專利名稱：一種場助多堿紅外光電陰極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種紅外光電陰極，尤其涉及的是一種場助多堿紅外光電 陰極。技術背景現(xiàn)有技術的紅外光電陰極器件在社會生活特別是軍事裝備中具有重 要的應用價值，但是目前我國還沒有可以作為產(chǎn)品銷售的紅外光電陰極器 件，原因是紅外光電陰極制作難度大、成本高。紅外光電陰極器件是紅外探測器的核心部件，請參見《光夜視技術的 進展與展望》，艾克聰，《應用光學》，Vol,27，No.4, 2006，第304-308頁， 以及，《紅外探測器的進展》，朱惜晨，程進，《光機電信息》，No.10,2001， 第30-34頁。以紅外CCD焦平面列陣探測器為典型的固體紅外探測器近年來在軍 事和民用上都得到了廣泛的應用。盡管目前這類探測器的信噪比和探測效 率大幅度地提高，由于器件采用的是熱釋電或內光電效應的原理，因此造 成器件噪聲大、響應速度慢的缺陷。而采用外光電效應的光電子發(fā)射型紅 外探測器因其具有噪聲低、探測靈敏度高、時間響應快的特點，在激光通 訊、超快現(xiàn)象研究、軍事偵察等方面仍發(fā)揮著不可替代的作用?，F(xiàn)有技術的紅外光電陰極主要包括以下幾種1、銀氧銫光電陰極典型的紅外光語靈敏度可以到1.8um。制備工 藝是通過真空蒸鍍一定厚度的銀層，進行氧化處理后再次蒸銀，完成銫激 活；再經(jīng)過高、低溫和敏化處理等階段，形成一個Ag-O-Cs結構的薄膜。 但是由于銀氧銫光電陰極的制作工藝難度大，器件成品率低，熱發(fā)射大， 穩(wěn)定性差，光電靈敏度隨時間降低， 一般有效陰極壽命僅在一年左右，使
得銀氧銫光電陰極的應用受到了極大的限制。2、 III-V族負電子親和勢光電陰極利用晶體外延生長技術，在一定 的晶體襯底上生長一層InGaAs。雖然III-V族負電子親和勢光電陰極的紅 外響應只能到1.2um,但是由于其高的光電靈敏度受到了實用中的重視， 但是由于制作負電子親和勢光電陰極對陰極襯底和工藝的要求苛刻，加之 成本高，所以難以實現(xiàn)。3、 多堿光電陰極(CsNaKSb):多堿光電陰極的響應在可見光波段， 其制備工藝是在真空系統(tǒng)中，在一定溫度下通過一定的先后順序，交替蒸 發(fā)堿金屬和銻，最后形成一個多晶的金屬層。測試結果表明多堿光電陰 極的紅外響應波長一般在900左右截止，而目前大部分的應用如激光通 訊、超快現(xiàn)象研究等使用1064nm激光，因此多堿光電陰極無法滿足應用 需求。盡管通過紅外延伸工藝可以使得多堿光電陰極對近紅外波段有一定 的響應，但目前實際4支術成效甚^f敫。4、 紅外上轉換屏與可見光陰極耦合的組合陰極參見《一種適于條 紋相機的新型組合紅外陰極》，范文慧侯洵等，《紅外與毫米波學報》， VoU7， No.6， 1998,第405-410頁，光致上轉換發(fā)光材料能在紅外光激 勵下發(fā)射可見光，將其制成紅外上轉換屏并與可見光光電陰極組合，構成 一種組合型式的紅外陰極，使可見光探測器(例如光電倍增管，C C D相機 等)的應用擴展到近紅外波段(O 8 ~ 1.6(im)，甚至中紅外波段(3 ~ 5jim)。但是 迄今為止，由于它較低的紅外上轉換發(fā)光效率以及有限的空間分辨率、熒 光背景噪聲及時間響應等一些不確定因素，使其應用主要局限在一些非定量的觀測上，仍不能在諸如激光通訊、超快現(xiàn)象研究、軍事裝備等方面實 現(xiàn)實用化?？傊?，到目前為止，我國還沒有紅外光電陰極的生產(chǎn)能力。