Brevet FR2747504A1 — publié le 19971017

Dispositif à émission de champ et son procédé de fabrication La présente invention concerne un dispositif à émission de champ et un procédé pour sa fabrication. Lorsqu'un champ électrique d'une valeur d'environ 109 (V / m) est rappliqué à la surface d'un matériau métallique ou à celle d'un matériau semi-conducteur, un effet tunnel se produit, permettant à des électrons de passer par une barrière faisant que les électrons sont déchargés dans un vide, même à température normale. Un tel phénomène est appelé "émission de champ" et une cathode, qui est est construite pour émettre des électrons en se basant sur un tel principe, est appelée cathode à émission de champ" (appelée également ci-après "FEC"). Récemment, le développement des techniques d'usinage fin des semi-conducteurs a permis de construire une cathode à émission de champ du type à émission de surface, à partir d'élémerlts de cathode à émission de champ ayant une taille aussi pet p e t t e q u e quelques microns. L'agencement des cathodes à émission de champ ainsi construites en grande quantité sur un substrat vise à permettre aux cathodes à émission de champ d'agir comme une source d'électrons pour un dispositif d'affichage du type plat ou de tout dispositif électronique. Un tel dispositif à émission de champ peut etre fabriqué selon, par exemple, une méthode par déposition oblique à rotation, ayant été développée par Spindt, décrite dans le brevet US 3-789-471. A présent, la fabrication du dispositif à émission de champ par la méthode de Spindt va être décrite en référence aux figures 10(a) à 10(c) et 11. Premièrement, comme représenté sur figure lO(a), un substrat 21, constitué de verre ou analogue, reçoit sur 1 u i des cathodes 22, a n analogues à des bandes, réalisées à partir d'une couche métallique par une déposition et une formation en motif. Ensuite, une couche de SiOz désignée par 2 3, obtenue par oxydation thermique de silicium et agissant comme couche isolante, est déposée sur le substrat 21, de manière à couvrir les cathodes 22, ce qui est suivi par la formation d'une couche de grille sur la couche isolante 23, ceci par déposition ou analogue. La couche de grille est constituée d'un film métallique, tel que du niobium (Nb) ou analogue. Ensuite, un photorésist (non représenté) est appliqué en revêtement sur la couche de grille, ce que l'on fait suivre par la mise en motif de grilles 24, d'une manière sensiblement perpendiculaire verticalement par rapport aux cathodes 22. Ensuite on effectue une morsure chimique pour doter les grilles 24 d'ouvertures 25. Puis, le substrat 2 1 est soumis à une déposition à rotation d'aluminium (A1), cette déposition étant conduite dans une direction oblique par rapport à celle du substrat 21, tout en faisant tourner ce substrat 21, menant à la déposition d'une couche pelable. Ceci fait que la couche pelable est déposée sélectivement sur une surface des grilles 24, tandis qu'elle n'est pas déposée dans les ouvertures 25. Ensuite, une couche de molybdène (Mo) est formée sur la couche pelable, par déposition, si bien que des émetteurs 27 de forme conique (figure 11) peuvent être formées par déposition dans les ouvertures. Ensuite, la couche pelable et la couche de Mo ayant été déposées sur les grilles 24 en sont enlevées par une morsure chimique et les grilles 24 reçoivent ensuite sur elles une couche de film protecteur 2 6 mise en motif comme représenté sur la figure 1 O (c) de d e manière à fournir des films protecteurs 26 a pour les grilles 24. Ensuite, les grilles 24 et les cathodes 22 sont soumises à un processus d'émergence de conducteur des bornes, produisant la formation de bornes de cathode 22a et de bornes de grille 24a. Au-dessus des films protecteurs 26a un substrat d'anode 29 est agencé, de manière à être espacé du substrat de cathode 21, comme représenté sur la figure 11. Un joint d'étanchéite 28 est agencé, interposé entre les deux substrats 21 et 29, de manière que l'espace reste sous vide élevé lorsqu'on l'évacue. Comme représente sur la figure 11, les cathodes 22 sont formées sur le substrat de cathode 21 puis une couche resistive est formee sur chacune des cathodes. Les émetteurs 27 sont agences sur la couche résistive. Les grilles 24 sont chacune formée sur la cathode 22, avec interposition de la couche isolante 23, et les émettrs 27 27 sont chacun expose, à une extrémité distale de ceux - c i , en passant à travers les ouvertures 25 ayant u r e forme circulaire. Dans le FEC ainsi formée qui est du type à décharge en surface, 1' application d'une tension d'attaque V G E d'une valeur de plusieurs dizaines de Volts entre les grilles 24 et les électrodes 22 permet aux émetteurs 27 d'émettre des électrons qui sont ensuite captés