CN111863569A - 一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法 - Google Patents

一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111863569A
CN111863569A CN202010697019.1A CN202010697019A CN111863569A CN 111863569 A CN111863569 A CN 111863569A CN 202010697019 A CN202010697019 A CN 202010697019A CN 111863569 A CN111863569 A CN 111863569A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum efficiency
cesium
gaas
photocathode
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010697019.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111863569B (zh
Inventor
冯琤
刘健
张益军
钱芸生
宋宇飞
赵静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN202010697019.1A priority Critical patent/CN111863569B/zh
Publication of CN111863569A publication Critical patent/CN111863569A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111863569B publication Critical patent/CN111863569B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/12—Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/50—Repairing or regenerating used or defective discharge tubes or lamps
    • H01J9/505—Regeneration of cathodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/82—Recycling of waste of electrical or electronic equipment [WEEE]

Abstract

本发明公开了一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，包括步骤1在超高真空系统中对具有原子级清洁表面的GaAs光电阴极进行高温加热；2超高真空系统温度降至室温后开启铯源量子效率逐渐增长直至到达首个铯峰；保持铯源开启当量子效率保持稳定或下降至首个铯峰的80%~85%时，打开氟源，同时铯源保持开启，量子效率再次开始上升，直到达到第二个峰值；关闭氟源，量子效率开始下降，当量子效率到达谷底时，关闭铯源，量子效率会转而上升到第3个峰值，然后保持比较好的稳定性；3再次将GaAs光电阴极放入超高真空系统中进行加热处理，并重复步骤2后，结束激活过程。本发明可以得到量子效率高、稳定性更好的GaAs光电阴极。