由于紅外 探測器件在軍事上的重要地位，發(fā)展實用的紅外光電陰極是紅外研究和應 用領域的迫切需要，具有重要的經(jīng)濟和軍事意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種場助多堿紅外光電陰極，實現(xiàn)一種低成 本、制作工藝簡單的紅外光電陰極。 本發(fā)明的技術方案包括一種場助多堿紅外光電陰極，其特征在于，在多堿光電陰極后預定距 離設置有一金屬柵網(wǎng)，并通過外接電路施加電壓，以在光電子的出射端面 形成均勻電場；以及所述多堿光電陰極經(jīng)紅外延伸處理，其成4分包括 Na2KSb為80%-90%, K2CsSb為10%-20%。所述的場助多堿紅外光電陰極，其中，所述預定距離為0.5~10毫米。 所述的場助多堿紅外光電陰極，其中，所述多堿光電陰極的厚度為 160~200納米。本發(fā)明所提供的 一種場助多堿紅外光電陰極，利用成熟的易實現(xiàn)的、 低成本的多堿光電陰極制作技術，在現(xiàn)有紅外延伸工藝的基礎上，由于采 用在光電陰極發(fā)射面一定距離內形成一個均勻的外加電場，使可見光多堿 光電陰極對波長至少1064nm的近紅外波段產(chǎn)生光電響應，并且其穩(wěn)定性 和噪聲背景均優(yōu)于Ag-O-Cs陰極和組合式光電陰極，其光電靈敏度和時 間特性均優(yōu)于組合式光電陰極，并且相對III-V族負電子親和勢光電陰極， 其工藝和設備簡單、容易實現(xiàn)，從而獲得了一種實用的紅外光電陰極，填 補了我國目前真空型實用紅外光電陰極的空白。


圖1為現(xiàn)有技術的多堿光電陰極的制作工藝流程示意圖； 圖2為本發(fā)明的紅外光電陰極的第 一 實施例的結構示意圖； 圖3為本發(fā)明的紅外光電陰極的第二實施例的結構示意圖； 圖4為本發(fā)明的紅外光電陰極的一種實際應用的試驗系統(tǒng)示意圖; 圖5為利用本發(fā)明獲得的紅外激光信號的狹縫像圖； 圖6為利用本發(fā)明測得的紅外皮秒激光脈沖波形。
具體實施例方式以下結合附圖，將對本發(fā)明的各較佳實施例進行更為詳細的描述。 本發(fā)明的場助多堿紅外光電陰極裝置，采用現(xiàn)有的多堿陰極制作工藝 制作陰極，其流程如圖l所示。本發(fā)明的紅外光電陰極裝置的結構如圖2 和圖3所示，其包括一多堿光電陰極120,該多堿光電陰極120與電極連 接并緊貼透明輸入窗110，輸入窗110由透光材料制成，并且為實現(xiàn)感光 要求的不同，可以對輸入窗進行鍍膜；所述多堿光電陰極120用于對從輸 入窗IIO射入的光電子進行感應。本發(fā)明的場助多堿紅外光電陰極，在上述現(xiàn)有技術工藝制作的多堿光 電陰極后方約0.5~ 10mm距離處還設置有一與該多堿光電陰極的幾何形 狀一致的金屬柵網(wǎng)130，如圖2所示的為球面陰極和柵網(wǎng)結構，如圖3所 示的為平面陰極和柵網(wǎng)結構，在所述金屬柵網(wǎng)上施以外加電壓，并且相對 于多堿光電陰極形成電位差，使得多堿光電陰極在光電子出射端附近形成 一個外加的均勻電場，該電場具有高的場強。由于^(象管工作電壓的提高， 使光電陰極表面電子親和勢降低，陰極出射的光電子功函數(shù)也降低，因而 改善了光電陰極的紅外響應。這個高場強的附加電場不僅有效地延伸了光 電陰極的紅外響應，還減小了光電陰極的光電子初速度彌散，本發(fā)明用于 激光通訊和紅外成像，有效地改善了紅外探測器件的時間特性和成像質 量。本發(fā)明的場助多堿紅外光電陰極裝置，在采用現(xiàn)有的多堿陰極制作工 藝制作陰極的同時，還須保證多堿光電陰極的化學成分間的最佳比，如圖 l所示，本發(fā)明多堿紅外光電陰極的生產(chǎn)過程中，在不同溫度條件下使用 不同材料進行鍍膜過程，為實現(xiàn)本發(fā)明的技術效果，本發(fā)明的場助多堿紅
