光电阴极制造技术

本发明专利技术涉及一个具有这样一种结构的光电阴极，它能够使低温时辐射灵敏度的下降得到抑制，从而改善信噪比。在该光电阴极中，一个光吸收层形成在衬底的上层。一个电子发射层形成在该光吸收层的上层。一个条纹状的接触层形成在该电子发射层的上层。由金属组成的一个表面电极形成在该接触层的表面。该接触层里的栅栏间距被调整为等于或大于０．２μｍ，且等于或小于２μｍ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个光照射下发射光电子的光电阴极(光电子发射表面)。
技术介绍
一个光电阴极由在半导体上形成的光吸收层和电子发射层构成的，而如何在这些光吸收层和电子发射层之间施加电场的方法已经在某些文档中被揭示，例如，日本专利第2923462号(参考1)。这种光电阴极包含一个由InP构成的衬底，在衬底的上层形成一个由2μm厚的InGaAs构成的光吸收层，同时在光吸收层之上形成一个0.7μm厚的P型InP电子发射层。接下来，由一N型InP层和一个为N型InP层提供电势的钛金属层组成的网状电极形成在P型InP电子发射层上。在N型InP层和P型InP电子发射层之间以及后者和光吸收层之间形成一个P-N结。电场通过电源、电线和由AuZn组成的电极施加在光吸收层和电子发射层之间。在这个光电阴极里，网状电极有2μm宽度和4μm的电极间距。氧化铯涂在P型InP电子发射层表面的裸露部分，以降低P型InP电子发射层表面的逸出功。该光电阴极被真空密封在一个开有光线入射窗的容器内。接着，光电阴极发射出的电子到达一个集电极。
技术实现思路
专利技术人详细研究过传统的光电阴极，结果发现存在以下的问题。那就是，在传统的光电阴极中，它需要实现一个好的辐射灵敏度(光电灵敏度)，且同时要防止信号中的信噪比降低。然而，参考1中所揭示的光电阴极在低温时存在一个问题。一般而言，由于光电阴极发射表面的暗电子发射主要是由热电子发射引起的，因此光电阴极温度的降低会使信噪比提高。然而，光电阴极温度的降低也会导致辐射灵敏度的降低。图1所示的是一传统光电阴极的辐射灵敏度随温度变化的曲线图。在图1中，曲线G100表示温度为-100℃时的辐射灵敏度，曲线G110表示温度为-80℃时的辐射灵敏度，曲线G120表示温度为-120℃时的辐射灵敏度，曲线G130表示温度为-140℃时的辐射灵敏度，曲线G140表示温度为-160℃时的辐射灵敏度。从图1中可以看到，随着光电阴极温度的降低，光电阴极的辐射灵敏度也从长波一侧开始迅速降低。也就是说，光电阴极温度的降低会引起辐射灵敏度的降低由此使光电阴极的冷却受到限制，由于这个问题的存在因此也就阻止了信噪比的提高。本专利技术的设计正是为了解决上述问题。本专利技术的目标是提供一种光电阴极，该光电阴极能在低温时抑制辐射灵敏度的降低，从而使信噪比能够提高。为了解决上述问题，本专利技术人做了大量的研究努力，并且通过调整光电阴极的各种参数来进行后面提到的实验。最终，专利技术人发现了这样一些固有参数的范围，当光电阴极的这些固有参数设置在这些范围内时，即使在很低的温度下辐射灵敏度的降低也能得到抑制。这些实验使本专利技术得以完成。如本专利技术所述的光电阴极是一个光照射下发射电子的光电阴极，包含一个第一导电型的半导体衬底、一个第一导电型的第一半导体层、一个第一导电型的第二半导体层、一个第二导电型的第三半导体层、一个表面电极、一个活跃层、一个背面电极。该半导体衬底具有一个第一表面以及与第一表面相对的一个第二表面。该第一半导体层位于半导体衬底的第一表面之上。第二半导体层也位于该半导体衬底的第一表面之上。该第三半导体层位于第二半导体层之上，且具有一个形状导致第二半导体层的表面的局部是裸露的。表面电极位于第三半导体层之上。活跃层的作用是降低第二半导体层的逸出功，它位于第二半导体层表面的裸露部分之上。背面电极位于半导体衬底的第二表层之上。尤其是，在光电阴极中，第三半导体层中相互面对面地将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L是大于等于0.2μm(＝0.2*10-6m)，且小于等于2μm(＝2*10-6m)。换句话说，从第三半导体层到第二半导体层表面裸露部分的中心的最短距离L是大于或者等于0.1μm(＝0.1*10-6m)，并且小于或者等于1μm(＝1*10-6m)。如上所述，如本专利技术所述的光电阴极里，该第三半导体层相互面对地且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L被设置为等于或者大于0.2μm，且等于或者小于2μm。就如后面在本专利技术实施例的实验说明中所描述的那样，这样就使辐射灵敏度的降低在低温时得到了抑制。因此，即使由于光电阴极冷却而引起温度下降时，辐射灵敏度的下降仍能在很大的程度上得以避免。这就使光电阴极信噪比得以提高。本专利技术可以用这样的方法实现，施加在表面电极和背面电极上的电压值V被该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L整除，其结果是等于或者大于2(V/μm)。换句话来说，V/L的值等于或者大于4(V/μm)。本专利技术可以用这样的方法实现，第二半导体层的厚度D(m)、该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L(m)、第二半导体层的载流子密度N(m3)和施加于表面电极和背面电极之间的电压V(V)满足以下的关系式(1)D2+L2≤3.0(1+V)×109/N…(1)。本专利技术可以用这样的方法实现，第二半导体层的厚度D(m)、该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L(m)和施加于表面电极和背面电极之间的电压V(V)满足以下的关系式(2)D2+L2≤6.0(1+V)×10-13…(2)。本专利技术可以用这样的方法实现，该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L(m)、第二半导体层的载流子密度N(m3)和施加于表面电极和背面电极之间的电压V(V)满足以下的关系式(3)L2≤3.0(1+V)×109/N…(3)。本专利技术可以用这样的方法实现，该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L(m)和施加于表面电极和背面电极之间的电压V(V)满足以下的关系式(4)L2≤6.0(1+V)×10-13…(4)。本专利技术可以用这样的方法实现，第二半导体层的厚度D(m)、该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L(m)和第二半导体层的载流子密度N(m3)满足以下的关系式(5)D2+L2≤3.3×1010/N…(5)。本专利技术可以用这样的方法实现，第二半导体层的厚度D(m)和该第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L(m)满足以下的关系式(6)D2+L2≤6.6×10-12…(6)。通过下文给出的详细描述和附图本专利技术将得到更充分的理解，下文的详述和附图仅仅作为举例说明而并非是对本专利技术的限定。通过下文给出的详细描述，本专利技术更大的适用范围将会是显而易见的。然而，应该理解的是，在说明本专利技术的优选实施例时，这些详细描述和具体的例子仅仅是作为例证，因为根据本专利技术的详细描述，在本专利技术精神和范围内进行的各种改变和修改对于本领域的普通技术人员而言都是显而易见的。附图说明图1所示的是一个随温度而变化的传统光电阴极的辐射灵敏度(光电子灵敏度)的曲线图；图2所示的是根据本专利技术实施例所述的一个完整光电阴极的透视图；图3所示的是图1所示光电阴极的横截面图；图4所示的是根据本专利技术的一个随温度而变化的光电阴极辐射灵敏度(光电子灵敏度)的曲线图；图5所示的是施加于光电阴极的电压和光电子发射灵敏度(-160℃的灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光照射后会发射电子的光电阴极，其特征在于，包括：一个第一导电型的半导体衬底，所述半导体衬底具有一个第一表面和一个与第一表面相对的第二表面；一个构建在所述半导体衬底的第一表面之上的第一导电型的第一半导体层；一个构建在所述第一半导体层之上的第一导电型的第二半导体层；一个构建在所述第二半导体层之上的第二导电型的第三半导体层，所述的第三半导体层具有一个形状导致所述的第二半导体层的表面的一部分裸露；一个构建在所述第三半导体层之上的表面电极；一个构建在所述第二半导体层的表面裸露部分之上的活跃层，目的是降低所述第二半导体层的逸出功；和一个构建在所述半导体衬底第二表面之上的背面电极；其中，施加在所述表面电极和所述背面电极之间的电压值Ｖ除以所述第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距２Ｌ，结果等于或者大于２（Ｖ／μｍ）。

