本發明專利技術公開了一種基于對數摻雜變In組分負電子親和勢GaAs光電陰極，該光電陰極是由高質量P型GaAs襯底、過渡層、p-GaAlAs緩沖層、p型GaAs發射層以及Cs／O激活層組成，其中連接襯底層和p-GaAlAs緩沖層之間的過渡層由m個變In的外延材料構成的單元層組成，m的取值范圍為1≤m≤20；對于p型GaAs發射層采用電場減少型的對數摻雜結構，發射層的摻雜濃度按照N(x)＝N0logaAx，(0＜a＜1)規律變化；發射層厚度選擇為8μm，梯度濃度從1×1021cm-3到1×1016cm-3漸變。該陰極的優點在于通過過渡層以及緩沖層的變In結構對陰極進行界面修飾，然后自然過渡到發射層，提高了其量子效率；另一方面對數摻雜提高了陰極中電子的平均輸運距離，從而也提高了其量子效率。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種基于對數摻雜變In組分負電子親和勢GaAs光電陰極，該光電陰極是由高質量P型GaAs襯底、過渡層、p-GaAlAs緩沖層、p型GaAs發射層以及Cs／O激活層組成，其中連接襯底層和p-GaAlAs緩沖層之間的過渡層由m個變In的外延材料構成的單元層組成，m的取值范圍為1≤m≤20；對于p型GaAs發射層采用電場減少型的對數摻雜結構，發射層的摻雜濃度按照N(x)＝N0logaAx，(0＜a＜1)規律變化；發射層厚度選擇為8μm，梯度濃度從1×1021cm-3到1×1016cm-3漸變。該陰極的優點在于通過過渡層以及緩沖層的變In結構對陰極進行界面修飾，然后自然過渡到發射層，提高了其量子效率；另一方面對數摻雜提高了陰極中電子的平均輸運距離，從而也提高了其量子效率?！緦＠f明】基于對數摻雜變In組分反射式結構GaAs光電陰極
本專利技術屬于物理電子學領域，具體涉及一種GaAs光電陰極過渡層與緩沖層變In組分的控制以及利用電場減少型對數摻雜后GaAs光電陰極的量子效率與傳統的GaAs光電陰極進行比較，主要用于更高量子效率要求的反射式GaAs光電陰極設計和制備。
技術介紹
隨著微光夜視技術的不斷發展，夜視成像器材的作用更加突顯，尤其是通過微光像增強器的增強以達到人眼能進行觀察的目的的微光夜視系統在此基礎上發展迅猛，作為微光像增強器進行光電轉換的光電陰極來說，它的發展更是起著舉足輕重的作用。負電子親和勢GaAs光電陰極具有量子效率高、暗發射小、發射電子的能量分布以及角分布集中、長波閾可調、長波響應擴展潛力大等優點，所以自1965年其專利技術而來，就成為微光探測器件和自旋電子源的關鍵材料。通過不同制備工藝制備出更高性能的NEA GaAs光電陰極成為很多專家學者的研究工作。目前，利用MOCVD材料外延生長技術以及電場減少型對數摻雜結構生長出的傳統的反射式GaAs光電陰極，在整個可見與近紅外波段的量子效率可以達到60%左右，在此基礎上，通過實驗結果分析，發現變組分變摻雜的方法可以使其電子擴散長度變長，同時降低了后界面復合速率；另一方面由于對數摻雜的存在，使得在兩個不同摻雜濃度區域間形成相應的內建電場，該電場有利于電子以擴散和定向漂移的形式向表面運動，從而能夠增加陰極中電子的平均輸運距離，這樣得到的GaAs光電陰極的量子效率較傳統方式大大提高。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對現有技術的不足，以反射式NEA GaAs光電陰極為例，提供一種基于對數摻雜變In組分的方法來獲得更高量子效率的負電子親和勢GaAs光電陰極。本專利技術包括陰極材料外延生長、光電陰極制備和量子效率曲線分析三部分，它是一種基于對數摻雜變In組分反射式結構GaAs的光電陰極,該光電陰極的特征在于:它是由高質量P型GaAs (100)襯底、過渡層、P-GaAlAs緩沖層、P型GaAs發射層以及Cs / O激活層組成。進一步的，所述連接襯底層和P-GaAlAs緩沖層之間的過渡層由m個變In的外延材料構成的單元層組成，m的取值范圍為KmS 20，在每個單位層中In的組分是逐漸減少的。進一步的，所述P型GaAs發射層采用電場減少型的對數摻雜結構，發射層的摻雜濃度按照N(X) = N01ga' (O < a < I)規律變化。