一种宽波段探测的光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种宽波段探测的光电探测器及其制备方法，光电探测器结构为半圆柱形，主要包括GaAlAs/GaAs光电阴极1、收集电子的阳极2、玻璃窗3、外壳4、封装底座5、电极6和引脚7、8；GaAlAs/GaAs光电阴极1结构自下而上是由n型GaAs衬底、Si3N4增透膜、Gax1Al1-x1As缓冲层1、Gax2Al1-x2As缓冲层2、p型GaAs发射层、Cs/O激活层组成；缓冲层分为Gax1Al1-x1As缓冲层1和Gax2Al1-x2As缓冲层2，分别采用梯度掺杂和指数掺杂方式，两个缓冲层都是的变Al组分的GaAlAs；该光电探测器的优点在于：实现了宽波段、高精度、高灵敏度、快速响应的光电探测。

Wide band detection photoelectric detector

The invention discloses a wide band detection photoelectric detector and a preparation method thereof, photoelectric detector structure for semi cylindrical, including GaAlAs/GaAs 1, the collection of electronic photo cathode anode 2, glass windows 3, 4, 5, shell packaging base electrode 6 and pin 7, 8; 1 GaAlAs/GaAs photocathode is a bottom-up structure n type GaAs substrate and Si3N4 antireflection film, Gax1Al1-x1As buffer layer and Gax2Al1-x2As buffer layer 2, 1 p GaAs emission layer and the activation of Cs/O layer; the buffer layer is divided into Gax1Al1-x1As 1 buffer layer and Gax2Al1-x2As buffer layer 2, respectively using gradient doping and doping Al index, component GaAlAs two buffer layer are the advantages of; the photoelectric detector is realizes the photoelectric detection of wide band and high accuracy, high sensitivity, fast response.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种宽波段探测的光电探测器，具体涉及一种基于蓝延伸的透射式GaAlAs/GaAs光电阴极的光电探测器结构和制备方法，本专利技术属于光电子

技术介绍
非成像性的光电探测器，主要是根据外光电效应原理工作。基于光电阴极的光电探测器，则是利用光电阴极在光辐射作用下向真空中发射光电子的效应来探测信号。光电探测器在国民经济以及军事等各个领域有广泛的用途。对应于不同的波段，光电探测器有着不同的应用。在可见光以及近红外波段，光电探测器主要应用于射线测量和探测、工业自动控制、光度测量等方面；在红外波段，其主要的用途有导弹制导、红外成像、红外遥感等；在紫外波段，基于紫外光电阴极光电倍增管可以应用在对太阳灶紫外辐射的地面观测以及太阳物理的研究，对低层大气紫外线强度变化的地面观测及其研究，河流中浮游沙的计测，地震发光现象的观测以及临震预报研究等方面；如基于光电阴极的“光电测雹仪”和“光电测晕仪”能分别接收积雨云中闪电的紫外光和高压线圈表面的电晕放电中的紫外光，利用记录到的波谱来鉴别是否是冰雹云和高压线圈的起晕电压，对气象部门指挥人工防雹作业和电气工业部门检测发电机内部线圈的产品质量有重要意义。