Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极制造技术

本发明专利技术涉及一种Al组分梯度渐变的透射式GaAlAs阴极，对蓝绿光敏感；该阴极自下而上由Corning 7056

Blue and green sensitive transmission GaAlAs cathode with graded gradient of Al component

The present invention relates to a Al component gradient transmission type GaAlAs cathode, sensitive to blue and green light; the cathode from Corning 7056

【技术实现步骤摘要】
Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极
本专利技术涉及蓝绿光探测材料技术，具体涉及一种Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极。
技术介绍
海水是蓝绿光的良好窗口，研究蓝绿光敏感的新型真空光电探测器件对我国海洋应用领域的水下探测、水下成像、海底通信等方面有着重要意义。目前，国外技术发达国家在海洋探测等领域应用的探测器件是以蓝延伸GaAs光电阴极为核心的微光像增强器。美国目前报道的最高性能蓝延伸GaAs光电阴极是ITT公司研制，在532nm处能达到200mA/W，量子效率大于40％。我国应用的探测器件所使用的是Na2KSb-Cs光电阴极，其在532nm处接近70mA/W，量子效率为16％。我国目前实验室研制的蓝延伸阴极在532nm处光谱响应是110mA/W，量子效率为25％，该器件还未在海洋探测、海洋通信、海底成像领域得到应用，国内外差距明显。以上所述的均为宽光谱响应的传统光电阴极，具有阴极响应波段宽、窄带响应噪声大、不能全天候使用等问题。国内南京理工大学对窄带响应的透射式GaAlAs光电阴极进行了研究，研制了一种具有高Al组分GaAlAs发射层光电阴极，其光谱响应窄，峰值响应在532nm附近，但是其量子效率低，只有1.9％，主要原因在于Al组分较高(Al＝0.63)的GaAlAs材料为间接带隙，消光系数小，对可见光波段光子吸收能力弱，产生的光电子数目少，同时电子扩散长度低。针对高Al组分GaAlAs光电阴极存在的问题，若设计低Al组分的GaAlAs作为发射层，理论上可增加光子的吸收数量从而产生更多的光电子。但是由于GaAlAs材料中电子扩散长度较低，不能保证光电阴极体内产生的电子能完全输运到表面。此外，与GaAs材料相比，GaAlAs材料中的Al组分容易氧化，Al组分越高，表面氧化就越严重，在超高真空装置中难以完全去除Al的氧化物。因此，上述存在的问题对阴极的结构设计、材料生长及超高真空制备技术都提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极。实现本专利技术目的的技术方案为：一种Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，该阴极自下而上由Corning7056#玻璃基底、SiO2保护层、Si3N4增透层、Ga1-x1Alx1As窗口层、Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层以及Cs/O激活层组成。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)本专利技术采用Al组分含量分别为x1的Ga1-x1Alx1As发射层和x2的Ga1-x2Alx2As控制光电阴极的响应波段，使透射式GaAlAs光电阴极对蓝绿光波敏感；同时各相邻两个GaAlAs层的Al组分相差不大，减小了两个发射材料之间的生长界面应力，从而提高GaAlAs光电阴极的界面特性，降低光电子的界面复合速率，最终提高阴极光电发射的量子效率；(2)Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层采用由内表面到外表面Al组分由高到低的梯度渐变结构来设计，利用这种Al组分梯度渐变方式在光电阴极体内发射层中产生促进光电子向表面输运的内建电场。这样所述GaAlAs光电阴极发射层形成由体内到表面由高到低渐变的能带结构，使发射层光电子以漂移加扩散两种方式运动，从而增大到达表面的光电子数目，提高光电阴极量子效率；(3)基于Ga1-xAlxAs三元化合物Al/Ga组分控制技术、III-V族化合物材料外延技术、光电阴极组件制备技术和超高真空激活技术，制备出蓝绿光敏感的负电子亲和势透射式GaAlAs光电阴极，结合电子倍增器件构成蓝绿光探测器，可应用于海洋探测、海底成像等领域。附图说明图1是本专利技术Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs光电阴极的结构示意图。图2是本专利技术实施例中Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs光电阴极外延材料结构示意图。图3本专利技术实施例中Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs光电阴极相对光谱响应曲线图。具体实施方式结合图1，一种Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，该阴极自下而上由Corning7056#玻璃基底1、SiO2保护层2、Si3N4增透层3、Ga1-x1Alx1As窗口层4、Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5以及Cs/O激活层6组成。