進一步的，所述發射層厚度選擇為8 μ m，梯度濃度從IXlO21Cnr3到I X IO16CnT3漸變。本專利技術的優點在于:(I)本專利技術米用一種對數摻雜變In組分的GaAs材料來制備反射式GaAs光電陰極的緩沖層，與普通均勻摻雜反射式GaAs相比，首先具有變In過渡層的結構使得反射式GaAs光電陰極具有了陰極修飾層，與無修飾層的陰極相比，當光入射后，隨著絕緣層厚度增力口，在有機層和絕緣層界面的積累電荷增加。與此同時，電子注入的有效勢壘逐漸降低，隧穿幾率隨之增加。在某一適當厚度時，絕緣層上有足夠的電壓來有效地降低電子注入勢壘而增加隧穿幾率，這種作用導致隧穿幾率減小，相對于無修飾層的陰極增加，有陰極修飾的陰極可以獲得較高的量子效率；另一方面，P型GaAlAs緩沖層使得后界面處存在一個更高的勢壘，使得輸運到此處的電子除部分復合外大部分都能被反射向陰極表面逸出，降低了光電子的界面復合速率，這樣便能顯著提高陰極的長波量子效率。(2)利用8μπι32層電場減少型的對數摻雜結構，使得表面發射層內摻雜濃度由體內lX1021cm_3到I X IO16CnT3漸變，這樣導致總體平均摻雜濃度比普通均勻摻雜濃度IXlO19cnT3以及以往提出的四層摻雜濃度要低，從而加大了電子的擴散長度；同時梯度摻雜陰極中能帶也會由于費米拉平效應形成向下彎曲的梯度分布，每兩個不同摻雜濃度區域間相應形成一個內建電場，該電場有利于電子以擴散和定向漂移的方式向表面運動，增加了陰極中電子的平均輸運距離?！緦＠綀D】【附圖說明】圖1為基于對數摻雜變In組分反射式結構GaAs光電陰極結構不意圖；圖2為基于對數摻雜變In組分反射式結構GaAs光電陰極的量子效率實驗曲線圖?！揪唧w實施方式】下面結合附圖和【具體實施方式】對本專利技術作進一步詳細說明。圖1為基于對數摻雜變In組分反射式結構GaAs光電陰極結構示意圖，它是由高質量P型GaAs (100)襯底1、過渡層2、p-GaAlAs緩沖層3、p型GaAs發射層4以及Cs / O激活層5組成，其中連接襯底層和p-GaAlAs緩沖層之間的過渡層由m個變In的外延材料構成的單元層組成，目的是起到界面修飾的作用，m的取值范圍為KmS 20，在每個單位層中In的組分是逐漸減少的；對于P型GaAs發射層采用電場減少型的對數摻雜結構，發射層的摻雜濃度按照N(X) = Ntl1ga' (O < a < I)，其中X是指發射層內某點離后界面的距離；A是摻雜指數；凡是初始摻雜濃度；N(x)是X處的摻雜濃度，發射層厚度選擇為8 μ m，梯度濃度從I X IO21CnT3到I X IO16CnT3漸變。過渡層2可通過有機化合物氣相外延法MOCVD生長在P型GaAs (100)襯底上，變In過渡層由多層In組分含量不同的P型GaAlAs外延材料組成，每層的In組分自下而上逐漸遞減，最終經過緩沖層3從而自然過渡到GaAs發射層4。這種結構的優點在于:(1)由于變In組分的GaAlAs材料的晶格常數隨著In組分的減小而逐漸減少，因此，隨著In組分的逐漸減少，變In組分的GaAlAs材料的晶格常數也隨著其自下而上的減少，最后經過緩沖層后能自然的過渡到GaAs發射層材料，這樣做從很大程度上降低了緩沖層和發射層之間的生長界面的應力，很好的修飾了界面，提高了反射式GaAs光電陰極的界面特性，最終得以提高其量子效率；(2)變In組分的GaAlAs材料的晶格常數大于GaAlAs陰極材料同時也大于GaAs材料，通過過渡層的過渡，能使緩沖層與發射層之間具有更高的晶格匹配度，自然過渡變得更加平滑。P型GaAs發射層4也是通過有機化合物氣相外延法外延生長在緩沖層3上，根據現在的外延生長技術，GaAs發射層的生長層數取為32層，摻雜的濃度控制在lX1021cm_3以內，在表面為I X IO16Cm-3,發射層的厚度為8 μ m,以保證更好的材料本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳亮，沈洋，周占春，郭海龍，金尚忠，張淑琴，楊潤光，沈為民，常本康，錢蕓生，周木春，
申請(專利權)人：中國計量學院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。