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提高GaAs光电 阴极 稳定性的Cs/NF3激活方法

阅读：1048发布：2020-06-12

专利汇可以提供提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，即在超高真空激活系统中，采用Cs源和NF3源共同进行GaAs光电阴极激活。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/NF3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。，下面是提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将GaAs光电阴极放入有机溶剂进行脱脂清洗；
步骤二、将脱脂后的GaAs光电阴极放入酸溶液中进行化学刻蚀；
步骤三、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；
步骤四、将超高温系统的温度降至室温后向GaAs光电阴极通Cs，GaAs光电阴极的光电流或量子效率开始增长，直至到达首个Cs峰；
步骤五、继续对GaAs光电阴极通Cs并使之过量，当GaAs光电阴极的光电流即量子效率下降到首个Cs峰值的70% 80%时，继续通Cs，同时通入NF3，使得GaAs光电阴极的光电流或量~
子效率又开始增长；
步骤六、当GaAs光电阴极的光电流或量子效率上升到第2个峰值保持一段时间后关闭Cs源，使GaAs光电阴极的光电流或量子效率再次上升到峰值，此时关闭NF3，激活结束。
2.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：步骤一的脱脂清洗的具体过程为：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，同时将放入GaAs光电阴极的有机溶剂的容器放入超声波清洗器中进行超声波清洗5 10分钟。
~
3.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：步骤二中化学刻蚀具体步骤为：将脱脂后的GaAs光电阴极放入HCl:IPA为1:10的溶液中刻蚀不少于5分钟，然后用去离子水冲洗不少于10s。
4.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：步骤三中高温加热净化具体步骤为：将化学刻蚀后的GaAs光电阴极放入超高真空系统中加热，加热温度为650 660℃，加热时间为20分钟。
~
5.根据权利要求1所述的提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：步骤四、步骤五和步骤六中进行Cs/NF3激活时的光照条件为633±5nm单色光。

说明书全文

提高GaAs光电阴极 稳定性的Cs/NF3激活方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体光电发射材料制备技术领域，具体涉及提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法。

背景技术

[0002] 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，要求能够制备出工作寿命和储存寿命长的光电阴极。NEA GaAs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。

[0003] 目前国内使用较多的是基于Cs/O2交替激活的GaAs光电阴极激活方法，包括采用Cs源持续打开，而根据光电流的变化情况通O2的激活过程；还有才有Cs源和O2源轮流交替的激活过程，等等。实验表明这些Cs/O2激活方法得到的GaAs光电阴极的稳定性均较差。究竟应该采用何种激活方法可以提高阴极激活后的工作寿命，仍有待研究。

[0004] 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。

发明内容

[0005] 1.所要解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提出一种提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，本方法采用通Cs，同时通入NF3的方法对GaAs光电阴极进行激活，能够显著提高GaAs光电阴极的稳定性。

[0006] 2.技术方案：一种提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将GaAs光电阴极放入有机溶剂进行脱脂清洗。

[0007] 步骤二、将脱脂后的GaAs光电阴极放入酸溶液中进行化学刻蚀。

[0008] 步骤三、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。

[0009] 步骤四、将超高温系统的温度降至室温后向GaAs光电阴极通Cs，GaAs光电阴极的光电流或量子效率开始增长，直至到达首个Cs峰。

[0010] 步骤五、继续对GaAs光电阴极通Cs并使之过量，当GaAs光电阴极的光电流即量子效率下降到首个Cs峰值的70%~80%时，继续通Cs，同时通入NF3，使得GaAs光电阴极的光电流或量子效率又开始增长。

[0011] 步骤六、当GaAs光电阴极的光电流或量子效率上升到第2个峰值保持一段时间后关闭Cs源，使GaAs光电阴极的光电流或量子效率再次上升到峰值，此时关闭NF3，激活结束。

[0012] 进一步地，步骤一的脱脂清洗的具体过程为：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，同时将放入GaAs光电阴极的有机溶剂的容器放入超声波清洗器中进行超声波清洗5 10分钟。~

[0013] 进一步地，步骤二中化学刻蚀具体步骤为：将脱脂后的GaAs光电阴极放入HCl:IPA为1:10的溶液中刻蚀不少于5分钟，然后用去离子水冲洗不少于10s。

