專利名稱：一種AlZnO紫外光電陰極材料及紫外真空像增強(qiáng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料與元器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及寬禁帶半導(dǎo)體導(dǎo)電薄膜及紫外光電陰極材料，具體是指通過(guò)控制Α1χ&νχ01+α5χ(AlZnO)三元合金材料的各組分原子比在一定的范圍內(nèi)，分別獲得AlyZni_y01+c^y(y彡0. 02)透明導(dǎo)電薄膜和具有紫外光電發(fā)射性能的 AlxSvxO(0. 2 ^ χ ^ 0. 7)陰極薄膜，這兩種薄膜構(gòu)成的復(fù)合層材料體系可應(yīng)用在透射式真空光電探測(cè)器件中，分別實(shí)現(xiàn)底電極和紫外光電陰極的功能。
背景技術(shù)：
紫外探測(cè)技術(shù)是繼紅外和激光探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一軍民兩用光電探測(cè)技術(shù)。由于臭氧對(duì)300nm以下的紫外輻射有強(qiáng)烈的吸收作用，所有來(lái)自太陽(yáng)輻射中的紫外線，只有波長(zhǎng)為300nm 400nm的近紫外線能透過(guò)大氣層到達(dá)地面，因此，由于沒(méi)有太陽(yáng)的背景輻射，在地球上或臭氧層以下的大氣層中波長(zhǎng)在200nm 300nm的輻射就非常容易被探測(cè)到，而其他波段的光探測(cè)器就會(huì)受到太陽(yáng)輻射的干擾，特別是在白天，工作在這個(gè)波段的探測(cè)器被稱為“日盲”。正是基于紫外線的“日盲”特性以及它在地球大氣層中因均勻散射而呈現(xiàn)的背景條件，紫外探測(cè)器方可對(duì)能釋放出大量紫外輻射的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)或有效跟蹤。紫外探測(cè)器件的種類(lèi)有真空二極管、光電倍增管、固體探測(cè)器、像增強(qiáng)器及電子成像型探測(cè)器等多種形式，其中像增強(qiáng)器采用光電發(fā)射原理并通過(guò)MCP倍增放大可獲得很高的探測(cè)靈敏度，是目前紫外探測(cè)器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)，而紫外光電陰極是它的核心部件之一， 對(duì)器件的整體性能起到?jīng)Q定性的影響。像增強(qiáng)器需要光電陰極工作在透射方式下，透射式 NEA光電陰極一般由三部分組成，即對(duì)紫外工作波長(zhǎng)光透明的襯底、透明導(dǎo)電的底電極和光電陰極發(fā)射層。目前，基于負(fù)電子親和勢(shì)(Negative Electron Affinity或ΝΕΑ)光電發(fā)射的GaN 基的紫外光電陰極是新一代紫外光電陰極開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)材料，但是GaN光電陰極材料的制備成本較高，并且需要昂貴的藍(lán)寶石或SiC襯底材料，不然會(huì)導(dǎo)致薄膜質(zhì)量顯著下降，尤其是 GaN系材料由于需要在高溫下生長(zhǎng)，使其制備透射模式探測(cè)器的技術(shù)難度加大，不易找到與之晶格匹配良好的底電極材料。ZnO與GaN材料相類(lèi)似，是直接帶隙半導(dǎo)體材料，有相同的晶體結(jié)構(gòu)，相近的晶格常數(shù)和禁帶寬度，而且aio系材料比較容易生長(zhǎng)，可以沉積在各種不同的基板上面，在工藝上有利于透射式探測(cè)器件的制備。四川天微電子有限責(zé)任公司申請(qǐng)的專利“一種光電陰極和利用該陰極的真空紫外光電器件的制備工藝(申請(qǐng)?zhí)朇N200610022021.9)”，該專利申請(qǐng)雖然提及將SiO材料用于像管的陰極及導(dǎo)電電極，但沒(méi)有具體公開(kāi)SiO材料的性能要求與是否摻雜，導(dǎo)致本領(lǐng)域技術(shù)人員無(wú)法實(shí)施該專利技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種AlZnO紫外光電陰極材料，采用采用沉積于透紫襯底基片上的高導(dǎo)電AlyZrvyO1+^(y彡0.02)薄膜作為透明底電極，并在透明底電極上誘導(dǎo)生長(zhǎng)AlxZni_x01+o.5X(0. 2 ^ χ ^ 0. 7)合金薄膜材料作為紫外光電陰極材料，該紫外光電陰極材料對(duì)紫外光敏感，通過(guò)嚴(yán)格控制材料組分可實(shí)現(xiàn)光學(xué)吸收邊藍(lán)移至300nm以內(nèi)，從而滿足紫外光日盲區(qū)探測(cè)要求，且具有制備方法簡(jiǎn)單、成本較低、無(wú)毒環(huán)保的特點(diǎn)。