一种透射式光电阴极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光电阴极技术领域，尤其涉及一种透射式光电阴极及其制备方法和应用。本发明专利技术所述光电阴极通过外表面增透膜和内表面增透膜的设置，能够极大地提高阴极的光吸收率，进而提高阴极的量子效率。同时，将粘接膜和内表面增透膜进行区分，可以使阴极分为信号光透过的中央增透区和无须透过的周围粘接区，以保证信号光响应区域的光增透区无须承担粘接功能，而粘接区无须承担信号光的增透功能，因此在实现粘接的基础上能够极大地释放增透膜的应力，消除因粘接带来的一系列不利影响，使得其在蓝绿光及更短波段具有更高的光谱灵敏度；本发明专利技术还提供了所述光电阴极的制备方法，所述制备方法实现了粘接功能和增透功能的分离，从而降低了粘接的不利因素。

【技术实现步骤摘要】
一种透射式光电阴极及其制备方法和应用
本专利技术涉及光电阴极
，尤其涉及一种透射式光电阴极及其制备方法和应用。
技术介绍
以负电子亲和势GaAs光电阴极为代表的GaAs基透射式光电阴极，是微光像增强器、光电倍增管等真空探测与成像器件的光电转换核心元件，具有量子效率高、响应波段宽、暗电流小、平均电子能量及角分布小等优点，在光电探测与成像、高能物理电子源等领域具有广泛应用。尤其在军事应用、空天探测、环境检测中，以透射式GaAs光电阴极为核心的微光像增强器发挥着重要作用。量子效率是光电阴极最重要的技术指标之一，美国ITT公司的光电阴极在宽谱响应波段达到40％以上，国内GaAs光电阴极与国外差距明显且仍处于实验室水平。如何提升国内光电阴极的量子效率，是当前制约国内GaAs光电阴极发展的主要瓶颈之一。透射式GaAs光电阴极的基本结构为玻璃窗/Si3N4增透膜/GaAlAs窗口层/GaAs发射层/Cs：O激活层，其制作过程如下：首先，利用金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)，在高质量GaAs衬底上生长以下外延结构：GaAs衬底/GaAlAs阻挡层/GaAs发射层/GaAlAs窗口层/GaAs保护层；其次，腐蚀除去GaAs保护层，在上述外延结构上沉积一层约100纳米的Si3N4增透膜和一定厚度的SiO2(SiO2的作用是利于与玻璃窗的粘接)，然后在真空条件下通过加热，将玻璃窗与上述沉积Si3N4增透膜的外延结构粘接在一起；然后，依次腐蚀除去GaAs衬底、GaAlAs阻挡层，露出GaAs发射层；最后在超高真空激活系统下，在GaAs发射层表面沉积一层约1纳米的Cs：O层，使发射层表面形成负电子亲和势状态，完成阴极的制作。在上述技术方案中，Si3N4增透膜仅为一层厚度约100nm的薄膜层，相应的，其只有在100～200nm的较窄波段范围(对于≥600nm响应波段)具有较好的增透效果，而短波响应波段则增透效果不明显甚至具有一定的减弱，导致短波波段具有高的反射率，在短波波段因光反射的损失达到5～20％，甚至更高，尤其对具有超宽谱带的蓝延伸透射式阴极，在390～420nm波段的光反射损失达到30％以上。另外，针对一些特定的较窄光谱响应的光电阴极，如GaAlAs光电阴极，尽管单一Si3N4增透膜能够达到光增透效果，但由于热粘接过程中，需要足够厚度的Si3N4增透膜阻挡玻璃中的杂质污染源，限制了Si3N4增透膜的厚度，因此无法满足特定光谱波段光电阴极的增透要求。因此，光反射损失制约了当前透射式光电阴极量子效应的进一步提高，如何进一步降低整个响应波段的光反射率，提高阴极的吸收率，是提高当前量子效率的必然途径之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种透射式光电阴极及其制备方法和应用。所述透射式光电阴极具有更宽光谱的高增透效果。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种透射式光电阴极，沿光入射方向包括依次层叠设置的外表面增透膜、玻璃窗、粘接膜/内表面增透膜、缓冲层、发射层和激活层；所述粘接膜/内表面增透膜包括粘接膜和内表面增透膜；所述内表面增透膜位于玻璃窗表面的中央位置，且未至所述玻璃窗表面的边缘位置；所述粘接膜位于玻璃窗表面的边缘位置，且与所述内表面增透膜紧密连接；所述粘接膜的厚度大于所述内表面增透膜的厚度。