CN111584328B - 一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，包括依次采用卤素灯白光光源和1064nm激光光源照射的铯源、氧源交替两步激活。本发明可以得到近红外长波段量子效率更高的铟镓砷光电阴极。

Description

一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法
技术领域
本发明属于光电发射材料激活技术，具体为一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法。
背景技术
铟镓砷(InGaAs)光电阴极是近红外微光夜视器件的核心组成部分，能够将近红外波段光信号转化为电信号，作为近红外波长激光响应的光电器件，适用于激光距离选通成像系统。同时作为一种真空电子源，在高能物理、电子束曝光等领域也具有重要应用。在目前光电阴极应用中，要求能够制备出一种量子效率尽可能高且近红外波段响应好的光电阴极，然而阴极在近红外波段的量子效率的提高仍是实用化过程中所面临的一个技术难题。超高真空环境下的激活方法是决定负电子亲和势InGaAs光电阴极性能的重要环节，激活过程中开启铯氧源的时间、顺序，流量比等因素都会影响最终光电阴极的近红外波段响应性能。
传统的铯氧激活工艺是：在超高真空环境下，通过在洁净的InGaAs材料表面交替覆盖铯、氧的方式制得负电子亲和势光电阴极。激活时采用白光光源照射阴极表面，铯氧激活使InGaAs光电阴极表面势垒降低，然而采用这种铯氧激活方法得到的InGaAs光电阴极，在近红外波段，尤其是1064nm处的光谱响应并不令人满意。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，包括铯源激活和氧源激活，第一步激活过程中用一个卤素灯白光光源垂直照射阴极面，第二步激活过程中用1064nm激光器，具体步骤如下：
步骤1、对待激活样品进行化学清洗和高温净化；
步骤2、开启卤素灯白光光源，开启铯源，卤素灯白光光源以及铯源垂直照射阴极面，光电流逐渐上升，光电流达到峰值后下降；
步骤3、当光电流下降到设定阈值范围时，开启氧源，并保持铯源开启状态，光电流转为上升；
步骤4、当光电流再次到达峰值时关闭氧源；
步骤5、重复步骤3和步骤4，直到光电流的峰值电流不再增加时，先后关闭氧源和铯源，结束第一步激活；
步骤6、将卤素灯白光光源更换为1064nm激光垂直照射阴极面，开启铯源，当光电流开始下降时关闭铯源并开启氧源，光电流转为上升；
步骤7、当光电流到达峰值时关闭氧源并开启铯源，光电流先下降然后立刻上升；
步骤8、当光电流再次到达峰值时关闭铯源并开启氧源，光电流先小幅下降然后立刻上升；
步骤9、当光电流到达峰值再次下降时关闭氧源，光电流回升并保持稳定；
步骤10、关闭激光器，激活结束。
优选地，步骤1化学清洗方法为：去除样品表面的油脂，放入盐酸和异丙醇混合溶液中刻蚀，用去离子水将样品充分冲洗干净。
优选地，步骤1中高温净化步骤为：将化学清洗后的样品放入超高真空系统中进行15-40分钟的加热，加热温度为550～650℃。
优选地，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。
优选地，设定阈值范围为光电流峰值的50％～85％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1)本发明激活的InGaAs光电阴极具有更高的量子效率，尤其在近红外波段；2)本发明的方法操作简单，整个激活过程中变量少，通过监控光电流变化即可控制激活，易于推广；3)本发明的方法兼容传统的铯氧激活工艺，且第二步激活中铯源、氧源电流和第一步激活相同，易于操作。
附图说明
图1为本发明的提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法流程图。
图2为本发现激活InGaAs光电阴极第一步激活过程的光电流曲线。
图3为本发明激活InGaAs光电阴极第二步激活过程的光电流曲线。
图4本发明第一步激活与第二步激活的InGaAs光电阴极光谱响应对比图。
具体实施方式
如图1所示，一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，包括铯源激活和氧源激活，第一步激活过程中用一个卤素灯白光光源垂直照射阴极面，第二步激活过程中用1064nm激光器，具体步骤如下：
步骤1、对待激活样品进行化学清洗和高温净化；
化学清洗方法为：首先去除样品表面的油脂，然后放入盐酸和异丙醇混合溶液中刻蚀，最后用去离子水将样品充分冲洗干净。
高温净化步骤为：将化学清洗后的样品放入超高真空系统中进行15-40分钟的加热，加热温度为550～650℃，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。
步骤2、开启卤素灯白光光源，开启铯源，光电流逐渐上升，光电流达到峰值后下降；
步骤3、当光电流下降到光电流峰值的50％～85％时，开启氧源，并保持铯源开启状态，光电流转为上升；
步骤4、当光电流再次到达峰值时关闭氧源，光电流先小幅上升然后立刻下降；
步骤5、重复步骤3和步骤4，直到光电流的峰值电流不再增加时，先后关闭氧源和铯源，结束第一步激活；
步骤6、更换1064nm激光激活，开启铯源，当光电流开始下降时关闭铯源并开启氧源，光电流转为上升；
步骤7、当光电流到达峰值时关闭氧源并开启铯源，光电流先下降然后立刻上升；
步骤8、当光电流再次到达峰值时关闭铯源并开启氧源，光电流先小幅下降然后立刻上升；
步骤9、当光电流到达峰值再次下降时关闭氧源，光电流回升并保持稳定；
步骤10、关闭激光器，激活结束。
上述操作均在超高真空系统中进行，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。激活过程中用一个卤素灯白光光源垂直照射阴极面，以及一个激光器，波长为1064nm。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例
如图1所示，一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，具体步骤为：
InGaAs光电阴极材料进行化学清洗和高温净化。
化学清洗的步骤是首先去除样品表面的油脂，然后放入盐酸和异丙醇混合溶液中刻蚀，最后用去离子水将样品充分冲洗干净。
高温净化步骤是将化学清洗后的样品放入超高真空系统中进行30分钟的加热，加热温度为600℃，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。待样品自然冷却至室温将样品送至激活位置，开始铯氧激活。
激活时，用一个卤素灯白光光源垂直照射阴极面，通过实时测量、观察阴极产生的光电流来决定铯源、氧源的开或关。激活所用的铯源、氧源均为采用镍管封装的固态源，其中铯源为锆铝合金粉还原铬酸铯的固态源，氧源为过氧化钡的固态源。通过调节外接电流源电流的大小，可以控制铯源、氧源通电放气量的大小。由于不同来源的铯氧源的放气量可能不同，因此激活过程中所使用的铯氧源电流大小也将不同，在更换铯氧源之后应该通过实验方法来获得合适的铯氧比，在本实例中，激活过程中铯源电流大小为4.0～4.5安培，氧源电流大小为1.5～2.0安培，激活采用铯源连续、氧源断续的方法来进行，激活步骤如下：
(1)开启卤素灯白光光源，开启铯源，光电流逐渐上升，光电流达到峰值后下降；
(2)当光电流下降到光电流峰值的50％～85％时，开启氧源，并保持铯源开启状态，光电流转为上升；
(3)当光电流再次到达峰值时关闭氧源，光电流先小幅上升然后立刻下降；
(4)重复步骤(2)和(3)，直到光电流的峰值电流不再增加时，先后关闭氧源和铯源，结束第一步激活过程。
(5)更换1064nm激光激活，开启铯源，当光电流开始下降时关闭铯源并开启氧源，光电流转为上升；
(6)当光电流到达峰值时关闭氧源并开启铯源，光电流先下降然后立刻上升；
(7)当光电流再次到达峰值时关闭铯源并开启氧源，光电流先小幅下降然后立刻上升；
(8)当光电流到达峰值再次下降时关闭氧源，光电流回升并保持稳定；
(9)闭激光器，激活结束。
在采用相同InGaAs光电阴极，以及相同化学清洗、高温净化和激活环境的条件下，做了对比实验，如图2所示为InGaAs光电阴极第一步激活的光电流曲线，该激活方法为铯源持续，氧源断续，光电流下降到铯峰的85％开启氧源，光电流到达氧峰时关闭氧源；图3为InGaAs光电阴极第二步激活的光电流曲线；其中横轴为时间，单位为分钟，纵轴为光电流大小，单位为纳安，该激活方法为铯氧交替两次，光电流达到峰值后关闭氧源，光电流先小幅下降而后回升；图4是第一步激活与第二步激活的InGaAs光电阴极光谱响应对比图，其中曲线1是进行第一步激活后得到的阴极的量子效率，曲线2是进行本发明第二次激活后的阴极的量子效率曲线，可以看出采用本发明得到的阴极量子效率要高于传统激活方法，尤其是近红外波段，量子效率更高。

