选择性降低可见光响应的日盲紫外光电阴极及其制备方法与流程

本发明属于日盲紫外光电阴极技术领域，尤其涉及一种选择性降低可见光响应的日盲紫外光电阴极及其制备方法。

背景技术：

采用石英窗的Cs₂Te，RbCsTe，KCsTe等碱碲化合物光电阴极的光谱响应范围在150～320nm之间，对可见光不响应，因此称为日盲紫外光电阴极。由于大气层中臭氧层对太阳辐射中200～280nm波段紫外辐射的吸收，使得地球表面不再存在这一波段的紫外光，所以利用日盲紫外光电阴极作为光敏感器的紫外探测器，如日盲紫外像增强器或光电倍增管在地面探测该波段的紫外辐射时，背景噪音极低，因此探测的虚警率也极低，所以日盲紫外探测器在电晕探测、机载导弹来袭告警系统中有广泛的应用。另外由于紫外线在空中的散射较大，因此在军用紫外通讯领域也有广泛的应用。

尽管通常认为日盲紫外光电阴极对可见光不响应，但实际上它并非完全对可见光不响应，只是响应极低而已。图1是典型的Cs₂Te日盲紫外光电阴极的光谱响应曲线，从该曲线可以看出，Cs₂Te日盲紫外光电阴极的光谱响应波长范围主要在200～320nm之间，超过320nm之后，光谱灵敏度急剧降低。到633nm时，光谱灵敏度降到了10^-4mA/W。所以尽管Cs₂Te日盲紫外光电阴极对可见光的响应极低，但仍有一定的响应，因此当采用Cs₂Te日盲紫外光电阴极的像增强器或光电倍增管面对强烈的太阳光或直对太阳时(辐射照度大于10⁵Lx)，太阳光仍会对探测器产生干扰。

在日盲紫外像增强器或光电倍增管的实际使用过程中，需要再利用滤光片来衰减太阳光对日盲紫外探测的干扰。但滤光片在滤出太阳光的同时也会滤除一部分紫外信号，通常会滤出约75％～80％的紫外信号。因此利用滤光片来解决太阳光对日盲紫外探测器干扰问题的同时也带来了衰减紫外信号的问题。所以要解决太阳光对日盲紫外探测系统的干扰问题，除需要滤光片对太阳光的透过率低之外，同时还需要日盲紫外光电阴极对太阳光的响应更低，即要将两者的特性结合起来考虑。

通常日盲滤光片对太阳光的透过率越低，其对日盲紫外信号的透过率也越低。对太阳光的透过率越高，其对日盲紫外信号的透过率也越高。所以如果能在现有的基础上进一步降低日盲紫外光电阴极对可见光的响应，那么就降低了滤光片对太阳光不透光的要求，这样就可以设计出对日盲紫外光具有更高透光率的滤光片，因此可以提高整个日盲紫外探测器的探测距离。然而在通常情况下，如果降低日盲紫外光电阴极的可见光响应，那么相应的也就会降低紫外光的响应，即高的紫外光谱响应与低的可见光响应之间存在着矛盾，这就是目前日盲紫外光电阴极所面临的问题。

技术实现要素：

针对目前日盲紫外光电阴极存在的紫外阴极灵敏度高，同时可见光阴极灵敏度也高的问题，本发明提供一种选择性降低可见光响应的日盲紫外光电阴极及其制备方法，不会降低日盲紫外光电阴极的紫外光响应，能够降低可见光的响应。

本发明第一方面，提供一种选择性降低可见光响应的日盲紫外光电阴极的制备方法，所述制备方法在石英玻璃窗的表面蒸镀金属导电膜，金属导电膜上蒸镀碱碲阴极膜，阴极膜表面再蒸镀碲膜层，制备得到选择性降低可见光响应的日盲紫外光电阴极。

进一步地，所述碲膜层的蒸镀工艺如下：蒸镀碲膜时，以每分钟15～20mA的速率逐步增加蒸发电流，并监控碱碲阴极的光电流下降情况，以蒸镀碲膜前的光电流作为参考值，当光电流下降到小于等于参考值的60％时，停止蒸发碲膜；停止蒸发碲膜以后，光电流又会开始回升，如果光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％，那么碲膜蒸镀过程完成，如果光电流在5分钟内回升到参考值的85％，那么进行第二次蒸碲，第二次蒸发碲时，光电流下降到参考值的30％时停止。