优选的，所述外表面增透膜或所述内表面增透膜独立地包括≥1层的光学薄膜；每层所述光学薄膜的材料独立地为TiO2、SiO2、Si3N4、SnO2、HfO2、Al2O3、Bi2O3、AlOxNy、AlF3、BiF3、CeF3、CeO2、CsBr、CsI、Cr2O3、金刚石、Dy2O3、Eu2O3、Gd2O3、Ho2O3、In2O3、Nb2O5、Nd2O3、PbCl2、Pr6O11、Sc2O3、Sb2O3、Sm2O3、Y2O3、ZnO、ZnS、BeO、MgO、MgF2、ZrO2、La2O3、La2O5、LiF、CaF2、LaF3、BaF2、NaF、Na3AlF6、SrF2、NdF3、PbF2、YbF3、SmF3和ThF4中的一种或几种。优选的，所述外表面增透膜的厚度为5nm～10μm；所述内表面增透膜的厚度为30nm～10μm。优选的，当所述内表面增透膜包括1层光学薄膜时，所述光学薄膜为Si3N4薄膜，厚度为30～80nm；当所述内表面增透膜包括>1层的光学薄膜时，所述内表面增透膜与所述缓冲层接触的光学薄膜为Si3N4薄膜；且所述内表面增透膜中的Si3N4薄膜的总厚度≥30nm。优选的，所述粘接膜，自所述缓冲层始，包括依次设置的Si3N4膜和SiO2膜；所述Si3N4膜的厚度≥30nm。优选的，所述发射层的材料为GaAs、Ga1-xAlxAs或Ga1-x-yAlxAs1-yPy；其中，0<x≤0.5，0<y≤0.2；所述发射层的厚度为0.4～2μm；所述发射层中的p型掺杂浓度为1018～1019cm-3。优选的，所述缓冲层的材料为Ga1-zAlzAs或Ga1-zAlzAs1-qPq；其中，0.5≤z≤1，0<q≤0.2；所述缓冲层的厚度为0.04～2μm；所述缓冲层的p型掺杂浓度为1018～1019cm-3。本专利技术还提供了上述技术方案所述的透射式光电阴极的制备方法，包括以下步骤：在玻璃窗的一面沉积外表面光学增透膜，得到沉积有外表面光学增透膜的玻璃窗；在GaAs衬底上依次外延生长GaAs平滑层、阻挡层、发射层、缓冲层和保护层后，腐蚀去除保护层，露出所述缓冲层；在真空条件下，分别将所述沉积有外表面光学增透膜的玻璃窗、所述内表面增透膜和粘接膜分别进行加热除气后，将所述沉积有外表面光学增透膜的玻璃窗压入所述内表面增透膜与所述粘接膜构成的凹陷部分内，在加热条件下粘接在一起；其中，蒸镀有外表面光学增透膜的玻璃窗中未蒸镀外表面光学增透膜的一面与所述内表面增透膜接触；所述粘接完成后，依次腐蚀去除GaAs衬底、GaAs平滑层和阻挡层，露出所述发射层；在超高真空激活系统下，在所述发射层表面蒸镀激活层，得到所述透射式光电阴极；所述超高真空激活系统的真空度≤10-7Pa。本专利技术还提供了上述技术方案所述的透射式光电阴极或由上述技术方案所述透射式光电阴极的制备方法制备得到的透射式光电阴极在微光夜视领域、水下成像探测领域、微光遥感成像领域或光电倍增管中的应用。本专利技术提供了一种透射式光电阴极，沿光入射方向包括依次层叠设置的外表面增透膜、玻璃窗、粘接膜/内表面增透膜、缓冲层、发射层和激活层；所述粘接膜/内表面增透膜包括粘接膜和内表面增透膜；所述内表面增透膜位于玻璃窗表面的中央位置，且未至所述玻璃窗表面的边缘位置；所述粘接膜位于玻璃窗表面的边缘位置，且与所述内表面增透膜紧密连接；所述粘接膜的厚度大于所述内表面增透膜的厚度。本专利技术所述的透射式光电阴极通过外表面增透膜和内表面增透膜的设置，能够极大地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透射式光电阴极，其特征在于，沿光入射方向包括依次层叠设置的外表面增透膜、玻璃窗、粘接膜/内表面增透膜、缓冲层、发射层和激活层；/n所述粘接膜/内表面增透膜包括粘接膜和内表面增透膜；/n所述内表面增透膜位于玻璃窗表面的中央位置，且未至所述玻璃窗表面的边缘位置；所述粘接膜位于玻璃窗表面的边缘位置，且与所述内表面增透膜紧密连接；/n所述粘接膜的厚度大于所述内表面增透膜的厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种透射式光电阴极，其特征在于，沿光入射方向包括依次层叠设置的外表面增透膜、玻璃窗、粘接膜/内表面增透膜、缓冲层、发射层和激活层；
所述粘接膜/内表面增透膜包括粘接膜和内表面增透膜；
所述内表面增透膜位于玻璃窗表面的中央位置，且未至所述玻璃窗表面的边缘位置；所述粘接膜位于玻璃窗表面的边缘位置，且与所述内表面增透膜紧密连接；
所述粘接膜的厚度大于所述内表面增透膜的厚度。


