[發明專利]一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置

有效

• 申請號: 201610904788.8
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN106568230B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 楊杰;王旺平;趙文錦
• 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: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明是一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置，利用InGaAs陰極與金屬封接環的電氣連接和導熱特性，半導體致冷片通過金屬散熱片以及與之緊貼的金屬封接環對InGaAs陰極進行有效致冷，而半導體致冷片熱面的散熱通過金屬散熱器和風扇或水循環裝置進行。優點：在器件實際工作過程中，InGaAs陰極處熱量可依次通過陰極金屬封接環、金屬散熱片、半導體致冷片、金屬散熱器、風扇或水循環裝置有效傳導散出，一方面能顯著降低器件常溫工作時的暗發射水平，另一方面在高溫工作環境下可顯著抑制由于陰極暗發射提高而導致的器件整管暗電流的急劇增加，從而擴大器件高溫工作范圍。

技術領域

本發明涉及的是一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置，可廣泛應用于各種真空光電陰極的致冷。屬于電真空光電探測技術領域。

背景技術

真空光電探測器件是光電探測領域的一個重要分支，該類型器件可廣泛應用于國防裝備、航空航天、儀器儀表以及醫療設備等諸多領域，如紫外告警、激光雷達、微光夜視、電暈檢測等。隨著應用需求的不斷提升，傳統的二代堿化物光電陰極的靈敏度越來越滿足不了實際需求，而隨著半導體材料技術的發展，傳統的二代陰極正在或即將被以氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、鎵砷磷(GaAsP)、銦鎵砷(InGaAs)等為代表的三代負電子親和勢(NEA)高量子效率陰極所替代。

InGaAs是一種三元合金半導體材料，InGaAs陰極可通過調節In組分獲得較GaAs光電陰極更寬的響應波段，從而獲得0.6μm~1.7μm的響應，其工作波段范圍可以完全覆蓋可見光和夜天光能量。而InGaAs陰極通常需采用場助結構實現高量子效率。閾值波長的延伸，必須減小半導體光吸收層的帶隙，帶隙的減小及外加電場的作用，使場助InGaAs光電因的暗電流要比GaAs NEA光電陰極的暗電流大。

通過暗電流源的分析，可以發現場助InGaAs光電陰極的暗電流主要由“熱空穴”的碰撞電離引起。反向偏壓在半導體中產生的電場使電子獲得較高能量的同時，也使得由肖特基勢磊注入體內的空穴獲得了較高的能量。這部分“熱空穴”與晶格碰撞，電離出電子-空穴對。由于碰撞電離產生的電子在半導體導帶中有較高的能量，因此這部分電子向真空的熱發射構成了場助InGaAs光電陰極暗電流的重要分量。

因此，在InGaAs光電陰極實際使用中，非常有必要對其進行有效的致冷以顯著降低其暗發射性能，尤其是在高溫工作狀態下，“熱空穴”與晶格碰撞更厲害，暗發射也將大大提高。

發明內容

本發明提出的是一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置，其目的是利用與光電陰極電氣和導熱連接的金屬封接環通過半導體致冷片加風冷或水冷裝置實現有效致冷，有效降低InGaAs陰極的熱發射，擴大器件高溫工作范圍。

本發明的技術解決方案：一種基于半導體致冷片的InGaAs光電陰極致冷裝置，利用InGaAs陰極與金屬封接環的電氣連接和導熱特性，半導體致冷片通過金屬散熱片以及與之緊貼的金屬封接環對InGaAs陰極進行有效致冷，而半導體致冷片熱面的散熱通過金屬散熱器和風扇或水循環裝置進行。

本發明的優點：

在器件實際工作過程中，InGaAs陰極處熱量可依次通過陰極金屬封接環、金屬散熱片、半導體致冷片、金屬散熱器、風扇或水循環裝置有效傳導散出，一方面能顯著降低器件常溫工作時的暗發射水平，另一方面在高溫工作環境下可顯著抑制由于陰極暗發射提高而導致的器件整管暗電流的急劇增加，從而擴大器件高溫工作范圍。

附圖說明

圖1是 InGaAs光電陰極致冷裝置結構示意圖。

圖2 是InGaAs光電陰極致冷裝置實施例圖。

圖3是 InGaAs光電陰極與電極示意圖。

圖4 是金屬散熱片4截面圖。