漂移型非晶硅光电阴极制造技术

漂移型非晶硅光电阴极由基片１、透明导电膜２、ｎ—ｐ型非晶硅膜、铝或银膜、铯氧敏化层组成。本发明专利技术量子效率容易超过扩散型非晶硅光电阴极两个数量级，经过精心的制备可以大幅度提高量子效率，应用在光电倍增管，象增强管等光电器件中。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于光电阴极，特别是在可见光范围内的光电阴极。在可见光范围内，现有的光电阴极量子效率很低;因为它们都是膜层内没有漂移场的扩散型阴极。光吸收和光电导性都非常好的非晶硅材料，由于扩散长度极短，光电发射的量子效率底至10-4以下。见H.Schade，J.Pankove，Surface Science，89(1979)，643.本专利技术的目的是在可见光范围内提高光电阴极的量子效率。附图说明图1为光电阴极的结构图。图中1为基片，2为透明导电膜，3为n型非晶硅膜，4为p型非晶硅膜，5为金属导电层，6为铯-氧表面层。本专利技术的主要特点是在基片1上涂复透明导电膜2，在透明导电膜上沉积n-p型非晶硅膜3和4，在p型非晶硅膜4上蒸涂铝或银膜5，在铝或银膜上复盖铯氧敏化层6，图2为具有偏压v的光电阴极能带图。图3是光电阴极的制备简图。下面简述本专利技术的原理。借助电场的光电阴极叫漂移型光电阴极。在漂移场中电子定向运动至复合前的距离叫漂移长度，它是电子迁移率，寿命和电场之积。漂移长度与扩散长度类似，但材料的扩散长度几乎是固定的，且较小。而漂移长度是可以调节电场来改变，且容易得到很大的值。非晶硅材料在105v/cm的电场下，漂移长度可达103μm以上;这就是说激发的光电子几乎都能越过阴极膜层而无损失，克服了它的扩散长度极短的困难。在高电场下，非晶硅材料中还有电荷放大效应，其增益为漂移长度与膜厚之比;这个数值可以相当大，可达103-105。在非晶硅材料表面用铯和氧敏化，可以大大降低表面逸出功，甚至形成负电子亲合势(NEA)表面，十分有利于光电发射。设计漂移型非晶硅光电阴极时，必须考虑(1)如何获得漂移场，(2)如何获得NEA表面。本专利技术的结构示于图1，它由基片1，透明导电膜2，n-p型非硅膜3和4，铝(或银)膜5和铯-氧表面层组成。此结构将n型非晶硅膜夹于透明导电膜和铝膜之中，组成夹心结构。以透明导电膜为负极，铝膜为正极加偏压7，可以提供很高的漂移场。为了有利于光电发射，非晶硅膜制成n-p结构。n型非晶硅膜有很好的光敏性;p型非晶硅膜有较低的费米能级，它与AL/Cs2O组合可以得到更低的表面逸出功。关于这种阴极的能带结构分析如下。非晶硅膜的带隙宽Eg约为1.7ev，n型的费米能级距价带顶约0.9ev，距导带底约0.8ev;p型的费米能级距价带顶约0.4ev，距导带底约1.3ev.制备良好的AL/Cs2O的最小位垒高度EA约为1.0ev.因此真空能级vl可低于p型非晶硅的导带底约0.3ev，而形成NEA表面。图2便是具有偏压V的这种结构的能带图。当光照射这种阴极的基片1或表面6时，光电子主要在n-型非晶硅膜3中产生，并在铝膜5，非晶硅膜3和4、透明导电膜2组成的夹心结构的漂移场中得到加速，并获得很高的电荷放大增益达到铝电极，然后遂道穿过簿铝膜5(大约有1/3的光电子能穿过铝膜)，几乎无阻碍地进入真空中。因此这种光电阴极有很高的量子效率。本专利技术的一个实施例如下。由图1知，首先将透明导电膜2涂复在基片1上。透明导电膜2的材料可以是SnO2、ITO或薄金属膜。基片1的材料是透光材料或金属片。所说的透光材料一般是玻璃、石英或宝石。然后在辉光放电系统中将非晶硅膜沉积在透明导电膜上，基底温度200-300℃。它是两层结构，用放电分解硅烷制得的膜呈n-型，厚度为0.3-1.5μm;然后分解硅烷和二甲硼烷混合气体(混合比约为0.1%)制得的膜呈p型，厚度为0.1-0.5μm。然后进行光电阴极制备，制备装置如图3所示，首先将这种复非晶硅膜的基片10放在离子真空泵11上制备装置12中抽空，在200-300℃的温度下烘烤5小时至24小时，待真空度达到10-9-10-10mmHg后用蒸发器9将铝或银膜5蒸发在p型非晶硅膜4上。铝膜或银膜必须很簿，厚度为50-200A，以便使激发并漂移来的光电子能遂道穿过它而损失较小。当然也不能太簿，使它失去电极的价值。按图3的结构接好光电导偏压电源7和光电发射偏压电源14。光电导偏压可以调节，从0到30V;光电发射偏压约150V，以能使光电发射达到饱和为准。用白炽灯光18照射阴极的基片1或表面5，加热铯产生器10或银管17，交替引入铯和氧，敏化阴极表面，获得铯一氧敏化层6，并同时用检流计16和15分别测量从铝膜5得到的光电导电流ipc和从阳极8收集到的光电发射电流ipe.当光电发射电流ipe达到最大值，并且ipe/ipe值也同时达到最大值时，表明表面敏化良好，制备工艺便结束按本专利技术的原则制备的非晶硅光电阴极，量子效率容易超过扩散型非晶硅光电阴极两个数量级。仔细地制备，还能有更大幅度的提高，应用在光电倍增管，象增强管等各种光电器件中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
漂移型非晶硅光电阴极其特征是在基片１上涂复透明导电膜２，在透明导电膜上沉积ｎ—ｐ型非晶硅膜３和４，在Ｐ型非晶硅膜４上蒸涂铝或银膜５，在铝或银膜５上复盖钯一氧敏化层６。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.漂移型非晶硅光电阴极其特征是在基片1上涂复透明导电膜2，在透明导电膜上沉积n-p型非晶硅膜3和4，在P型非晶硅膜4上蒸涂铝或银膜5，在铝或银膜5上复盖铯一氧敏化层6。2.按权利要求1所述的光电阴极其特征是n型非晶硅膜的厚度为0.3-1.5μm，P型非晶硅膜的厚度为0.1-0.5μm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：海宇涵，陈远星，臧宝翠，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]