Description

一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法
技术领域
本发明属于半导体光电发射材料制备技术领域，具体涉及一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法。
背景技术
GaAs光电阴极具有量子效率高、光谱响应范围款、成像效果好、响应速度快等诸多优点，因此在微光夜视成像器件和自旋极化电子源以及半导体敏感器件等领域有广阔的应用前景。在光电阴极的研究过程中，人们一直致力于研究量子效率及稳定性的提高方法和技术。例如采用渐变带隙或者DBR结构以提高光电阴内部的光吸收能力和电子输运能力，从而提高光电阴极的发射效率；再比如采用固态氧源激活替代气态氧源激活，更有利于精准控制激活过程中的氧流量，从而提高光电阴极的发射效率和稳定性。
制备量子效率高且稳定性好的GaAs光电阴极，一直是目前光电阴极应用的研究热点。然而阴极量子效率随时间的衰减仍是实用化过程中所面临的一个技术难题。现有技术申请号为：2016101685912 发明名称为：一种提高砷化镓光电阴极稳定性的激活方法，公开了一种提高砷化镓光电阴极稳定性的激活方法，是目前国内常用的激活方法，在超高真空环境下，通过在洁净的GaAs材料表面交替覆盖铯、氧的方式制得负电子亲和势GaAs光电阴极，铯氧激活使得GaAs光电阴极的表面真空能级更低，到达阴极表面的电子更易于逸出到真空，大大提高了阴极量子效率。存在的问题是：在激活过程中，采用不同铯源和氧源的电流比，以及采用不同的铯源、氧源开启步骤，都会影响GaAs光电阴极的激活效果，并且目前实验表明，采用交替覆盖铯和氧的激活方式得到的GaAs光电阴极发射性能并不理想，尤其是稳定性较差。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述技术问题，本发明提供一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，解决现有技术中存在制备的GaAs光电阴极的发射性能即发射效率与稳定性不够好的问题。
2.技术方案：
一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1、在超高真空系统中对具有原子级清洁表面的GaAs光电阴极进行第一次高温加热。
步骤2、超高真空系统温度降至室温后，开启铯源，GaAs光电阴极的量子效率逐渐增长，直至到达首个铯峰；保持铯源开启，当量子效率保持稳定或下降至首个铯峰的80%~85%时，打开氟源，同时铯源保持开启，量子效率再次开始上升；直到达到第二个峰值，即检测到量子效率下降时，关闭氟源，量子效率开始下降，当量子效率到达谷底时，即量子效率不再下降，关闭铯源；GaAs光电阴极的量子效率能够转而上升到第3个峰值，然后保持比较好的稳定性。
步骤3、再次将放入GaAs光电阴极的超高真空系统进行第二次高温加热处理，并重复步骤2后，结束激活过程。
进一步地，步骤1中的第一次高温加热，其加热温度为640~660℃，加热时间为15~20分钟。
进一步地，步骤2是在632nm或670nm的激光光照下进行。
进一步地，步骤3中的第二次高温加热，其加热温度为550~610℃，加热时间为15~20分钟。
进一步地，所述超高真空系统的真空度不低于1*10^7Pa。
进一步地，原子级清洁的GaAs光阴极表面的氧化层厚度不超过3埃。
3.有益效果：
（1）本发明采用铯源激活与氟激活后的GaAs光电阴极发射性能更好。
（2）利用本发明方法制备的GaAs光电阴极量子效率高且工作寿命和储存寿命更长。
（3）由于本发明的操作步骤少，铯源一直保持开启状态，氟源的开启和关闭只需判定量子效率是否到达谷值和峰值，为计算机自动控制激活提供了一种更好的激活方法。
附图说明
图1为本发明的激活流程图；
图2为本发明实施例中铯氟激活过程量子效率变化图；
图3为本发明实施例中铯氟激活和铯氧激活量子效率对比图；
图4为本发明实施例铯氟激活和铯氧激活稳定性对比图。
具体实施方式
一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1、在超高真空系统中对具有原子级清洁表面的GaAs光电阴极进行第一次高温加热。
步骤2、超高真空系统温度降至室温后，开启铯源，GaAs光电阴极的量子效率逐渐增长，直至到达首个铯峰；保持铯源开启，当量子效率保持稳定或下降至首个铯峰的80%~85%时，打开氟源，同时铯源保持开启，量子效率再次开始上升；直到达到第二个峰值，即检测到量子效率下降时，关闭氟源，量子效率开始下降，当量子效率到达谷底时，即量子效率不再下降，关闭铯源；GaAs光电阴极的量子效率能够转而上升到第3个峰值，然后保持比较好的稳定性。
步骤3、再次将放入GaAs光电阴极的超高真空系统进行第二次高温加热处理，并重复步骤2后，结束激活过程。
进一步地，步骤1中的第一次高温加热，其加热温度为640~660℃，加热时间为15~20分钟。
进一步地，步骤2是在632nm或670nm的激光光照下进行。
进一步地，步骤3中的第二次高温加热，其加热温度为550~610℃，加热时间为15~20分钟。
进一步地，所述超高真空系统的真空度不低于1*10^7Pa。
进一步地，原子级清洁的GaAs光阴极表面的氧化层厚度不超过3埃。
具体实施例：
如附图1所示的流程图，首先在超高真空系统中，对具有原子级清洁表面的GaAs光电阴极材料进行第一次高温加热，加热温度为650℃，加热时间为18分钟。
等待超高真空系统温度降至室温后，开始进行激活操作。
激活时，用波长为632nm的激光垂直照射在GaAs光电阴极表面。开启铯源，GaAs光电阴极的量子效率逐渐增长，直至到达首个铯峰；保持铯源开启，当量子效率保持稳定或下降至首个铯峰的80%~85%时，打开氟源，同时铯源保持开启，量子效率再次开始上升，直到达到第二个峰值；关闭氟源，量子效率开始下降，当量子效率到达谷底时，关闭铯源，量子效率会转而上升到第3个峰值，然后保持比较好的稳定性，激活过程中，光电阴极量子效率的变化曲线如图2所示。
之后再次将GaAs光电阴极放入超高真空系统中进行第二次高温加热处理，加热温度为570℃，加热时间为15分钟。等待超高真空系统温度降至室温后，再次进行激活操作步骤，操作步骤同上上一段。
采用相同GaAs光电阴极，我们做了对比实验，在激活时采用Cs源持续打开，根据光电流的变化情况通O2的铯氧激活，其他激活条件与上述铯氟激活相同。激活后，铯氟激活和铯氧激活的量子效率对比如图3所示。
图4是本发明具体实施例中铯氟激活和铯氧激活的GaAs光电阴极稳定性对比图。真空系统中通常存在O2、CO2和CO等多种残余气体，它们会降低GaAs光电阴极的发射性能。实验发现铯氟激活后的GaAs光电阴极对真空残气的免疫性更好，激活后的阴极发射性能的衰减速率要小于铯氧激活后的阴极发射性能衰减速率。可以看出本发明得到的阴极光电发射性能更高、衰减的更慢，表明本发明激活的GaAs光电阴极的发射性能更好。
由上可知，经本发明激活条件下得到的GaAs光电阴极的量子效率高且稳定性更好。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (6)