【技术特征摘要】
JP 2002-11-14 2002-3311421.一种光照射后会发射电子的光电阴极，其特征在于，包括一个第一导电型的半导体衬底，所述半导体衬底具有一个第一表面和一个与第一表面相对的第二表面；一个构建在所述半导体衬底的第一表面之上的第一导电型的第一半导体层；一个构建在所述第一半导体层之上的第一导电型的第二半导体层；一个构建在所述第二半导体层之上的第二导电型的第三半导体层，所述的第三半导体层具有一个形状导致所述的第二半导体层的表面的一部分裸露；一个构建在所述第三半导体层之上的表面电极；一个构建在所述第二半导体层的表面裸露部分之上的活跃层，目的是降低所述第二半导体层的逸出功；和一个构建在所述半导体衬底第二表面之上的背面电极；其中，施加在所述表面电极和所述背面电极之间的电压值V除以所述第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距2L，结果等于或者大于2(V/μm)。2.如权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，其中，当所述第二半导体层的厚度为D，所述第三半导体层相互面对的且将第二半导体层表面裸露部分夹在中间的部分之间的最小间距为2L，所述第二半导体层的载流子密度为N，且施加在所述表面电极和所述背面电极之间的电压是V时，所述光电阴极满足以下关系式D2+L2≤3.0(1+V)×109/N。3.如权利要求1所述的光电阴极，其特征在于，其中，当所述第二半导体层的厚度为D...

【专利技术属性】
技术研发人员：广畑徹，新垣实，望月智子，山田正美，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]