[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?zhí)枺?/td>: 201510093090.8
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN104752117B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒繼軍;萬明;馮林;鄧文娟;彭新村;程瀅;江少濤;王煒路;張益軍;常本康
• 申請（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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空光電發(fā)射材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的NEA電子源。

背景技術(shù)

負(fù)電子親和勢（NEA）電子源是一種利用外光電效應(yīng)將入射光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮影l(fā)射的光陰極材料，負(fù)電子親和勢GaAs電子源由于具有量子效率高、暗發(fā)射小、發(fā)射電子能量與角度分布集中、發(fā)射電子自旋極化率高、發(fā)射電流密度大且可實(shí)現(xiàn)均勻平面電子發(fā)射等眾多優(yōu)點(diǎn)，在電子加速器、自由電子激光、高端儀器設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的NEA電子源通常采用薄膜材料制成，然而由于薄膜材料反射率較大，導(dǎo)致光電子的輸運(yùn)距離遠(yuǎn)；目前雖有技術(shù)利用納米線陣列材料能較好的克服薄膜材料的不足，減少了反射率和光電子的輸運(yùn)距離，但發(fā)射電子角度分散，定向性較差，在電子源方面的應(yīng)用受到限制。

近年來，為提高光電子器件的性能，國內(nèi)外研究人員開展了一系列的研究，制備并采用具有內(nèi)建電場的變帶隙（變Al組分）AlGaAs/GaAs納米線陣列作為光電材料。2010年，加拿大舍布魯克大學(xué)的Maite Volatier等利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)制備了Al組分從0至100%的變帶隙AlGaAs/GaAs納米線導(dǎo)波結(jié)構(gòu)；2012年，美國南加州大學(xué)Anuj R. Madaria等結(jié)合納米球刻蝕和選擇區(qū)域金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積制備了GaAs納米線陣列；2014年，意大利微電子與微系統(tǒng)研究所Paola Prete等利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積生長了AlGaAs/GaAs核-殼結(jié)構(gòu)的納米線陣列；同時(shí)國內(nèi)外研究人員還對(duì)其在光學(xué)導(dǎo)波、發(fā)光二極管等方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索，但還未見對(duì)于光電發(fā)射電子源領(lǐng)域的相關(guān)報(bào)道。因而通過激活具有內(nèi)建電場作用下電子定向輸運(yùn)特性的變帶隙AlGaAs/GaAs納米線陣列材料，有望成為新一代基于納米技術(shù)的陣列型垂直發(fā)射NEA電子源，對(duì)于滿足更高的應(yīng)用需求，拓展電子源應(yīng)用領(lǐng)域具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的NEA電子源及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的NEA電子源，以p型GaAs作為襯底層，在該襯底層上順序生長Al組分由高到底呈線性遞減至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；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，通過內(nèi)建電場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。

在本發(fā)明中，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。

在本發(fā)明中，變帶隙AlGaAs發(fā)射層中最高Al組分摩爾分?jǐn)?shù)為5～45％。

在本發(fā)明中，GaAs發(fā)射層厚度為10～50nm。

在本發(fā)明中，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。

一種垂直發(fā)射AlGaAs/GaAs納米線的NEA電子源制備方法，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Al組分由高到底呈線性遞減至0的變帶隙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；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；生長時(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；