Caract´eristique courant-tension

Nous pr´esentons ici diff´erents tests d’´emission repr´esentatifs des diff´erents modes de fonctionne- ment.

La Figure 5.3 montre la caract´eristique I(Vgc) d’une cathode de 32×32 pixels, de surface 11.2×11.2 mm2. La tension d’extraction est modul´ee `a une fr´equence de 100 Hz avec un rapport cyclique (dur´ee relative d’´emission) de 10% ce qui correspond donc `a 1ms d’´emission toutes les 10ms. Le courant crˆete obtenu est de 5.5mA `a Vgc=90V. Sur cette figure nous avons ´egalement repr´esent´e un fit `a la loi de Fowler-Nordheim, par rapport auquel on observe sans surprise une d´eviation importante du courant

Fig. 5.1: Modes de fonctionnement d’une cathode `a micropointes. L’ensemble ´emet lorsque les diff´e- rences de potentiels entre toutes les grilles (Vg) et tous les contacts cathodiques (Vc) sont positives (mode total). L’´emission en mode ligne s’obtient en pulsant le contact de grille d’une ligne entre Vc et Vg, les autres lignes ´etant polaris´ees au potentiel continu Vc, qui est celui des cathodes, fix´e `a 0V dans cet exemple. Lorsque le contact cathodique alimentant les pixels d’une colonne a est maintenu `a potentiel continu Vca (´egal `a 0V dans cette configuration), alors que toutes les grilles sont puls´ees `a

un niveau positif Vg (par exemple 100V), et que toutes les autres colonnes b sont puls´ees entre Vca et

Vcb (par exemple 70V), tel que Vcb > V ca et V g − V cb reste inf´erieur `a 40V (seuil d’´emission) pour

les pixels des colonnes b, on obtient l’´emission de la colonne a. On passe en mode pixel lorsque `a partir du mode colonne, les potentiels des lignes autres que celle contenant le pixel dont on veut provoquer l’´emission sont maintenus au niveau bas Vca (0V dans l’exemple).

Fig. 5.3: Caracteristique courant-tension d’une matrice de 32 lignes par 32 colonnes (triangles), as- soci´ee `a un fit par la loi de Fowler-Nordheim (courbe bleue). Le courant crˆete atteint 5.5mA pour Vgc=90V. La pression lors de cette mesure est de 1.2×10−7 mbar.

´emis pour des tensions d’extraction sup´erieures `a 70V, que l’on peut attribuer en partie `a l’influence de la couche r´esistive (Baptist et al., 1997). Dans de telles conditions on observe ´egalement un d´egazage important, pouvant entraˆıner une hausse de pression `a un niveau proche de 10−6 _{mbar, que nous}

attribuons `a la fois `a l’effet du bombardement ´electronique de l’anode collectrice (le diaphragme), et `

a l’impact sur les pointes des ions form´es dans l’espace entre le composant et l’anode, et qui sont acc´el´er´es vers les potentiels les plus n´egatifs. Ce d´egazage rend la stabilisation du courant dans le temps tr`es lente et par la suite nous avons pr´ef´er´e limiter le courant moyen ´emis, soit en travaillant `

a des taux de r´ep´etition plus faibles, soit en limitant le nombre de pixels ´emetteurs. Ainsi, de fa¸con g´en´erale, nous avons pr´ef´er´e le mode colonne pour ce type de mesure, qui permet d’avoir un potentiel uniforme sur l’ensemble des grilles.

La Figure 5.4(bb) donne un exemple de caract´eristique courant-tension obtenue en mode colonne ainsi que la courbe de Fowler-Nordheim associ´ee. Les mesures simultan´ees des courants circulants dans le diaphragme et les contacts cathodiques (Figure 5.4(aa)) montrent que le courant intercept´e par les grilles reste tr`es faible (< 5%) devant le courant collect´e par le diaphragme. Le courant crˆete atteint 340 µA `a Vgc=85V et environ 800 µA `a Vgc=100V. L’ajustement de la droite de Fowler-Nordheim montre de mˆeme que pr´ec´edemment une d´eviation des mesures exp´erimentales (Ir´eel<Ith´eorique).

Nous avons par ailleurs r´ealis´e quelques essais de fonctionnement en r´egime continu, bien que ce mode soit fortement d´econseill´e par le fabricant, afin de d´eterminer le rapport cyclique limite permettant d’augmenter le courant moyen ´emis, pour am´eliorer les performances des sources. Dans tous les cas nous avons observ´e une diminution lente du courant ´emis et une forte augmentation du courant de grille, corr´el´ee `a un fort d´egazage. Apr`es l’arrˆet du test et la reprise de l’´emission dans le mˆeme mode, le courant obtenu n’a jamais retrouv´e sa valeur initiale, semblant indiquer une d´egradation irr´eversible du composant.

En dernier lieu nous pr´esentons sur la Figure 5.5 un exemple de caract´eristique courant-tension obtenue en mode pixel. Le courant crˆete atteint, pour une tension d’extraction de 100V, une valeur de 23.1µA (ramen´ee `a la surface du pixel la densit´e de courant correspondante est de l’ordre de 23 mA.cm−2).

Fig. 5.4: Courant moyen ´emis en mode colonne (sur cette figure le courant augmente dans le sens des ordonn´ees n´egatives). (aa) Bilan de courant effectu´e sur une colonne stabilis´ee (avec un rapport cyclique de 50%), lors de balayages successifs effectu´es sur la caract´eristique I = f (V ) entre 20 et 85V. En bleu apparaˆıt le courant collect´e `a l’anode (positif ), en rouge le courant ´emis par les pointes (n´egatif ), en vert leur diff´erence, qui correspond au courant intercept´e par la grille d’extraction. En g´en´eral ce courant de fuite ne d´epasse pas 10 `a 15% du courant total (il est inf´erieur `a 5% dans ce cas). (bb) Caract´eristique courant-tension typique d’une colonne de 32 pixels (le rapport cyclique est de 10%), accompagn´ee de sa droite de Fowler-Nordheim. Le courant crˆete atteint `a 100V est de l’ordre de 800µA.

Fig. 5.5: Caract´eristique courant-tension ob- tenue en mode pixel. Le courant crˆete atteint, pour une tension d’extraction de 100V, une valeur de 23.1µA.