par l'anode 29 qui est disposée à distance au-dessus de la grille 24 et sur laquelle une tension d'anode VA est appliqué. Lorsqu'un luminophore est realisé sur l'anode 29, il est excité par les électrons ayant été captés par l'anode 29, ce qui m è n e à une luminescence. Comme indiqué ci-dessus, la FEC est construite de manière que des électrons cheminent dans l'espace, faisant qu'ainsi le substrat de cathode 21 et le substrat d'anode 29 sont reliés de façon étanche l'un à l'autre, par l'intermédiaire du joint d'étanchéité 28, pour assurer de cette manière le fonctionnement de la FEC dans un environnement de vide. Egalement, le joint d'étanchéité 28 est agencé sur le film protecteur 26a, comme représenté sur la figure 1 O (c) pour empêcher de cette manière toute decor,nexion electrique dans la FEC imputable à un phénomène d'oxydation/réduction de la grille 24 par le joint d'étanchéité 28, une migration du joint d'étanchéité 28 ou analogue. Le film protecteur 26a, comme représenté sur la figure 10(b), est formé en soumettant la grille 24 à une mise en motif sur la couche isolante 23, en formant la couche de film protecteur 26 sur la grille 24 par un processus de déposition en phase vapeur et en soumettant la couche de film protecteur 26 à une mise en motif. Ainsi l'art antérieur demande d'exécuteur une étape consistant à préparer indépendamment le tilm protecteur 26a. Egalement, dans dans 1' art antrieur, la borne de cathode 22a et la borne de grille 24a sont formées sur des couches qui sont différentes entre elles, respectivement, comme rep résenté sur la figure (c) par conséquent le processus d'emergence des bornes demande d'effectuer la mise en motif en des étapes différentes les unes des autres. Malheureusement, ceci rend t r ès compliquée la fabrication de la FEC. La presente invention a été faite au vu de l'inconvenient ci-dessus de l'art antérieur. De manière correspondante, un objet de la présente invention est de proposer un dispositif à emission de champ qui soit capable de simplifier notablement sa fabrication. Selon un aspect de la présente invention, il est prevu un dispositif d'émission de champ. Le dispositif d'émission de champ comprend : un substrat de cathode à emission de champ et un substrat d'anode, relié de façon étanche sur le ledit substrat de cathode à e m émission s s i on de champ, tout en étant espacé de celui-ci, des cathodes et des bornes de grille, agencées dans le même plan que ledit substrat de cathode à émission de champ, et des lignes de grille agencées sur lesdites cathodes, au travers d' une couche isolante. La couche isolante et les lignes de grille sont formés avec des ouvertures, de traversant conjointement ladite couche isolante et les lignes de grille. Le dispositif à émission de champ comprend également des émetteurs à forme conique agencés dans lesdites ouvertures, afin d'en émettre des électrons, et des trous de contact, à travers lesquels lesdites bornes de grilles et lesdites lignes de grilles sont connectées ensemble. La couche isolante est agencée de manière qu'une partie de celle-ci, formée sur lesdites bornes de grille, agisse comme film protecteur pour obtenir une étanchéité permettant de relier de façon étanche audit substrat d'anode. Selon un mode préféré de la présente invention les trous de contact sont formés avec un diamètre supérieur à celui des ouvertures. Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un dispositif à émission de champ comprenant un substrat de cathode à émission de champ et un substrat d'anode, relié de façon étanche au substrat de cathode à émission de champ tout en étant espacé de celui-ci. Le procédé comprend l'étape consistant à former des cathodes et des bornes de grille, dans le même plan que celui dudit substrat de cathode à émission de champ. Les cathodes ont chacune une extrémité agencée de manière à agir comme borne de cathode. Le procédé comprend en outre les étapes consistant à former une couche isolante sur les cathodes et les bornes de grille, et former des trous de contact sur la couche isolante, de manière que les électrodes de grille, ayant été formées sur la couche isolante, soient connectées auxdites bornes de grille par l'intermédiaire d'un film conducteur, formé dans lesdits trous de contact lors de la formation desdites électrodes de grille. Selon un mode de realisation préféré de la présente invention, le film conducteur forme dans lesdits trous de contact est obtenu par déposition oblique. Ces objets, ainsi que d'autres objets et un grand nombre d'avantages afférents de la présente invention, vont être facilement appreciés par une meilleure compréhension en faisant référence à la description détaillée ci-apres, considérée en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en