[发明专利]具有碗型能带结构的双碱光电阴极及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有碗型能带结构的双碱光电阴极及其制备方法。所述的双碱光电阴极是以钾、铯为碱金属源的锑化物光电阴极，其峰值量子效率可达35％以上，截止波长仅为620nm；所述碗型能带结构为玻璃基底上蒸镀的宽禁带Be₃N₂膜层+K₂CsSb光电阴极+Te表面掺杂层的多层膜系，从而形成的高‑低‑高能带结构，采用本发明的结构的光电阴极的光谱响应曲线具有峰值响应高、响应范围窄的优点。

技术领域

本发明涉及双碱光电阴极技术领域，具体而言涉及一种碗型能带双碱光电 阴极及其制备方法。

背景技术

双碱阴极的典型代表即钾铯锑光电阴极，其钾、铯和锑的理想的化学配比 是2:1:1，具有立方晶体结构。其晶格常数为禁带宽度约为1eV， 电子亲和势是1.1eV。钾铯锑光电阴极分为反射式和透射式，反射式光电阴极基 底通常是金属，透射式光电阴极基底通常是透明玻璃。在玻璃基底上生长的钾 铯锑光电阴极的响应波段在250nm～700nm之间，而室温下暗电流仅为10^-17 A/cm²，因此，钾铯锑光电阴极非常适合作为单光子信号探测的光电转换材料， 以当前高能物理领域非常热门的中微子探测为例，中微子经过闪烁体后，会激 发380nm～510nm的光子信号，并被钾铯锑光电阴极所接收，从而间接探测到 中微子。此外，钾铯锑光电阴极非常适合在强射频电场环境下工作，在高亮度 平均功率光注入器中，可为能量回收型直线加速器以及高重复频率直线加速器 的短波长高增益自由电子激光装置提供高品质束流。

作为以往的双碱光电阴极，申请号201510438585.X专利中提到一种 Na₂CsSb光电阴极的制备方法，其采用了铯锑同蒸补钠，蒸铯补钠，铯锑同蒸补 钠，蒸锑的制备流程；申请号201710743036.2专利中制备的K₂CsSb光电阴极在 生长过程中钾浓度越来越多，锑浓度越来越少，有利于材料内电子向表面输运。 而在多层膜系方面，申请号200780004067.0专利中采用氧化铪、锰和镁或者钛 的氧化物作为基底层的阴极结构，有助于量子效率的改善；申请号 200710305894.5专利中采用氧化铍和多种金属氧化物混合结晶的膜层，使量子效率显著提高。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有碗型能带结构的双碱光电阴极，具有玻璃基 底以及在玻璃基底上的、能带两侧高中间低的多层膜系，由内向外分别为：

光电子反射层：由宽禁带半导体薄膜Be₃N₂构成；

K₂CsSb光电子产生层；

K₂Sb(Te)-Cs表面掺杂层；

其中，所述双碱光电阴极在峰值位置的量子效率达到35％以上，并且截止 波长在620nm。

进一步的实施例中，所述宽禁带半导体薄膜Be₃N₂与K₂CsSb表面掺杂层均 为立方晶体结构。

进一步的实施例中，所述宽禁带半导体薄膜Be₃N₂的折射率大于1.98。

进一步的实施例中，所述Be₃N₂具有较宽的禁带宽度为4.05eV～4.47eV。

根据本发明，还提出一种具有碗型能带结构的双碱光电阴极的制备方法， 包括：

第一步、在大于400℃温度、高于8×10^-4Pa真空度情况下，开始对清洁的 玻璃基底进行金属铍蒸镀；

第二步、在大于400℃温度下，向铍膜所在真空内充入高纯氮和氢的混合气 体，当真空度达到50Pa左右时，进行电弧辉光放电使铍膜形成氮化铍膜；