[发明专利]一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法。该透射式光电阴极沿信号光入射方向依次包括：光学选通膜、光学玻璃、光学增透膜、缓冲层、发射层和激活层；所述光学选通膜、所述光学增透膜、所述缓冲层和所述发射层分别分为若干区域，且所述光学选通膜的各区域、所述光学增透膜的各区域、所述缓冲层的各区域和所述发射层的各区域分别一一对应，各所述区域的材料、厚度和层数根据各所述区域响应的波段进行设定。本发明提供的光电阴极能够使各波段均具有较高的量子效率，能够实现宽、窄光谱并行工作，消除宽、窄光谱光电阴极之间的应用界限。

技术领域

本发明涉及光电阴极及其制备领域，特别是涉及一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法。

背景技术

以GaAs为代表的负电子亲和势(Negative Electron Affinity，NEA)透射式光电阴极具有量子效率高、暗电流小、平均能量及发射角分布小等优点，在微光像增强器、光电倍增管、电子源等方面具有广泛的应用。目前GaAs光电阴极主要向高量子效率的宽光谱、窄光谱响应方面发展，尤以美国ITT公司的宽光谱GaAs透射式光电阴极位于领先地位，在500-800纳米的量子效率40％；窄光谱响应的发展主要瞄准蓝绿光水下工作波段，光电阴极主要采用高Al组分的GaAlAs材料，通过提高GaAlAs中Al组分含量以提高截止波长，从而达到全天候工作的目的要求。

但是，由于透射式GaAs光电阴极的结构，自玻璃窗始依次为：玻璃窗、Si₃N₄增透膜、GaAlAs缓冲层、GaAs吸收层和Cs：O激活层。因此目前宽光谱透射式光电阴极具有以下局限性：1.由于光电阴极的光吸收系数随波长的减小而增大，因此短、长波光吸收产生的光电子分布不均匀，短波光产生的光电子主要分布在靠近GaAlAs与GaAs的界面，因此对同一阴极而言，当阴极较厚，短波光电子经过较长路径才能到达阴极表面，因此比长波光具有更大的损失；而当阴极较薄时，长波光吸收不充分，导致长波量子效率减弱。因此为了兼顾整个波段的响应，长波和短波响应不能同时达到最优量子效率。2.仅采用单一的Si₃N₄作为增透膜，仅能增透较窄波段，而不能使整个响应波段均达到高增透效果，从而限制了整体量子效率的进一步提高；而窄光谱透射式GaAlAs光电阴极的量子效率低于GaAs光电阴极，而且Al组分越高，阴极的量子效率越低，因此目前仅具有蓝绿光响应的窄光谱透射式GaAlAs光电阴极的局限性在于：1.采用高Al组分的GaAlAs，导致吸收系数、光电子扩散长度、降低，表面逸出几率均大幅降低，因此导致量子效率进一步降低；而低Al组分将导致截止波长向非信号光的长波延伸，对全天候工作不利；2.高Al组分GaAlAs光电阴极的响应光谱截止波长处下降缓慢，截止波长延伸至非信号光波段，造成了信号噪声，限制它在军事等更高领域的应用；同时高Al组分引起更高的材料缺陷，这些缺陷导致的光电子损失将使量子效率的降低进一步加剧。总之，宽、窄光谱的光电阴极均有其局限性，宽光谱光电阴极的全光谱量子效率不能达到最优，或者不能达到最优配置，而窄光谱光电阴极的量子效率较低，且非信号光产生的噪声较大；另外，二者的应用范围重叠较少。这些都限制了透射式NEA光电阴极应用的进一步扩展。

发明内容

本发明的目的是提供一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法，该光电阴极能够使各波段均具有较高的量子效率，能够实现宽、窄光谱并行工作，消除宽、窄光谱光电阴极之间的应用界限。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：