氧化物光阴极材料及光阴极制作方法技术

本申请实施例提供了一种氧化物光阴极材料及光阴极制作方法。该光阴极材料包括ATiO3型具有钙钛矿结构的材料，其中A为碱土金属元素。本申请实施例提供的新型光阴极材料为碱土

【技术实现步骤摘要】
氧化物光阴极材料及光阴极制作方法


[0001]本申请涉及光阴极
，具体而言，本申请涉及一种氧化物光阴极材料及光阴极制作方法。

技术介绍

[0002]材料在有足够高能量的入射光照射下会产生光电子。光照后首先产生的是初次光电子，其从材料内部向表面输运的过程中，与材料中的束缚电子发生多次碰撞，由此产生二次光电子。最后从材料表面逸出的光电子中二次光电子的数量一般远多于初次光电子。二次光电子发射材料具有比一般材料更高的二次光电子产率(所谓的量子效率)，其主要被用于制作光阴极。
[0003]根据传统固体物理理论，光阴极的光电发射性能优劣主要与光电子的脱出功(亦称功函数或光电发射阈值)有关，脱出功足够小情况下，光电发射会更容易一些。基于这方面的考虑，光阴极通常由以一种或多种碱金属元素为主要成份的化合物构成，又被称为碱性光阴极。另一类被广泛研究和使用的光阴极则是NEA(负电子亲和势)光阴极，NEA光阴极基于第三代
Ⅲ‑Ⅴ
族半导体材料(如GaAs，GaN等)实现。其中，碱性光阴极材料的量子效率及光谱响应范围不及NEA光阴极材料。
[0004]但是传统的NEA光阴极在制作时很难精确控制Cs的蒸镀量和氧的吸附量，增加了制作高质量NEA光阴极的难度。并且NEA光阴极表面激活工艺复杂繁琐，激活后的光阴极需要极高真空环境来维持，且寿命有限，这也在一定程度上限制了它的应用。