基于不同波段探测的光电探测器，对不同领域的探测有着重要作用。然而，并没有一种适合所有波段探测的光电探测器。基于蓝延伸的GaAlAs/GaAs光电阴极的宽波长探测范围的光电探测器，能对紫外到红外波段的光进行探测，实现了全波段、高灵敏度的探测。GaAlAs/GaAs光电阴极是在GaAs光电阴极的基础上发展而来，实现了探测波段的蓝延伸，其更高的量子效率与成像分辨力、长寿命、光谱响应更宽等众多优点，尤其适合制备宽波段探测的光电探测器。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，设计了一种基于透射式GaAlAs/GaAs光电阴极的宽波段探测的光电探测器，利用GaAlAs/GaAs光电阴极对蓝绿光敏感、优异的发射性能和长寿命特点，以此实现高效率的宽波段的光电探测技术。具体技术方案如下：一种宽波段探测的光电探测器，包括GaAlAs/GaAs光电阴极、收集电子的阳极、玻璃窗、外壳、封装底座、电极和引脚，所述外壳顶部有开口，所述封装底座和外壳封装抽真空形成密封腔体，所述GaAlAs/GaAs光电阴极和收集电子的阳极结构采用半圆柱面阴极型，所述收集电子的阳极上方设有透明SiO2玻璃制成的玻璃窗，所述玻璃窗在所述外壳开口处与外壳封接，所述电极连接收集电子的阳极，所述引脚连接GaAlAs/GaAs光电阴极，所述电极和引脚伸出于封装底座之外。进一步的，所述GaAlAs/GaAs光电阴极自下而上由n型GaAs衬底、Si3N4增透膜、第一Gax1Al1-x1As缓冲层、第二Gax2Al1-x2As缓冲层、p型GaAs发射层、Cs/O激活层组成。进一步的，所述n型GaAs衬底采用高质量的GaAs(100)衬底，沿着晶向(100)方向对均匀性好的GaAs衬底进行切割。进一步的，所述Si3N4增透膜降低入射到GaAlAs缓冲层的光子的反射率，提高入射光子的高探测效率。进一步的，所述第一Gax1Al1-x1As缓冲层选取P型掺杂的Gax1Al1-x1As，掺杂元素为Zn，掺杂方式为梯度掺杂，x1的变化范围由0.39到0.49，掺杂层数m的变化范围是2~5，掺杂浓度从与Si3N4增透膜界面处的1.0×1015cm-3变化到与第二Gax1Al1-x1As缓冲层界面处的1.0×1017cm-3，形成一个较强的内建电场。进一步的，所述第二Gax2Al1-x2As缓冲层选取P型掺杂的Gax2Al1-x2As，掺杂元素为Zn，掺杂方式为指数掺杂，x2的变化范围由0.49到1.0，掺杂层数n的变化范围是3~8，掺杂浓度从与第一Gax1Al1-x1As缓冲层界面处的1.0×1017cm-3变化到与p型GaAs发射层界面处的1.0×1019cm-3，形成一个很强的内建电场。进一步的，所述p型GaAs发射层掺杂浓度为1.0×1019cm-3，厚度为0.5~1.5um。进一步的，所述Cs/O激活层采用高低温两步激活法制备，标准的加热净化、“yo-yo”激活之后，再来一次温度较低的加热和“yo-yo”激活，Cs/O激活层使阴极达到负电子亲和势状态(NEA)，能够提高阴极灵敏度。与现有的技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的阴极采用透射式GaAlAs/GaAs光电阴极，其采用变掺杂方式对GaAlAs/GaAs结构进行掺杂，缓冲层分缓冲层1和缓冲层2，缓冲层1采用梯度掺杂方式，掺杂浓度从与Si3N4增透膜界面处的1.0×1015cm-3变化到与缓冲层2界面处的1.0×1017cm-3，形成一个较强的内建电场；缓冲层2采用指数掺杂方式，掺杂浓度从与缓冲层1界面处的1.0×1017cm-3变化到与GaAs发射层界面处的1.0×1019cm-3，形成一个很强的内建电场。入射光子激发的光电子在缓冲层形成的内建电场作用下，能够以很快的漂移速度向GaAs发射层输运，而并未影响到长波段探测情况，同时却提高了蓝、紫光波段的探测，实现了蓝延伸，因此基于其的本专利技术实现了宽探测波段，并保证了灵敏度。