[發明專利]透射式電場輔助光電陰極無效

申請號：	201210337896.3	申請日：	2012-09-12
公開（公告）號：	CN102891190A	公開（公告）日：	2013-01-23
發明（設計）人：	唐光華;戴麗英;鐘偉俊;徐漢成;申屠軍;李拂曉	申請（專利權）人：	中國電子科技集團公司第五十五研究所
主分類號：	H01L31/0224	分類號：	H01L31/0224
代理公司：	南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204	代理人：	夏雪
地址：	210000 江蘇省南***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	透射電場輔助光電陰極
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于半導體光電器件技術領域，特別涉及一種透射式電場輔助光電陰極，主要是在輸入光窗上蒸鍍導電材料，并與半導體材料陰極襯底的上下表面電極導通，在半導體材料陰極襯底上下表面加電壓，實現光電陰極的電場輔助工作模式。

背景技術

負電子親和勢(NEA)光電陰極的實現，極大地提高了光電陰極的光電子發射能力和弱光探測能力。但是普通的NEA光電陰極的長波閾值極限被限制在1.1μm，為了拓展光電陰極的長波探測能力，尤其是滿足1.55μm激光探測的需求，人們提出了電場輔助轉移電子(Transferred?Electron，TE)光電陰極的概念。1974年Bell等人首先提出了TE光電陰極的概念并在實驗上實現了光電發射。隨著液相外延(LPE)技術的不斷成熟和帶隙可調的InGaAsP合金的應用，在理論研究和制作工藝方面，TE光電陰極迅速發展起來。

對于通常的NEA半導體光電陰極，其量子效率主要取決于半導體材料體內的電子擴散長度和電子在半導體與真空界面處的逃逸幾率。而電場輔助半導體光電陰極的量子效率則主要取決于表面逃逸幾率，即半導體與表面Cs-O激活層之間界面處異質結的勢壘高度。理論證明，在場助偏壓的作用下，可將半導體陰極在0.9~1.25μm范圍的量子效率提高兩個數量級以上。

1981年Escher等人利用雙異質結陰極首次實現了0.9~1.6μm的光電成象，美國Intevac公司利用TE光電陰極概念，制作出了電場輔助InGaAs光電陰極，其量子效率達到了20%以上，波長探測范圍為0.95~1.7μm。

盡管TE光電陰極能夠實現更長波長的光探測和提高探測的量子效率，但要實現將TE光電陰極用于制作獨立的光電器件還存在一定的困難。傳統的NEA光電陰極只需在陰極表面蒸鍍一層電極，且與外管殼通過銦封即可實現陰極的電極導通，操作簡單可靠。而對于TE光電陰極，需要在陰極的上下表面均蒸鍍電極，且電極之間不能接觸導通，否則會造成短路，導致TE陰極不能正常工作。此外，TE光電陰極的上下表面電極的引出也存在困難，在整管制作中，陰極的電極引出很難與外管殼的電極連接。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種透射式電場輔助光電陰極，通過在輸入光窗上預先蒸鍍一層ITO膜作為陰極襯底的下表面電極(也稱下電極)和電極引出，同時將陰極襯底的上表面電極(即金屬環電極，也稱上電極)通過金屬絲連接的方式與輸入光窗上的第二金屬電極相連接。這樣可以保證陰極襯底的上下電極引出部分都制作在同一個輸入光窗上，極大地降低了電場輔助光電陰極上下電極引出的制作難度。將光電陰極組件與管殼組件通過銦封接在一起后，管殼組件中的金屬電極接觸環與陰極襯底的上電極引出部分導通。這樣便可以很方便地通過外加偏壓實現光電陰極的電場輔助工作模式，以提高光電陰極的光探測量子效率和擴展光電陰極的波長探測范圍。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為一種透射式電場輔助光電陰極，包括：

一光電陰極組件和一管殼結構組件；

光電陰極組件包括：

一具有臺階結構的輸入光窗；

一ITO膜，該ITO膜蒸鍍在輸入光窗的有效面、一個臺階面和連接該臺階面與有效面的斜面上，該ITO膜作為陰極襯底的下表面電極；

第一金屬電極，該第一金屬電極蒸鍍在輸入光窗有效面以外的ITO膜上，該第一金屬電極用于陰極襯底的下表面電極引出；

第二金屬電極，該第二金屬電極蒸鍍在輸入光窗未蒸鍍ITO膜的臺階面和連接該臺階面與有效面的斜面上，該第二金屬電極用于陰極襯底的上表面電極引出；

一陰極襯底，該陰極襯底包括P⁺或N⁺摻雜的半導體襯底，該陰極襯底粘附在輸入光窗的有效面上的ITO膜上；

一金屬環電極，該金屬環電極蒸鍍在陰極襯底的上表面的邊緣處，該金屬環電極作為陰極襯底的上表面電極；

一金屬絲，該金屬絲連接金屬環電極和第二金屬電極，用于電極導通；

管殼結構組件包括：

第一陶瓷環；