CN112420467A - 一种光电阴极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光电阴极及其制备方法，该光电阴极包括：光电阴极基体，锑碱金属化合物，光电阴极基体的表面为经过离子束轰击表面改性处理后的；锑碱金属化合物，制备在光电阴极基体的表面上。该制备方法包括：在光电阴极基体表面实施离子束轰击表面改性处理，得到离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体；利用第一加热体将离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体加热至预设温度；利用第二加热体加热锑源使锑蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面，形成锑膜；利用第二加热体加热碱金属源，使碱金属蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面，与锑膜发生反应，生成锑碱金属化合物，完成光电阴极的制备。
Description
技术领域
本发明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。
其后又发现了锑铯光电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。
但锑铯光电阴极及多碱光电阴极的发射电流密度比较低，且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。
发明内容
有鉴于此，为了提高锑铯光电阴极及多碱光电阴极的发射电流密度，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，本发明提出了一种光电阴极及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提出了一种光电阴极及其制备方法。一方面，本发明提出的一种光电阴极，包括：光电阴极基体，锑碱金属化合物，其中，光电阴极基体的表面为经过离子束轰击表面改性处理后的；锑碱金属化合物，制备在光电阴极基体的表面上。
根据本发明的实施例，其中，光电阴极基体的材料包括以下之一：镍、镍合金、铜或铜合金。
根据本发明的实施例，其中，锑碱金属化合物包括以下之一：锑化铯、锑化钠、锑化钾或碱金属混合锑化物，碱金属混合锑化物包括：锑化钠钾、锑化钠铯、锑化钠钾铯。
另一方面，本发明还提供了一种光电阴极的制备方法，包括：在光电阴极基体表面实施离子束轰击表面改性处理，得到离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体；利用第一加热体将离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体加热至预设温度；利用第二加热体加热锑源使锑蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面，形成锑膜；利用第二加热体加热碱金属源，使碱金属蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面，与锑膜发生反应，生成锑碱金属化合物，完成光电阴极的制备。
根据本发明的实施例，其中，离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面呈现织构的形貌。
根据本发明的实施例，其中，织构的毛刺顶端的直径为10nm～100nm，织构的毛刺的高度为10nm～10000nm。
根据本发明的实施例，其中，锑膜的厚度为200nm～500nm。
根据本发明的实施例，其中，碱金属源包括以下至少之一：铯、钠、钾。
根据本发明的实施例，其中，第一加热体和第二加热体的材料均包括以下一种：钨、钼或钨铼合金。
根据本发明的实施例，其中，碱金属蒸汽与锑膜发生反应的温度为120℃～180℃。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的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)经过离子束表面改性的光电阴极表面对光具有极强的吸收能力，从而提高了光电阴极的发射电流密度。
(2)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。
(3)制备工艺简单，可以方便地制备出发射电流密度大、碱金属蒸发速率低的大电流密度光电阴极。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极的结构示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例的制备光电阴极的辅助装置示意图；
图3(a)和图3(b)示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极无氧铜基体的表面经过离子束轰击表面改性处理前后的电镜显微图；
图4示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极的制备方法的流程示意图；
图5示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极基体的表面处理前后的光电流密度与激光强度的关系。
【附图符号说明】
1-光电阴极基体；2-阳极；3-钨海绵；4-锑源；5-碱金属源；6-第一加热体；7-光电阴极表面织构毛刺的微观形貌；8-第二加热体；9-锑碱金属化合物。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明作进一步的详细说明。
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，并非用来限制本发明的保护范围。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。
本发明提供一种光电阴极及其制备方法，对光电阴极基体表面离子束轰击处理，然后在其上面制备锑碱金属化合物制成大电流密度光电阴极，以提高光电阴极的发射电流密度，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。
图1示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极的结构示意图。
如图1所示，本发明提出的一种光电阴极包括：光电阴极基体1，锑碱金属化合物9。
根据本发明的实施例，光电阴极基体1的表面为经过离子束轰击表面改性处理后的，经过离子束轰击改性处理后的光电阴极基体1的表面微观形貌为织构形貌7。
根据本发明的实施例，锑碱金属化合物制备在光电阴极基体的表面上。
根据本发明的实施例，光电阴极的材料包括以下之一：镍、镍合金、铜或铜合金。
根据本发明的实施例，锑碱金属化合物包括以下之一：锑化铯、锑化钠、锑化钾或碱金属混合锑化物，碱金属混合锑化物包括：锑化钠钾、锑化钠铯、锑化钠钾铯。
另一方面，本发明还提供了一种光电阴极的制备方法。图2示意性示出了根据本发明实施例的制备光电阴极的辅助装置示意图。
如图2所示，经过离子束轰击处理的光电阴极基体1下方设置有第一加热体6，在光电阴极基体1的上方分别设置有锑源4和碱金属源5，且锑源4和碱金属源5上方均设置有第二加热体8。
图4示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极的制备方法的流程示意图。结合图2和图4所示，本发明提供的一种光电阴极的制备方法包括操作S401～S404。