2、本专利技术的光电阴极通过改变GaAlAs/GaAs结构中缓冲层的Ga组分x1、x2的含量，同时对应的Al组分也相应改变，缓冲层1中Ga组分的含量由与Si3N4增透膜界面处的0.39变化到与缓冲层2界面处的0.49，缓冲层2中Ga组分的含量由与缓冲层1界面处的0.49变化到与GaAs发射层界面处的1.0，降低了GaAs衬底与GaAs发射层之间的位错，改善了界面特性，降低了缓冲层与发射层界面的光电子复合速率，提高了GaAlAs/GaAs光电阴极的量子效率，因此实现了本专利技术的高精度、高灵敏度、快速响应的探测。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术中透射式GaAlAs/GaAs光电阴极结构示意图；图3为本专利技术中透射式GaAlAs/GaAs光电阴极的量子效率实验曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术的整体结构示意图，包括GaAlAs/GaAs光电阴极1、收集电子的阳极2、玻璃窗3、外壳4、封装底座5、电极6和引脚7、8。所述外壳4顶部有开口，所述封装底座5和外壳4封装抽真空形成密封腔体，所述GaAlAs/GaAs光电阴极1和收集电子的阳极2结构采用半圆柱面阴极型，所述收集电子的阳极2上方设有透明SiO2玻璃制成的玻璃窗3，所述玻璃窗3在所述外壳4开口处与外壳4封接，所述电极6连接收集电子的阳极2，所述引脚7和8连接GaAlAs/GaAs光电阴极1，所述电极6和引脚7、8伸出于封装底座之外。图2为本专利技术中透射式GaAlAs/GaAs光电阴极结构示意图。整体结构自下而上是由n型GaAs衬底、Si3N4增透膜、第一Gax1Al1-x1As缓冲层、第二Gax2Al1-x2As缓冲层、p型GaAs发射层、Cs/O激活层组成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽波段探测的光电探测器，包括GaAlAs/GaAs光电阴极（1）、收集电子的阳极（2）、玻璃窗（3）、外壳（4）、封装底座（5）、电极（6）和引脚（7、8），其特征在于：所述外壳（4）顶部有开口，所述封装底座（5）和外壳（4）封装抽真空形成密封腔体，所述GaAlAs/GaAs光电阴极（1）和收集电子的阳极（2）结构采用半圆柱面阴极型，所述收集电子的阳极（2）上方设有透明SiO2玻璃制成的玻璃窗（3），所述玻璃窗（3）在所述外壳（4）开口处与外壳（4）封接，所述电极（6）连接收集电子的阳极（2），所述引脚（7、8）连接GaAlAs/GaAs光电阴极（1），所述电极（6）和引脚（7、8）伸出于封装底座之外。

【技术特征摘要】
1.一种宽波段探测的光电探测器，包括GaAlAs/GaAs光电阴极（1）、收集电子的阳极（2）、玻璃窗（3）、外壳（4）、封装底座（5）、电极（6）和引脚（7、8），其特征在于：所述外壳（4）顶部有开口，所述封装底座（5）和外壳（4）封装抽真空形成密封腔体，所述GaAlAs/GaAs光电阴极（1）和收集电子的阳极（2）结构采用半圆柱面阴极型，所述收集电子的阳极（2）上方设有透明SiO2玻璃制成的玻璃窗（3），所述玻璃窗（3）在所述外壳（4）开口处与外壳（4）封接，所述电极（6）连接收集电子的阳极（2），所述引脚（7、8）连接GaAlAs/GaAs光电阴极（1），所述电极（6）和引脚（7、8）伸出于封装底座之外。
2.如权利要求1所述的宽波段探测的光电探测器，其特征在于：所述GaAlAs/GaAs光电阴极（1）自下而上由n型GaAs衬底、Si3N4增透膜、第一Gax1Al1-x1As缓冲层、第二Gax2Al1-x2As缓冲层、p型GaAs发射层、Cs/O激活层组成。
3.如权利要求2所述的宽波段探测的光电探测器，其特征在于：所述n型GaAs衬底采用高质量的GaAs(100)衬底，沿着晶向(100)方向对均匀性好的GaAs衬底进行切割。
4.如权利要求2所述的宽波段探测的光电探测器，其特征在于：所述Si3N4增透膜降低入射到GaAlAs缓冲层的光子的反射率，提高入射光子的高探测效率。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，苏玲爱，徐珍宝，何敏游，魏来，汪旭辉，尹琳，杨凯，邹细勇，石岩，孟彦龙，张淑琴，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33