一种波长可调的AlGaAs光电阴极的制作方法

本实用新型是涉及光电阴极技术领域，具体的说是一种波长可调的AlGaAs光电阴极。

背景技术：

目前国内外对负电子亲和势（negative electron affinity，简称NEA）光电阴极的研究都是致力于标准GaAs光电阴极、窄带响应GaAlAs光电阴极、紫外日盲响应GaN光电阴极、近红外InGaAs光电阴极等。项目组以近十几年来对NEA光电阴极的研究成果为基础，开展了AlGaAs光电阴极的研究，已经申请了发明专利《一种蓝延伸变带隙AlGaAs/GaAs光电阴极及其制备方法》（申请号：CN201110202343.2）、《对532nm敏感的透射式GaAlAs光电阴极及其制备方法》（申请号：201110013841.2）和《532nm截止的反射式GaAlAs光电阴极及其制备方法》（申请号：201210094925.8）、《一种指数掺杂反射式GaAs光电阴极及其制备方法》（申请号：CN201310211048.2）、《基于对数掺杂变In组分反射式结构GaAs光电阴极》（申请号：CN201410010132.2）、《一种蓝延伸指数掺杂透射式GaAs光电阴极及其制备方法》（申请号：CN201410153219.5）等，以上各专利涉及不同结构的GaAs或AlGaAs光电阴极，但这些光电阴极都是针对特定应用下某一光谱响应范围的设计，只具有单一的发射层。

需要一种针对不同应用场合对光谱响应的要求不同提供一种波长可调的透射式AlGaAs光电阴极，根据使用场景的不同能够实现波长可调的效果。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种波长可调的AlGaAs光电阴极。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种波长可调的AlGaAs光电阴极，其特征是：包括由下至上依次同心设置的玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层和若干片发射层，所述的若干片发射层由下至上直径依次减小，每层发射层的上表面露出区域均覆盖有激活层，所述的每层发射层均设置有与其对应的激活层，所述的激活层的端面的形状和尺寸与其对应的发射层的上表面露出区域的形状尺寸相同，每层激活层表面均覆盖有可拆卸的遮光帽；

所述的缓冲层采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层；

所述的若干片发射层采用不同Al组分的Alx’Ga1-x’As发射层，若干片发射层中Al组分x’值由下至上依次减小，x’值介于1~0之间，若干片发射层均采用均匀掺杂方式，各片发射层中的掺杂浓度由下至上依次减小；

所述的激活层采用Cs/O激活层；

所述的遮光帽采用不透光材料制成。

所述的玻璃窗口厚2~8mm，所述的玻璃窗口的直径为22~42mm。

所述的Si3N4增透层厚100~200nm，Si3N4增透层直径13~23mm。

所述的缓冲层所采用的AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层中x取值介于0.4~0.8之间，均匀掺杂浓度介于1.0×10¹⁷~1.0×10¹⁹cm^-3之间，缓冲层厚100~1000nm，缓冲层直径13~23mm。

最底层发射层直径与缓冲层直径相同，若干片发射层直径由下至上依次递减2~8mm，若干片发射层厚度相同，发射片厚100~3000nm，若干片发射层的掺杂浓度介于1.0×10¹⁹~1.0×10¹⁸cm^-3之间。

位于最顶部的激活层上方的遮光帽端面为圆形，非最顶部的激活层上方的遮光帽端面为圆环形。

所述的玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层、发射层和激活层相邻之间采用超高真空激活工艺实现相互吸附固定。

激活层的厚度对于本装置技术效果的实现没有影响，一般激活层厚度在0.5~1.5nm之间。

缓冲层和发射层中的掺杂均采用均匀掺杂方式，若采用金属有机化合物气相外延法，则掺杂原子为锌，若采用分子束外延法，则掺杂原子为铍。

该种波长可调的AlGaAs光电阴极能够产生的有益效果为：通过采用了不同直径、不同组分、不同掺杂的多发射层结构设计，使得光谱响应范围能涵盖各发射层的光谱响应范围，单独使用该光电阴极时能够获得400~900nm宽光谱响应，配合不同遮光帽时能获得不同响应的光谱效果，如可见光响应、蓝绿光响应。具有本发明结构中的透射式AlGaAs光电阴极可以用于夜天空下微光像增强器中的光电阴极；可以配合532nm激光器，应用于海洋光电子探测器件中，用来进行海洋探测领域的各项活动；也可用于真空电子源、太阳能电池等不同光谱响应要求的领域。