2.如权利要求1所述的透射式光电阴极，其特征在于，所述外表面增透膜或所述内表面增透膜独立地包括≥1层的光学薄膜；
每层所述光学薄膜的材料独立地为TiO2、SiO2、Si3N4、SnO2、HfO2、Al2O3、Bi2O3、AlOxNy、AlF3、BiF3、CeF3、CeO2、CsBr、CsI、Cr2O3、金刚石、Dy2O3、Eu2O3、Gd2O3、Ho2O3、In2O3、Nb2O5、Nd2O3、PbCl2、Pr6O11、Sc2O3、Sb2O3、Sm2O3、Y2O3、ZnO、ZnS、BeO、MgO、MgF2、ZrO2、La2O3、La2O5、LiF、CaF2、LaF3、BaF2、NaF、Na3AlF6、SrF2、NdF3、PbF2、YbF3、SmF3和ThF4中的一种或几种。


3.如权利要求2所述的透射式光电阴极，其特征在于，所述外表面增透膜的厚度为5nm～10μm；
所述内表面增透膜的厚度为30nm～10μm。


4.如权利要求3所述的透射式光电阴极，其特征在于，
当所述内表面增透膜包括1层光学薄膜时，所述光学薄膜为Si3N4薄膜，厚度为30～80nm；
当所述内表面增透膜包括>1层的光学薄膜时，所述内表面增透膜与所述缓冲层接触的光学薄膜为Si3N4薄膜；且所述内表面增透膜中的Si3N4薄膜的总厚度≥30nm。


5.如权利要求1所述的透射式光电阴极，其特征在于，所述粘接膜，自所述缓冲层始，包括依次设置的Si3N4膜和SiO2膜；所述Si3N4膜的厚度≥30nm。


6.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志鹏，张景文，
申请(专利权)人：陕西理工大学，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61