提高量子产率的光电阴极制造技术

本发明专利技术涉及一种电磁辐射检测器，包括用于接收入射光子流的入口窗口(310)和半导体层形式的光电阴极(320)。在入口窗口的下游面(312)上沉积导电层(316)，并且在导电层(316)和半导体层(320)之间设置薄介电层(317)。导电层的电势低于半导体层的电势，以将光电子驱逐出复合区域，从而提高光电阴极的量子产率。从而提高光电阴极的量子产率。从而提高光电阴极的量子产率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提高量子产率的光电阴极


[0001]本专利技术涉及光电阴极的一般领域，例如用于图像增强器或光电倍增管的光电阴极。

技术介绍

[0002]电磁辐射检测器，例如图像增强管或光电倍增管，允许通过将电磁辐射转换成光或电输出信号来检测一个给定光谱带中的电磁辐射。
[0003]通常，这些检测器包括用于接收电磁辐射并发射光电子通量作为响应的光电阴极，用于接收所述光电子通量并发射所谓二次电子通量作为响应的电子倍增器装置，以及最后用于接收所述电子通量并将其转换为输出信号的输出装置。
[0004]图1表示从现有技术中已知的电磁辐射检测器。
[0005]如图所示，这种检测器100包括通常为玻璃的透明材料制成的入口窗口110，其用作由半导体材料制成的光电发射层或光电阴极120的支撑。入口窗口具有用于接收入射光子通量的正面111和与正面相对的背面112。光电发射层包括与入口窗口的背面接触的上游面(upstream face)121和发射光电子的下游面(downstream face)122。
[0006]光电阴极相对于施加在电子倍增器装置130上的电位被设置为负电位，电子倍增器装置本身相对于施加在例如荧光屏或CCD阵列的输出装置140处的电位处于负电位。
[0007]撞击在正面111上的光子穿过透明窗口110并穿透到光电发射层120，如果光子具有高于半导体材料的带隙宽度的能量，则光子在光电发射层120处产生电子
‑
空穴对。在被电子倍增器装置130倍增并被输出装置140转换成光或电信号之前，光电子向在真空中发射光电子的光电阴极下游面122迁移。
[0008]光电阴极的量子产率通常定义为光电阴极发射的光电子数与接收的光子数之比。光电阴极的量子产率是检测器的重要参数，它决定了检测器的灵敏度和信噪比。特别地，它取决于入射光子的波长和光电发射层的厚度。
[0009]由于光电阴极120和透明窗口110之间的界面处存在缺陷，量子产率可能显著降低。更具体地，这些缺陷产生表面态，用于捕获在光电阴极中产生的光电子。以这种方式捕获的光电子不能再向光电阴极的下游面迁移，因此不会对由光电阴极发射的光电子产生的光电流有贡献。
[0010]这种光电阴极量子产率的恶化在小波长下尤其明显。实际上，具有较高能量的光子在光电阴极内沿着它们的路径更早地与半导体相互作用。因此，这些光子产生的光电子更有可能被束缚在界面处。
[0011]为了克服这种量子产率的恶化，已经提出在入口窗口和光电阴极之间的界面处引入半导体材料的中间层，其具有比光电阴极的带隙更宽的带隙。因此，例如，如果光电阴极由诸如p
‑
型GaAs的III
‑
V族半导体材料制成，则可以在界面处引入p
‑
型GaAlAs的中间层。如图2的能带图所示，GaAlsAs相对于GaAs的更宽的带隙宽度在光电阴极侧产生向上的能带弯曲。因此，当光子产生邻近界面的电子
‑
空穴对时，局部电场将光电子从复合区域中提取出
来。
[0012]然而，这种方案不能转用于所有类型的光电阴极，尤其是那些由多晶材料制成的光电阴极，例如双碱或多碱性化合物如SbK2Cs、SbRb2Cs、SbRb2Cs、SbCs3、SbNa3、SbNaKRbCs、SbNaKCs、SBNa2KCS。由于其多晶结构，这些光电阴极没有明确的能带图，并且难以提供第二半导体材料的中间层，以允许在与多晶材料的界面处获得所需的能带弯曲。
[0013]一般来说，即使对于由单晶半导体材料制成的光电阴极，也不总是容易找到合适的第二半导体材料，以允许获得与形成光电阴极的半导体材料的网格匹配和期望的能带弯曲。这对于由II
‑
VI族半导体材料如CdTe制成的光电阴极来说尤其成问题。
[0014]因此，本专利技术旨在提供一种电磁辐射检测器，该电磁辐射检测器具有由第一半导体材料制成的光电阴极，在没有由合适的第二半导体材料制成的中间层的情况下在入口窗口和光电阴极之间具有高量子产率。