附图说明

图1为本实用新型一种波长可调的AlGaAs光电阴极的结构原理图。

图2为本实用新型一种波长可调的AlGaAs光电阴极的剖面图。

图3为本实用新型一种波长可调的AlGaAs光电阴极的光谱响应曲线图。

说明书附图标注：1、玻璃窗口；2、Si3N4增透层；3、缓冲层；4、发射层；5、激活层；6、遮光帽；

4.1、第一发射层；4.2、第二发射层；4.3、第三发射层；

5.1、第一激活层；5.2、第二激活层；5.3、第三激活层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。

具体实施例一：

如图2所示，一种波长可调的AlGaAs光电阴极，其特征是：包括由下至上依次同心设置的玻璃窗口1、Si3N4增透层2、缓冲层3和若干片发射层4，所述的若干片发射层4由下至上直径依次减小，所述的每层发射层4上表面均设置有与其对应的激活层5，所述的激活层5的端面的形状和尺寸与其对应的发射层4的上表面露出区域的形状尺寸相同，每层激活层5表面均覆盖有可拆卸的遮光帽6；

本实施例中，玻璃窗口1采用Corning 7056^#玻璃窗口，总厚度为4mm，直径32mm。

本实施例中，Si3N4增透层2总厚度为100nm，直径18mm。

本实施例中，缓冲层3采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层；其中缓冲层3中的Al组分值x为0.5，总厚度为500nm，缓冲层3采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3。

本实施例中，设置有三层发射层4，包括由下至上的第一发射层4.1、第二发射层4.2和第三发射层4.3，三层发射层采用不同Al组分的Alx’Ga1-x’As发射层；

其中，第一发射层采用Alx1Ga1-x1As发射层，第一发射层的Al组分值x1为1.0，厚度为500nm，直径为18mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3；

第二发射层采用Alx2Ga1-x2As发射层，第二发射层的Al组分值x2为0.5，厚度为500nm，直径为13mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3；

第三发射层采用Alx3Ga1-x3As发射层，第三发射层的Al组分值x3为0，厚度为500nm，直径为8mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁸cm^-3。

本实施例中，第一发射层、第二发射层和第三发射层上表面均设置有激活层5；

其中，第一发射层上表面设置有环形的第一激活层5.1，第一激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第一激活层内径为13mm，第一激活层外径为18mm；

第二发射层上表面设置有环形的第二激活层5.2，第二激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第二激活层内径为8mm，第二激活层外径为13mm；

第三发射层上表面设置有圆形的第三激活层5.2，第三激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第三激活层直径为8mm。

本实施例中，每层激活层上表面均设置有可拆卸的遮光帽6；

其中第一激活层上表面设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为13mm，第一激活层外径为18mm；第二激活层上表面同样设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为8mm，第二激活层外径为13mm；第三激活层上表面设置有圆形遮光帽，该遮光帽直径为8mm。

本实施例中，玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层、发射层和激活层相邻之间采用超高真空激活工艺实现相互吸附固定。

通过安装不同位置和数量的遮光帽实现不同响应范围的光谱响应曲线，如图3所示，曲线1对应的曲线为光电子仅通过第一发射层时的光谱响应，此时，第二激活层和第三激活层上表面安装有遮光帽，能够实现蓝绿光波段的光谱响应，可用于海洋探测器件；曲线2对应的曲线为光电子通过第一发射层和第二发射层时的光谱响应，此时，第一激活层和第三激活层上表面安装有遮光帽，实现了可见光波段的光谱响应；曲线3对应的曲线为光电子通过第一发射层、第二发射层和第三发射层时的光谱响应，此时，第一激活层和第二激活层上表面安装有遮光帽，实现了400~900nm宽光谱范围的光谱响应，可用于微光像增强器。

具体实施例二：

一种波长可调的AlGaAs光电阴极，其特征是：包括由下至上依次同心设置的玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层和若干片发射层，所述的若干片发射层由下至上直径依次减小，每层发射层的上表面露出区域均覆盖有激活层，所述的每层发射层均设置有与其对应的激活层，所述的激活层的端面的形状和尺寸与其对应的发射层的上表面露出区域的形状尺寸相同，每层激活层表面均覆盖有可拆卸的遮光帽；

本实施例中，玻璃窗口采用Corning 7056^#玻璃窗口，总厚度为6mm，直径40mm。

本实施例中，Si3N4增透层总厚度为150nm，直径30mm。

本实施例中，缓冲层采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层；其中缓冲层中的Al组分值x为0.5，总厚度为500nm，缓冲层采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3。

本实施例中，设置有三层发射层，包括由下至上的第一发射层、第二发射层和第三发射层，三层发射层采用不同Al组分的Alx’Ga1-x’As发射层；

其中，第一发射层采用Alx1Ga1-x1As发射层，第一发射层的Al组分值x1为1.0，厚度为500nm，直径为18mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3；

第二发射层采用Alx2Ga1-x2As发射层，第二发射层的Al组分值x2为0.5，厚度为500nm，直径为13mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3；

