[发明专利]外加电场辅助GaN纳米线阵列光电阴极及制备方法

权利要求书

1.一种外加电场辅助GaN纳米线阵列光电阴极，其特征在于，包括银环氧树脂电极（1）、柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2），高度对齐的p型GaN纳米线阵列（3）和透明氧化铟锡电极（4）；其中

柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2）设置于银环氧树脂电极（1）和透明氧化铟锡电极（4）之间，且柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2）内部真空，

p型GaN 纳米线阵列（3）设置于柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2）内，

p型GaN 纳米线阵列（3）外部设置Cs/O激活层（5），

透明氧化铟锡电极（4）和p型GaN纳米线阵列（3）顶部接触，形成肖特基结，

透明氧化铟锡电极（4）和银环氧树脂电极（1）之间的偏置电压引入外部场，控制偏置电压的大小和方向改变场强。

2.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，制造的外加电场辅助光电阴极的有效面积为1×1 mm²。

3.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，制备的p型GaN 纳米线垂直排列，长度为4-5μm，直径为100nm，间距为10-100nm。

4.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，沉积在p型GaN 纳米线阵列（3）顶部的透明氧化铟锡电极（4）膜厚为80nm。

5.根据权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，所述p型GaN 纳米线阵列（3），掺杂元素为Mg，掺杂浓度范围为10¹⁶~10¹⁹cm^-3。

6.一种制备上述任意权利要求所述的外加电场辅助GaN纳米线阵列光电阴极的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，使用催化剂诱导的CVD方法，在大面积的SiO₂/Si衬底上生长p型GaN纳米线，其中SiO₂涂覆在Si上；

步骤2，将得到的p型GaN纳米线阵列（3）进行化学清洗，随后在超高真空环境中进行热清洗，然后进行Cs/O激活，形成负电子亲和态表面；

步骤3，在超高真空环境中，旋涂柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2）以完全包裹纳米线；

步骤4，在超高真空环境中，将垂直排列的p型GaN纳米线阵列（3）浸入稀释的氢氟酸溶液中，将SiO₂/Si基板除去；

步骤5，在超高真空环境中，用氧等离子体处理柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2）以暴露纳米线的顶表面和底表面；

步骤6，在超高真空环境中，将银环氧树脂电极（1）粘合到p型GaN纳米线阵列（3）；

步骤7，在超高真空环境中，将80nm厚的透明氧化铟锡电极（4）沉积在纳米线的顶部作为顶部透明电极。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，SiO₂/Si衬底厚度在2~3μm，SiO₂厚度为800nm。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤3中形成的柔性聚甲基丙烯酸甲酯层（2）包裹在整个p型GaN纳米线阵列（3）周围，内部呈现真空环境。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤2化学清洗结束的p型GaN纳米线阵列（3）送入超高真空环境中进行Cs/O激活后，所有外加电场辅助光电阴极的封装过程都在超高真空腔中进行。