本發(fā)明同時(shí)提供一種紫外真空像增強(qiáng)器，該紫外真空像增強(qiáng)器以本發(fā)明提供的AlZnO紫外光電陰極材料作為陰極，具有良好的紫外光電發(fā)射性能，能夠滿足紫外探測(cè)并實(shí)現(xiàn)紫外日盲區(qū)的探測(cè)要求。本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案為—種AlZnO紫外光電陰極材料，如圖1所示，包括透紫襯底基片(藍(lán)寶石基片或石英基片)、沉積于透紫襯底基片表面的透明氧化物底電極和沉積于透明氧化物底電極表面的AlZnO合金薄膜；所述透明氧化物底電極為Alyavy01+(^y(y ( 0. 02)薄膜，所述AlZnO合金薄膜的化學(xué)式為Α1χΖηι_χ01+α5χ，其中0. 2彡χ彡0. 7。進(jìn)一步地，上述AlZnO紫外光電陰極材料中，AlZnO合金薄膜中Al和Si的原子比組分進(jìn)行嚴(yán)格控制，使AlZnO合金薄膜為Α1χ&νχ01+(ι.5χ(0. 3 ^ χ ^ 0. 7),這樣就可使得 AlZnO紫外光電陰極材料的光學(xué)禁帶寬度和紫外光日盲區(qū)的光子能量相匹配，從而可用以實(shí)現(xiàn)紫外光日盲區(qū)QOO 300nm)的探測(cè)。一種紫外真空像增強(qiáng)器，如圖2所示，包括真空封裝的AlZnO紫外光電陰極和陽(yáng)極；所述AlZnO紫外光電陰極包括透紫襯底基片、沉積于透紫襯底基片表面的透明氧化物底電極和沉積于透明氧化物底電極表面的AlZnO合金薄膜；所述透明氧化物底電極為 AlyZni_y01+Q』y薄膜，其中y彡0. 02 ；所述AlZnO合金薄膜的化學(xué)式為Α1χΖηι_χ01+α5χ，其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 7。進(jìn)一步地，上述紫外真空像增強(qiáng)器中，AlZnO合金薄膜中Al和Si的原子比組分進(jìn)行嚴(yán)格控制，使AlZnO合金薄膜為Α1χ&νχ01+α 5χ(0.3^χ^ 0. 7)，這樣就可使得AlZnO紫外光電陰極材料的光學(xué)禁帶寬度和紫外光日盲區(qū)的光子能量相匹配，從而可用以實(shí)現(xiàn)紫外光日盲區(qū)(200 300nm)的探測(cè)。本發(fā)明提供的AlZnO紫外光電陰極材料及真空像增強(qiáng)器，其中AlZnO合金薄膜可采用磁控濺射法、氣相輸運(yùn)法、化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、分子束外延法、溶膠-凝膠法、噴霧熱分解法和激光輔助蒸發(fā)法等薄膜沉積工藝制作。本發(fā)明采用采用AlZnO三元合金材料(本發(fā)明所述AlSiO三元合金材料也可認(rèn)為是ZnO和Al2O3按比例混合的固溶體材料)作為紫外光電陰極，與現(xiàn)有的紫外光電陰極材料相比，具有很高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性和更好的抗輻射損傷能力，具有生產(chǎn)成本低，無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，因?yàn)榈纂姌O和陰極膜同屬AlZnO材料體系，界面間結(jié)合緊密，有利于AlZnO 合金薄膜實(shí)現(xiàn)類(lèi)外延生長(zhǎng)，獲得高質(zhì)量AlZnO合金薄膜，從而有利于實(shí)現(xiàn)高效率的紫外成像器件。本發(fā)明提供的AlZnO紫外光電陰極材料及其紫外真空像增強(qiáng)器，其中AlZnO合金薄膜為AlxSvxCVc^x (0. 2 ^ χ ^ 0. 7)，可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)小于370nm的紫外波段的探測(cè)；進(jìn)一步地，如果對(duì)AlZnO合金薄膜中Al和Si的原子比組分進(jìn)行嚴(yán)格控制，使AlZnO合金薄膜為 AlxZni_x01+o.5X(0. 3 ^ χ ^ 0. 7)，這樣就可使得AlZnO紫外光電陰極材料的光學(xué)禁帶寬度和紫外光日盲區(qū)的光子能量相匹配，從而可用以實(shí)現(xiàn)紫外光日盲區(qū)QOO 300nm)的探測(cè)。


圖1是本發(fā)明提供的AlZnO紫外光電陰極材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明紫外真空像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明提供的AlZnO紫外光電陰極材料光電發(fā)射特性的測(cè)試示意圖。圖4是本發(fā)明具體提供的一種紫外像增強(qiáng)器的光電發(fā)射特性測(cè)試曲線。
