[发明专利]金属与氧化锌掺杂氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法

说明书

一种金属与氧化锌掺杂氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法，包括基底以及在基底上由上至下依次设置的氧化锌掺杂氧化镁膜层和金属掺杂氧化镁膜层，金属掺杂氧化镁膜层中单纯掺杂金属材料或者共掺杂金属材料与氧化锌，单纯掺杂金属材料的金属掺杂氧化镁膜层中金属的原子数百分含量为6％‑30％，共掺杂金属材料与氧化锌的金属掺杂氧化镁膜层中金属的原子数百分含量为5％‑25％，锌的原子数百分含量不高于5％；氧化锌掺杂氧化镁膜层中所形成的Mg‑Zn‑O复合物晶粒的尺寸为8nm‑30nm，锌的原子数百分含量为0.2％‑8％，采用溅射法进行制备，能有效提高二次电子发射系数，增强电子发射的稳定性。

技术领域

本发明属于光电子材料与器件技术领域，具体涉及一种金属与氧化锌掺杂氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法，可应用于电子倍增器、光电倍增管等器件。

背景技术

氧化镁薄膜因为具有二次电子发射系数高、耐带电粒子轰击性能好以及制备工艺简单等优点，目前作为二次电子发射材料已被广泛应用于图像增强器、电子倍增器、光电倍增管和正交场放大器等电子器件中。为了使电子器件获得较长的使用寿命，用于其中的二次电子发射材料必须能耐受较大束流密度电子束的长时间轰击，因此制备的氧化镁薄膜厚度需要达到几十纳米甚至一百纳米以上。但是，由于氧化镁是绝缘材料，较厚的氧化镁薄膜在电子束轰击下会产生表面充电现象，这会使其二次电子发射快速衰减，从而影响薄膜二次电子发射的稳定性。这一问题限制了氧化镁薄膜在高增益、长寿命电子器件中的应用。

为了避免较厚的氧化镁薄膜在电子束持续轰击下产生表面充电现象，可在氧化镁薄膜中掺杂一定比例导电性好、化学性质稳定的金属材料以形成掺杂金属材料的氧化镁复合薄膜。由于金属材料的掺杂，在复合薄膜中存在分散的金属颗粒，薄膜的导电性得到改善，使其在膜层较厚时仍能有效避免表面充电，因而可以通过增加薄膜厚度以提高薄膜耐受较大束流密度电子束长时间轰击的性能。但是，实验研究表明，金属掺杂氧化镁复合薄膜在较大束流的电子束轰击下仍然存在一定程度的二次电子发射衰减，其原因是除了未能完全消除表面充电现象外，还存在电子束轰击造成的氧化镁分解刻蚀。在氧化镁薄膜中掺入金属材料，固然可提高薄膜的导电性，但是由于金属材料的二次电子发射系数很低，并且在高温沉积薄膜过程中金属颗粒易产生团聚，增大了薄膜的表面粗糙度，因此过高的金属掺入量会显著降低薄膜的二次电子发射系数，导致氧化镁薄膜中掺入金属的量受到限制。少量的金属掺杂使氧化镁薄膜的导电性得到一定程度的改善，当金属掺杂氧化镁薄膜受到较低束流密度的电子束轰击产生二次电子发射时，可以避免表面充电现象，但当其受到较高束流密度电子束的持续轰击，进行二次电子发射时，薄膜的导电性仍显不足，造成薄膜表面快速积累的正电荷难以及时消除。此外，氧化镁在较高束流密度的电子束轰击下会产生分解刻蚀，破坏了氧化镁的晶体结构并改变薄膜的表面形貌，出现二次电子发射衰减。因此，金属掺杂氧化镁复合薄膜二次电子发射性能(特别是在较高束流密度电子束轰击下的性能)还需得到进一步的提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种金属与氧化锌掺杂氧化镁二次电子发射薄膜及其制备方法，能有效提高二次电子发射系数，增强电子发射的稳定性。

为了实现上述目的，本发明的金属与氧化锌掺杂氧化镁二次电子发射薄膜采用的技术方案为：包括基底以及在基底上由上至下依次设置的氧化锌掺杂氧化镁膜层和金属掺杂氧化镁膜层，所述的金属掺杂氧化镁膜层中单纯掺杂金属材料或者共掺杂金属材料与氧化锌，其中，单纯掺杂金属材料的金属掺杂氧化镁膜层中金属的原子数百分含量为6％-30％，共掺杂金属材料与氧化锌的金属掺杂氧化镁膜层中金属的原子数百分含量为5％-25％，锌的原子数百分含量不高于5％；所述的氧化锌掺杂氧化镁膜层中所形成的Mg-Zn-O复合物晶粒的尺寸为8nm-30nm，锌的原子数百分含量为0.2％-8％。

所述金属掺杂氧化镁膜层中掺杂的金属材料为金、银或铂。

金属掺杂氧化镁膜层的厚度为40nm-300nm，氧化锌掺杂氧化镁膜层的厚度为10nm-40nm。