perspective montrant globalement un mode de réalisation d'un dispositif à émission de champ selon la présente invention la figure 2 est une vue en perspective montrant un premier résultat intermédiaire obtenu en effectuant l'une des étapes de la fabrication du dispositif à émission de champ de la figure 1 la figure 3 est une vue en élévation de côté du premier résultat intermédiaire représente sur la figure 2 ; la figure 4 est une vue en perspective représentant un deuxième étant i n te rméd i a i re obtenu en effectuant une retape subséquente à l'étape représentee sur la figure 2 la figure 5 est une vue en élévation de côte du deuxième résultat intermediaire de la figure 4 la figure 6 est une vue en perspective representant un troisième etat intermediaire obtenu par une retape subséquente à ltetape representée sur la figure 4 la figure 7 (a) est une vue en coupe du troisième état intermediaire de la figure 6; la figure 7(b) est une vue à plus grande échelle d'une partie encerclee sur la figure 7 (a) la figure 8 (a) est une vue en coupe représentant un quatrième état intermediaire obtenu par une étape subsequente à l'étape représentée sur la figure 6 la figure 8 (b) est une vue à plus grande échelle d'une partie encerclée sur la figure 8(a) la figure 9 est une vue en coupe montrant le dispositif à émission de champ représenté sur la figure 1 ; les figures 10(a) à 10(c) representent chacune une vue en perspective montrant chacune des etapes de la fabrication d'un dispositif à émission de champ classique ; et la figure 1 1 est une vue en coupe fragmentaire représentant un dispositif à émission de champ classique. A présent, un dispositif à émission de champ selon la présente invention v a être décrit ci-après en référence aux dessins annexes. En se référant en premier à la figure 1, un mode de réalisation d'un dispositif à emission de champ selon la présente invention est illustré. Un dispositif à émission de champ du mode de réalisation illustré comprend un substrat 1 réalisé en verre ou analogue. Le substrat 1 est pourvu, dans le même plan que celui-ci, de bornes de cathode 2a et de bornes de grille 3. Egalement le substrat 1 reçoit sur lui une couche en SiO2 ou une couche isolante 4 de manière à couvrir les deux bornes de cathode 2a et bornes de grille 3. La couche isolante 4 est réalisée en soumettant le silicium à une oxydation thermique. Les bornes de cathode 2a sont agencées de manière à s'étendre dans la couche isolante 4 pour produire de cette cette manière des cathodes. Il est forme sur la couche isolante 4 des lignes de grille 8 d'une manière coupant perpendiculairement les cathodes. Les lignes de grille 8 sont chacune constituées d'une couche de mental tel que du niobium (Nb) ou analogue. Les lignes de grille 8 sont connectées aux bornes de grille 3 par les trous de contact 5 respectivement, comme décrit ci-après. Les lignes de grille 8 sont également chacune formées avec des ouvertures 7, qui s'étendent conjointement dans la ligne de grille 8 et dans la couche isolante 4, ouverture dans chacune desquelles est agencé un émetteur à forme conique (non représente), tout en étant placé sur la cathode. Le numéro de référence 9 désigne un film protecteur qui est réalisé en utilisant une partie de la couche isolante 4 formée sur les bandes de grille 3. Ceci permet au film protecteur 9 d'être réalisé concurremment avec la couche isolante 4, permettant d'éliminer l'étape de preparation indépendante du film protecteur 9 ou de sa formation séparément vis-à-vis de la couche isolante 4. Egalement les bornes de cathode 2a et les bornes de grille 3 sont formees dans le même plan sur le substrat 1, d e m a n de manière que le nombre de fois ou il faut mettre en motif ou traiter l'emergence des conducteurs puisse être reduit à 1. A présent la fabrication du dispositif à émission de champ du mode de réalisation illustré ainsi construit va être décrit en référence aux figures 2 à 8(b). Premièrement, comme représenté sur les figures 2 et 3, les lignes de cathode 2 sont formees sur le substrat de cathode 1 et ensuite les bornes de grille 3 sont formées sur le substrat 1 d'une manière à être perpendiculaire aux lignes de cathode 2. Les lignes de cathode 2 agissent hacune si.ir une extrémité de celles-ci comme borne de cathode 2 a. Ensuite, comme représenté s e n les figures 4 et 5, la couche isolante 4 est agencée et est pourvue des trous de contact 5, respectivement. Plus particulièrement, la couche isolante 4 est formée sur les lignes de cathode 2 et les bornes de grille 3, puis est soumise à une mise en motif entraînant la formation avec les trous de contact 5, avec un positionnement sur les bandes de grille 3. Les trous de contact 5 peuvent être formés indépendamment pour chacune des bornes de