一种具备高发射电流效率的电注入阴极制造技术

一种具备高发射电流效率的电注入阴极，其中，n型GaAs衬底上表面依次生长有n型变带隙AlGaAs层、n型AlGaAs层、p型AlGaAs层、p型变带隙AlGaAs层及p型GaAs层，p型GaAs层上利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积有SiO

A cathode with high emission current efficiency

【技术实现步骤摘要】
一种具备高发射电流效率的电注入阴极
本技术涉及电子发射
，尤其涉及一种具备高发射电流效率的电注入阴极。
技术介绍
负电子亲和势GaAs光阴极由于具有量子效率高、长波响应好，通过控制驱动激光的时间和空间结构可轻松控制电子束流结构等众多优点，在微光像增强器、电子加速器和同步辐射光源等重要领域中得到了广泛应用。尤其是随着电子加速器技术的进步，对于束流品质的要求越来越高，特别是高自旋极化率、高流强、高亮度和低发射度的电子束流，只有GaAs光阴极能满足要求，因而在托马斯-杰斐逊国家加速器实验室、斯坦福直线加速器中心等单位都得到重要应用。但GaAs光阴极在产生高流强、高亮度的电子束流时，需要大功率驱动激光，但大功率激光照射光阴极表面会加速破坏光阴极表面Cs-O激活层的稳定性，导致光阴极寿命缩短。GaAs光阴极需要通过光照来激发产生电子束，激光照射是影响阴极寿命及束流强度的重要因素，为了消除激光的影响，公开号为CN109449068A的中国专利中提出了一种负电子亲和势变带隙AlGaAs/GaAs电注入阴极，可在无需激光照射下发射电子束，是电子发射领域的重要进展，但其发射电流效率还是不太高，且刻蚀和电极制备工艺比较复杂，因而改进这种电注入阴极结构，使其易于实现，从而提高发射电流效率具有积极意义。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题在于提供一种具备高发射电流效率的电注入阴极，以解决上述
技术介绍
中的问题。本技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种具备高发射电流效率的电注入阴极，包括n型GaAs衬底，其中，n型GaAs衬底上表面依次生长有n型变带隙AlGaAs层、n型AlGaAs层、p型AlGaAs层、p型变带隙AlGaAs层及p型GaAs层，并在p型GaAs层上利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积有SiO2绝缘层，同时在被刻蚀掉部分SiO2绝缘层的p型GaAs层上生成有用于形成驱动电极的发射区域，且发射区域中未被驱动电极覆盖的p型GaAs层表面则为用于形成Cs-O激活层的阵列电子发射面；n型GaAs衬底下表面形成有提供电子的电极。在本技术中，穿过p型AlGaAs层中性区的电子以扩散方式注入至p型变带隙AlGaAs层中。在本技术中，在发射区域利用电子束蒸发技术依次沉积Ti/Pt/Au金属，形成驱动电极。在本技术中，利用电子束蒸发技术在n型GaAs衬底下表面依次沉积Ni/Ge/Au金属，形成提供电子的电极。有益效果：1）本技术与公开号为CN109449068A专利中的阴极相比，无需精确控制刻蚀变带隙AlGaAs/GaAs阵列发射层，使得电注入阴极的结构更简单，更易于实现；2）本技术与公开号为CN109449068A专利中的阴极相比，发射电流效率显著提高，可实现一种高发射电流效率的电注入阴极。附图说明图1为本技术的较佳实施例的结构示意图。图2为本技术的较佳实施例的发射电流效率随PN结正偏驱动电压变化曲线对比示意图。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本技术。参见图1的一种具备高发射电流效率的电注入阴极，包括n型GaAs衬底1、n型变带隙AlGaAs层2、n型AlGaAs层3、p型AlGaAs层4、p型变带隙AlGaAs层5、p型GaAs层6、SiO2绝缘层7、驱动电极8、提供电子的电极9及Cs-O激活层10，其中，n型GaAs衬底1上表面依次生长有n型变带隙AlGaAs层2、n型AlGaAs层3、p型AlGaAs层4、p型变带隙AlGaAs层5、p型GaAs层6，p型GaAs层6上利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积有SiO2绝缘层7，同时在被刻蚀掉部分SiO2绝缘层7的p型GaAs层6上生成有用于形成驱动电极8的发射区域，且发射区域中未被驱动电极8覆盖的p型GaAs层6表面则为用于形成Cs-O激活层10的阵列电子发射面；同样利用电子束蒸发技术在n型GaAs衬底1下表面依次沉积Ni/Ge/Au金属，以形成提供电子的电极9。制作流程为：采用金属有机物化学气相沉积技术在n型GaAs衬底1上表面依次生长n型变带隙AlGaAs层2、n型AlGaAs层3、p型AlGaAs层4、p型变带隙AlGaAs层5、p型GaAs层6；再在p型GaAs层6上利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积有SiO2绝缘层7；而后通过反应离子刻蚀技术刻蚀掉部分SiO2，以在p型GaAs层6上生成发射区域，再利用电子束蒸发技术依次沉积Ti/Pt/Au金属，形成驱动电极8，而发射区域中没有被驱动电极8覆盖的p型GaAs层6表面则为阵列电子发射面；同样利用电子束蒸发技术在n型GaAs衬底1下表面依次沉积Ni/Ge/Au金属，以形成提供电子的电极9；最后在超高真空系统中进行Cs/O激活，在阵列电子发射面上形成一层Cs-O激活层10，最终获得负电子亲和势电注入阴极；通过在驱动电极8与提供电子的电极9上施加电压，使阴极结构内的PN结正偏，电子以扩散方式穿过p型AlGaAs层4的中性区，注入至p型变带隙AlGaAs层5中，并在p型变带隙AlGaAs层5中的内建电场作用下向阵列电子发射面漂移后，隧穿Cs-O激活层10发射至真空，从而实现电注入阴极的电子发射。图2为本技术与公开号为CN109449068A中国专利中按较佳实施例参数，仿真得到的发射电流效率随PN结正偏驱动电压变化的曲线图，可看出本技术中阴极的发射电流效率明显大于公开号为CN109449068A中国专利中阴极的发射电流效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种具备高发射电流效率的电注入阴极，包括n型GaAs衬底，其特征在于，n型GaAs衬底上表面依次生长有n型变带隙AlGaAs层、n型AlGaAs层、p型AlGaAs层、p型变带隙AlGaAs层及p型GaAs层，并在p型GaAs层上利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积有SiO

【技术特征摘要】
1.一种具备高发射电流效率的电注入阴极，包括n型GaAs衬底，其特征在于，n型GaAs衬底上表面依次生长有n型变带隙AlGaAs层、n型AlGaAs层、p型AlGaAs层、p型变带隙AlGaAs层及p型GaAs层，并在p型GaAs层上利用等离子体增强化学气相沉积技术沉积有SiO2绝缘层，同时在被刻蚀掉部分SiO2绝缘层的p型GaAs层上生成有用于形成驱动电极的发射区域，且发射区域中未被驱动电极覆盖的p型GaAs层表面则为用于形成Cs-O激活层的阵列电子发射面；n型GaAs衬底下表面形成有提供电子的电极。
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【专利技术属性】
技术研发人员：邹继军，夏聚洋，彭新村，邓文娟，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：新型
国别省市：江西;36