[发明专利]漂移型非晶硅光电阴极

说明书

本发明属于光电阴极，特别是在可见光范围内的光电阴极。

在可见光范围内，现有的实用光电阴极都是扩散型阴极，量子效率不够高。H.Schade利用光吸收和光电导性都非常好的非晶硅材料制成扩散型阴极，其结构是玻璃基底上，沉积P型非晶硅膜，其表面复铯-氧层。由于非晶硅扩散长度极短，膜层中又无漂移场，使光生载流子复合严重，其光电发射量子效率很低。见H.Shade，J.Pankove，Surface    Science，89（1979），643。

本发明的目的是在可见光范围内提高光电阴极的量子效率。

图1为光电阴极的结构图。

图中1为基片，2为透明导电膜，3为n型非晶硅膜，4为p型非晶硅膜，5为金属导电层，6为铯-氧表面层。

本发明的主要特点是在基片1上涂复透明导电膜2，在透明导电膜上沉积n^-型和p型非晶硅膜3和4，在p型非晶硅膜4上蒸涂铝或银膜5，在铝或银膜上复盖铯氧敏化层6，

图2为具有偏压V的光电阴极能带图。

图3是光电阴极的制备简图。

下面简述本发明的原理。借助电场的光电阴极叫漂移型光电阴极。在漂移场中电子定向运动至复合前的距离叫漂移长度，它是电子迁移率，寿命和电场之积。漂移长度与扩散长度类似，但材料的扩散长度几乎是固定的，且较小。而漂移长度是可以调节电场来改变，且容易得到很大的值。非晶硅材料在10⁵v/cm的电场下，漂移长度可达10³μm以上;这就是说激发的光电子几乎都能越过阴极膜层而无损失，克服了它的扩散长度极短的困难。在高电场下，非晶硅材料中还有电荷放大效应，其增益为漂移长度与膜厚之比;这个数值可以相当大，可达10³-10⁵。在非晶硅材料表面用铯和氧敏化，可以大大降低表面逸出功，甚至形成负电子亲合势（NEA）表面，十分有利于光电发射。

设计漂移型非晶硅光电阴极时，必须考虑：（1）如何获得漂移场，（2）如何获得NEA表面。本发明的结构示于图1，它由基片1，透明导电膜，n型和p型非硅膜3和4，铝（或银）膜5和铯-氧表面层6组成。此结构将n型非晶硅膜夹于透明导电膜和铝膜之中，组成夹心结构。以透明导电膜为负极，铝膜为正极加偏压，可以提供很高的漂移场。为了有利于光电发射，非晶硅膜制成n-p结构。n^-型非晶硅膜有很好的光敏性;p型非晶硅膜有较低的费米能级，它与AL/Cs₂O组合可以得到更低的表面逸出功。

关于这种阴极的能带结构分析如下。非晶硅膜的带隙宽Eg约为1.7ev，n^-型的费米能级距价带顶约0.9ev，距导带底约0.8ev;p型的费米能级距价带顶约0.4ev，距导带底约1.3ev，制备良好的AL/Cs₂O的最小位垒高度E_A约为1.0ev，因此真空能级vl可低于p型非晶硅的导带底约0.3ev，而形成NEA表面。图2便是具有偏压V的这种结构的能带图。

当光照射这种阴极的基片1或表面6时，光电子主要在n^-型非晶硅膜3中产生，并在铝膜5，非晶硅膜3和4、透明导电膜2组成的夹心结构的漂移场中得到加速，并获得很高的电荷放大增益达到铝电极，然后遂道穿过簿铝膜5（大约有1/3的光电子能穿过铝膜），几乎无阻碍地进入真空中。因此这种光电阴极有很高的量子效率。