技术实现思路

[0005]本申请针对现有技术方案的缺点，提出一种氧化物光阴极材料及光阴极制作方法，用以解决现有技术中的光阴极难以兼顾激活工艺简单、稳定性好、寿命长、性能高的技术问题。
[0006]第一个方面，本申请实施例提供了一种氧化物光阴极材料，该光阴极材料包括ATiO3型具有钙钛矿结构的材料，其中A为碱土金属元素。
[0007]可选地，所述ATiO3型具有钙钛矿结构的材料包括SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种。
[0008]可选地，所述光阴极材料还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括过渡金属元素和/或稀土元素，且掺杂元素的总摩尔浓度为所述光阴极材料中Ti元素的摩尔浓度的0～100％。
[0009]可选地，所述ATiO3型具有钙钛矿结构的材料的形态包括单晶态、多晶态、非晶态和无定型态中一种或多种。
[0010]第二个方面，本申请实施例提供了一种光阴极制作方法，所述光阴极制作方法包括：
[0011]提供一光阴极样品，所述光阴极样品包括光阴极材料层，所述光阴极材料层包括ATiO3型具有钙钛矿结构的材料，其中A为碱土金属元素；
[0012]对所述光阴极样品进行退火处理。
[0013]可选地，提供一光阴极样品，包括：提供一基底，在所述基底上沉积SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种以形成所述光阴极材料层；或者，提供一仅包括所述光阴极材料层的基材以作为所述光阴极样品。
[0014]可选地，在所述基底上沉积SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种以形成所述光阴极材料层，包括：在所述基底上蒸镀SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种以形成所述光阴极材料层的同时，向所述光阴极材料层内掺入掺杂元素，所述掺杂元素包括过渡金属元素和/或稀土元素，且掺杂元素的总摩尔浓度为所述光阴极材料层中Ti元素的摩尔浓度的0～100％。
[0015]可选地，对所述光阴极样品进行退火处理，包括：
[0016]将所述光阴极样品置于真空密闭腔室内，或者置于包含氧气、氢气或者惰性气体的腔室内；
[0017]将所述光阴极样品在500℃～800℃的温度下以第一时长进行加热处理；
[0018]将加热处理后的所述光阴极样品在600℃～1600℃的温度下，以第二时长进行退火处理。
[0019]可选地，将所述光阴极样品在500℃～800℃的温度下，以第一时长进行加热处理，包括：将所述光阴极样品在500℃～800℃的温度下，以1h～24h作为第一时长进行加热处理。
[0020]可选地，将加热处理后的所述光阴极样品在600℃～1600℃的温度下，以第二时长进行退火处理，包括：将加热处理后的所述光阴极样品在600℃～1600℃的温度下，以0.5h～12h作为第二时长进行退火处理。
[0021]可选地，当所要形成的所述光阴极材料层为单晶态时，提供一基底，包括：
[0022]根据所要形成的所述光阴极材料层确定基底的材料，所述基底的材料的晶格与所述光阴极材料层的晶格匹配；
[0023]对所述基底进行清洁。
[0024]可选地，所述光阴极材料层的厚度大于或等于0.3nm。
[0025]本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：
[0026]本申请实施例提供的氧化物光阴极材料及光阴极制作方法，新型光阴极材料为碱土
‑
钛氧化物，不含碱金属元素，无需蒸镀任何材料和吸附任何气体，制作、激活和复活工艺简单，光电发射亮度高、单色好、准直度高，性能稳定，可重复使用。并且本实施例提供的光阴极材料不含贵金属或有害元素，制作成本低，能够实现批量可控生产。特别地，该光阴极材料由其优异的光电发射性能，在光电倍增管、图像增强器、超快条纹相机和高能物理应用相关探测器等多个领域有望得到广泛的应用，特别是在粒子加速器与线性对撞机、自由电子激光、超快电子衍射、谱学与显微、高功率太赫兹波方面具有独特优势。
[0027]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0028]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1为本申请实施例提供的光阴极材料在室温和低温下的光电子能谱图；
[0030]图2为本申请实施例提供的光阴极材料的二次光电子分布示意图；
[0031]图3为本申请实施例提供的光阴极材料在暴露空气前后的局部光电子能谱图；
[0032]图4为本申请实施例提供的两种光阴极材料在低温下的光电子能谱图对比
[0033]图5为本申请实施例提供的一种光阴极的结构示意图；
[0034]图6为本申请实施例提供的一种光阴极的制作方法的流程示意图；
[0035]图7为图6所示的光阴极的制作方法中步骤S1的流程示意图；
[0036]图8为图6所示的光阴极的制作方法中步骤S2的流程示意图。
[0037]附图标记：
[0038]100
‑
基底；200
‑
光阴极材料层。
具体实施方式
[0039]下面结合本申请中的附图描述本申请的实施例。应理解，下面结合附图所阐述的实施方式，是用于解释本申请实施例的技术方案的示例性描述，对本申请实施例的技术方案不构成限制。
[0040]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化物光阴极材料，其特征在于，包括ATiO3型具有钙钛矿结构的材料，其中A为碱土金属元素。2.根据权利要求1所述的光阴极材料，其特征在于，所述ATiO3型具有钙钛矿结构的材料包括SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种。3.根据权利要求2所述的光阴极材料，其特征在于，还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括过渡金属元素和/或稀土元素，且掺杂元素的总摩尔浓度为所述光阴极材料中Ti元素的摩尔浓度的0～100％。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的光阴极材料，其特征在于，所述ATiO3型具有钙钛矿结构的材料的形态包括单晶态、多晶态、非晶态和无定型态中一种或多种。5.一种光阴极制作方法，其特征在于，包括：提供一光阴极样品，所述光阴极样品包括光阴极材料层，所述光阴极材料层的材料包括ATiO3型具有钙钛矿结构的材料，其中A为碱土金属元素；对所述光阴极样品进行退火处理。6.根据权利要求5所述的光阴极制作方法，其特征在于，提供一光阴极样品，包括：提供一基底，在所述基底上沉积SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种以形成所述光阴极材料层；或者，提供一仅包括所述光阴极材料层的基材以作为所述光阴极样品。7.根据权利要求6所述的光阴极制作方法，其特征在于，在所述基底上蒸镀沉积SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种以形成所述光阴极材料层，包括：在所述基底上蒸镀SrTiO3、BaTiO3和CaTiO3中的一种以形成所述光阴极材料层的同时，向所述光阴极材料层内掺入掺杂元素，所述掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：何睿华，洪彩云，冉鹏旭，
申请(专利权)人：广东夜草农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：