[發明專利]摻雜金屬和氧化鋁的氧化鎂二次電子發射薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710942860.0
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107740044B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 胡文波;高步宇;李潔;郝玲;吳勝利
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種摻雜金屬和氧化鋁的氧化鎂二次電子發射薄膜及其制備方法。該二次電子發射薄膜由三層薄膜組成，即包括處于底層的摻雜金屬材料的氧化鎂膜層、處于中間層的摻雜氧化鋁的氧化鎂膜層和處于頂層的純氧化鎂膜層。采用濺射法制備二次電子發射薄膜的各個膜層，在依次沉積這些膜層時，將金屬基底保持在200?550℃之間的某一溫度，鍍膜腔中同時通入氬氣和氧氣，將鍍膜腔保持在0.2?1Pa之間的某一氣壓。采用這種方法制備的二次電子發射薄膜的表面具有較低的粗糙度和適中的氧化鎂晶粒尺寸，而且在中間層的氧化鎂中摻雜適量的氧化鋁可減小氧化鎂的禁帶寬度，改善薄膜的電子輸運特性，從而使二次電子發射薄膜具有高的二次電子發射性能。

技術領域

本發明屬于光電子材料與器件技術領域，涉及一種可用于電子倍增器、光電倍增管等器件的二次電子發射薄膜及其制備方法。

背景技術

氧化鎂薄膜因為具有二次電子發射系數高、抗帶電粒子轟擊性能好及制備工藝簡單等優點，目前作為二次電子發射材料被廣泛應用于圖像增強器、電子倍增器、光電倍增管、正交場放大器和等離子體顯示器等器件中。在用于電子倍增器、光電倍增管等器件時，為了使器件獲得長的使用壽命，要求二次電子發射材料必須能耐受較大束流密度電子束的長時間轟擊，因此制備的氧化鎂薄膜厚度需要達到幾十納米甚至一百納米以上。但是，由于氧化鎂是絕緣材料，較厚的氧化鎂薄膜在電子束轟擊下會產生表面充電現象，這會使其二次電子發射快速衰減，從而影響薄膜二次電子發射的穩定性。這一問題限制了氧化鎂薄膜在高增益、長壽命電子器件中的應用。

為了避免較厚的氧化鎂薄膜在電子束持續轟擊下產生表面充電現象，可在氧化鎂薄膜中摻雜一定比例的導電性好、化學性質穩定的金屬材料以形成摻雜金屬材料的氧化鎂復合薄膜。由于金屬材料的摻雜，復合薄膜的導電性得到改善，使其在膜層較厚時仍能有效避免表面充電，因而可以通過增加薄膜厚度以提高薄膜耐受較大束流密度電子束長時間轟擊的性能。

但是，實驗研究表明，在采用濺射法制備摻雜金屬材料的氧化鎂復合薄膜的過程中，金屬材料沉積時的團聚現象會使薄膜的表面粗糙度增大，而較高的表面粗糙度會降低薄膜的二次電子發射系數，從而制約了摻雜金屬材料的氧化鎂復合薄膜二次電子發射性能的進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種摻雜金屬和氧化鋁的氧化鎂二次電子發射薄膜及其制備方法，以克服上述現有技術的不足。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

摻雜金屬和氧化鋁的氧化鎂二次電子發射薄膜，該二次電子發射薄膜由三層薄膜組成，即處于底層的摻雜金屬材料的氧化鎂膜層、處于中間層的摻雜氧化鋁的氧化鎂膜層和處于頂層的純氧化鎂膜層；摻雜金屬材料的氧化鎂膜層的厚度為30-300nm，摻雜氧化鋁的氧化鎂膜層的厚度為5-40nm，純氧化鎂膜層的厚度為7-20nm。

本發明進一步的改進在于：摻雜金屬材料的氧化鎂膜層中摻雜的金屬材料是金、鉑或銀，金屬的摩爾百分比含量為5％-20％。

本發明進一步的改進在于：摻雜氧化鋁的氧化鎂膜層中鋁元素的摩爾百分比含量為2％-10％。

本發明進一步的改進在于：純氧化鎂膜層中氧化鎂以4-18nm尺寸晶粒的形式存在。

摻雜金屬和氧化鋁的氧化鎂二次電子發射薄膜的制備方法，首先在金屬基底上采用濺射鎂靶或氧化鎂靶及濺射金屬靶的方法沉積摻雜金屬材料的氧化鎂膜層，接著在摻雜金屬材料的氧化鎂膜層上采用濺射鎂靶或氧化鎂靶及濺射鋁靶或氧化鋁靶的方法沉積摻雜氧化鋁的氧化鎂膜層，最后在摻雜氧化鋁的氧化鎂膜層上采用濺射鎂靶或氧化鎂靶的方法沉積純氧化鎂膜層；在依次沉積膜層、膜層和膜層時，通過調節各個靶材的濺射功率、濺射時間、鍍膜腔中的氧氣和氬氣流量及基底溫度來控制各個膜層中的氧化鎂晶粒尺寸、金屬含量、氧化鋁摻雜量及膜層厚度。