具體實(shí)施例方式襯底選取直徑為30mm的石英基片，經(jīng)過(guò)襯底清洗及預(yù)處理后，在其上制備厚度約為2000nm的AlxSvxCVc^x (χ ( 0. 02)薄膜作為底電極；然后在底電極上誘導(dǎo)生長(zhǎng)厚度約為 300nm的AlxZrvxO1^x (0. 2 ^ χ ^ 0. 7)合金薄膜層，得到透射式紫外光電陰極材料。將上述透射式紫外光電陰極材料與陽(yáng)極材料在真空度為5. OX l(Tpa條件下封裝成如圖3所示的無(wú)MCP放大的紫外像增強(qiáng)器，在無(wú)MCP放大的條件下測(cè)試該器件的光電發(fā)射電流，即以測(cè)量二極管方式的收集陽(yáng)極響應(yīng)電流，在陰極和陽(yáng)極之間所加的電壓由天津東文高壓電壓源(DW-M202-0. 5AC)裝置提供，采用KEITHLEY6485微電流計(jì)來(lái)測(cè)量電流，光源為3W汞燈，λ =2Mnm。其結(jié)果如圖4所示，從圖4中可以明顯看出，基于AlZnO復(fù)合層薄膜陰極結(jié)構(gòu)的器件在日光下的暗電流為0. 2nA，在254nm波長(zhǎng)的紫外光照射下產(chǎn)生220nA 光電發(fā)射電流，光暗電流比達(dá)到103。將上述透射式紫外光電陰極材料，在真空度小于10_4pa的條件下和微通道板 (MCP)，以及陽(yáng)極封裝在一起，即得到本發(fā)明所述紫外像增強(qiáng)器。如圖2所示，該紫外像增強(qiáng)器以透紫石英玻璃作為光電陰極的輸入窗口，采用紫外光電陰極發(fā)射光電子，經(jīng)由二塊高靈敏的微通道板(MCP)成V字形級(jí)聯(lián)進(jìn)行電子倍增，以熒光屏和光纖面板作為輸出窗。
權(quán)利要求
1.一種AlZnO紫外光電陰極材料，包括透紫襯底基片、沉積于透紫襯底基片表面的透明氧化物底電極和沉積于透明氧化物底電極表面的AlZnO合金薄膜；所述透明氧化物底電極為Alyavy01+(^y薄膜，其中y彡0. 02 ；所述AlZnO合金薄膜的化學(xué)式為Α1χ&νχ01+α5χ，其中0. 2彡χ彡0. 7。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AlSiO紫外光電陰極材料，其特征在于，所述AlSiO合金薄膜的化學(xué)式 Α1χ&νχ01+。.5χ 中，0. 3 彡 χ 彡 0. 7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AiaiO紫外光電陰極材料，其特征在于，所述透紫襯底基片為藍(lán)寶石基片或石英基片。
4.一種紫外真空像增強(qiáng)器，包括真空封裝的AlZnO紫外光電陰極和陽(yáng)極；所述AlZnO 紫外光電陰極包括透紫襯底基片、沉積于透紫襯底基片表面的透明氧化物底電極和沉積于透明氧化物底電極表面的AlSiO合金薄膜；所述透明氧化物底電極為膜，其中y彡0. 02 ；所述AlZnO合金薄膜的化學(xué)式為Α1χΖηι_χ01+(1.5x，其中0. 2彡χ彡0. 7。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外真空像增強(qiáng)器，其特征在于，所述AlSiO合金薄膜的化學(xué) SAIxSvxCVc^x 中，ο· 3 彡 χ 彡 ο· 7。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外真空像增強(qiáng)器，其特征在于，所述透紫襯底基片為藍(lán)寶石基片或石英基片。
全文摘要
一種AlZnO紫外光電陰極材料及紫外真空像增強(qiáng)器，屬于電子材料與元器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用采用沉積于透紫襯底基片上的高導(dǎo)電AlyZn1-yO1+0.5y(y≤0.02)薄膜作為透明底電極，并在透明底電極上誘導(dǎo)生長(zhǎng)AlxZn1-xO1+0.5x(0.2≤x≤0.7)合金薄膜材料作為紫外光電陰極材料，該紫外光電陰極材料對(duì)紫外光敏感，通過(guò)嚴(yán)格控制材料組分可實(shí)現(xiàn)光學(xué)吸收邊藍(lán)移至300nm以內(nèi)，從而滿足紫外光日盲區(qū)探測(cè)要求，且具有制備方法簡(jiǎn)單、成本較低、無(wú)毒環(huán)保的特點(diǎn)。本發(fā)明同時(shí)提供一種紫外真空像增強(qiáng)器，該紫外真空像增強(qiáng)器以本發(fā)明提供的AlZnO紫外光電陰極材料作為陰極，具有良好的紫外光電發(fā)射性能，能夠滿足紫外探測(cè)并實(shí)現(xiàn)紫外日盲區(qū)的探測(cè)要求。
文檔編號(hào)H01J31/50GK102403048SQ20111040808
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者鄧宏, 鄧雪然, 韋敏 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)