[發明專利]一種透射式光電陰極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010511186.2
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111627783B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 蔡志鵬;張景文
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學;西安交通大學
• 主分類號: H01J1/34
• 分類號: H01J1/34;H01J40/06;H01J43/08;H01J31/50;H01J9/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 代芳

本發明涉及光電陰極技術領域，尤其涉及一種透射式光電陰極及其制備方法和應用。本發明所述光電陰極通過外表面增透膜和內表面增透膜的設置，能夠極大地提高陰極的光吸收率，進而提高陰極的量子效率。同時，將粘接膜和內表面增透膜進行區分，可以使陰極分為信號光透過的中央增透區和無須透過的周圍粘接區，以保證信號光響應區域的光增透區無須承擔粘接功能，而粘接區無須承擔信號光的增透功能，因此在實現粘接的基礎上能夠極大地釋放增透膜的應力，消除因粘接帶來的一系列不利影響，使得其在藍綠光及更短波段具有更高的光譜靈敏度；本發明還提供了所述光電陰極的制備方法，所述制備方法實現了粘接功能和增透功能的分離，從而降低了粘接的不利因素。

技術領域

本發明涉及光電陰極技術領域，尤其涉及一種透射式光電陰極及其制備方法和應用。

背景技術

以負電子親和勢GaAs光電陰極為代表的GaAs基透射式光電陰極，是微光像增強器、光電倍增管等真空探測與成像器件的光電轉換核心元件，具有量子效率高、響應波段寬、暗電流小、平均電子能量及角分布小等優點，在光電探測與成像、高能物理電子源等領域具有廣泛應用。尤其在軍事應用、空天探測、環境檢測中，以透射式GaAs光電陰極為核心的微光像增強器發揮著重要作用。量子效率是光電陰極最重要的技術指標之一，美國ITT公司的光電陰極在寬譜響應波段達到40％以上，國內GaAs光電陰極與國外差距明顯且仍處于實驗室水平。如何提升國內光電陰極的量子效率，是當前制約國內GaAs光電陰極發展的主要瓶頸之一。

透射式GaAs光電陰極的基本結構為玻璃窗/Si₃N₄增透膜/GaAlAs窗口層 /GaAs發射層/Cs：O激活層，其制作過程如下：首先，利用金屬有機化合物化學氣相沉積法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)，在高質量GaAs襯底上生長以下外延結構：GaAs襯底/GaAlAs阻擋層/GaAs發射層/GaAlAs窗口層/GaAs保護層；其次，腐蝕除去GaAs保護層，在上述外延結構上沉積一層約100納米的Si₃N₄增透膜和一定厚度的SiO₂(SiO₂的作用是利于與玻璃窗的粘接)，然后在真空條件下通過加熱，將玻璃窗與上述沉積Si₃N₄增透膜的外延結構粘接在一起；然后，依次腐蝕除去GaAs襯底、GaAlAs阻擋層，露出GaAs發射層；最后在超高真空激活系統下，在GaAs發射層表面沉積一層約1納米的Cs：O層，使發射層表面形成負電子親和勢狀態，完成陰極的制作。

在上述技術方案中，Si₃N₄增透膜僅為一層厚度約100nm的薄膜層，相應的，其只有在100～200nm的較窄波段范圍(對于≥600nm響應波段)具有較好的增透效果，而短波響應波段則增透效果不明顯甚至具有一定的減弱，導致短波波段具有高的反射率，在短波波段因光反射的損失達到5～20％，甚至更高，尤其對具有超寬譜帶的藍延伸透射式陰極，在390～420nm波段的光反射損失達到30％以上。另外，針對一些特定的較窄光譜響應的光電陰極，如GaAlAs光電陰極，盡管單一Si₃N₄增透膜能夠達到光增透效果，但由于熱粘接過程中，需要足夠厚度的Si₃N₄增透膜阻擋玻璃中的雜質污染源，限制了Si₃N₄增透膜的厚度，因此無法滿足特定光譜波段光電陰極的增透要求。因此，光反射損失制約了當前透射式光電陰極量子效應的進一步提高，如何進一步降低整個響應波段的光反射率，提高陰極的吸收率，是提高當前量子效率的必然途徑之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種透射式光電陰極及其制備方法和應用。所述透射式光電陰極具有更寬光譜的高增透效果。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種透射式光電陰極，沿光入射方向包括依次層疊設置的外表面增透膜、玻璃窗、粘接膜/內表面增透膜、緩沖層、發射層和激活層；