【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及p型氧化鎵光電陰極領域，具體涉及一種基于氧化鎵的紫外光電陰極及其制備方法。
技術介紹
1、紫外光電陰極是一種能夠在紫外光照射下產生光電子的關鍵光電器件，廣泛應用于紫外探測、成像、空間科學等領域。隨著紫外光電技術的不斷發展，對高性能、寬光譜響應和高靈敏度的紫外光電陰極的需求日益增加。
2、近年來，寬禁帶半導體材料如氧化鎵(ga2o3)、氮化鎵(gan)、金剛石和碳化硅(sic)等被廣泛研究用于紫外光電陰極。它們的寬帶隙特性使得這些材料能夠有效地響應深紫外光(波長在200-280nm范圍內)，同時抑制可見光和紅外光的干抗。目前，gan及其合金材料已經被深入研究并投入使用，但由于gan?p型摻雜仍是難題、摻雜效率低，表面態密度較高，本征缺陷較多，使得gan基光電陰極的光電轉換效率低、量子效率低(僅為40％左右)、暗電流較大，器件性能并不好。cn113964003a提出了一種采用納米管結構來增大光電發射的表面積，提高了光電轉換效率和量子效率，但仍未解決gan?p型摻雜效率較低這一根本性難題。
3、氧化鎵的禁帶寬度約為4.8-4.9ev，顯著大于氮化鎵的3.4ev左右。這使得氧化鎵光電陰極在更高能量的紫外光區域具有更高的光響應度和量子效率，可以探測更短波長的光子，從而在深紫外波段應用中表現出色。然而，實現高效的p型摻雜仍然是當前研究的熱點和難點。
4、因此，鑒于以上問題，有必要提出一種具有更高效p型摻雜的氧化鎵基光電陰極，滿足市場需求，推動氧化鎵光電陰極的快速發展。
1、本專利技術的目的在于提出一種基于氧化鎵的紫外光電陰極及其制備方法，不僅能夠提高光電陰極的量子效率，還能增強光電陰極對紫外光的吸收。
2、為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一方面，本專利技術提供一種基于氧化鎵的紫外光電陰極，由下而上依次設置為ag反射層、襯底層、p型氧化鎵層、激活層；
4、所述ag反射層用于反射未被吸收的光回到p型氧化鎵層中；
5、所述襯底層為c面藍寶石襯底，用于沉積氧化鎵薄膜；
6、所述p型氧化鎵層為cu-n共摻雜的氧化鎵薄膜，用作光電陰極的發射層；
7、所述激活層為cs吸附層，吸附于p型氧化鎵層的上表面，用于降低電子親和勢，提高光電陰極的電子發射效率。
8、作為本專利技術的進一步優選，所述的cu-n共摻氧化鎵薄膜采用雙靶磁控濺射法制備，其中cu摻雜靶材選用ga2o3、cuo靶材，通過改變濺射時間來控制cu的摻雜濃度，n摻雜采用濺射氣體ar中混合n2來實現，通過改變濺射氣壓和流量來控制n的摻雜濃度。
9、另一方面，本專利技術還提供上述基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，包括如下步驟：
10、步驟1：選擇c面藍寶石作為襯底并分別用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗襯底10分鐘，去除襯底表面的有機物；
11、步驟2：分別將ga2o3靶材和cuo靶材安裝好，將清洗好的襯底放入沉積室中；
12、步驟3：啟動真空泵，將濺射腔體內的壓力降至低于10-6torr，以清除殘余氣體和雜質；
13、步驟4：選擇氮氣和氬氣混合氣體作為工作氣體，并調節好工作氣體的氣壓和流量；
14、步驟5：對襯底進行加熱，并啟動濺射靶材，進行5-10分鐘的預濺射以清潔靶材表面并穩定濺射條件；
15、步驟6：重新調整濺射功率和濺射時間，打開擋板，并開始計時生長；
16、步驟7：待薄膜生長結束后取出樣品并進行退火處理；
17、步驟8：退火完成后通過超高真空激活工藝將cs吸附層緊密吸附在氧化鎵薄膜上；
18、步驟9：將氧化鎵薄膜與ag反射板粘連在一起完成制備。
19、作為本專利技術的進一步優選，步驟2中靶位與襯底間的距離為6～7cm。
20、作為本專利技術的進一步優選，步驟4中工作氣體中n2/ar流量比為10～50％，工作氣體的壓力設置為0.5～1.5pa，工作氣體的流量設置為20～80sccm。
21、作為本專利技術的進一步優選，步驟5中襯底的溫度設置為700～800℃。
22、作為本專利技術的進一步優選，步驟6中濺射功率設置為40～150w。
