CN108470664B

CN108470664B - 光电阴极及其制备方法

Info

Publication number: CN108470664B
Application number: CN201810512769.XA
Authority: CN
Inventors: 刘燕文; �田宏; 李芬; 石文奇; 朱虹; 谷兵
Original assignee: Institute of Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Electronics of CAS
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2038-05-24
Also published as: CN108470664A

Abstract

本公开提供一种光电阴极，包括：光电阴极基体；金属纳米粒子薄膜，沉积在所述光电阴极基体上；以及锑碱金属化合物，制备在金属纳米粒子薄膜上；还提供一种所述光电阴极制备方法包括：1.在光电阴极基体表面沉积一层金属纳米粒子薄膜；2.利用加热体对沉积有金属纳米粒子薄膜的光电阴极基体加热，使其在800℃以上温度充分除气；3.通过加热体加热使锑源中锑蒸发到所制成的所述金属纳米粒子薄膜的表面形成锑膜；以及4.通过加热体加热碱金属源与还原剂，同时通过加热体加热光电阴极基体，使生成的碱金属蒸汽射向光电阴极基体上与步骤3所生成的锑膜反应，制成光电阴极，缓解锑碱金属化合物光电阴极在强光作用下碱金属蒸发问题，提高光电阴极量子效率。

Description

光电阴极及其制备方法

技术领域

本公开属于光电阴极技术领域，具体涉及一种光电阴极及其制备方法。

背景技术

1887年，当Hertz观察到用紫外线照射阴极可以在距离较大的两电极间引起火花放电时，他发现了光电效应，1905年被爱因斯坦的量子理论所解决。1929年后，人们发现了银氧铯光电阴极，这种光电阴极比以前所用材料的量子效率要高出两个量级，而且对整个可见光谱，包括近红外都是灵敏的。随着银氧铯阴极的出现，光电阴极的研究重点放在探求量子效率更高及光谱响应特性不同的其它复杂材料上。光电阴极的第一个重要应用是从影片再现声音，接着是各种各样的光电变换装置，如光电倍增管、摄影管等。其后又发现了锑铯阴极及多碱光电阴极，使光电阴极更广泛地被应用在军事、摄影、辐射探测等高科技领域。例如微光夜视仪就是利用夜间的星光，月光等弱光使景物通过物镜进入像增强管，最后得到增强而呈现在荧光屏上。夜视仪可供各种步兵武器的夜间瞄准，也可供坦克、装甲车及其它车辆的夜间行驶以及航空夜间观测、导弹制导等。在高速摄影领域，光电阴极也占据非常重要的地位，研究这种新型光电阴极，对电子发射的理论和应用以及拓展纳米材料应用研究领域都具有十分重要的学术价值和应用价值。

但这种阴极容易出现碱金属蒸发的问题，尤其是在强光作用下碱金属的蒸发速度更快，影响光电阴极的量子效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供一种光电阴极及其制备方法，以缓解锑碱金属化合物光电阴极在强光作用下碱金属的蒸发问题，提高光电阴极的量子效率。

(二)技术方案

在本公开的一个方面，提供一种光电阴极，包括：光电阴极基体；金属纳米粒子薄膜，沉积在所述光电阴极基体上；以及

锑碱金属化合物，制备在金属纳米粒子薄膜上。

在本公开实施例中，所述金属纳米粒子薄膜的厚度为200nm～500nm。

在本公开实施例中，所述金属纳米粒子薄膜的金属纳米粒子的直径约为10nm～100nm。

在本公开实施例中，所述金属纳米粒子薄膜的材料包括：镍、钨、锇或其合金。

在本公开实施例中，所述阴极基体的制备材料包括：镍、钨或无氧铜。

在本公开的另一方面，提供一种光电阴极制备方法，包括：步骤1：在光电阴极基体表面沉积一层金属纳米粒子薄膜；步骤2：利用加热体对沉积有金属纳米粒子薄膜的光电阴极基体1加热，使其在800℃以上温度充分除气；步骤3：通过加热体加热使锑源中锑蒸发到步骤1所制成的所述金属纳米粒子薄膜的表面形成锑膜；以及步骤4：通过加热体加热碱金属源与还原剂，同时通过加热体加热光电阴极基体，使生成的碱金属蒸汽射向光电阴极基体上与步骤3所生成的锑膜反应，制成光电阴极。

在本公开实施例中，步骤3中所生成的锑膜厚200nm～500nm。

在本公开实施例中，所述步骤4中碱金属蒸汽与锑膜反应的温度为120～180℃。在本公开实施例中，所述加热体的制备材料包括：钨、钼或钨铼。

在本公开实施例中，所述碱金属源的制备材料包括：铯、钠或钾。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的一种光电阴极及其制备方法至少具有以下有益效果之一或其中的一部分：

(1)具有很强的吸附性能，减少了碱金属光电阴极中碱金属的蒸发；

(2)金属纳米粒子薄膜对光具有极强的吸收能力，从而提高了光电阴极的量子效率；

(3)制备工艺简单，可以方便地制备出量子效率高、碱金属蒸发速率低的光电阴极。

附图说明

图1为本公开实施例光电阴极结构示意图。

图2本公开实施例的光电阴极制备时辅助装置的示意图。

图3为本公开实施例光电阴极的制备方法流程示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-光电阴极基体；2-金属纳米粒子薄膜；3-锑碱金属化合物；

4-锑源；5-碱金属源；6-加热体。

具体实施方式

本公开提供一种新型光电阴极及其制备方法，在光电阴极基体表面沉积一层金属纳米粒子薄膜，然后在其上面制备锑碱金属化合物制成光电阴极，以缓解光电阴极在强光作用下，锑碱金属化合物光电阴极中碱金属的蒸发问题，提高光电阴极的量子效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

在本公开实施例中，提供一种光电阴极，图1是本公开实施例的光电阴极的结构示意图。如图1所示，所述光电阴极包括：

光电阴极基体1，所述光电阴极基体1材料包括：镍或无氧铜等金属。

金属纳米粒子薄膜2，沉积在所述光电阴极基体1上。以及

锑碱金属化合物3，制备在金属纳米粒子薄膜2上。

所述金属纳米粒子薄膜2的厚度为200nm～500nm；其中金属纳米粒子的直径约为10nm～100nm。

所述金属纳米粒子薄膜2的材料包括：镍、钨、锇或其合金等。

所述锑碱金属化合物包括：锑化铯、锑化钠、锑化钾或碱金属混合锑化物，如锑化钠钾、锑化钠铯、锑化钠钾铯等。

在本公开实施例中，图2是本公开实施例的光电阴极制备时辅助装置的示意图，如图2所示，沉积有金属纳米粒子薄膜2的光电阴极基体1下方设置有加热体6，在光电阴极基体1及金属纳米粒子薄膜2的上方分别设置有锑源4和碱金属源5，且所述锑源4和碱金属源5上方均设置有加热体6。

所述碱金属源5的制备材料包括：铯、钠或钾。

所述加热体6，用于加热，材料包括：钨、钼或钨铼等。

在本公开实施例中，还提供一种光电阴极制备方法，图3为本公开实施例光电阴极的制备方法流程示意图，结合图2和图3所示，所述制备方法包括：

步骤1：在光电阴极基体1表面沉积一层金属纳米粒子薄膜2；

所述金属粒子薄膜厚度为200nm～500nm，金属纳米粒子的直径约为10nm～100nm；

步骤2：利用加热体6对沉积有金属纳米粒子薄膜2的光电阴极基体1加热，使其在800℃以上温度充分除气；

步骤3：通过加热体加热使锑源4中锑蒸发到步骤1所制成的所述金属纳米粒子薄膜2的表面形成锑膜；

所述锑膜厚200nm～500nm；

步骤4：通过加热体加热碱金属源5与还原剂，同时通过加热体加热光电阴极基体1，使生成的碱金属蒸汽射向光电阴极基体1上与步骤3所生成的锑膜反应，制成光电阴极。

在本公开实施例中，所述步骤4中，加热体给光电阴极基体1的加热，使其温度处于120～180℃的反应温度。

在本公开实施中，所述步骤4中，制备所述光电阴极的设备中连接有微安表，加正电压后监测光电流以持续控制碱金属蒸汽流速；所述正电压为几百伏，通过监视白光光电流，调节碱金属源4温度以控制碱金属蒸汽流速，使光电流缓慢上升，半小时至一小时可达到光电流峰值。

在本公开实施例中，所述步骤4，结束时应先退温后停碱金属源蒸汽，使温度缓缓降下，防止因碱金属与锑比例失调造成灵敏度回落过快。在碱金属流较小时，应采用较低温度，达到峰值的时间也较长。

所述光电阴极是在真空条件下制备的，真空度在10^-6Pa量级。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)纳米粒子薄膜可以用纳米粒子层来代替；

(2)光电阴极基体可以用光电阴极基层代替。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开一种新型光电阴极及其制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种新型光电阴极及其制备方法，在光电阴极基体表面沉积一层金属纳米粒子薄膜，然后在其上面制备锑碱金属化合物制成光电阴极，以缓解光电阴极在强光作用下，锑碱金属化合物光电阴极中碱金属的蒸发问题，提高光电阴极的量子效率。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

Claims

1.一种光电阴极，包括：

光电阴极基体(1)；

金属纳米粒子薄膜(2)，沉积在所述光电阴极基体(1)上；以及

锑碱金属化合物(3)，制备在金属纳米粒子薄膜(2)上；

所述金属纳米粒子薄膜(2)的材料包括：镍、钨、锇或其合金；

所述锑碱金属化合物包括：锑化铯、锑化钠、锑化钾或锑化钠钾、锑化钠铯、锑化钠钾铯。

2.根据权利要求1所述的光电阴极，所述金属纳米粒子薄膜(2)的厚度为200nm～500nm。

3.根据权利要求1所述的光电阴极，所述金属纳米粒子薄膜(2)的金属纳米粒子的直径约为10nm～100nm。

4.根据权利要求1所述的光电阴极，其中，所述阴极基体(1)的制备材料包括：镍、钨或无氧铜。

5.一种光电阴极制备方法，包括：

步骤1：在光电阴极基体(1)表面沉积一层金属纳米粒子薄膜(2)；

步骤2：利用加热体(6)对沉积有金属纳米粒子薄膜(2)的光电阴极基体(1)加热，使其在800℃以上温度充分除气；

步骤3：通过加热体(6)加热使锑源(4)中锑蒸发到步骤1所制成的所述金属纳米粒子薄膜(2)的表面形成锑膜；以及

步骤4：通过加热体(6)加热碱金属源(5)与还原剂，同时通过加热体(6)加热光电阴极基体(1)，使生成的碱金属蒸汽射向光电阴极基体(1)上与步骤3所生成的锑膜反应，制成光电阴极；

所述碱金属源(5)的制备材料包括：铯、钠或钾。

6.根据权利要求5 所述的光电阴极制备方法，其中，步骤3中所生成的锑膜厚200nm～500nm。

7.根据权利要求6所述的光电阴极制备方法，其中，所述步骤4中碱金属蒸汽与锑膜反应的温度为120～180℃。

8.根据权利要求6所述的光电阴极制备方法，其中，所述加热体(6)的制备材料包括：钨、钼或钨铼。