一种钠铯锑双碱光电阴极的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种光电阴极的制作方法，具体是一种钠铯锑双碱光电阴极的制作方法，主要用于弱光探测领域的光电倍增管、微光像增强器等类似光电器件的光电阴极制造。
【背景技术】
[0002]以光电倍增管为例，光电倍增管是一种将微弱信号转变成电信号的真空电子器件，(见图1)，主要由阴极玻璃窗1、光电阴极I1、聚焦极II1、打拿极IV和阳极V所组成。其工作原理是:当弱光通过阴极玻璃窗I照射到光电阴极II时，光电阴极向真空中发射光电子，光电子在电场的作用下进入打拿极IV的电子倍增系统，经过多级的二次电子倍增，形成放大的电子流信号，最后被阳极V收集并再次进行放大和处理，供使用。光电倍增管主要用于弱光探测，在医疗仪器、光谱仪器、核物理研究、高能物理研究等领域。由于采用了二次电子倍增系统，因此具有极高的探测灵敏度和极低的噪声。所以光电倍增管能在低能级光度学和光谱学方面，测量极微弱的辐射功率。然而光电倍增管(包括其它类似光电器件)的核心部分是光电阴极，其主要性能参数为量子效率(量子效率指光电阴极每接收100个光子所能发射的光电子数)，量子效率越高，光电倍增管的探测效率就越高，信噪比就越好。目前用于可见光波段微弱光探测的光电倍增管普遍主要使用K2CsSb双碱光电阴极(以下简称钾双碱光电阴极)。钾双碱光电阴极光谱响应的峰值量子效率约为27%，最高不超过30%，光谱响应的长波阈值约在620nm (见图2虚线曲线)。
[0003]随着科学技术的发展，各光电倍增管的应用领域均对光电倍增管的性能，特别是对光电阴极的量子效率提出了更高的要求。现有的钾双碱光电阴极的量子效率已不能适应用户的需求，而由于材料特性的限制，钾双碱光电阴极量子效率提升的空间不大，无论如何改进，都满足不了用户对光电倍增管较高量子效率的要求。因此必须寻求新的途径解决这一行业内长期存在的技术难题。
【发明内容】
[0004]本发明的主要任务和目的是，根据现行的光电倍增管及其类似光电器件的光电阴极量子效率低，不能满足用户对光电倍增管较高量子效率要求的缺陷。设计一种新的Na2CsSb双碱光电阴极(以下简称钠双碱光电阴极)，用钠双碱光电阴极取代原来的钾双碱光电阴极在光电倍增管中的应用。从根本上提高光电阴极的量子效率，达到满足用户对光电倍增管较高量子效率的要求，适应现代科技发展的需求。
[0005]本发明的主要技术方案是:钠铯锑双碱光电阴极的制作方法包含钠双碱光电阴极制作装置和具体操作步骤组成，A、钠双碱光电阴极制作装置的结构，在台面上，通过管道设置一个与抽真空系统联通的真空室，真空室内正上方装有一块观察窗，观察窗外通过支架装有一个阴极加工灯，阴极加工灯与光电阴极制作控制系统对应的电压源正负极相连接，真空室内右上方，从外向里装有一个机械手，真空室内底部，与已装有碱金属发生器、锑球的密封法兰盘密封连接，密封法兰盘上放置一个蒸发罩，蒸发罩正上方的圆孔内放置阴极玻璃窗，在真空室外面罩烘箱；B、钠双碱光电阴极制作的具体操作步骤:a、安装蒸发器，在密封法兰盘上用螺钉安装钠蒸发器、铯蒸发器、锑球及收集极，而后将蒸发罩套在密封法兰盘上，再将阴极玻璃窗放置在蒸发罩上端面的圆孔中并将孔盖住；b、真空室的密封，将安装好组件的密封法兰盘装入真空室，密封法兰盘与真空室壁的底部之间装有无氧铜垫片并通过螺栓拉紧密封连接，利用机械手将阴极玻璃窗从蒸发罩上端面的圆孔中移开，使阴极玻璃窗不再盖住蒸发罩的孔；c、抽真空，将烘箱罩住真空室，连接烘箱与温度控制系统，开启抽真空系统对真空室进行抽真空，当压强低于2X10 5Hibar时，打开温度控制系统，设置加温程序，开始对烘箱加热，使真空室温度在3 — 3.5小时内上升到350°C，保温7小时，然后自然降温；d、接通蒸发器电源，当烘箱温度达到常温后移开烘箱，用机械手将阴极玻璃窗放回到蒸发罩上方的圆孔中并将圆孔盖住，用导线通过密封法兰盘上的真空引线柱，依次将钠蒸发器、铯蒸发器、锑球的两端分别与光电阴极制作控制系统对应的电流源的正负极相连接，用导线通过真空引线柱，将串联有弱电流计的收集极和阴极玻璃窗接触电极的线路与光电阴极制作控制系统对应的电压源正极相连接；e、真空室加温，将烘箱罩住真空室，打开温度控制系统，将温度设定为185°C，开始对烘箱加热，待真空室温度达到185°C后，保温20分钟；f、调节灯、收集极电流电压，打开光电阴极制作控制系统，阴极加工灯电流调到1.65±0.2A，收集极电压调至+90V，观察弱电流计的光电流变化；g、调节蒸发器电流，打开钠蒸发器、铯蒸发器、锑球的电流源，分别将电流调至2.5A、2.5A、1.0A，按0.2A/每分钟的速率增加钠蒸发器和铯蒸发器的电流，按0.1A/每分钟的速率增加锑球的电流，在此过程中观察光电流的变化；h、控制蒸铯、锑电流，10分钟之后，当钠蒸发器和铯蒸发器的电流增加到4.5A，铺球的电流达到2.0A时，关闭铯蒸发器和铺球的电流源，保持开启钠蒸发器的电流源，但减小钠蒸发器电流的增加速率到0.1A/每分钟，在此过程中观察光电流的变化；
1、控制蒸钠电流，随着钠蒸发器电流的不断增加，当达到约5.0A时，可以观察到出现光电流，当出现光电流之后，立即关闭钠蒸发器的电流源；j、控制蒸铯电流，在关闭钠蒸发器电流的同时打开铯蒸发器的电流源，此时铯蒸发器的电流为先前关闭时的电流，即为4.5A，按0.1A/每分钟的速率增加铯蒸发器的电流，4分钟后，当铯蒸发器的电流达到约4.9A时，会观察到光电流持续增大，此时不再增加铯蒸发器的电流，但保持开启铯蒸发器的电流源，2分钟后关闭，在关闭的同时打开钠蒸发器、锑球的电流源，此时钠蒸发器、锑球的电流为先前关闭时的电流，即钠蒸发器电流约为5.0A，而锑球的电流为2.0A;k、控制蒸铯、锑电流，按0.1A/每分钟的速率增加锑球的电流，5分钟后，当锑球的电流达到约2.5A时，光电流也会进一步增大，此时保持锑球的电流不变，持续2分钟，之后将锑球的电流降低到2.0A，钠蒸发器的电流降低到4.5A，同时再次打开铯蒸发器的电流源，此时铯蒸发器的电流为先前关闭时的电流，即约为4.9A，保持此蒸发过程，在此过程中光电流会持续上升，20分钟后光电流会达到最大值，当光电流达到最大值时，关闭钠蒸发器的电流源，将铯蒸发器的电流调低至4.5A，锑球的电流调低至2.0A;1、烘箱降温，在50至60分钟之内将烘箱的温度降低到165±5°C，在此过程中光电流会逐步下降；m、调节蒸锑电流，当烘箱温度达到165°C时，将锑球的电流调节到2.5A，并按0.005A/分钟的速率增加，在此过程中，光电流会快速上升，并且在45分钟后达到最大；n、关闭铯、锑电流源，当光电流达到最大值之后，关闭铯蒸发器和锑球的电流源，自然降温至室温。
[0006]本发明通过实际应用证明:完全达到研制目的，所制作的钠双碱光电阴极的量子效率明显比钾双碱光电阴极的量子效率高，峰值量子效率可以达到45%，提高了十五个百分点；钠双碱光电阴极的长波响应阈值比钾双碱光电阴极的长波响应阈值大，可以达到700nm，扩大80 nm;在可见光光谱范围内的微弱信号探测应用中，使用钠双碱光电阴极的光电倍增管比使用钾双碱光电阴极的光电倍增管具有更高的信号探测效率，尤其是在高能物理的应用中，普遍要求光电倍增管所使用光电阴极的量子效率要大于40%以上，而且光电阴极的直径也需要增大。在这种应用条件下，钠双碱光电阴极目前是唯一的最佳选择；本发明操作简单，容易掌握，只需一般的电真空技