23、作為本專利技術的進一步優選，步驟6中濺射時間設置多個時間周期，在每個時間周期內，均固定ga2o3靶的濺射時間為8min，cuo靶的濺射時間為1～8min，濺射總時間設置為1～4h。
24、作為本專利技術的進一步優選，步驟7中退火氣氛為氮氣或氧氣中的一種，退火溫度為600～900℃，時間為1.5h。
25、作為本專利技術的進一步優選，步驟8中cs吸附層的厚度為1～3個原子層。
26、與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：
27、1、本專利技術提出了一種cu-n共摻雜的氧化鎵高效p型摻雜方法，并制備了ga2o3基nea光電陰極，代替了傳統的gaas、gan基光電陰極，實現了ga2o3材料在紫外光電陰極領域的應用；
28、2、本專利技術通過cu-n共摻雜降低了能帶中的缺陷態，抑制了電子的補償作用，提高了氧化鎵薄膜的空穴載流子濃度，達到6.2×1015～1.1×1018cm-3；
29、3、本專利技術通過cu-n共摻雜，cu摻雜可以通過改變氧化鎵的局部電子結構調控n形成的受主能級，使能級更淺，從而減小空穴的激活能；
30、4、本專利技術通過cu-n共摻雜獲得的p型氧化鎵薄膜的空穴霍爾遷移率顯著提升，達到12.5～41.7cm2/vs；
31、5、本專利技術通過cu-n共摻雜會在價帶頂部或導帶底部引入帶邊態，這些帶邊態能級較淺，使得更多的電子可以在較低能力光子的作用下被激發，從而增加了對紫外光的吸收，提高了光電陰極的量子效率(qe)，最高可達到52％；
32、6、通過本專利技術制備的光電陰極受環境溫度影響較小，性能更加穩定。
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1.一種基于氧化鎵的紫外光電陰極，其特征在于，所述紫外光電陰極由下而上依次設置為Ag反射層、襯底層、p型氧化鎵層、激活層；
2.根據權利要求1所述的一種基于氧化鎵的紫外光電陰極，其特征在于，所述的Cu-N共摻氧化鎵薄膜采用雙靶磁控濺射法制備，其中Cu摻雜靶材選用Ga2O3、CuO靶材，通過改變濺射時間來控制Cu的摻雜濃度，N摻雜采用濺射氣體Ar中混合N2來實現，通過改變濺射氣壓和流量來控制N的摻雜濃度。
3.一種權利要求1或2所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，步驟2中靶位與襯底間的距離為6～7cm。
5.根據權利要求3所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，步驟4中工作氣體中N2/Ar流量比為10～50％，工作氣體的壓力設置為0.5～1.5Pa，工作氣體的流量設置為20～80sccm。
6.根據權利要求3所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，步驟5中襯底的溫度設置為700～800℃。<...
【技術特征摘要】
1.一種基于氧化鎵的紫外光電陰極，其特征在于，所述紫外光電陰極由下而上依次設置為ag反射層、襯底層、p型氧化鎵層、激活層；
2.根據權利要求1所述的一種基于氧化鎵的紫外光電陰極，其特征在于，所述的cu-n共摻氧化鎵薄膜采用雙靶磁控濺射法制備，其中cu摻雜靶材選用ga2o3、cuo靶材，通過改變濺射時間來控制cu的摻雜濃度，n摻雜采用濺射氣體ar中混合n2來實現，通過改變濺射氣壓和流量來控制n的摻雜濃度。
3.一種權利要求1或2所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，步驟2中靶位與襯底間的距離為6～7cm。
5.根據權利要求3所述的基于氧化鎵的紫外光電陰極的制備方法，其特征在于，步驟4中工作氣體中n2/ar流量比為10～50％，工作氣體的壓力設置為0.5～1.5pa，工...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李延彬，張辰睿，陳浩，康健，邵岑，張樂，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：
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