第三发射层采用Alx3Ga1-x3As发射层，第三发射层的Al组分值x3为0，厚度为500nm，直径为8mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁸cm^-3。

本实施例中，第一发射层、第二发射层和第三发射层上表面均设置有激活层；

其中，第一发射层上表面设置有环形的第一激活层，第一激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.5nm，第一激活层内径为13mm，第一激活层外径为18mm；

第二发射层上表面设置有环形的第二激活层，第二激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.5nm，第二激活层内径为8mm，第二激活层外径为13mm；

第三发射层上表面设置有圆形的第三激活层，第三激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.5nm，第三激活层直径为8mm。

本实施例中，每层激活层上表面均设置有可拆卸的遮光帽；

其中第一激活层上表面设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为13mm，第一激活层外径为18mm；第二激活层上表面同样设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为8mm，第二激活层外径为13mm；第三激活层上表面设置有圆形遮光帽，该遮光帽直径为8mm。

本实施例中，玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层、发射层和激活层相邻之间采用超高真空激活工艺实现相互吸附固定。

具体实施例三：

一种波长可调的AlGaAs光电阴极，其特征是：包括由下至上依次同心设置的玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层和若干片发射层，所述的若干片发射层由下至上直径依次减小，每层发射层的上表面露出区域均覆盖有激活层，所述的每层发射层均设置有与其对应的激活层，所述的激活层的端面的形状和尺寸与其对应的发射层的上表面露出区域的形状尺寸相同，每层激活层表面均覆盖有可拆卸的遮光帽；

本实施例中，玻璃窗口采用Corning 7056^#玻璃窗口，总厚度为2mm，直径30mm。

本实施例中，Si3N4增透层总厚度为200nm，直径20mm。

本实施例中，缓冲层采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层；其中缓冲层中的Al组分值x为0.5，总厚度为500nm，缓冲层采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3。

本实施例中，设置有三层发射层，包括由下至上的第一发射层、第二发射层和第三发射层，三层发射层采用不同Al组分的Alx’Ga1-x’As发射层；

其中，第一发射层采用Alx1Ga1-x1As发射层，第一发射层的Al组分值x1为1.0，厚度为500nm，直径为18mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3；

第二发射层采用Alx2Ga1-x2As发射层，第二发射层的Al组分值x2为0.5，厚度为500nm，直径为13mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3；

第三发射层采用Alx3Ga1-x3As发射层，第三发射层的Al组分值x3为0，厚度为500nm，直径为8mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁸cm^-3。

本实施例中，第一发射层、第二发射层和第三发射层上表面均设置有激活层；

其中，第一发射层上表面设置有环形的第一激活层，第一激活层采用Cs/O激活层，厚度为1.5nm，第一激活层内径为13mm，第一激活层外径为18mm；

第二发射层上表面设置有环形的第二激活层，第二激活层采用Cs/O激活层，厚度为1.5nm，第二激活层内径为8mm，第二激活层外径为13mm；

第三发射层上表面设置有圆形的第三激活层，第三激活层采用Cs/O激活层，厚度为1.5nm，第三激活层直径为8mm。

本实施例中，每层激活层上表面均设置有可拆卸的遮光帽；

其中第一激活层上表面设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为13mm，第一激活层外径为18mm；第二激活层上表面同样设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为8mm，第二激活层外径为13mm；第三激活层上表面设置有圆形遮光帽，该遮光帽直径为8mm。

本实施例中，玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层、发射层和激活层相邻之间采用超高真空激活工艺实现相互吸附固定。

具体实施例二、具体实施例三与具体实施例一的区别在于玻璃窗口、增透层、激活层的厚度、直径不同。但是，具体实施例二和具体实施例三中设备的光谱响应曲线与具体实施例一完全相同。因此，说明玻璃窗口、增透层、激活层的厚度、直径不直接影响光谱响应效果，并支持了玻璃窗口、增透层、激活层的厚度、直径的尺寸范围。

具体实施例四：

一种波长可调的AlGaAs光电阴极，其特征是：包括由下至上依次同心设置的玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层和若干片发射层，所述的若干片发射层由下至上直径依次减小，每层发射层的上表面露出区域均覆盖有激活层，所述的每层发射层均设置有与其对应的激活层，所述的激活层的端面的形状和尺寸与其对应的发射层的上表面露出区域的形状尺寸相同，每层激活层表面均覆盖有可拆卸的遮光帽；

本实施例中，玻璃窗口采用Corning 7056^#玻璃窗口，总厚度为4mm，直径32mm。

本实施例中，Si3N4增透层总厚度为100nm，直径18mm。

本实施例中，缓冲层采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层；其中缓冲层中的Al组分值x为0.4，总厚度为600nm，缓冲层采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn，掺杂浓度为2.0×10¹⁹cm^-3。