所述碲膜层的蒸镀温度为140～150℃，真空度小于5×10^-3Pa。

进一步地，按照本发明提供的蒸镀方法蒸镀碲膜，所述碲膜层的厚度为0.3nm～5nm。

进一步地，所述碱碲阴极膜蒸镀温度为155～160℃，真空度小于5×10^-3Pa。

所述金属导电膜的厚度为20±5nm，面电阻为

所述碱碲阴极膜为Cs₂Te、RbCsTe或KCsTe阴极膜。

本发明第二方面，还提供所述制备方法制得的日盲紫外光电阴极。

本发明第三方面，还提供所述的日盲紫外光电阴极在电晕探测器、机载导弹来袭告警系统，军用紫外通讯系统中的应用。

将本发明提供的日盲紫外光电阴极制作的像增强器应用于电晕探测器，对同样的探测目标(如电晕放电)，探测距离较原有的日盲紫外像增强器可以提高约20％。

采用本发明所制作的日盲紫外像增强器，由于具有较低的可见光响应，因此具有较好的“日盲”特性，可以预见将来在军用直升机导弹来袭告警系统、军用紫外通讯等方面将会获得进一步的应用。

本发明的原理如下：本发明在日盲紫外光电阴极制作完成后，再在日盲紫外光电阴极的表面上蒸镀一层碲膜层，见图2。其基本原理是在阴极膜层3的表面上蒸镀一层碲膜层4以后，日盲紫外光电阴极的逸出功增加了，由于紫外光的光子能量较高，因此其所激发跃迁电子所处的能级也较高，这样阴极表面逸出功在一定的范围内的升高对紫外光所激发光电子逸出阴极表面的影响不大，因此对紫外光响应(阴极灵敏度)的高低影响相应的也不大。而对于可见光而言，可见光光子的能量较低，因此所激发的跃迁电子所处的能级较低，这样阴极表面逸出功在一定的范围内的升高对可见光所激发光电子逸出阴极表面的影响就很大，因此对可见光响应(阴极灵敏度)的影响相应的也很大。所以在日盲紫外光电阴极的表面蒸镀一层碲膜之后，选择性降低可见光的响应，由此解决了日盲紫外光电阴极紫外光响应高而同时可见光响应也高的问题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在不降低日盲紫外光电阴极紫外光响应的基础上，选择性地降低可见光响应，对可见光的阴极灵敏度降低了一个数量级。日盲紫外光电阴极可见光响应的降低，大大提高了日盲紫外像增强器或光电倍增管的性能。

采用本发明的方法以后，由于可见光的灵敏度降低了一个数量级，因此所生产的日盲紫外像增强器满足了绝大部分用户的要求，促进了日盲紫外像增强器的推广应用，同时也降低了用户紫外电晕检查仪所用日盲紫外滤光片的设计要求，随之也降低了用户生产紫外电晕检查仪的成本，为用户带来了良好的经济效益。另外采用本发明的方法后，降低了用户日盲紫外电晕检查仪对日盲紫外滤光片的要求，因此其设计的日盲紫外滤光片可以有较高的紫外透过率，如对260nm的波长，透过率可以达到25％以上，因此使紫外电晕检查仪的探测距离提高了20％以上。

附图说明

图1为Cs₂Te紫外光电阴极光谱响应曲线图；

图2为日盲紫外光电阴极示意图；

图中标记：1-石英玻璃窗，2-金属导电膜，3-阴极膜，4-碲膜层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下技术方案。

实施例1降低可见光响应的Cs₂Te日盲紫外阴极的制作

Cs₂Te日盲紫外光电阴极在透紫外线的石英玻璃窗(材料为JGS1)上制作。首先利用镀膜机在清洁的石英玻璃窗上蒸镀一层金属Cr导电膜，膜层的厚度为20±5nm，面电阻为

碱碲阴极膜的蒸镀：阴极膜的蒸镀温度为155～160℃，真空度优于5×10^-3Pa。开始时先在石英玻璃窗表面的导电膜上通过电加热的方法蒸镀一层碲(Te)膜。蒸镀时，采用色温为2856K的钨丝白炽灯作为加工灯，Te蒸发源的加热电流应从零开始，缓慢的逐步增大。在碲膜的蒸发过程中，应不断观察石英玻璃窗的透光率变化，当对可见光的透光率降到起始时的85％左右时，停止碲膜的蒸发。

