[发明专利]一种NEA-GaAs纳米锥阵列光电阴极及制备方法

摘要

本发明公开了一种NEA‑GaAs纳米锥阵列光电阴极及制备方法，所述GaAs纳米锥阵列光电阴极包括衬底层以及位于衬底层表面的纳米锥阵列发射层，所述衬底为Si或者SiC等绝缘薄膜，纳米锥阵列发射层由若干p型GaAs纳米锥组成，并对生长的纳米锥阵列进行Cs/O激活。本发明提出的纳米锥阵列的有效折射率是渐变的，有效地减小了由于空气/GaAs电池界面折射率的不连续引起的光反射，在提高GaAs光电阴极量子效率的同时，降低了入射光角度对于吸收率的影响。

主权项

1.一种NEA GaAs纳米锥阵列光电阴极的制备方法，NEA GaAs纳米锥阵列光电阴极包括衬底层以及位于衬底层表面的纳米锥阵列发射层；所述纳米锥阵列发射层由若干p型GaAs纳米锥组成，p型GaAs纳米锥表面均吸附有Cs/O激活层；纳米锥的长径比为50‑5000，尖端的曲率半径在5nm以下，底部直径为200nm‑2000nm，锥角为20°‑70°，密度为10⁹cm^‑2‑10⁵cm^‑2，其特征在于，所述制备方法步骤如下：步骤1，衬底清洗，将衬底材料顺序地使用丙酮、乙醇以及去离子水清洗；步骤2，在清洗后的衬底表面上制备Ga液滴，制备温度为600℃‑700℃，并自催化生长纳米柱，自催化温度为400℃‑600℃；之后将温度降低至400℃，使Ga液滴固化并生长形成GaAs薄膜；步骤3，通入氢等离子体对样品表面进行预刻蚀；刻蚀条件如下：通入氢气，气体压力为8Torr，样品加热温度为800℃‑900℃，偏压为400V，偏流为100mA，时间为25min；步骤4，将CVD设备中偏压关掉，灯丝电流关掉，重新抽真空10^‑2Torr；步骤5，进行等离子体刻蚀形成表面纳米锥阵列，刻蚀时通入甲烷和氢气的混合气体，混合气体的体积比为5:100；采用氢气和氩气的混合气体进行等离子体刻蚀时，混合体积比为30:50；样品加热温度在800℃‑950℃，压力为20Torr，偏压400V，偏流120mA，时间为2小时；步骤6，用化学清洗试剂腐蚀去掉p型GaAs纳米锥表面的油脂和杂质，使用超真空激活工艺在p型GaAs纳米锥阵列表面吸附Cs/O激活层。