技术实现思路

[0015]本专利技术定义一种电磁辐射检测器，该电磁辐射检测器包括玻璃入口窗口，该玻璃入口窗口具有用于接收入射光子通量的上游面和与上游面相对的下游面；半导体层形式的光电阴极，该光电阴极用于从入射光子产生光电子并发射由此产生的所述光电子；电子倍增器装置，该电子倍增器装置配置为接收由光电阴极发射的光电子并针对每个接收的光电子生成多个二次电子；以及输出装置，该输出装置配置为从所述二次电子中产生输出信号，该辐射检测器的特征在于在入口窗口的下游面上沉积透明导电层，并且在导电层和半导体层之间设置薄绝缘层，导电层与第一电极电连接，半导体层与第二电极电连接，第一电极被设置为比施加在第二电极上的电势低的电势。
[0016]特别地，半导体层可以由多晶半导体材料制成。该材料可以选自SbK2Cs、SbRb2Cs、SbRb2Cs、SbCs3、SbNa3、SbNaKRbCs、SbNaKCs、SBNa2KCs。
[0017]可选地，半导体层可以由III
‑
IV或II
‑
VI族单晶半导体材料制成。
[0018]通常，透明导电层由ITO或ZnO制成。
[0019]有利地，薄绝缘层由击穿电压高于1V/10nm的介电材料制成。通常，这种薄绝缘层的厚度为100nm至200nm。有利地，介电材料选自Al2O3、SiO2、HfO3。
[0020]有利地，在第二电极和第一电极之间施加的电势差选择为高于或等于其中ε
s
和ε
d
分别是半导体层和绝缘层的介电常数，δ是绝缘层的厚度，ΔU
bb
是在不施加任何电势差时能带弯曲的幅度，N
a
是半导体层中受主的浓度，以及e是电子的电荷。
附图说明
[0021]当阅读参照附图描述的本专利技术的优先实施例时，本专利技术的其它特征及优点将变得明确，在附图中：
[0022]已描述的图1示意性地表示从现有技术中已知的电磁辐射检测器的结构；
[0023]图2表示从现有技术中已知的具有高量子产率的光电阴极的能带图；
[0024]图3示意性地表示根据本专利技术的实施例的电磁辐射检测器的结构；
[0025]图4表示在图3中的电磁辐射检测器中使用的光电阴极的能带图。
具体实施方式
[0026]本专利技术的基本思想在于在电磁检测器的入口窗口和光电阴极之间引入电容结构，该电容结构由用作极化电极的薄导电层和薄介电层形成。极化电极用于在比施加在光电阴极的电势低的电势下极化，以便将界面附近产生的光电子驱逐出复合区域。
[0027]图3示意性地表示根据本专利技术的实施例的电磁辐射检测器的结构。
[0028]如前所述，检测器包括由在感兴趣的光谱带中的透明材料制成的入口窗口310，例如由石英或硼硅酸盐玻璃制成的窗口。
[0029]入口窗口具有用于接收入射光子通量的上游面311和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电磁辐射检测器，包括：玻璃入口窗口(310)，所述玻璃入口窗口具有用于接收入射光子通量的上游面(311)和与所述上游面相对的下游面(312)；半导体层(320)形式的光电阴极，所述光电阴极用于从所述入射光子产生光电子并发射由此产生的所述光电子；电子倍增器装置(330)，所述电子倍增器装置配置为接收由所述光电阴极发射的所述光电子并针对每个接收的光电子生成多个二次电子；以及输出装置(340)，所述输出装置配置为从所述二次电子中产生输出信号，其特征在于，在所述入口窗口的下游面(312)上沉积透明导电层(316)，并且在所述导电层(316)和所述半导体层(320)之间设置薄绝缘层(317)，所述导电层与第一电极(315)电连接，所述半导体层与第二电极(325)电连接，所述第一电极被设置为比施加在所述第二电极上的电势低的电势。2.根据权利要求1所述的电磁辐射检测器，其特征在于，所述半导体层由多晶半导体材料制成。3.根据权利要求2所述的电磁辐射检测器，其特征在于，所述多晶半导体材料选自SbK2Cs、SbRb2Cs、SbRb2Cs、SbCs3、SbNa3、SbNaKRbCs、SbNaKCs、SBNa2KCS。...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：法国甫托尼公司，
类型：发明
国别省市：