进一步的，所述Corning7056#玻璃基底1总厚度为4-6mm。进一步的，所述SiO2保护层2总厚度为100～200nm。进一步的，Si3N4增透层3总厚度为50～150nm。进一步的，所述Ga1-x1Alx1As窗口层4的Al组分为x1，0.75≤x1≤0.90；所述Ga1-x1Alx1As窗口层4的总厚度为40～1000nm。进一步的，所述Ga1-x1Alx1As窗口层4采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn或Be，于金属有机化合物气相外延法MOCVD生长光电阴极材料时，掺杂原子为Zn，对于分子束外延法MBE生长光电阴极材料时，掺杂原子为Be，掺杂浓度在5.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3之间。进一步的，所述Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5的Al组分为x2，0.25≤x2≤0.70；所述Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5由n个p型Ga1-xAlxAs外延材料构成的单元层组成，n≥2，每个单元层厚度为40～1000nm，Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5的总厚度为100～3000nm；所述n个单元的掺杂原子为Zn或Be，掺杂浓度在5.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3之间，由下向上各层的Al组分由内表面到外表面满足0.70≥Al1>Al2>……>Aln≥0.25。进一步的，所述Cs/O激活层6通过超高真空激活工艺紧密吸附在p型Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5的表面上。超高真空是指真空度≤5×10-8Pa的真空。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细地说明。实施例图1为本专利技术中Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs光电阴极的结构示意图。GaAlAs光电阴极自下而上由Corning7056#玻璃基底1、SiO2保护层2、Si3N4增透层3、Ga1-x1Alx1As窗口层4、Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5以及Cs/O激活层6组成。图2是本实施例中的Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs光电阴极外延材料结构示意图。基于透射式GaAs光电阴极的“反转结构”模式，参见“G.A.AntypasandJ.Edgecumbe.Glass-sealedGaAs-AlGaAstransmissionphotocathode,Appl.Phys.Lett.1975,26:371-372”，透射式GaAlAs光电阴极材料结构也采用该模式进行外延材料结构进行设计，在高质量(位错密度≤100cm-2)GaAs(100)衬底7上，通过MBE生长p型Ga0.3Al0.7As阻挡层8和p型GaAs阻挡层9，然后依次生长Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层5和恒定Al组分的Ga1-x1Alx1As窗口层4，最后在Ga1-x1Alx1As窗口层4上面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，其特征在于，该阴极自下而上由Corning 7056

【技术特征摘要】
1.一种Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，其特征在于，该阴极自下而上由Corning7056#玻璃基底(1)、SiO2保护层(2)、Si3N4增透层(3)、Ga1-x1Alx1As窗口层(4)、Al组分梯度渐变的Ga1-x2Alx2As发射层(5)以及Cs/O激活层(6)组成。2.根据权利要求1所述的Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，其特征在于，所述Corning7056#玻璃基底(1)总厚度为4-6mm。3.根据权利要求1所述的Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，其特征在于，所述SiO2保护层(2)总厚度为100～200nm。4.根据权利要求1所述的Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，其特征在于，Si3N4增透层(3)总厚度为50～150nm。5.根据权利要求1所述的Al组分梯度渐变的蓝绿光敏感透射式GaAlAs阴极，其特征在于，所述Ga1-x1Alx1As窗口层(4)的Al组分为x1，0.75≤x1≤0.90；所述Ga1-x1Alx1As窗口层(4)的总厚度为40～1000nm。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫龙，唐光华，徐鹏霄，戴丽英，杨佩佩，钟伟俊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32