Claims (5)

1.一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，其特征在于，包括铯源激活和氧源激活，第一步激活过程中用一个卤素灯白光光源垂直照射阴极面，第二步激活过程中用1064nm激光器，具体步骤如下：
步骤1、对待激活样品进行化学清洗和高温净化；
步骤2、开启卤素灯白光光源，开启铯源，卤素灯白光光源以及铯源垂直照射阴极面，光电流逐渐上升，光电流达到峰值后下降；
步骤3、当光电流下降到设定阈值范围时，开启氧源，并保持铯源开启状态，光电流转为上升；
步骤4、当光电流再次到达峰值时关闭氧源；
步骤5、重复步骤3和步骤4，直到光电流的峰值电流不再增加时，先后关闭氧源和铯源，结束第一步激活；
步骤6、将卤素灯白光光源更换为1064nm激光垂直照射阴极面，开启铯源，当光电流开始下降时关闭铯源并开启氧源，光电流转为上升；
步骤7、当光电流到达峰值时关闭氧源并开启铯源，光电流先下降然后立刻上升；
步骤8、当光电流再次到达峰值时关闭铯源并开启氧源，光电流先小幅下降然后立刻上升；
步骤9、当光电流到达峰值再次下降时关闭氧源，光电流回升并保持稳定；
步骤10、关闭激光器，激活结束。
2.根据权利要求1所述的提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，其特征在于，步骤1化学清洗方法为：去除样品表面的油脂，放入盐酸和异丙醇混合溶液中刻蚀，用去离子水将样品充分冲洗干净。
3.根据权利要求1所述的提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，其特征在于，步骤1中高温净化步骤为：将化学清洗后的样品放入超高真空系统中进行15-40分钟的加热，加热温度为550～650℃。
4.根据权利要求1所述的提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，其特征在于，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。
5.根据权利要求1所述的提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法，其特征在于，设定阈值范围为光电流峰值的50％～85％。
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