一种提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法

摘要

本发明公开了一种提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，即在超高真空激活系统中，采用波长为532nm的单色光源替代传统的卤坞灯光源进行激活。其激活步骤包括：1.对待激活的GaAs样品进行化学清洗；2.对化学清洗后的样品进行高温净化；3.采用波长为532nm的单色光源照射阴极表面，通过Cs源持续，氧源断续的工艺对样品进行激活。通过上述方法所获得的GaAs光电阴极在量子效应和稳定性上都有了明显提高。

权利要求

1.一种提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对待激活样品进行化学清洗；

步骤2、对化学清洗后的样品进行高温净化；

步骤3、以波长为532nm的单色光源照射光电阴极表面，开启铯源并始终保持开启状态，光电流逐渐上升；

步骤4、光电流达到峰值并下降，当下降到峰值的75％—85％时开启氧源，在光电流出现新的峰值时关闭氧源；

步骤5、重复步骤4，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。

2.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，其特征在于，步骤1中化学清洗方法为：将待激活样品先后放入装有CCl4、丙酮、乙醇、去离子水的烧杯中，并将烧杯放入超声波清洗器中，每种溶液各清洗5min，再将其放入HF溶液中静置清洗

5min，最后用去离子水对样品冲洗至少一分钟。

3.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，其特征在于，步骤2中高温净化步骤为：将化学清洗后的样品送至激活系统的加热位置进行加热，加热温度为650℃，加热时间为10分钟，加热过程中保持系统真空度不低于1×10-6Pa。

4.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，其特征在于，步骤3、步骤4和步骤5均在超高真空系统中进行，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。

说明书

一种提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在制备负电子亲和势半导体光电发射材料过程中采用单色光进行激活的方法，特别涉及一种能提高GaAs光电阴极量子效应和寿命的激活方法。

背景技术

[0002] 砷化镓(GaAs)光电阴极作为一种负电子亲和势光电阴极，能把肉眼难以分辨的微弱光信号转换为电信号，其具有较好的光电性能和广阔的前景。为了获得高的量子效应和较长的寿命，它对制备方法以及制作设备的真空度和表面的净化程度具有极高的要求。就目前来说，阴极的稳定性仍需要进一步提高，即最大限度地减缓阴极量子效率随时间的衰减速率。而GaAs光电阴极的稳定性主要取决于表面激活层与GaAs表面的相互作用，表面激活层是否失效与系统真空度、激活源种类和纯度、表面激活工艺等因素密切相关，因此研发一种能够提高GaAs 光电阴极寿命的激活工艺对于研制高性能的微光像增强器具有重要意义。

[0003] 而光照条件作为激活过程中一个重要因素，在很大程度上会影响Cs、O在阴极表面的吸附效果，进而影响GaAs光电阴极的量子效应和寿命。在传统的激活方法中，一般是采用一个照度为100勒克斯的卤钨灯垂直照射阴极面。但是采用卤钨灯作为光照条件的激活方法得到的GaAs光电阴极在量子效应和稳定性上都还有很大的提升空间，尤其是在阴极寿命上，并不令人满意。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种采用单色光作为光照条件的激活方法，能够使 GaAs光电阴极具有较高量子效率和稳定性。

[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1、对待激活样品进行化学清洗；

[0007] 步骤2、对化学清洗后的样品进行高温净化；

[0008] 步骤3、以波长为532nm的单色光源照射光电阴极表面，开启铯源并始终保持开启状态，光电流逐渐上升；

[0009] 步骤4、光电流达到峰值并下降，当下降到峰值的75％—85％时开启氧源，在光电流出现新的峰值时关闭氧源；

[0010] 步骤5、重复步骤4，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。

[0011] 本发明与现有技术相比，其有益效果为：1)相对于传统激活方法，本发明的单色光照射激活的光电流增长速度比卤钨灯照射激活的要快且能获得更高的阴极量子效率；2)本发明提供的激活方法所获得的GaAs光电阴极寿命更长，且补Cs后的稳定性也较传统方法更高。

附图说明

[0012] 图1为本发明的激活流程图。

[0013] 图2为本发明和传统方法激活在激活过程中样品表面光电流的变化曲线。

[0014] 图3为本发明和传统方法激活后GaAs阴极样品的量子效应曲线对比图。

[0015] 图4为本发明与传统方法激活后GaAs阴极样品的光电流衰减对比图。

[0016] 图5为本发明与传统方法激活后GaAs阴极样品补Cs后量子效应曲线流对比图。

[0017] 图6为本发明与传统方法激活后GaAs阴极样品补Cs后光电流衰减对比图。

具体实施方式

[0018] 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。

[0019] 结合图1，本发明的一种提高GaAs光电阴极量子效率和寿命的激活方法，包括以下步骤：

[0020] 步骤1、对待激活样品进行化学清洗；化学清洗方法为：将待激活样品先后放入装有CCl4、丙酮、乙醇、去离子水的烧杯中，并将烧杯放入超声波清洗器中，每种溶液各清洗5min，再将其放入HF溶液中静置清洗5min，最后用去离子水对样品冲洗至少一分钟。

