[发明专利]一种高量子效率的纳米阵列光电阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高量子效率的纳米阵列光电阴极及其制备方法，光电阴极包括正极、负极、指数掺杂层、绝缘层。正极为纳米条带阵列；所述正极接入电源正极，所述负极接入电源负极。其中所述指数掺杂层包括阴极发射层、保护层和基底；所述阴极发射层为纳米圆柱；阴极发射层材料为指数掺杂的In_0.53Ga_0.47As，保护层材料为In_0.63Ga_0.37As，基底材料为n型GaAs(100)基底。本发明还公开了上述光电阴极的制备方法。在本发明中通过外加强电场的方式来降低阴极的表面功函数，可以有效减少光电阴极性能的衰减。在正极与阴极发射层之间加了绝缘层，避免出现短路或者打火的现象。采用纳米柱阵列的结构，可以大幅提升阴极的电子发射能力。采用指数掺杂的方式可以大幅提升阴极的量子效率。

技术领域

本发明涉及真空光电发射领域，尤其涉及一种高量子效率的纳米阵列光电阴极及其制备方法。

背景技术

传统光电阴极仅工作于低温和微光环境中,发射电流密度较小,耐离子轰击能力较差,量子效率低，所以无法满足一些真空器件和设备对阴极量子效率和发射电流的要求。此外，Cs/O激活的GaAs光电阴极有较小的功函数、较高的量子效率和灵敏度。但是在光电阴极的工作过程中,Cs原子和O原子的比例失衡以及原子脱附会造成光电阴极性能大幅衰减，所以为了获得高量子效率的光电阴极必须抛弃传统的激活工艺。

场助发射光电阴极同样工作于常温环境,通过栅极提供的强电场来降低阴极材料的表面功函数,最终实现电子发射。但是场助光电阴极同样无法承受长时间、高能量光束照射,其每平方厘米面积的发射电流也无法达到安培量级。在场助发射光电阴极组件中,随工作电压增加,阴极与栅极之间容易出现打火或短路等现象,极大地增加了器件的封装难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米阵列光电阴极及其制备方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种高量子效率的纳米阵列光电阴极，包括正极、负极、指数掺杂层、绝缘层。

所述正极为纳米条带阵列；所述正极的材料和所述负极的材料均为Mo，绝缘层的材料为Al₂O₃；所述正极接入电源正极，所述负极接入电源负极。

其中所述指数掺杂层包括阴极发射层、保护层和基底；所述阴极发射层为纳米圆柱；阴极发射层材料为指数掺杂的In_0.53Ga_0.47As，保护层材料为In_0.63Ga_0.37As，基底材料为n型GaAs(100)基底。

进一步的：所述阴极发射层掺杂浓度范围由体内到表面的范围是1×10¹⁹cm^-3—1×10¹⁸cm^-3。

进一步的：所述阴极发射层厚度为1.6μm—2.2μm。

进一步的：圆柱直径为3μm—10μm，纳米柱阵列间距为1μm—7μm。

进一步的：所述保护层浓度为1×10¹⁹cm^-3，厚度3μm—5μm。

进一步的：所述基底厚度为10μm—30μm。

进一步的：所述正极厚度为150nm。

进一步的：所述负极厚度为250nm。

进一步的：所述绝缘层的厚度为10μm—15μm。