grille 3. En variante, ils peuvent être formés de façon continue, de manière a être communs à toutes les bornes de grilles 3. Egalement, les trous de contact 5 sont formés avec un diamètre supérieur en comparaison de celui des ouvertures 7 dans lesquelles les émetteurs sont disposés. Ensuite, comme représenté sur les figures 6 et 7a, le tilm de grille 6 est formé sur la couche isolante 4 par exemple en utilisant un processus à pulverisation cathodique, puis les ouvertures 7 dans lesquelles les émetteurs doivent être agencés sont formées. En variante, la formation des ouvertures 7 lji r e s 7 peut être faite dans un état tel que représente sur les figures 4 et 5 et, ensuite, le film de grille 6 peut être formé par une déposition oblique travaillant par rotation. Dans ce cas, la formation des trous de contact 5 avec une taille supérieure à celle des ouvertures 7 permet au film de grille 6 d'être dépose dans une surface intérieure des trous de contact et une surface latérale de ceux-ci tout en n'entant pas dépose dans les ouvertures 7. La déposition du film de grille 6 sur la surface latérale des trous de contact 5 établit une connexion entre le film de grille 6 et les bornes de grille 3. Néanmoins, une augmentation excessive de lzangle d'inclinaison de la srface latérale de a t é r a 1 e d e c h a c u n des trous de contact 5 menue souvent à une défaillance de contact à une extremité 5 a du trou de contact 5, comme représenté sur la figure 7b, faisant qu'il y a souvent défaut dans la connexion entre le film de grille 6 et chacune des électrodes de grille 3. Pour éviter un tel problème, du niobium ou analogue est appliqué sur le film de grille 6, par une déposition oblique à rotation, afin de produire de cette manière un film de grille 8 sur le film de grille 6 comme représenté sur la figure 8(a). Ainsi, les lignes de grille 8 sont chacune construite en une structure à deux couches, y compris le film de grille 6 et le film de grille 8a. Une telle construction permet au film de grille 8a d'assurer une connexion satisfaisante entre le film de grille et les bornes de grille 3 afin d'empêcher de cette manière efficacement une telle dfaillance dans le contact, comme décrit ci-dessus Ensuite une couche pelable (non représentee) est formée sur le film de grille 8a, en utilisant une déposition oblique à rotation, puis une couche d'émetteur est forme sur la couche pelable, faisant que les émetteurs coniques canon representes) sont formés dans les ouvertures 7. La formation du film de grille 8a, par une déposition oblique à rotation, permet de réduire la taille de chacune des ouvertures 7. Ceci reduit de façon significative la distance qu'il y a entre chacune des lignes de grille 8 et chacun des émetteurs, facilitant de cette manière la décharge des electrons à partir des émetteurs, menant à une augmentation de l'intensité du champ électrique. Ensuite, la couche pelable est enlevée, conjointement avec les couches d'émetteur se trouvant dessus, ce qui est suivi par la mise en motif de la couche isolante 4 entraînant un processus d'émergence des bornes de cathode 2a et des bornes de grille 3 et la formation de la couche protectrice 9, par utilisation d'une partie de la couche isolante 4. Ainsi, le dispositif à émission de champ, tel que représenté sur la figure 1, est produit de façon satisfaisante. Ceci permet à un joint d'étanchéité 11 de supporter un substrat d'anode 10 et de façon à être agence sur le film protecteur sur le film protecteur 9 comme representé sur la figure 9. La fabrication du dispositif à emission de champ de la manière représentée sur les figures 2 à 8(b) permet à une partie de la couche isolante 4 d'être utilisée pour la formation de la couche protectrice de manière à eliminer l'étape de formation indépendante de la couche protectrice 9 comme décrit ci-dessus. Egalement, ceci permet une emergence simultanee des bornes de cathode 2a et des bornes de grille 3. Ainsi, il est à noter que le mode de réalisation illustré simplifie notablement la fabrication du dispositif à emission de champ. En plus, la présente invention peut être appliquee à la connexion destinée à des câblages, telle que ceux que l'on a dans le cas d'une puce electronique installée sur des câblages sur verre (COG) ou analogues, dans le dispositit d'émission de champ autre que celui ayant les bornes de grille 3 comme représenté sur la figure 9. Dans ce cas, des éléments de connexion 12, ainsi q Li les bornes de grille 3, sont agencées sur le substrat 1 et, ensuite, des i t e , d e trous de contact 5b et 5c, ainsi que les trous de contact 5, sont soumis à la mise en motif, ce qui est suivi par l'exécution des étapes représentées sur les figures 2 à 8(b), entraînant la formation des couches isolantes 4a et 4b et