1.一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1、在超高真空系统中对具有原子级清洁表面的GaAs光电阴极进行第一次高温加热；
步骤2、超高真空系统温度降至室温后，开启铯源，GaAs光电阴极的量子效率逐渐增长，直至到达首个铯峰；保持铯源开启，当量子效率保持稳定或下降至首个铯峰的80%~85%时，打开氟源，同时铯源保持开启，量子效率再次开始上升；直到达到第二个峰值，即检测到量子效率下降时，关闭氟源，量子效率开始下降，当量子效率到达谷底时，即量子效率不再下降，关闭铯源；GaAs光电阴极的量子效率能够转而上升到第3个峰值，然后保持比较好的稳定性；
步骤3、再次将放入GaAs光电阴极的超高真空系统进行第二次高温加热处理，并重复步骤2后，结束激活过程。
2.根据权利要求1所述一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于，步骤1中的第一次高温加热，其加热温度为640~660℃，加热时间为15~20分钟。
3.根据权利要求1所述一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于，步骤2是在632nm或670nm的激光光照下进行。
4.根据权利要求1所述一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于，步骤3中的第二次高温加热，其加热温度为550~610℃，加热时间为15~20分钟。
5.根据权利要求1所述一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于，所述超高真空系统的真空度不低于1*10^7Pa。
6.根据权利要求1所述一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法，其特征在于，原子级清洁的GaAs光阴极表面的氧化层厚度不超过3埃。
CN202010697019.1A 2020-07-20 2020-07-20 一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法 Active CN111863569B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010697019.1A CN111863569B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010697019.1A CN111863569B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111863569A true CN111863569A (zh) 2020-10-30
CN111863569B CN111863569B (zh) 2023-04-18

Family

ID=73000985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010697019.1A Active CN111863569B (zh) 2020-07-20 2020-07-20 一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111863569B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3858955A (en) * 1973-01-15 1975-01-07 Rca Corp Method of making a iii-v compound electron-emissive cathode
CN107230606A (zh) * 2016-03-23 2017-10-03 南京理工大学 一种提高砷化镓光电阴极稳定性的激活方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3858955A (en) * 1973-01-15 1975-01-07 Rca Corp Method of making a iii-v compound electron-emissive cathode
GB1453965A (en) * 1973-01-15 1976-10-27 Rca Corp Electron-emissive cathodes
CN107230606A (zh) * 2016-03-23 2017-10-03 南京理工大学 一种提高砷化镓光电阴极稳定性的激活方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. PASTUSZKA 等: "《‘Stable to unstable’ transition in the (Cs, 0) activation layer on GaAs (100) surfaces with negative electron affinity in extremely high vacuum》", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111863569B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5728435A (en) Method for enhancing electron emission from carbon-containing cathode
KR100188071B1 (ko) 표시장치의 제조방법
Ainbund et al. Solar-blind UV photocathodes based on AlGaN heterostructures with a 300-to 330-nm spectral sensitivity threshold
Feng et al. Optimized chemical cleaning procedure for enhancing photoemission from GaAs photocathode
CN111863569B (zh) 一种提高砷化镓光电阴极发射性能的激活方法
Zhang et al. Comparison of the photoemission behaviour between negative electron affinity GaAs and GaN photocathodes
CN111584327B (zh) 一种提高砷化镓光电阴极量子效率的激活方法
Pastuszka et al. ‘Stable to unstable’transition in the (Cs, O) activation layer on GaAs (100) surfaces with negative electron affinity in extremely high vacuum
Kashima et al. The photoemission characteristics of a NEA InGaN photocathode by simultaneously supplying Cs and O2
CN107507873B (zh) 一种真空太阳能光电转换器件
JP2000164921A (ja) 半導体発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子
Schade et al. EFFICIENT ELECTRON EMISSION FROM GaAs–Al1− xGaxAs OPTOELECTRONIC COLD‐CATHODE STRUCTURES
CN107393804B (zh) 一种真空太阳能光电转换器件
CN111584326B (zh) 一种提高InGaAs光电阴极量子效率的激活方法
CN110416055B (zh) 具有原子级厚超薄发射层的GaN反射式光电阴极
Yang et al. Cesium, oxygen coadsorption on AlGaN (0001) surface: experimental research and ab initio calculations
JP6004460B2 (ja) 太陽電池の製造方法、および太陽電池
Xu et al. Differences in stability and repeatability between GaAs and GaAlAs photocathodes
CN113113277B (zh) 反、透射式石墨烯光电阴极及其制备和激活方法
CN111584328B (zh) 一种提高铟镓砷光电阴极近红外波段响应的激活方法
Garbe et al. Efficient photoemission from GaAs epitaxial layers
CN117766357A (zh) GaAs基光电阴极的Cs/NF3/O混合激活方法
CN112885684B (zh) 一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法
JP2003017749A (ja) ｎ型酸化亜鉛系半導体を用いた発光ダイオード用金属電極及びその製造方法
JP2020533760A (ja) 熱アシスト負電子親和性フォトカソード

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant