement, sur lesdites couches tampons (1). 2. - Cathode a émission de champ comprenant une carte laminée comprenant un substrat (100), et au moins une couche de cathode (101), une couche résistive (102), une couche isolante (103) et une couche d'électrode de commande (104), qui sont déposées sous la forme d'un film sur ledit substrat (100), et dans cet ordre; ladite couche d'électrode de commande (104) et ladite couche isolante étant formées avec des trous traversants (114 > de manière a, conjointement, s'étendre a travers ladite couche d'électrode de commande (104) et ladite couche isolante; des émetteurs agencés, respectivement, dans lesdits trous traversants (114); des couches tampons (1), formées sur des parties de ladite couche résistive (102) exposées par lesdits trous traversants (114), respectivement; ; lesdits émetteurs étant, respectivement, agencés sur les dites couches tampons (1) de manière que la résistance de liaison entre ladite couche résistive (102) et lesdits éretteurs soit améliorée. 3. - Cathode a émission de champ selon la revendication 2, dans laquelle lesdits émetteurs sont réalisée en un matériau émetteur, sélectionné dans le groupe compose d'un matériau métallique à haut point de fusion, d'un matériau comprenant du carbone, d'un nitrure, d'un composé de silicium et d'un carbure. 4. - Cathode à émission de champ selon la revendication 2, dans laquelle lesdites couches tampons (1) sont constituées d'un semi-conducteur ou d'un matériau conducteur ayant un point de fusion plus bas que celui dudit matériau émetteur.