采用电加热的方法蒸发铯(Cs)，在此过程中，采用氘灯作为加工灯。尽管Cs的化学性质较活泼，但Cs与Te的化学反应速度仍较慢，因此Cs蒸汽的蒸发速率不易过快，即蒸发电流的增加不易过快。在Cs的蒸发过程中，应实时的监控光电流。正常的工艺过程是，随着Cs的不断蒸发，光电流应逐步增加。当光电流增加到最大值时，如果继续蒸发Cs，那么光电流会下降，所以Cs的蒸发以光电流达到最大为标准。蒸Cs过程完成后，Cs₂Te阴极膜层的制作过程就完成了。将设备温度降低到145℃并保温10分钟。

碲膜层的蒸镀：在145℃保温结束后，打开碲蒸发加热电流，以每分钟20mA的速率逐步增加蒸发电流，监控碱碲阴极的光电流下降情况，以蒸镀碲膜前的光电流作为参考值，当光电流出现下降的趋势时，停止增加Te蒸发电流，但继续保持该蒸发电流值。在此过程中，光电流会不断下降。不断观察光电流的变化，当光电流下降到参考值的60％时，停止蒸发Te。该过程称为第一次蒸Te。

停止蒸发Te以后，光电流又会开始回升。如果光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％，那么制作过程完成。如果光电流在5分钟内回升到参考值的85％，那么进行第二次蒸Te。

第二次蒸碲的过程与第一次蒸碲的过程相同。即以每分钟20mA的速率逐步增加蒸发电流，同时监控光电流的变化。当光电流出现下降的趋势时，停止增加Te蒸发电流，但继续保持该蒸发电流值。在此过程中，光电流会不断下降。不断观察光电流的变化，当光电流下降到参考值的30％时，停止蒸发Te，该过程称为第二次蒸Te。

停止蒸发Te以后，光电流又会开始缓慢回升，如果光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％，那么制作过程完成。但如果光电流在5分钟内回升到参考值的85％，那么以此类推进行第三次或更多次数的蒸Te，直到光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％为止。这样Cs₂Te阴极就制作完成了。注意，第二次以后的蒸Te过程完全相同，所蒸发Te的数量以光电流下降到参考值的30％为准。

采用传统方法所制作的4只Cs₂Te日盲紫外阴极和采用本发明方法所制作的4只Cs₂Te日盲紫外阴极的测试数据对照结果见表1。

表1

从表1中看出，采用传统方法所制作的4只样品(编号为A1～A4)的平均紫外灵敏度为32mA/lm(260nm)，平均可见光灵敏度为4.1×10^-4mA/lm(633nm)。而采用实施例1方法所制作的4只样品(编号为B1～B4)的平均紫外灵敏度为31.4mA/lm(260nm)，平均可见光灵敏度为5.1×10^-5mA/lm(633nm)。两种样品相比较，紫外灵敏度基本相同，但可见光灵敏度基本降低了一个数量级。

实施例2降低可见光响应的CsRbTe日盲紫外阴极的制作

CsRbTe日盲紫外光电阴极在透紫外线的石英玻璃窗(材料为JGS1)上制作。首先利用镀膜机在清洁的石英玻璃窗上蒸镀一层金属Cr导电膜。膜层的厚度为20±5nm，面电阻为

碱碲阴极膜的蒸镀：阴极膜的蒸镀温度为155～160℃，真空度优于5×10^-3Pa。开始时先在石英玻璃窗表面的导电膜上通过电加热的方法蒸镀一层碲(Te)膜。蒸镀时，采用色温为2856K的钨丝白炽灯作为加工灯。Te蒸发源的加热电流应从零开始，缓慢的逐步增大。在碲膜的蒸发过程中，应不断观察石英玻璃窗的透光率变化，当对可见光的透光率降到起始时的85％左右时，停止碲膜的蒸发。

采用电加热的方法蒸发铷(Rb)。在此过程中，采用氘灯作为加工灯。尽管Rb的化学性质较活泼，但Rb与Te的化学反应速度仍较慢，因此Rb蒸汽的蒸发速率不易过快，即蒸发电流的增加不易过快。在Rb的蒸发过程中，应实时的监控光电流。正常的工艺过程是，随着Rb的不断蒸发，光电流应逐步增加。

