[发明专利]高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极及其制备方法

说明书

本发明属于光电探测技术领域，尤其涉及光电阴极，公开一种高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极及其制备方法。通过改善阴极的碱金属激活顺序，先进行Na激活，避免了阴极表面Na富集，将反射式多碱光电阴极的灵敏度提升了45％，提高了阴极的红光响应能力。同时本发明光电阴极的制备过程中，提出反复多轮次镀锑方法，避免阴极镀锑脱膜的问题。

技术领域

本发明涉及光电阴极技术领域，具体而言涉及一种高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极及其制备方法。

背景技术

锑基反射式多碱光电阴极(以下简称为反射式多碱阴极)是一种金属锑单质薄膜经过碱金属钾、钠和铯高温激活而形成K-Na-Cs-Sb半导体光电薄膜，主要应用于侧窗多碱型光电倍增管。理论上，反射式多碱阴极中Na原子和K原子配比越接近最优结构的2:1，其灵敏度越高，长波响应也越好。

传统的反射式多碱阴极制备是在阴极基底镍片上预镀一层较厚金属锑膜层，再在高温下将预先镀好的金属锑膜层依次暴露在钾(K)、钠(Na)和铯(Cs)蒸气中进行激活，即先进行K激活、再进行Na激活、最后进行Cs激活。金属锑膜层先被K激活后形成了K₃Sb膜层。在进行Na激活时，碱金属元素中的Na活性相对K较低，而蒸发温度又相对高，Na激活过程需要引入大量的Na才能与K₃Sb进行置换反应，反应缓慢且工艺时间长，且很容易在阴极膜层表面富集一层过量的Na，从而无法形成Na/K比为2:1的最优Na₂KSb结构，造成阴极灵敏度低和长波响应差。

发明内容

本发明目的在于提供一种高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极及其制备方法，通过阴极的碱金属激活顺序，先进行Na激活，避免了阴极表面Na富集，将反射式多碱光电阴极的灵敏度提升了45％，提高了阴极的红光响应能力；同时，结合反复多轮次镀锑方法，避免阴极镀锑脱膜的问题。

根据本发明的改进，提出一种高灵敏度反射式多碱阴极，包含基底层、阻隔层和阴极层三部分；

所述基底层为金属镍片；

所述阻隔层为金属氧化物薄膜或金属氮化物薄膜；

所述阴极层为K-Na-Cs-Sb锑基多碱阴极；

其中，金属氧化物薄膜或金属氮化物薄膜的厚度为5nm～50nm。

其中，反射式多碱阴极主要用于侧窗型光电倍增管，其传统的制备过程中，首先需要在阴极基底镍片上预镀一层较厚金属锑膜层，然后先进行K激活，形成K₃Sb阴极，在通过大量的Na去置换K₃Sb中的K以形成Na₂KSb。由于碱金属元素中的Na活性比K低，而蒸发温度又高于K，故需要引入大量的Na才能置换K₃Sb中的K。这就导致阴极表面富集了大量的过剩Na，致使阴极的Na/K比失配，灵敏度低，长波响应差。

本发明提出的高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极的制备方法，采用Na-K-Cs四阶段激活法，不同传统先进行K激活的方法，Na-K-Cs四阶段激活法先进行Na激活，Na直接与金属锑膜层进行快速反应形成锑化钠，无需用大量Na置换K₃Sb的K，极大加快了整管的激活速度，缩短了工艺时间，避免了阴极表面的Na富集过量。

本发明提出的高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极通过监控Na激活过程的微弱光电流变化，进一步精确控制Na的引入量，避免因Na引入过多或过少导致阴极灵敏度低，从而提升了阴极灵敏度和长波响应。

此外，反射式多碱阴极预镀锑膜层一般都比较厚，膜层越厚镀膜过程越容易脱膜。针对阴极预镀锑膜层脱膜问题，本发明提出的高灵敏度锑基反射式多碱光电阴极在制备过程中采用分多次镀膜，进行多轮次镀膜获得预定的膜层厚度，避免了脱膜问题。