在操作S401，在光电阴极基体表面实施离子束轰击表面改性处理，得到离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体。
根据本发明的实施例，离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体1的表面呈现织构的形貌。
例如，图3(a)和图3(b)示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极无氧铜基体的表面经过离子束轰击表面改性处理前后的电镜显微图。
图3(a)为光电阴极无氧铜基体的表面经过离子束轰击表面改性处理前的电镜显微图；图3(b)为光电阴极无氧铜基体的表面经过离子束轰击表面改性处理后的电镜显微图。
参照图3(a)和3(b)可以看出，图3(a)中未经过离子束轰击表面改性处理的无氧铜表面十分光滑，图3(b)中经过离子表面改性后的无氧铜表面呈现织构的形貌，这种织构的形貌的表面非常有利于光的吸收，并具有很强的吸附性能。
根据本发明的实施例，织构的毛刺顶端的直径为10nm～100nm，织构的毛刺的高度为10nm～10000nm。
在操作S402，利用第一加热体6将离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体1加热至预设温度。
根据本发明的实施例，利用第一加热体6对离子束表面改性处理后的光电阴极基体1加热至预设温度，预设温度为800℃以上，使其在800℃以上温度可以充分除气，以净化电阴极基体1的表面。
根据本发明的实施例，将电阴极基体1加热至预设温度800℃以上后，再缓慢降温至120℃～180℃并维持该温度范围，使碱金属蒸汽与锑膜能够充分发生反应。
在操作S403，利用第二加热体8加热锑源4使锑蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体1的表面，形成锑膜。
根据本发明的实施例，使锑蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体1的表面包括通过扩散阻挡层的钨海绵3孔洞中蒸发至光电阴极基体1的表面。
根据本发明的实施例，锑膜的厚度为200nm～500nm。
在操作S404，利用第二加热体8加热碱金属源5，使碱金属蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体1的表面，与锑膜发生反应，生成锑碱金属化合物，完成光电阴极的制备。
根据本发明的实施例，光电阴极是在真空条件下制备的，真空度在10-6Pa量级。
根据本发明的实施例，使碱金属蒸汽蒸发至离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体1的表面包括通过扩散阻挡层的孔洞3向光电阴极表面蒸发。
根据本发明的实施例，碱金属源5包括以下至少之一：铯、钠、钾。
根据本发明的实施例，第一加热体和第二加热体的材料均包括以下一种：钨、钼或钨铼合金。
根据本发明的实施例，碱金属蒸汽与锑膜发生反应的温度为120℃～180℃。
根据本发明的实施例，碱金属蒸汽与锑膜发生反应过程中，如图2所示，通过阳极2和光电阴极之间连接有微安表，加电压后监测光电流以持续控制碱金属蒸汽流速。
根据本发明的实施例，所加电压为几百伏，通过监视白光光电流，调节碱金属源4的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。
根据本发明的实施例，在制备光电阴极结束时，应先退温后停止碱金属源蒸汽，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。
图5示意性示出了根据本发明实施例的光电阴极基体的表面处理前后的光电流密度与激光强度的关系。本实施例中，光电阴极基体以无氧铜为具体实施例。
从图5可以看出，光电阴极基体的表面处理前后稳定的最大发射电流密度分别为146.0mA/cm2和32.6mA/cm2，表明在经过离子束表面改性处理的无氧铜做基体的光电阴极的发射电流密度是未处理无氧铜的4.48倍，证明离子束表面改性处理的无氧铜可以大大提高光电阴极的发射电流密度。
根据本发明的实施例，通过本发明提供的光电阴极及其制备方法，解决了锑铯光电阴极及多碱光电阴极的发射电流低，且容易出现在强光作用下碱金属的蒸发速度更快的问题，经过离子束表面改性的光电阴极表面对光具有极强的吸收能力，从而提高了光电阴极的发射电流；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。制备工艺简单，可以方便地制备出发射电流密度大、碱金属蒸发速率低的大电流密度光电阴极。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开大电流密度光电阴极及其制备方法有了清楚的认识。
综上，本公开提供大电流密度光电阴极及其制备方法，对光电阴极基体表面进行离子束表面改性处理，然后在其上面制备锑碱金属化合物制成光电阴极，以提高光电阴极的发射电流密度，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。
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 (10)
1.一种光电阴极，包括：光电阴极基体，锑碱金属化合物，其中，
所述光电阴极基体的表面为经过离子束轰击表面改性处理后的；
所述锑碱金属化合物，制备在所述光电阴极基体的表面上。
2.根据权利要求1所述的光电阴极，其中，所述光电阴极基体的材料包括以下之一：镍、镍合金、铜或铜合金。
3.根据权利要求1所述的光电阴极，其中，所述锑碱金属化合物包括以下之一：锑化铯、锑化钠、锑化钾或碱金属混合锑化物，所述碱金属混合锑化物包括：锑化钠钾、锑化钠铯、锑化钠钾铯。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的光电阴极的制备方法，包括：
在光电阴极基体表面实施离子束轰击表面改性处理，得到离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体；
利用第一加热体将所述离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体加热至预设温度；
利用第二加热体加热锑源使锑蒸汽蒸发至所述离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面，形成锑膜；
利用第二加热体加热碱金属源，使碱金属蒸汽蒸发至所述离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面，与所述锑膜发生反应，生成锑碱金属化合物，完成光电阴极的制备。
5.根据权利要求4所述的光电阴极的制备方法，其中，所述离子束轰击表面改性处理后的光电阴极基体的表面呈现织构的形貌。
6.根据权利要求5所述的光电阴极的制备方法，其中，所述织构的毛刺顶端的直径为10nm～100nm，所述织构的毛刺的高度为10nm～10000nm。
7.根据权利要求4所述的光电阴极的制备方法，其中，所述锑膜的厚度为200nm～500nm。
8.根据权利要求4所述的光电阴极的制备方法，其中，所述碱金属源包括以下至少之一：铯、钠、钾。
9.根据权利要求4所述的光电阴极的制备方法，其中，所述第一加热体和所述第二加热体的材料均包括以下之一：钨、钼或钨铼合金。
10.根据权利要求4所述的光电阴极的制备方法，其中，所述碱金属蒸汽与所述锑膜发生反应的温度为120℃～180℃。
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