[发明专利]具有石墨烯栅层的透射式NEA GaAs光电阴极

说明书

本发明公开了一种具有石墨烯栅层的透射式NEA GaAs光电阴极，包括透过式NEA GaAs光电阴极内芯与真空腔体外壳两部分。其中透过式NEA GaAs光电阴极内芯结构包括自上而下依次设置的Si₃N₄增透层、GaAlAs缓冲层、GaAs发射层、Cs‑O激活层以及高质量石墨烯栅层；真空腔体外壳由Corning 7056^#玻璃，铟封填料、可伐金属与陶瓷腔体组成。本发明在传统NEA光电阴极结构基础上增加具备良好电性能的悬浮石墨烯栅层，可以使光电阴极在维持较高量子效率的情况下，延长阴极使用寿命并增强其结构稳定性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种具有石墨烯栅层的透射式NEA GaAs光电阴极。

背景技术

NEA GaAs光电阴极的出现是光电阴极发展史上一个质的飞跃，其在微光成像、真空电子源以及太阳能转换等领域都有重要作用。

目前常用的透射式NEA GaAs光电阴极激活后的主要结构分为5层，从上到下分别是玻璃层、Si₃N₄增透层、Ga_1-xAl_xAs窗口层、GaAs发射层以及交替覆盖的Cs-O激活层。目前，在光源应用中的NEA GaAs铯激活光电阴极的使用寿命小于500h；而通过在超高真空系统中的测试得知，在300nm光照条件下，铯激活的GaN光电阴极会在持续工作约10h后量子效率迅速下降，并且光电流会在持续工作20h内下降85％以上。关于NEA GaAs光电阴极的寿命问题，主要影响因素之一是激活层的原子脱附，导致阴极表面NEA结构状态被破坏。

在NEA GaAs光电阴极工作时，随着电子的不断发射，激活层的铯原子与氧原子由于收到电子冲击会不断脱离发射层，导致表面势垒慢慢增加，影响光电阴极的整体量子效率不断降低。此外，即使不处于工作状态，自然存放状态下的光电阴极也会由于外部环境的振动等原因，导致激活层的吸附原子不断逸散。因此整体而言，旧有的NEA光电阴极往往使用寿命很短，且长时间持续工作时性能下降很快。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种具有石墨烯栅层的透射式NEA GaAs光电阴极。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有石墨烯栅层的透射式NEA GaAs光电阴极，所述光电阴极包括构成密闭真空腔的由上至下设置的Corning 7056^#玻璃、管状陶瓷腔体以及阳极部分，其中，Corning 7056^#玻璃与管状陶瓷腔体接触面间设置环形可伐金属；管状陶瓷腔体内设置透射式光电阴极内芯，该内芯包括自上而下依次设置的相叠加的Si3N4增透层、GaAlAs缓冲层、GaAs发射层、Cs-O激活层，以及悬浮石墨烯栅层；Corning7056^#玻璃与可伐金属之间填充铟封填料以连接光电阴极内芯和可伐金属；阳极部分通过管状陶瓷腔体与可伐金属相连，并在管状陶瓷腔体下端与光电阴极内芯之间形成真空通道；Corning 7056^#玻璃的下表面粘合在Si3N4增透层上。

进一步地，所述光电阴极内芯呈圆柱形。

进一步地，所述石墨烯栅层通过设置于管状陶瓷腔体内壁上的Au/Cu石墨烯支架固定悬空。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)通过在Cs-O激活层表面增加具备良好电性能的石墨烯栅层，使透射式GaAs光电阴极在不降低量子效率的情况下维持Cs-O原子层的结构稳定性，从而延长阴极使用寿命并增强其稳定性；2)采用的石墨烯为薄膜状，表面势垒可忽略，电子很容易溢出至真空，得到尽可能高的量子效率；3)采用的石墨烯为零带隙材料，且由于采用悬浮结构，石墨烯材料与基底并无直接接触，两者之间的相互作用极弱，石墨烯薄膜电性能接近其本征状态，电子迁移率高。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明