[发明专利]一种GaAs纳米线阵列光阴极及其制备方法

权利要求书

1.一种GaAs纳米线阵列光阴极，包括GaAs衬底层、GaAs纳米线阵列发射层以及Cs/O激活层，其特征在于：所述GaAs衬底层，厚度为200-400μm，p型掺杂浓度(0.5-2)×10¹⁹cm^-3。

2.根据权利要求1所述的GaAs纳米线阵列光阴极，其特征在于：所述GaAs纳米线阵列发射层，其纳米线直径为1-5μm，高为5-20μm，p型掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3，纳米线形状是圆形或方形。

3.如权利要求1所述的GaAs纳米线阵列光阴极的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）、准备p型GaAs衬底，要求其位错密度低于10³cm^-3，并且均匀性好，晶向朝（100）面偏3o切割；利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积SiO₂阻挡层，设定反应室气压2000 mTorr，通入SiH₄ 、N₂O 和N₂气体，流量分别为4 、710 和180 SCCM，衬底温度350℃，沉积时间10-13分钟，在GaAs衬底上沉积形成一层厚度为600-800nm的SiO₂阻挡层；

（2）、利用匀胶机在沉积有SiO₂阻挡层的GaAs衬底材料上涂上一层厚度为2μm的AZ5214光刻胶，放入烘烤机中，升温到100℃烘烤3分钟，冷却后取出放入光刻机曝光位置，在低真空状态下曝光6秒, 选用JZ 3038正胶显影液进行显影25-35秒，清洗显影液，吹干形成含有纳米线阵列的光刻图像；

（3）、用反应离子刻蚀技术刻蚀掉已曝光部分的SiO₂，设定反应室气压1850 mTorr、射频功率200W，通入SF₆、CHF₃和He气体，流量分别为5.5、32和150 SCCM，刻蚀8-10分钟，刻蚀完后取出；

（4）、用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀GaAs衬底材料，设定反应室气压 6 mTorr，通入CL₂、BCL₃气体，流量分别为6 、14 SCCM，刻蚀20-40分钟，在GaAs衬底上形成顶部有光刻胶和SiO₂阻挡层的GaAs纳米线阵列层；

（5）、将顶部有光刻胶和SiO₂阻挡层的GaAs纳米线阵列材料用丙酮、异丙醇、去离子水各超声清洗3分钟，去除GaAs纳米线材料最顶层的剩余光刻胶；

（6）、再将GaAs纳米线阵列材料浸入NH₄F:HF = 5:1 腐蚀液中，性腐蚀3-4分钟，去除纳米线阵列顶部SiO₂阻挡层，得到GaAs纳米线阵列；

（7）、用快速热退火处理技术修复材料损伤，设定退火炉N₂流量2.5 SLM、退火温度700-870℃，退火时间15-180秒，通过快速退火修复因刻蚀造成的纳米线阵列晶格损伤；

（8）、用四氯化碳、丙酮 、无水乙醇、去离子水对GaAs纳米线阵列材料各超声清洗5分钟，去除GaAs纳米线阵列表面油脂和污染物；

（9）、将GaAs纳米线阵列样品浸入硫酸：双氧水：去离子水=4:1:100的混合溶液中刻蚀2分钟，用去离子水冲洗，吹干后，快速送入超高真空系统中，进行650℃的高温加热处理；

（10）、在超高真空系统中进行Cs/O激活，在GaAs纳米线阵列材料上形成一层Cs/O激活层。