[發(fā)明專利]一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的NEA電子源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510093090.8
• 申請(qǐng)日: 2015-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104752117B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒繼軍;萬(wàn)明;馮林;鄧文娟;彭新村;程瀅;江少濤;王煒路;張益軍;常本康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J1/34
• 分類號(hào): H01J1/34;H01J9/12
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司36115
• 代理人: 施秀瑾

1.一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的負(fù)電子親和勢(shì)電子源，其特征在于，以p型GaAs作為襯底層，在該襯底層上順序生長(zhǎng)Al組分由高到低呈線性遞減至0的變帶隙AlGaAs發(fā)射層及GaAs發(fā)射層，而后利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)得到變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層，再在超高真空系統(tǒng)中進(jìn)行Cs/O激活，以在變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層上形成Cs-O激活層，產(chǎn)生負(fù)電子親和勢(shì)；且在變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層沿垂直方向形成有利于將納米線中激發(fā)的光電子往頂端輸運(yùn)并發(fā)射至真空中的內(nèi)建電場(chǎng)，通過(guò)內(nèi)建電場(chǎng)控制光電子往納米線頂端定向漂移并發(fā)射，從而實(shí)現(xiàn)垂直光電發(fā)射； GaAs襯底層厚度為200～400μm，p型摻雜濃度(0.5～2)×10¹⁹cm^-3。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的負(fù)電子親和勢(shì)電子源，其特征在于，變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層中p型摻雜濃度為(0.1～1)×10¹⁹cm^-3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的負(fù)電子親和勢(shì)電子源，其特征在于，變帶隙AlGaAs發(fā)射層中最高Al組分摩爾分?jǐn)?shù)為5～45％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的負(fù)電子親和勢(shì)電子源，其特征在于，GaAs發(fā)射層厚度為10～50nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的負(fù)電子親和勢(shì)電子源，其特征在于，變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層中納米線直徑為50nm～5μm，高為0.5～20μm。

6.如權(quán)利要求1所述的一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的負(fù)電子親和勢(shì)電子源制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

1）選取p型GaAs襯底基材，要求其位錯(cuò)密度低于10³cm^-3，且均勻性好，晶向?yàn)椋?00）面偏3o切割，得p型GaAs襯底層；

2）在步驟1）中獲得的p型GaAs襯底層上順序生長(zhǎng)變帶隙AlGaAs發(fā)射層及GaAs發(fā)射層：

根據(jù)外延層的最終厚度選擇不同的生長(zhǎng)技術(shù)，當(dāng)變帶隙AlGaAs發(fā)射層厚度為0～10μm時(shí)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積技術(shù)生長(zhǎng)；當(dāng)變帶隙AlGaAs發(fā)射層為10～30μm時(shí)采用液相外延技術(shù)生長(zhǎng)；生長(zhǎng)時(shí)變帶隙AlGaAs發(fā)射層中p型摻雜濃度為(0.1-1)×10¹⁹cm^-3，Al組分為從GaAs襯底層處的高Al組分向GaAs發(fā)射層的低Al組分呈線性遞減至0，且最外層的GaAs發(fā)射層厚度為10～50nm；

3）利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在步驟2）中獲得的GaAs發(fā)射層上沉積有厚度為0.5～2.5μm的SiO₂阻擋層，并通過(guò)光刻技術(shù)在SiO₂阻擋層表面形成含有納米線陣列圖案的光刻掩模圖像；

4）采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，刻蝕掉步驟3）中已曝光部分的SiO₂，以在GaAs發(fā)射層表面形成含有納米線陣列圖案的SiO₂掩模；

5）采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，對(duì)步驟4）中獲得的含有SiO2掩模的GaAs發(fā)射層和變帶隙AlGaAs發(fā)射層進(jìn)行刻蝕，得變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層；

6）去除步驟5）中獲得的變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層納米線頂部的光刻膠和SiO₂阻擋層，而后通過(guò)快速熱退火處理技術(shù)修復(fù)因刻蝕造成的納米線陣列晶格損傷；

7）使用化學(xué)方法去除步驟6）中獲得的變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層納米線表面油脂和污染物，隨后快速送入超高真空系統(tǒng)中，進(jìn)行高溫加熱凈化處理；

8）在超高真空系統(tǒng)中對(duì)變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層材料進(jìn)行Cs/O激活，以在變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列發(fā)射層上形成Cs-O激活層。