[发明专利]一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置

说明书

本发明是一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置，利用InGaAs阴极与金属封接环的电气连接和导热特性，半导体致冷片通过金属散热片以及与之紧贴的金属封接环对InGaAs阴极进行有效致冷，而半导体致冷片热面的散热通过金属散热器和风扇或水循环装置进行。优点：在器件实际工作过程中，InGaAs阴极处热量可依次通过阴极金属封接环、金属散热片、半导体致冷片、金属散热器、风扇或水循环装置有效传导散出，一方面能显著降低器件常温工作时的暗发射水平，另一方面在高温工作环境下可显著抑制由于阴极暗发射提高而导致的器件整管暗电流的急剧增加，从而扩大器件高温工作范围。

技术领域

本发明涉及的是一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置，可广泛应用于各种真空光电阴极的致冷。属于电真空光电探测技术领域。

背景技术

真空光电探测器件是光电探测领域的一个重要分支，该类型器件可广泛应用于国防装备、航空航天、仪器仪表以及医疗设备等诸多领域，如紫外告警、激光雷达、微光夜视、电晕检测等。随着应用需求的不断提升，传统的二代碱化物光电阴极的灵敏度越来越满足不了实际需求，而随着半导体材料技术的发展，传统的二代阴极正在或即将被以氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、镓砷磷(GaAsP)、铟镓砷(InGaAs)等为代表的三代负电子亲和势(NEA)高量子效率阴极所替代。

InGaAs是一种三元合金半导体材料，InGaAs阴极可通过调节In组分获得较GaAs光电阴极更宽的响应波段，从而获得0.6μm~1.7μm的响应，其工作波段范围可以完全覆盖可见光和夜天光能量。而InGaAs阴极通常需采用场助结构实现高量子效率。阈值波长的延伸，必须减小半导体光吸收层的带隙，带隙的减小及外加电场的作用，使场助InGaAs光电因的暗电流要比GaAs NEA光电阴极的暗电流大。

通过暗电流源的分析，可以发现场助InGaAs光电阴极的暗电流主要由“热空穴”的碰撞电离引起。反向偏压在半导体中产生的电场使电子获得较高能量的同时，也使得由肖特基势磊注入体内的空穴获得了较高的能量。这部分“热空穴”与晶格碰撞，电离出电子-空穴对。由于碰撞电离产生的电子在半导体导带中有较高的能量，因此这部分电子向真空的热发射构成了场助InGaAs光电阴极暗电流的重要分量。

因此，在InGaAs光电阴极实际使用中，非常有必要对其进行有效的致冷以显著降低其暗发射性能，尤其是在高温工作状态下，“热空穴”与晶格碰撞更厉害，暗发射也将大大提高。

发明内容

本发明提出的是一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置，其目的是利用与光电阴极电气和导热连接的金属封接环通过半导体致冷片加风冷或水冷装置实现有效致冷，有效降低InGaAs阴极的热发射，扩大器件高温工作范围。

本发明的技术解决方案：一种基于半导体致冷片的InGaAs光电阴极致冷装置，利用InGaAs阴极与金属封接环的电气连接和导热特性，半导体致冷片通过金属散热片以及与之紧贴的金属封接环对InGaAs阴极进行有效致冷，而半导体致冷片热面的散热通过金属散热器和风扇或水循环装置进行。

本发明的优点：

在器件实际工作过程中，InGaAs阴极处热量可依次通过阴极金属封接环、金属散热片、半导体致冷片、金属散热器、风扇或水循环装置有效传导散出，一方面能显著降低器件常温工作时的暗发射水平，另一方面在高温工作环境下可显著抑制由于阴极暗发射提高而导致的器件整管暗电流的急剧增加，从而扩大器件高温工作范围。

附图说明

图1是 InGaAs光电阴极致冷装置结构示意图。

图2 是InGaAs光电阴极致冷装置实施例图。

图3是 InGaAs光电阴极与电极示意图。

图4 是金属散热片4截面图。