Cs_2Te紫外光电阴极带外光谱响应研究

利用强光源作为激励,测量了Cs_2Te紫外光电阴极带外光谱响应。结果表明Cs_2Te紫外光电阴极的带外光谱响应较低,与带内光谱响应相比相差几个数量级。带内光谱响应的峰值灵敏度可以大于40 m A/W,但对带外光谱响应,如对550 nm的波长,其光谱响应可以低至10-3 m A/W数量级。对采用同样工艺所制作的Cs_2Te紫外光电阴极,其带外光谱响应的离散性较大。根据对3种不同可见光阴极,即Na2KSb（Cs）多碱光电阴极、K2Cs Sb双碱光电阴极以及Ga As（Cs-O）光电阴极带外光谱响应的测试,证明这3种可见光阴极均存在不同大小的带外光谱响应。测试数据表明,带外光谱响应与逸出功（正电子亲和势光电阴极）或禁带宽度（负电子亲和势光电阴极）的大小相关。逸出功越低或禁带宽度越小,带外光谱响应越大。根据光电发射的方程,可以推测出Cs_2Te紫外光电阴与上述3种可见光光电阴极一样,产生带外光谱响应的原因是多光子吸收,即多光子效应。由于Cs_2Te紫外光电阴极存在带外光谱响应,因此当采用Cs_2Te紫外光电阴极的“日盲”像增强器在强烈的太阳光下或直对太阳光使用时,会受到太阳光的干扰或看到太阳的像,不具备日盲特性。为了使“日盲”紫外像增强器完全具备日盲特性,需要“日盲”紫外像增强器Cs_2Te紫外阴极前增加“日盲”滤光片,利用“日盲”滤光片消去Cs_2Te紫外阴极的带外光谱响应达到“日盲”的目的。因此在实际应用过程中,“日盲”滤光片是必不可少的。“日盲”滤光片设计的依据是Cs_2Te紫外阴极对太阳辐射的响应度。Cs_2Te紫外阴极对太阳辐射的响应主要集中在350~650 nm之间,因此“日盲”滤光片主要应对该波段的可见光进行衰减。只有使用与Cs_2Te紫外阴极带外光谱响应相匹配的“日盲”滤光片才有可能使“日盲”紫外像增强器具备“日盲”特性。

紫外光电阴极研究进展

本文对传统的紫外光电阴极以及新型的宽禁带半导体光电阴极进行了总结和分析,并介绍了它们目前的研究现状。同时,针对紫外探测的需求,提出了它们目前还存在的一些问题,并对未来改进紫外光电阴极性能提出了一些设想和方法。