当光电流随着Rb的不断蒸发达到最大值时，停止蒸发Rb(否则光电流会随着Rb的不断蒸发而下降，造成Rb成分过量)。然后开始蒸发铯(Cs)。在Cs的蒸发过程中，应实时的监控光电流。正常的工艺过程是，随着Cs的不断蒸发光电流应该逐步增加。当光电流达到最大值时，停止蒸发Cs(否则光电流会随着Cs的不断蒸发而下降，造成Cs成分过量，从而损失阴极灵敏度)。这样CsRbTe阴极膜层就制作完成了。将设备温度降低到145℃并保温10分钟。

碲膜层的蒸镀：保温结束后，打开Te蒸发加热电流，以每分钟20mA的速率逐步增加蒸发电流，监控碱碲阴极的光电流下降情况，以蒸镀碲膜前的光电流作为参考值。当光电流出现下降的趋势时，停止增加Te蒸发电流，但继续保持该蒸发电流值。在此过程中，光电流会不断下降。不断观察光电流的变化，当光电流下降到参考值的60％时，停止蒸发Te。该过程称为第一次蒸Te。

停止蒸发Te以后，光电流又会开始回升。如果光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％，那么制作过程完成。如果光电流在5分钟内回升到参考值的85％，那么进行第二次蒸Te。

第二次蒸碲的过程与第一次蒸碲的过程相同。即以每分钟10mA的速率逐步增加蒸发电流，同时监控光电流的变化。当光电流出现下降的趋势时，停止增加Te蒸发电流，但继续保持该蒸发电流值。在此过程中，光电流会不断下降。不断观察光电流的变化，当光电流下降到参考值的30％时，停止蒸发Te。该过程称为第二次蒸Te。

停止蒸发Te以后，光电流又会开始回升。如果光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％，那么制作过程完成。如果光电流在5分钟内上升到参考值的85％，那么以此类推进行第三次或更多次数的蒸Te，直到光电流在5分钟内未能回升到参考值的85％为止。这样CsRbTe阴极就制作完成了。注意第二次以后的蒸Te过程完全相同，所蒸发Te的数量以光电流下降到参考值的30％为准。

采用传统方法所制作的4只RbCsTe日盲紫外阴极和采用本发明方法所制作的4只RbCsTe日盲紫外阴极的测试数据对照结果如表所示。

表2

从表2中看出，采用传统方法所制作的4只样品(编号为C1～C4)的平均紫外灵敏度为38mA/lm(260nm)，平均可见光灵敏度为8.5×10^-4mA/lm(633nm)。而采用本发明方法所制作的4只样品(编号为D1～D4)的平均紫外灵敏度为36.8mA/lm(260nm)，平均可见光灵敏度为8.9×10^-5mA/lm(633nm)。两种样品相比较，紫外灵敏度基本相同，但可见光灵敏度基本降低了一个数量级。

需要说明的是在制作Cs₂Te、RbCsTe和KCsTe等日盲紫外光电阴极时，不同的厂家所采用的工艺技术会有一定的区别，包括设备结构、Cs、Rb、Te等蒸发源的结构等，但本发明的表面蒸发Te技术均适用。本发明的核心是在制作完成碱碲日盲紫外光电阴极后，再在该阴极的表面蒸镀一层Te膜。所蒸发的Te膜的厚度以光电流下降的幅度来控制。在实际过程中，可以根据实际情况进行一定的微调。由于该Te膜层的存在，可以降低该阴极对可见光的响应(灵敏度)。

本发明已经在生产上获得了应用，取得了良好的效果。以往有50％以上的日盲紫外像增强器的阴极光谱响应，与其紫外电晕检查仪的光学镜头及滤光片不匹配，即其紫外电晕检查仪直对太阳进行观测时，仍然会隐约看到太阳光斑，不满足“日盲”要求，因此大大限制了申请人所生产的日盲紫外像增强器的推广应用。采用本发明的方法以后，由于可见光的灵敏度降低了一个数量级，因此所生产的日盲紫外像增强器满足了绝大部分用户的要求，促进了日盲紫外像增强器的推广应用，同时也降低了用户紫外电晕检查仪所用日盲紫外滤光片的设计要求，随之也降低了用户生产紫外电晕检查仪的成本，为用户带来了良好的经济效益。另外采用本发明的方法后，降低了用户日盲电晕检查仪对日盲紫外滤光片的要求，因此其设计的日盲紫外滤光片可以有较高的日盲紫外透过率，如对260nm的波长，透过率可以达到25％以上，因此也提高了其紫外电晕检查仪的探测距离。