一种新型光电发射材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电发射材料技术领域，特别涉及一种新型光电发射材料及其制备方法。在衬底上表面生长有掺杂的Al1‑

【技术实现步骤摘要】
一种新型光电发射材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电发射材料
，具体涉及一种新型光电发射材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电发射在现代科学研究中起着重要作用，各种类型的光电管广泛应用于激光探测、高能粒子探测、超导腔加速器等领域。光电阴极的材料决定了光电阴极的量子效率、暗发射电流和出射电子能量分布等重要性能。纤锌矿结构GaN基材料具有禁带宽、热导率高及化学稳定性好等诸多优良属性，使得GaN基半导体器件在紫外探测和光显示等领域显现出极大的潜力。GaN光电阴极具有量子效率高、日盲响应和宽光谱响应等优点，使其成为满足微弱紫外探测需求的新型紫外光电阴极。如何制备出长寿命、高灵敏度和强稳定性的新型紫外光电阴极一直都是探测领域的研究热点。
[0003]申请号为202110110338.2的中国专利公开了一种本专利技术公开了一种可变光谱GaAlAs光电发射材料及其制备方法，包括衬底，衬底的上表面生长有掺杂的AlN缓冲层，AlN缓冲层的上表面生长p型指数掺杂GaAlAs光电发射层，p型指数掺杂GaAlAs光电发射层的上表面吸附单层Cs或多层Cs/O，以形成Cs或Cs/O激活层。该结构采用梯度掺杂光电发射层，增大了发射层内光激发电子的逃逸深度，提高了发射层内电子发射到真空的几率，从而提高了GaAlAs可变光谱技术的总体量子效率，获得较高的紫外灵敏度。但该专利并未考虑到缓冲层与光发射层接触界面间的界面应力。
[0004]申请号为201611024168.1的中国专利公开了一种p型指数掺杂结构GaN光电阴极材料的生长方法，通过在蓝宝石衬底上吸附镓、氮和镁原子，形成p型指数掺杂结构的GaN薄膜，生长出的GaN光电阴极材料具有连续的内建电场，且该方法制备思路清晰、方法简单，生长出的GaN光电阴极性能显著提高。但该专利并未对制备的光电阴极材料的使用寿命进行研究。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种新型光电发射材料，在衬底上表面生长有掺杂的Al1‑
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Ga
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N缓冲层，Al1‑
x
Ga
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N缓冲层的上表面生长有p型GaN光电发射层，GaN光电发射层上沉积有硒构成的改性层以及Cs或多层Cs/O激活层，有效的释放了缓冲材料与光电发射材料之间的生长界面应力，提高了界面质量。
[0006]本专利技术解决上述问题的技术方案如下：一种新型光电发射材料，包括衬底，衬底上表面生长有掺杂的Al1‑
x
Ga
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N缓冲层，Al1‑
x
Ga
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N缓冲层的上表面生长有p型GaN光电发射层，GaN光电发射层上沉积有硒构成的改性层以及Cs或多层Cs/O激活层。
[0007]优选的，一种新型光电发射材料的制备方法，包括如下步骤：S1、在已抛光的衬底的上表面，通过半导体材料的外延生长工艺生长掺杂的Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层；S2、通过外延生长工艺在步骤S1获得的Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层上生长p型GaN光电发射层作为光电发射材料；S3、通过外延生长工艺在GaN光电发射层上生长由硒化合物组成的改性层；S4、将步骤S3得到的材料经过化学清洗去除油脂及加工过程中残存的无极附着物，然后将其送入超高真空系统，对材料表面进行加热净化，使材料表面达到原子级洁净程度；S5、通过激活工艺使步骤S4得到的材料表面吸附单层Cs或多层Cs/O，以形成Cs或Cs/O激活层，最终制备出新型光电发射材料。
[0008]本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术采用Al1‑
x
Ga
x
N作为缓冲层材料，Al1‑
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Ga
x
N三元化合物其晶格常数略小于GaN材料，以Al1‑
x
Ga
x
N作为缓冲层时，与GaN具有较高的晶格匹配度，能够进一步降低衬底和GaN外延薄膜间的晶格与热膨胀系数的失配，有效的释放了缓冲材料与发射材料之间的生长界面应力，提高界面质量，有效提高GaN薄膜的光电发射性能。
[0009]2.本专利技术在GaN光电发射层上沉积有由硒构成的改性层，该改性层沉积的较为均匀，不会导致电场集中从而引起局部击穿。该改性层与GaN光电发射层界面间的界面态密度较小，有效缓解界面间的界面应力。在由硒构成的改性层中添加少量的碲能够减小材料带隙，同时该物质的加入能够提高该薄膜的热稳定性。
具体实施方式
[0010]下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0011]实施例1一种新型光电发射材料，包括衬底，衬底上表面生长有掺杂的Al1‑
x
Ga
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N缓冲层，Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层的上表面生长有p型GaN光电发射层，GaN光电发射层上沉积有硒构成的改性层以及Cs或多层Cs/O激活层。
[0012]其中，改性层中掺杂有碲。
[0013]其中，Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层的厚度为20nm，GaN光电发射层的厚度为120nm。
[0014]一种新型光电发射材料的制备方法，包括如下步骤：S1、在已抛光的衬底的上表面，通过半导体材料的外延生长工艺生长掺杂的Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层；S2、通过外延生长工艺在步骤S1获得的Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层上生长p型GaN光电发射层作为光电发射材料；S3、通过外延生长工艺在GaN光电发射层上生长由硒化合物组成的改性层；S4、将步骤S3得到的材料经过化学清洗去除油脂及加工过程中残存的无极附着物，然后将其送入超高真空系统，对材料表面进行加热净化，使材料表面达到原子级洁净程度；对材料表面进行加热净化时的温度为700℃，加热时长为10min；
S5、通过激活工艺使步骤S4得到的材料表面吸附单层Cs或多层Cs/O，以形成Cs或Cs/O激活层，最终制备出新型光电发射材料。
[0015]保障光电阴极具有较高的电子发射能力的首要条件是光电阴极材料具有原子级清洁表面，对制备的光电发射材料进行清洗的过程具体为：首先使用四氯化碳、丙酮、无水乙醇和去离子水分别超声清洗10min，用于清洗晶体材料表面吸附的有机物；其次分别用浓度为1mol/L的KOH和硫酸混合溶液进行清洗，以清洗晶体材料表面的氧化物，其中硫酸混合溶液由双氧水、浓硫酸和去离子水按体积比2：2:1混合而成，清洗时间均为10min；最后用去离子水清洗残液，并使用无水乙醇进行脱水。将化学清洗后的光电发射材料送入超高真空系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型光电发射材料，其特征在于，包括衬底，衬底上表面生长有掺杂的Al1‑
x
Ga
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N缓冲层，Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层的上表面生长有p型GaN光电发射层，GaN光电发射层上沉积有硒构成的改性层以及Cs或多层Cs/O激活层。2.根据权利要求1所述的一种新型光电发射材料，其特征在于，所述改性层中掺杂有碲。3.根据权利要求1所述的一种新型光电发射材料，其特征在于，Al1‑
x
Ga
x
N缓冲层的厚度为20
‑
50nm，GaN光电发射层的厚度为120
‑
150nm。4.根据权利要求1所述的一种新型光电发射材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在已抛光的衬底的上表面，通过半导体材料的外延生长工艺生长掺杂的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐源，
申请(专利权)人：徐源，
类型：发明
国别省市：