[发明专利]一种光电阴极及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种光电阴极及其制备方法与应用，该光电阴极包括衬底层和在衬底层表面刻蚀形成的纳米柱阵列；所述纳米柱阵列表面有量子点和金属纳米颗粒。有效接收了来自不同入射方向的光，量子点增加了吸光面积，阵列化光陷阱增强了光吸收；在径向可提供给光电子一条直接的传输通道，光电子能轻易从阴极体内运行到表面；其具有较大的表面积，可有效提高光电子的表面逸出几率，展现出了较大的光电流以及较快的响应速度等特性；同时表面修饰金、银等金属颗粒，在量子点表面产生等离子体效应，促进了光的吸收；金属颗粒还会与量子点形成异质结，促进了光电子的传递，有效提高了光电阴极的光电性能。

技术领域

本发明涉及半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种光电阴极及其制备方法与应用。

背景技术

光电阴极基于外光电效应，光照射在材料表面时，材料内部的电子在获得足够大的光子能量后会逸出材料表面。负电子亲和势光电阴极具有量子效率高，暗发射小，长波阈可调，长波响应扩展潜力大等优点，以它为核心的第三代微光像增强器大大扩展了夜视仪器的长波阈和视距。影响光电阴极量子效率的阴极性能参量主要包括表面逸出几率，电子扩散长度以及后界面复合速率。

传统的光电阴极只能响应一个方向的入射光，为了提高光吸收效率还要增加发射层的厚度，这导致光电子需要在体内运行较长的距离，器件灵敏度低，且缓冲层与发射层界面处不可避免的失配使光电子复合几率高。另一方面，为了扩展光电阴极的响应波长，将不得不引入晶格失配的发射层，发射层体内无法避免引入大量位错，使光电子复合几率提高，这些都限制了传统光电阴极量子效率的提高。

因此，为了拓展光电阴极的响应波长和提高量子效率及器件灵敏度，急需一种响应波长可调、量子效率高和灵敏度高的量子点与纳米柱阵列复合结构光电阴极。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题为：一种光电阴极，该光电阴极量子效率高和灵敏度高。

本发明要解决的第二个技术问题为：上述光电阴极的制备方法。

本发明要解决的第三个技术问题为：上述光电阴极的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案是：一种光电阴极，包括衬底层和在衬底层表面刻蚀形成的纳米柱阵列；所述纳米柱阵列包括若干个纳米柱，每个所述纳米柱表面生长有量子点和金属纳米颗粒。

根据本发明的一些实施方式，所述衬底层为Ge、GaAs、InP、GaSb、Si、GaN和蓝宝石中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述量子点为GaAs、InGaAs、InGaAsP、InGaSb、InGaN和InAsSb中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述衬底层的制备材料的带隙宽度要大于量子点阵量子点的带隙宽度。

根据本发明的一些实施方式，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒和银纳米颗粒中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述纳米柱的高度为200～3000nm，所述纳米柱的直径为50～500nm。

根据本发明的一些实施方式，所述量子点的直径为5～30nm。

根据本发明的一些实施方式，所述金属纳米颗粒的直径为2～10nm。

量子点可以生长失配结构，可以根据需要随意变化材料或组分。当外延层厚度小于临界厚度时，晶格失配通过弹性应变作用达到协调统一，这时外延层具有均匀的结构和最佳的电子光学特性。同时可以通过控制量子点的尺寸来调制光电探测器响应截止波长。