[发明专利]掺杂金属和氧化铝的氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂金属和氧化铝的氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法。该二次电子发射薄膜由三层薄膜组成，即包括处于底层的掺杂金属材料的氧化镁膜层、处于中间层的掺杂氧化铝的氧化镁膜层和处于顶层的纯氧化镁膜层。采用溅射法制备二次电子发射薄膜的各个膜层，在依次沉积这些膜层时，将金属基底保持在200‑550℃之间的某一温度，镀膜腔中同时通入氩气和氧气，将镀膜腔保持在0.2‑1Pa之间的某一气压。采用这种方法制备的二次电子发射薄膜的表面具有较低的粗糙度和适中的氧化镁晶粒尺寸，而且在中间层的氧化镁中掺杂适量的氧化铝可减小氧化镁的禁带宽度，改善薄膜的电子输运特性，从而使二次电子发射薄膜具有高的二次电子发射性能。

技术领域

本发明属于光电子材料与器件技术领域，涉及一种可用于电子倍增器、光电倍增管等器件的二次电子发射薄膜及其制备方法。

背景技术

氧化镁薄膜因为具有二次电子发射系数高、抗带电粒子轰击性能好及制备工艺简单等优点，目前作为二次电子发射材料被广泛应用于图像增强器、电子倍增器、光电倍增管、正交场放大器和等离子体显示器等器件中。在用于电子倍增器、光电倍增管等器件时，为了使器件获得长的使用寿命，要求二次电子发射材料必须能耐受较大束流密度电子束的长时间轰击，因此制备的氧化镁薄膜厚度需要达到几十纳米甚至一百纳米以上。但是，由于氧化镁是绝缘材料，较厚的氧化镁薄膜在电子束轰击下会产生表面充电现象，这会使其二次电子发射快速衰减，从而影响薄膜二次电子发射的稳定性。这一问题限制了氧化镁薄膜在高增益、长寿命电子器件中的应用。

为了避免较厚的氧化镁薄膜在电子束持续轰击下产生表面充电现象，可在氧化镁薄膜中掺杂一定比例的导电性好、化学性质稳定的金属材料以形成掺杂金属材料的氧化镁复合薄膜。由于金属材料的掺杂，复合薄膜的导电性得到改善，使其在膜层较厚时仍能有效避免表面充电，因而可以通过增加薄膜厚度以提高薄膜耐受较大束流密度电子束长时间轰击的性能。

但是，实验研究表明，在采用溅射法制备掺杂金属材料的氧化镁复合薄膜的过程中，金属材料沉积时的团聚现象会使薄膜的表面粗糙度增大，而较高的表面粗糙度会降低薄膜的二次电子发射系数，从而制约了掺杂金属材料的氧化镁复合薄膜二次电子发射性能的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂金属和氧化铝的氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法，以克服上述现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

掺杂金属和氧化铝的氧化镁二次电子发射薄膜，该二次电子发射薄膜由三层薄膜组成，即处于底层的掺杂金属材料的氧化镁膜层、处于中间层的掺杂氧化铝的氧化镁膜层和处于顶层的纯氧化镁膜层；掺杂金属材料的氧化镁膜层的厚度为30-300nm，掺杂氧化铝的氧化镁膜层的厚度为5-40nm，纯氧化镁膜层的厚度为7-20nm。

本发明进一步的改进在于：掺杂金属材料的氧化镁膜层中掺杂的金属材料是金、铂或银，金属的摩尔百分比含量为5％-20％。

本发明进一步的改进在于：掺杂氧化铝的氧化镁膜层中铝元素的摩尔百分比含量为2％-10％。

本发明进一步的改进在于：纯氧化镁膜层中氧化镁以4-18nm尺寸晶粒的形式存在。

掺杂金属和氧化铝的氧化镁二次电子发射薄膜的制备方法，首先在金属基底上采用溅射镁靶或氧化镁靶及溅射金属靶的方法沉积掺杂金属材料的氧化镁膜层，接着在掺杂金属材料的氧化镁膜层上采用溅射镁靶或氧化镁靶及溅射铝靶或氧化铝靶的方法沉积掺杂氧化铝的氧化镁膜层，最后在掺杂氧化铝的氧化镁膜层上采用溅射镁靶或氧化镁靶的方法沉积纯氧化镁膜层；在依次沉积膜层、膜层和膜层时，通过调节各个靶材的溅射功率、溅射时间、镀膜腔中的氧气和氩气流量及基底温度来控制各个膜层中的氧化镁晶粒尺寸、金属含量、氧化铝掺杂量及膜层厚度。