本实施例中，设置有三层发射层，包括由下至上的第一发射层、第二发射层和第三发射层，三层发射层采用不同Al组分的Alx’Ga1-x’As发射层；

其中，第一发射层采用Alx1Ga1-x1As发射层，第一发射层的Al组分值x1为1.0，厚度为500nm，直径为18mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3；

第二发射层采用Alx2Ga1-x2As发射层，第二发射层的Al组分值x2为0.5，厚度为500nm，直径为13mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3；

第三发射层采用Alx3Ga1-x3As发射层，第三发射层的Al组分值x3为0，厚度为500nm，直径为8mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁸cm^-3。

本实施例中，第一发射层、第二发射层和第三发射层上表面均设置有激活层；

其中，第一发射层上表面设置有环形的第一激活层，第一激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第一激活层内径为13mm，第一激活层外径为18mm；

第二发射层上表面设置有环形的第二激活层，第二激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第二激活层内径为8mm，第二激活层外径为13mm；

第三发射层上表面设置有圆形的第三激活层，第三激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第三激活层直径为8mm。

本实施例中，每层激活层上表面均设置有可拆卸的遮光帽；

其中第一激活层上表面设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为13mm，第一激活层外径为18mm；第二激活层上表面同样设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为8mm，第二激活层外径为13mm；第三激活层上表面设置有圆形遮光帽，该遮光帽直径为8mm。

本实施例中，玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层、发射层和激活层相邻之间采用超高真空激活工艺实现相互吸附固定。

具体实施例四与具体实施例一的区别在于缓冲层采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层的Al组分值x、尺寸和掺杂浓度不同，说明了缓冲层结构数据的可调性，当其Al组分降低时，光谱响应有所增加，当其厚度变化时，光谱响应峰谷值位置发生变化。

具体实施例五：

一种波长可调的AlGaAs光电阴极，其特征是：包括由下至上依次同心设置的玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层和若干片发射层，所述的若干片发射层由下至上直径依次减小，每层发射层的上表面露出区域均覆盖有激活层，所述的每层发射层均设置有与其对应的激活层，所述的激活层的端面的形状和尺寸与其对应的发射层的上表面露出区域的形状尺寸相同，每层激活层表面均覆盖有可拆卸的遮光帽；

本实施例中，玻璃窗口采用Corning 7056^#玻璃窗口，总厚度为4mm，直径32mm。

本实施例中，Si3N4增透层总厚度为100nm，直径18mm。

本实施例中，缓冲层采用AlxGa1-xAs均匀掺杂缓冲层；其中缓冲层中的Al组分值x为0.5，总厚度为500nm，缓冲层采用均匀掺杂方式，掺杂原子为Zn，掺杂浓度为1.0×10¹⁹cm^-3。

本实施例中，设置有三层发射层，包括由下至上的第一发射层、第二发射层和第三发射层，三层发射层采用不同Al组分的Alx’Ga1-x’As发射层；

其中，第一发射层采用Alx1Ga1-x1As发射层，第一发射层的Al组分值x1为0.7，厚度为600nm，直径为18mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3；

第二发射层采用Alx2Ga1-x2As发射层，第二发射层的Al组分值x2为0.5，厚度为600nm，直径为13mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3；

第三发射层采用Alx3Ga1-x3As发射层，第三发射层的Al组分值x3为0.2，厚度为600nm，直径为8mm，掺杂原子为Zn，采用均匀掺杂的方式掺杂，掺杂浓度为1.0×10¹⁸cm^-3。

本实施例中，第一发射层、第二发射层和第三发射层上表面均设置有激活层；

其中，第一发射层上表面设置有环形的第一激活层，第一激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第一激活层内径为13mm，第一激活层外径为18mm；

第二发射层上表面设置有环形的第二激活层，第二激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第二激活层内径为8mm，第二激活层外径为13mm；

第三发射层上表面设置有圆形的第三激活层，第三激活层采用Cs/O激活层，厚度为0.7nm，第三激活层直径为8mm。

本实施例中，每层激活层上表面均设置有可拆卸的遮光帽；

其中第一激活层上表面设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为13mm，第一激活层外径为18mm；第二激活层上表面同样设置有环形遮光帽，该遮光帽内径为8mm，第二激活层外径为13mm；第三激活层上表面设置有圆形遮光帽，该遮光帽直径为8mm。

本实施例中，玻璃窗口、Si3N4增透层、缓冲层、发射层和激活层相邻之间采用超高真空激活工艺实现相互吸附固定。

具体实施例五与具体实施例一的区别在于各个发射层尺寸和Al组分不同，当各发射层厚度和Al组分发生变化时，影响光谱响应截止波长、峰值波长、响应高低等性能。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。