[0014] 进一步地，步骤三中高温加热净化具体步骤为：将化学刻蚀后的GaAs光电阴极放入超高真空系统中加热，加热温度为650 660℃，加热时间为20分钟。~

[0015] 进一步地，步骤四、步骤五和步骤六中进行Cs/NF3激活时的光照条件为633±5nm单色光。

[0016] 3.有益效果：采用本发明对GaAs光电阴极进行激活的GaAs光电阴极其稳定性更好，工作寿命和储存寿命更长。
附图说明

[0017] 图1为本发明提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法的流程图；图2为本发明的实施例中Cs/NF3激活过程量子效率变化图；
图3为本发明的实施例中Cs/O2激活过程量子效率变化图；
图4为本发明实施例中真空残气对Cs/NF3激活和Cs/O2激活的GaAs光电阴极量子效率影响对比图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明进行具体的说明。

[0019] 如附图1所示，一种提高GaAs光电阴极稳定性的Cs/NF3激活方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将GaAs光电阴极放入有机溶剂进行脱脂清洗。

[0020] 步骤二、将脱脂后的GaAs光电阴极放入酸溶液中进行化学刻蚀。

[0021] 步骤三、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。

[0022] 步骤四、将超高温系统的温度降至室温后向GaAs光电阴极通Cs，GaAs光电阴极的光电流或量子效率开始增长，直至到达首个Cs峰。

[0023] 步骤五、继续对GaAs光电阴极通Cs并使之过量，当GaAs光电阴极的光电流即量子效率下降到首个Cs峰值的70%~80%时，继续通Cs，同时通入NF3，使得GaAs光电阴极的光电流或量子效率又开始增长。

[0024] 步骤六、当GaAs光电阴极的光电流或量子效率上升到第2个峰值保持一段时间后关闭Cs源，使GaAs光电阴极的光电流或量子效率再次上升到峰值，此时关闭NF3，激活结束。

[0025] 进一步地，步骤一的脱脂清洗的具体过程为：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，同时将放入GaAs光电阴极的有机溶剂的容器放入超声波清洗器中进行超声波清洗5 10分钟。~

[0026] 进一步地，步骤二中化学刻蚀具体步骤为：将脱脂后的GaAs光电阴极放入HCl:IPA为1:10的溶液中刻蚀不少于5分钟，然后用去离子水冲洗不少于10s。

[0027] 进一步地，步骤三中高温加热净化具体步骤为：将化学刻蚀后的GaAs光电阴极放入超高真空系统中加热，加热温度为650 660℃，加热时间为20分钟。~

[0028] 进一步地，步骤四、步骤五和步骤六中进行Cs/NF3激活时的光照条件为633±5nm单色光。

[0029] 具体实施例：按照图1所示流程图，在Cs/NF3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。

[0030] 脱脂清洗的步骤是将GaAs光电阴极样品依次放入有四氯化碳、丙酮、无水乙醇和去离子水中的容器，并将放入GaAs光电阴极样品的容器依次放入超声波清洗器中进行超声波清洗6分钟。

[0031] 化学刻蚀的步骤是用HCL:IPA为1:10溶液中刻蚀不少于8分钟，然后用去离子水冲洗20s。

[0032] 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。

[0033] 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/NF3激活。

[0034] 激活时，用波长为632nm的单色红光垂直照射在GaAs光电阴极表面，通过实时测量、观察阴极光电发射的量子效率来决定Cs源、NF3源的开或关。激活时，首先打开Cs源，阴极的量子效率开始增长，直至到达首个Cs峰；继续通Cs使之过量，量子效率开始下降，当光电流下降到首个Cs峰值的75%时，继续通Cs，同时通入NF3，使得量子效率再次开始增长；当量子效率上升到第2个峰值保持一段时间后关Cs，光电流再次上升到峰值，此时关闭NF3，结束激活过程。本方法的激活过程中，量子效率的变化曲线如图2所示采用相同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，在激活时采用Cs源持续打开，而根据量子效率的变化情况通O2的Cs/O2激活，其他激活条件与上述Cs/NF3激活相同，Cs/O2激活过程中，量子效率的变化曲线如图3所示。

[0035] 图4是本发明实施例中真空残气对Cs/NF3激活和Cs/O2激活的GaAs光电阴极量子效率影响对比图。对激活后的真空系统通入常见的含氧残气O2、CO和CO2，实验发现Cs/NF3激活后的GaAs光电阴极表面对含氧残气的化学免疫性更好，对于真空系统中的含氧残气O2、CO、CO2，Cs/NF3激活后的阴极量子效率衰减速率要小于Cs/O2激活后的阴极量子效率衰减速率。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。

[0036] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

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