des bornes 8b et 8c. La formation d'un tel dispositif à emission de champ permet de réaliser l'émergence des bornes de grille 8a ainsi que la tormation d câblage entre une puce électronique 3 et la FEC, par le trou de contact 5b, et d'effectuer le câblage entre un entre un autre composant et la puce electronique 13, en passant par le trou de contact Sc. La présente invention peut être construite de manière différente vis-à-vis de ce qui a été indiqué ci-dessus. Par exemple, les ouvertres dans dans lesquels doivent être agencés et les trous de contact ayant une taille supérieure à celle des ouvertures peuvent être simultanément soumis à une mise en motif, suivie par la formation d'une couche conductrice sur seulement l'intérieur des trous de contact, ceci par une déposition oblique. Ensuite, la couche pelable est formée par une déposition oblique, puis la couche d'émetteur est agencée sur les r 1 e s couches pelables, par une déposition normale, si bien que les émetteurs peuvent être formes dans les ouvertures. Ainsi qu'on peut le voir à la lumière de c e qui précède, la presente invention est conçue de manière que la couche protectric soit Formee d'une diune partie de la couche isolante agencée entre les cathodes et les électrodes de grille. Une telle construction élimine 1 'étape de formation indépendante du film protecteur. Egalement dans la présente invention, les bornes de cathode et les bornes de grille sont formées dans le même plan sur le substrat, entraînant la réalisation de l'émergence des bornes par une morsure faite à a i t e à u une seule reprise. En outre, les bornes sont espacées les unes des autres par la couche isolante, ce qui empêche de cette manière etticacement tout courant de fuite. Bien qu'un mode de réalisation preféré de la présente invention ait été décrit avec un certain degré de particularité, en référence aux dessins, il est évident que des modifications et des variations sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus. Il est par conséquent evident que l'invention peut être mise en oeuvre autrement que de la façon décrite spécifiquement. REVENDICATIONS 1. - Dispositif à émission de champ comprenant un substrat de cathode (1) à émission de champ et un substrat d'anode (10), relié de façon étanche sur le ledit substrat de cathode (1) à émission de champ, tout en étant espacé de celui-ci des cathodes et des bornes de grille (3), agencees dans le même plan que ledit substrat de cathode (1) à émission de champ des lignes de grille (8) agencées sur lesdites cathodes, au travers d'une couche isolante couche isolante (4) ledit substrat (1) isolant et lesdites lignes de grille (8) entant formes avec des ouvertures (7), traversant conjointement ladite couche isolante (4) et les lignes de grille (8) des émetteurs à forme conique etant agencés dans lesdites ouvertures (7), afin d'en émettre des électrons ; et des trous de contact (5), à travers lesquels lesdites bornes de grille (3) et lesdites lignes de grille (8) sont connectées ensemble ladite couche isolante (4) etant agencée de manière qu'une partie de celle-ci, formée sur lesdites bornes de grille (3), agisse comme film protecteur (9) pour obtenir une étanchéité permettant de relier de façon étanche audit substrat d'anode (10). 2. - Dispositif à emission de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trous de contact (5) sont formes avec un diamètre supérieur à celui desdites ouvertures (7). 3. - Procédé de fabrication d'un dispositif à émission de champ comprenant n un substrat de cathode (1) à emission de champ et un substrat d'anode (10), relie de façon étanche a substrat de cathode (1) à émission de champ tout en entant espace de celui-ci, comprenant les étapes consistant à former des cathodes et des bornes de grille (3), dans le même plan que celui dudit substrat de cathode (1) à émission de champ, lesdites cathodes ayant chacune une extrémité agencée de manière à agir comme borne de cathode (2 a) former une couche isolante (4) sur lesdites cathodes et lesdites bornes de grille (3) former des trous de contact (5) sur ladite couche isolante (4) de manière que lesdites électrodes de grille, ayant été formées sur ladite couche isolante (4), soient connectées auxdites bornes de grille (3) par l'intermédiaire d'un film conducteur, formé dans lesdits trous de contact (5) lors de la formation desdites électrodes de grille. 4. - Procedé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits trous de contact (5) sont formés avec un diamètre supérieur à celui des ouvertures (7) dans 1 e q lji les emetteurs à émission de champ sont agencés. 5. - Procédé selon la revendication 3 ou 4 caracterisé en ce que ledit film conducteur forme dans lesdits trous de contact (5) est obtenu par déposition oblique.