[0021] 步骤2、对化学清洗后的样品进行高温净化；高温净化步骤为：将化学清洗后的样品送至激活系统的加热位置进行加热，加热温度为650℃，加热时间为10 分钟，加热过程中保持系统真空度不低于1×10-6Pa。

[0022] 步骤3、以波长为532nm的单色光源照射光电阴极表面，开启铯源并始终保持开启状态，光电流逐渐上升；

[0023] 步骤4、光电流达到峰值并下降，当下降到峰值的75％—85％时开启氧源，在光电流出现新的峰值时关闭氧源；

[0024] 步骤5、重复步骤4，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。

[0025] 上述步骤3、步骤4和步骤5均在超高真空系统中进行，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。

[0026] 通过上述方法所获得的GaAs光电阴极在量子效应和稳定性上都有了明显提高。

[0027] 下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

[0028] 实施例

[0029] 在铯氧激活前，我们对GaAs光电阴极材料进行化学清洗和高温净化。

[0030] 化学清洗的步骤是首先用将样品放入装有一定量CCl4的烧杯中，然后将此烧杯放入超声波清洗器中震荡5min，之后将样品取出，再按照相同的方法将样品分别放入丙酮、乙醇、去离子水中进行清洗。之后再将样品放入HF溶液中静置清洗5min，最后用去离子水对样品反复冲洗干净并吹干。

[0031] 高温净化的步骤是将样品送至激活系统的加热位置进行加热，加热温度为 650℃，加热时间为10分钟，加热过程中保持系统真空度不低于1×10-7Pa，以免降温时样品受到真空残气的二次污染。加热结束后，待样品自然冷却到30℃左右开始铯氧激活。

[0032] 激活时，用波长为532nm的单色光源垂直照射阴极面，并通过实时测量、观察阴极产生的光电流来决定铯源、氧源的开或关。激活所用的铯源、氧源均为采用镍管封装的固态源，其中铯源为锆铝合金粉还原铬酸铯的固态源，氧源为过氧化钡的固态源。通过电脑软件改变外接电流源电流的大小，可以调节铯源、氧源通电放气量的大小。由于不同来源的铯氧源的放气量可能不同，因此激活过程中所使用的铯氧源电流大小也将不同，在更换铯氧源之后应该通过实验方法来获得合适的铯氧比，在本实例中，激活过程中铯源电流大小为4.0～4.5安培，氧源电流大小为1.5～2.0安培，激活采用铯源连续、氧源断续的方法来进行，激活步骤如下：

[0033] (1)开启铯源并始终保持开启状态，光电流逐渐上升；

[0034] (2)光电流达到峰值并下降，当下降到峰值的85％时开启氧源，在光电流出现新的峰值时关闭氧源；

[0035] (3)重复步骤(1)(2)，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。

[0036] 在采用相同GaAs光电阴极，以及相同化学清洗、高温净化和真空环境的条件下，我们分别利用以下述两组光源照射光电阴极表面进行了激活实验。

[0037] (1)12V/20W的卤钨灯；

[0038] (2)波长为532nm的单色光源。

[0039] 激活过程中，两组样品表面光电流的变化曲线如图2所示。首次进Cs的过程中，单色光激活的光电流增长速度比卤钨灯照射激活的要快。在接下来的Cs、 O交替中，单色光激活的光电流曲线有更少的Cs/O交替次数。由于卤钨灯的光照强度大，阴极样品可以吸收充足的光照，因此，卤钨灯照射激活的最终光电流达34.86μA，532nm单色光激活的最终光电流只有0.56μA。

[0040] 图3为激活结束后，用多信息量测试系统在线测试得到的两组GaAs光电阴极样品的量子效应，曲线进行了归一化。从图3可以看出，532nm单色光激活的阴极样品在长波波段的量子效应更高。

[0041] 图4为两组样品均在12V/20W卤钨灯100lx强光照射下第一次光电流衰减情况。虽然系统的真空度不理想导致阴极的寿命普遍偏低，但结果表明，单色光激活下的GaAs光电阴极样品比卤钨灯照射激活下的样品更加稳定。

[0042] 图5为补Cs后两组样品的量子效应情况。补Cs后的阴极量子效应均比激活后的量子效应低。补Cs后532nm单色光激活样品的高于卤钨灯照射激活样品的量子效率，尤其是在长波波段更为明显。

[0043] 图6为两组样品补Cs后光电流的衰减。两个样品经过补Cs后，光电流均逐渐减小。但是，单色光激活样品的衰减速率远小于卤钨灯照射激活的样品的衰减速率，这进一步说明了单色光激活的GaAs光电阴极具有更好的稳定性。

[0044] 由上可知，本发明的方法所获得的GaAs光电阴极寿命更长，且补Cs后的稳定性也较传统方法更高。