一种提高GaAs光电阴极光谱响应和稳定性的单色光照射激活方法与流程

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gaas光电阴极光谱响应和稳定性的单色光照射激活方法。

背景技术：

砷化镓(gaas)光电阴极在可见光和近红外区域具有较高的响应能力和较小的暗发射电流，且发射电子能量和角度分布集，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得到了广泛应用。国内外研究机构一直致力于研究如何提高gaas基光电阴极的光谱响应以及整体性能。高性能的gaas光电阴极的研制对光阴极的制备系统提出了很高的要求。制备光阴极的过程与系统真空度、阴极材料晶面与清洁程度、表面吸附情况等因素密切相关。在目前光电阴极应用中，要求能够制备出光谱响应高且工作寿命长和储存寿命长的光电阴极。neagaas光电阴极激活工艺的效果取决于表面净化程度、激活源材料、激活步骤、激活光照条件等多方面因素。

目前，基于cs/o2激活的gaas光电阴极常用的激活方法有：在清洁的gaas光电阴极表面上，首先进cs使光电流达到峰值，然后停cs进o，在等光电流达到新的峰值，再停o进cs，如此反复指导光电流不在上升，最后以短时间的进cs结束激活。有人采用的时cs源连续，o源断续的激活工艺，即cs源一直打开，o源根据光电流的变化进行交替。也有人采用每次光电流降到0以后再进o的激活工艺，等等。这些激活工艺采用的是白光照射阴极或是单色光照射阴极的条件下进行阴极激活。实验表明白光照射条件下激活得到的gaas光电阴极的光谱响应并不令人满意，且稳定性较差。采用在单色光照射条件下进行激活比采用白光激活效果好，但是究竟应该采用什么波段的单色光可以使阴极激活效果更好，仍有待研究。

总之，现有技术存在的问题是对gaas光电阴极的激活效果不够好。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够得到光谱响应高、稳定性好的gaas光电阴极的激活方法。

实现本发明目的技术解决方案为：一种提高gaas光电阴极光谱响应和稳定性的单色光照射激活方法，包括如下步骤：

步骤1、脱脂清洗，将gaas光电阴极放入有机溶剂进行脱脂清洗；

步骤2、化学刻蚀，将脱脂后的gaas光电阴极放入酸溶液中进行刻蚀；

步骤3、高温净化，将刻蚀后的gaas光电阴极放入超高真空系统中进行高温加热净化；

步骤4、(cs，o)激活，对经过净化的gaas进行(cs，o)激活。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1)光谱响应高：经本发明激活条件下得到的gaas光电阴极的光谱响应，比经传统激活条件下制备的gaas光谱响应高。2)稳定性好：利用本发明方法制备的gaas光电阴极工作寿命和储存寿命更长。

附图说明

图1为本发明的激活流程图。

图2为gaas光电阴极的激活光电流对比图。

图3为gaas光电阴极的光谱响应曲线对比图。

图4为gaas光电阴极的光电流衰减曲线对比图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种提高gaas光电阴极光谱响应和稳定性的单色光照射激活方法，包括如下步骤：

步骤1、脱脂清洗，将gaas光电阴极放入有机溶剂进行脱脂清洗；所述脱脂清洗具体步骤为：

将gaas光电阴极依次放入装有四氯化碳、丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中，依次在超声波清洗器中进行超声波清洗4～6分钟。

步骤2、化学刻蚀，将脱脂后的gaas光电阴极放入酸溶液中进行刻蚀；化学刻蚀具体步骤为：

将脱脂后的gaas光电阴极放入酸溶液中刻蚀3～6分钟，然后用去离子水冲洗不少于20s。所述酸溶液为浓度40％的hf溶液。

步骤3、高温净化，将刻蚀后的gaas光电阴极放入超高真空系统中进行高温加热净化；所述高温净化具体步骤为：

将化学刻蚀后的gaas光电阴极放入真空度为10^-8pa数量级的超高真空系统中加热，设置加热温度为650℃，加热时间为20分钟。

步骤4、(cs，o)激活，对经过净化的gaas进行(cs，o)激活。进行(cs，o)激活时的光照条件为622～760nm红光波段的单色光。

经本发明激活条件下得到的gaas光电阴极的光谱响应，比经传统激活条件下制备的gaas光谱响应高。

为便于理解和验证本发明的有效性，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

按照图1所示流程图，在铯氧激活前，我们对gaas光电阴极材料进行脱脂清洗，化学刻蚀和高温净化。

脱脂清洗的步骤是将gaas光电阴极样品依次放入还有四氯化碳、丙酮、无水乙醇和去离子水中，在超声波清洗器中进行超声波清洗5分钟。

化学刻蚀的步骤是用浓度为40％的hf溶液刻蚀5分钟，然后用去离子水冲洗30s。

高温净化的步骤是将样品放入真空度为10^-8pa数量级的超高真空系统中，设置加热温度为650℃，加热时间为20分钟。

待样品自然冷却至室温，将样品送至真空系统的激活室，开始进行(cs，o)激活。

激活时，用波长为633nm的红光垂直照射阴极表面，通过实时测量、观察阴极产生的光电流来决定铯源、氧源的开或关。激活过程中铯源电流大小为3.9安培，氧源电流大小为1.45安培，激活采用铯源连续、氧源断续的方法来进行，首先开启cs源，光电流逐渐上升到峰值后，开始下降，当下降到峰值的85％时，开启o源，并保持cs源开启状态，此时，光电流转为上升。当光电流再次到达峰值时关闭氧源，光电流先小幅上升然后立刻下降，待到光电流下降到85％时，再次开启o源，如此重复o源的开关状态，直到光电流的峰值电流不再增加时，先后关闭氧源和铯源，结束激活过程。

采用相同gaas光电阴极，以及相同脱脂清洗、化学刻蚀和高温净化过程，我们做了对比实验，在激活时分别用波长为460nm、532nm的蓝光和绿光垂直照射阴极表面，激活步骤和其他激活条件与上述。激活过程中，光电流的变化曲线如图2所示。在633nm的红光照射下进行激活，cs/o交替次数多，激活时间长，最终的光电流值最大。激活结束后，分别测试了这三组光电阴极的光谱响应曲线，如图3所示。从图3可以看出，采用本发明得到的gaas光电阴极的光谱响应要高于其他方法。

图4是gaas光电阴的光电流衰减曲线对比图，单色光照射下激活得到的光电阴极的光电流会先上升后下降，可以看出本发明得到的阴极光电发射性能衰减的更慢，表明本发明激活的gaas光电阴极的稳定性更好。

由上可知，经本发明激活条件下得到的gaas光电阴极的光谱响应，比经传统激活条件下制备的gaas光谱响应高，工作寿命和储存寿命更长。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种提高GaAs光电阴极光谱响应和稳定性的单色光照射条件激活方法，即在超高真空激活系统中，采用在红光波段的单色光光照下进行激活。包括如下步骤：1、对GaAs光电阴极进行脱脂清洗；2、对GaAs光电阴极进行化学刻蚀；3、在超高真空系统中对GaAs光电阴极进行高温净化；4、对净化后的GaAs光电阴极在红光波段的单色光光照下进行(Cs，O)激活。通过上述方式，本发明可以得到光谱响应更高、稳定性更好的GaAs光电阴极。

技术研发人员：张益军;冯琤;张翔;张景智;钱芸生;张俊举;戴庆鑫
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2017.09.02
技术公布日：2019.03.05