ZnO基紫外光电探测材料研究

ZnO作为II-VI族直接宽禁带半导体材料,在室温下的禁带宽度约为3.37 eV,对应紫外波段的光子能量,且ZnO具有较高的化学和热稳定性,较强的抗辐射损伤能力,来源丰富,电子诱生缺陷较低等特点,适用于制备高性能的紫外探测器。而ZnO在掺杂后形成的合金可调节其禁带宽度,并与ZnO的晶格失配度及热膨胀系数差别较小,可构成量子阱或超晶格结构被广泛地应用于光电器件中,提高光电性能,所以相关的带隙工程的开展有利于推进实用的高性能的ZnO基光电器件的开发。尤其是对于ZnO基紫外探测器件,ZnO基三元合金具有可调控其探测波段到日盲区的特点,在此基础上所实现的紫外探测器在军事和民用领域具有广泛应用。基于此,笔者采用掺杂的方式调制ZnO的禁带宽度,使ZnO基三元合金材料的光学禁带宽度达到4.4 eV以上,获得可用于日盲紫外光波段探测的ZnO基光电探测器;同时,通过控制掺杂技术开发ZnO基异质复合结构,可应用于高性能的紫外光电发射探测器件。主要内容和创新性结果如下:1.采用溶胶–凝胶方法制备了Mg、Cd、Al掺杂的ZnO基三元合金薄膜,并对其微结构和光电性能进行研究,分析其掺杂效率和光学禁带调制效应,获得掺杂对ZnO薄膜禁带宽度调制的规律,并从不同元素掺杂引起Zn3d电子结合能变化的角度探讨了其禁带调制的机理。2.采用射频磁控溅射法制备AlxZn1-xO(AZO)合金薄膜,研究不同掺Al浓度对其微结构和光电性质的影响规律,研究表明:Al粒子数分数增大到20%会导致ZnO纤锌矿结构的消失,表明掺Al的固溶度在20%以内,而当掺Al粒子数分数达到30%则出现新的晶相;且随掺Al粒子数分数增加,薄膜中晶粒细化,电阻率大幅上升;通过改变Al组分可较大地展宽光学带隙,在Al粒子数分数为30%时带隙被展宽至4.43 eV。3.探讨氧气氛对AZO合金薄膜导电性的影响,并通过对其微结构和光电特性的研究发现:溅射过程中通入少量氧气有利于获得结晶质量较好的c轴择优取向薄膜;而纯氩气氛下溅射的薄膜具有很低的电阻率,拉曼测试和SEM分析表明其存在特殊的内建电场和c轴取向平行于膜面的晶粒;溅射过程中氧分压的增加会导致薄膜的绝缘性能增强;其透光谱显示光学吸收边发生明显蓝移。4.研究AZO合金薄膜的光电响应性能,结果表明:掺入Al可抑制ZnO薄膜中氧空位缺陷的形成,Al粒子数分数的增大使得薄膜的绝缘性能增强,有利于实现暗电流低的光电探测器件,提高其光暗电流比,尤其是可以抑制慢速的氧气吸附和解吸附反应,从而提高器件的响应速度。获得的快速响应的AZO探测器在紫外光照下显示出对称的非线性特征,即采用元件替代方法将光敏电阻应用于蔡氏电路时,在变型蔡氏电路中可产生三涡旋光电混沌吸引子。5.研究掺Al对AZO薄膜表面势垒和功函数的影响,通过对不同Al浓度AZO合金薄膜的C-V测试,获得其表面接触势垒高度随Al浓度增加而减小的规律;分别从理论计算和I-V-T测试拟合研究了5%粒子数分数掺Al对ZnO薄膜表面功函数的影响,两种方式获得的表面功函数值分别下降了0.090 eV和0.098 eV。以上研究结果表明掺Al使得AZO薄膜的费米能级上移至导带,从而形成较小的表面势垒,有利于电子从表面逸出。6.研究将AlxZn1-xO薄膜用于实现NEA紫外光电阴极,制作AZO阴极真空光电管,其光暗电流相差两个数量级以上。采用高导电AZO薄膜作为透明导电底电极,在其上诱导生长阳离子空位为主导的AZO纳米晶表面层,由以上掺杂调制技术获得的AZO异质复合结构阴极材料,因为底电极和阴极膜同属AZO材料体系,界面间结合紧密,并能有效实现能带调制,具有良好的紫外光电发射性能。在铯激活条件下的测试结果为:暗电流为0.2 nA,在254 nm波长的紫外光照射下产生220 nA光电发射电流,光暗电流比达到103数量级。

GaN紫外光阴极材料的高低温两步制备实验研究

GaN紫外光阴极是一种表面具有负电子亲和势(NEA)状态的光电发射材料,具有电子发射效率高、暗发射小、稳定性好等众多优点,是近年来得到迅速发展的一种新型高性能紫外探测材料。采用超高真空原子吸附工艺,对金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)外延的p型GaN表面依次进行了高温净化、Cs/O激活、低温净化和Cs/O激活的高低温两步光阴极制备实验。实验结果表明,高温净化后的Cs/O激活可制备出量子效率约为20%的GaN紫外光阴极材料,第二步低温净化后GaN表面仍具有光电发射能力,经过Cs/O激活后可将阴极光电流恢复到接近高温激活结束后的水平,说明GaN阴极材料的制备只需单步高温激活完成。通过比较GaN与GaAs光阴极材料的高低温制备效果差异,对GaN光阴极制备工艺的机理进行了探讨。

其他

O462.3 2001021264碲铯紫外光电阴极的工艺研究=Study of processingart of Te-Cs ultraviolet cathodes[刊,中]/钟生东,张学恒,闫吉庆,张忠廉(北京理工大学光电工程系.北京(100081))//光学技术.—2000,26(4).-318-320较详细的介绍了反射式和透射式紫外光电阴极的制作过程,用表格列出了碲铯光阴极的主要特性,对远紫外和紫外石英玻璃进行了分类。图4参6(李瑞琴)