[发明专利]一种AlZnO紫外光电阴极材料及紫外真空像增强器

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与元器件技术领域，涉及宽禁带半导体导电薄膜及紫外光电阴极材料，具体是指通过控制Al_xZn_1-xO_1+0.5x(AlZnO)三元合金材料的各组分原子比在一定的范围内，分别获得Al_yZn_1-yO_1+0.5y(y≤0.02)透明导电薄膜和具有紫外光电发射性能的Al_xZn_1-xO(0.2≤x≤0.7)阴极薄膜，这两种薄膜构成的复合层材料体系可应用在透射式真空光电探测器件中，分别实现底电极和紫外光电阴极的功能。 

技术背景

紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术。由于臭氧对300nm以下的紫外辐射有强烈的吸收作用，所有来自太阳辐射中的紫外线，只有波长为300nm～400nm的近紫外线能透过大气层到达地面，因此，由于没有太阳的背景辐射，在地球上或臭氧层以下的大气层中波长在200nm～300nm的辐射就非常容易被探测到，而其他波段的光探测器就会受到太阳辐射的干扰，特别是在白天，工作在这个波段的探测器被称为“日盲”。正是基于紫外线的“日盲”特性以及它在地球大气层中因均匀散射而呈现的背景条件，紫外探测器方可对能释放出大量紫外辐射的目标进行实时探测或有效跟踪。紫外探测器件的种类有真空二极管、光电倍增管、固体探测器、像增强器及电子成像型探测器等多种形式，其中像增强器采用光电发射原理并通过MCP倍增放大可获得很高的探测灵敏度，是目前紫外探测器开发和应用的热点，而紫外光电阴极是它的核心部件之一，对器件的整体性能起到决定性的影响。像增强器需要光电阴极工作在透射方式下，透射式NEA光电阴极一般由三部分组成，即对紫外工作波长光透明的衬底、透明导电的底电极和光电阴极发射层。 

目前，基于负电子亲和势(Negative Electron Affinity或NEA)光电发射的GaN基的紫外光电阴极是新一代紫外光电阴极开发的热点材料，但是GaN光电阴极材料的制备成本较高，并且需要昂贵的蓝宝石或SiC衬底材料，不然会导致薄膜质量显著下降，尤其是GaN系材料由于需要在高温下生长，使其制备透射模式探测器的技术难度加大，不易找到与之晶格匹配良好的底电极材料。 

ZnO与GaN材料相类似，是直接带隙半导体材料，有相同的晶体结构，相近的晶格常数和禁带宽度，而且ZnO系材料比较容易生长，可以沉积在各种不同的基板上面，在工艺上有利于透射式探测器件的制备。四川天微电子有限责任公司申请的专利“一种光电阴极和利用该阴极的真空紫外光电器件的制备工艺(申请号：CN200610022021.9)”，该专利申请虽然提 及将ZnO材料用于像管的阴极及导电电极，但没有具体公开ZnO材料的性能要求与是否掺杂，导致本领域技术人员无法实施该专利技术方案。 

发明内容

本发明提供一种AlZnO紫外光电阴极材料，采用采用沉积于透紫衬底基片上的高导电Al_yZn_1-yO_1+0.5y(y≤0.02)薄膜作为透明底电极，并在透明底电极上诱导生长Al_xZn_1-xO_1+0.5x(0.2≤x≤0.7)合金薄膜材料作为紫外光电阴极材料，该紫外光电阴极材料对紫外光敏感，通过严格控制材料组分可实现光学吸收边蓝移至300nm以内，从而满足紫外光日盲区探测要求，且具有制备方法简单、成本较低、无毒环保的特点。本发明同时提供一种紫外真空像增强器，该紫外真空像增强器以本发明提供的AlZnO紫外光电阴极材料作为阴极，具有良好的紫外光电发射性能，能够满足紫外探测并实现紫外日盲区的探测要求。 

本发明详细技术方案为： 

一种AlZnO紫外光电阴极材料，如图1所示，包括透紫衬底基片(蓝宝石基片或石英基片)、沉积于透紫衬底基片表面的透明氧化物底电极和沉积于透明氧化物底电极表面的AlZnO合金薄膜；所述透明氧化物底电极为Al_yZn_1-yO_1+0.5y(y≤0.02)薄膜，所述AlZnO合金薄膜的化学式为Al_xZn_1-xO_1+0.5x，其中0.2≤x≤0.7。