專利名稱：漂移型非晶硅光電陰極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電陰極，特別是在可見光范圍內的光電陰極。
在可見光范圍內，現有的光電陰極量子效率很低;因為它們都是膜層內沒有漂移場的擴散型陰極。光吸收和光電導性都非常好的非晶硅材料，由于擴散長度極短，光電發(fā)射的量子效率底至10-4以下。見H.Schade，J.Pankove，Surface Science，89(1979)，643.
本發(fā)明的目的是在可見光范圍內提高光電陰極的量子效率。


圖1為光電陰極的結構圖。
圖中1為基片，2為透明導電膜，3為n型非晶硅膜，4為p型非晶硅膜，5為金屬導電層，6為銫-氧表面層。
本發(fā)明的主要特點是在基片1上涂復透明導電膜2，在透明導電膜上沉積n-p型非晶硅膜3和4，在p型非晶硅膜4上蒸涂鋁或銀膜5，在鋁或銀膜上復蓋銫氧敏化層6，圖2為具有偏壓v的光電陰極能帶圖。
圖3是光電陰極的制備簡圖。
下面簡述本發(fā)明的原理。借助電場的光電陰極叫漂移型光電陰極。在漂移場中電子定向運動至復合前的距離叫漂移長度，它是電子遷移率，壽命和電場之積。漂移長度與擴散長度類似，但材料的擴散長度幾乎是固定的，且較小。而漂移長度是可以調節(jié)電場來改變，且容易得到很大的值。非晶硅材料在105v/cm的電場下，漂移長度可達103μm以上;這就是說激發(fā)的光電子幾乎都能越過陰極膜層而無損失，克服了它的擴散長度極短的困難。在高電場下，非晶硅材料中還有電荷放大效應，其增益為漂移長度與膜厚之比;這個數值可以相當大，可達103-105。在非晶硅材料表面用銫和氧敏化，可以大大降低表面逸出功，甚至形成負電子親合勢(NEA)表面，十分有利于光電發(fā)射。
設計漂移型非晶硅光電陰極時，必須考慮(1)如何獲得漂移場，(2)如何獲得NEA表面。本發(fā)明的結構示于圖1，它由基片1，透明導電膜2，n-p型非硅膜3和4，鋁(或銀)膜5和銫-氧表面層組成。此結構將n型非晶硅膜夾于透明導電膜和鋁膜之中，組成夾心結構。以透明導電膜為負極，鋁膜為正極加偏壓7，可以提供很高的漂移場。為了有利于光電發(fā)射，非晶硅膜制成n-p結構。n型非晶硅膜有很好的光敏性;p型非晶硅膜有較低的費米能級，它與AL/Cs2O組合可以得到更低的表面逸出功。
關于這種陰極的能帶結構分析如下。非晶硅膜的帶隙寬Eg約為1.7ev，n型的費米能級距價帶頂約0.9ev，距導帶底約0.8ev;p型的費米能級距價帶頂約0.4ev，距導帶底約1.3ev.制備良好的AL/Cs2O的最小位壘高度EA約為1.0ev.因此真空能級vl可低于p型非晶硅的導帶底約0.3ev，而形成NEA表面。圖2便是具有偏壓V的這種結構的能帶圖。
當光照射這種陰極的基片1或表面6時，光電子主要在n-型非晶硅膜3中產生，并在鋁膜5，非晶硅膜3和4、透明導電膜2組成的夾心結構的漂移場中得到加速，并獲得很高的電荷放大增益達到鋁電極，然后遂道穿過簿鋁膜5(大約有1/3的光電子能穿過鋁膜)，幾乎無阻礙地進入真空中。因此這種光電陰極有很高的量子效率。
本發(fā)明的一個實施例如下。由圖1知，首先將透明導電膜2涂復在基片1上。透明導電膜2的材料可以是SnO2、ITO或薄金屬膜?；?的材料是透光材料或金屬片。所說的透光材料一般是玻璃、石英或寶石。然后在輝光放電系統(tǒng)中將非晶硅膜沉積在透明導電膜上，基底溫度200-300℃。它是兩層結構，用放電分解硅烷制得的膜呈n-型，厚度為0.3-1.5μm;然后分解硅烷和二甲硼烷混合氣體(混合比約為0.1%)制得的膜呈p型，厚度為0.1-0.5μm。然后進行光電陰極制備，制備裝置如圖3所示，首先將這種復非晶硅膜的基片10放在離子真空泵11上制備裝置12中抽空，在200-300℃的溫度下烘烤5小時至24小時，待真空度達到10-9-10-10mmHg后用蒸發(fā)器9將鋁或銀膜5蒸發(fā)在p型非晶硅膜4上。鋁膜或銀膜必須很簿，厚度為50-200A，以便使激發(fā)并漂移來的光電子能遂道穿過它而損失較小。當然也不能太簿，使它失去電極的價值。按圖3的結構接好光電導偏壓電源7和光電發(fā)射偏壓電源14。光電導偏壓可以調節(jié)，從0到30V;光電發(fā)射偏壓約150V，以能使光電發(fā)射達到飽和為準。用白熾燈光18照射陰極的基片1或表面5，加熱銫產生器10或銀管17，交替引入銫和氧，敏化陰極表面，獲得銫一氧敏化層6，并同時用檢流計16和15分別測量從鋁膜5得到的光電導電流ipc和從陽極8收集到的光電發(fā)射電流ipe.當光電發(fā)射電流ipe達到最大值，并且ipe/ipe值也同時達到最大值時，表明表面敏化良好，制備工藝便結束按本發(fā)明的原則制備的非晶硅光電陰極，量子效率容易超過擴散型非晶硅光電陰極兩個數量級。仔細地制備，還能有更大幅度的提高，應用在光電倍增管，象增強管等各種光電器件中。
權利要求
1.漂移型非晶硅光電陰極其特征是在基片1上涂復透明導電膜2，在透明導電膜上沉積n-p型非晶硅膜3和4，在P型非晶硅膜4上蒸涂鋁或銀膜5，在鋁或銀膜5上復蓋銫一氧敏化層6。
2.按權利要求1所述的光電陰極其特征是n型非晶硅膜的厚度為0.3-1.5μm，P型非晶硅膜的厚度為0.1-0.5μm。
3.按權利要求1所述的光電陰極其特征是鋁或銀膜的厚度為50 -200 。
4.按權利要求1所述的光電陰極其特征是基片1為透光材料或金屬片。
5.按權利要求1、4所述的光電陰極其特征是透光材料為玻璃，石英或寶石。
6.按權利要求1所述的光電1陰極其特征是透明導電膜2是SnO2、ITO或簿金屬膜。
全文摘要
漂移型非晶硅光電陰極由基片1、透明導電膜2、n—p型非晶硅膜、鋁或銀膜、銫氧敏化層組成。本發(fā)明量子效率容易超過擴散型非晶硅光電陰極兩個數量級，經過精心的制備可以大幅度提高量子效率，應用在光電倍增管，象增強管等光電器件中。
文檔編號H01J1/34GK1061678SQ9010922
公開日1992年6月3日 申請日期1990年11月19日 優(yōu)先權日1990年11月19日
發(fā)明者海宇涵, 陳遠星, 臧寶翠 申請人:中國科學院電子學研究所