外光電陰極裝置的多堿光電陰極經(jīng)紅外延伸處理，做到Na2KSb的成分為 主體，約85%左右，而K2CsSb成分則應當少的多，約15%。其次，要使 光電陰極具有最佳的紅外響應，還要保證多堿光電陰極最佳的薄膜厚度， 本發(fā)明所述多堿光電陰極的薄膜厚度取160 200nm左右。以下描述本發(fā)明應用于紅外超快現(xiàn)象診斷的實施例，如圖4所示為皮秒變像管掃描相機中進行紅外信號的成像和時間特性檢測裝置。其中，光 源是一臺主被動鎖模N d:Y AG激光器210,激光器輸出波長(人)為 1064nm，脈寬為約80皮秒的超短激光脈沖。標準具220的作用是提供一個 標準的時間刻度，當一個單脈沖入射時,從標準具220上反射出一串時間 間隔相等、能量等比衰減的脈沖序列。脈沖間隔時間由標準具的厚度(d)、 玻璃折射率(n)和光速(c)確定(At-2nd/c)。激光器210輸出的紅外光經(jīng)標準具220后入射在掃描相機230前的光 電陰極上，該光電陰極即采用的是本發(fā)明的場助多堿紅外光電陰極裝置， 該光電陰極將紅外信號轉換成相應的光電子脈沖，光電子脈沖轟擊熒光屏 即可產(chǎn)生可見光圖象，經(jīng)掃描相機CCD讀出并送入計算機進行進一步的 數(shù)據(jù)分析。工作時，通過PIN的光電信號觸發(fā)掃描相機的掃描電路，通 過電脈沖掃描即可使時間信號轉換成 一 維的空間信號。實驗結果，如圖5采用場助多堿紅外光電陰極對1064nm紅外激光信 號進行了成像和時間測量，實驗結果如圖5和圖6所示，本發(fā)明場助多堿 紅外光電陰極裝置利用傳統(tǒng)通用的可見光多堿光電陰極制作技術，通過對 紅外波段的適當延伸，并在光電陰極發(fā)射面外加電場，可以實現(xiàn)對波長至 少1064nm的近紅外波段的信號探測，實驗結果證明該場助多堿紅外光電 陰極可以替代現(xiàn)有的紅外光電陰極對紅外光電信號進行有效地探測。綜上，本發(fā)明場助式多堿紅外光電陰極的制備工藝現(xiàn)有技術已經(jīng)成 熟，易于實現(xiàn)，并且相對于其它方案其制作成本低。本發(fā)明場助式多堿紅 外光電陰極在至少在1064nm處有很好的紅外響應，并且穩(wěn)定性和噪聲背 景均優(yōu)于Ag-O-Cs陰極，其光電靈敏度和時間特性均優(yōu)于組合式光電陰 極。并且相對III-V族負電子親和勢光電陰極，其工藝和設備簡單、，容易實現(xiàn)，本發(fā)明場助式多堿紅外光電陰極用于超快紅外信號探測和紅外成像 器件中，填補了我國目前真空型實用紅外光電陰極的空白。應當理解的是，上述針對具體實施例的描述較為詳細，顯然不能因此 而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本發(fā)明的專利保護范圍應以所附 權利要求為準。
權利要求
1、一種場助多堿紅外光電陰極，其特征在于，在多堿光電陰極后預定距離設置有一金屬柵網(wǎng)，并通過外接電路施加電壓，以在光電子的出射端面形成均勻電場；所述多堿光電陰極經(jīng)紅外延伸處理，其成份包括Na2KSb為80％-90％，K2CsSb為10％-20％。
2、 根據(jù)權利要求1所述的場助多堿紅外光電陰極，其特征在于，所 述預定距離為0.5-10毫米。
3、 根據(jù)權利要求1所述的場助多堿紅外光電陰極，其特征在于，所 述多堿光電陰極的厚度為160~200納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種場助多堿紅外光電陰極，在多堿光電陰極后預定距離設置有一金屬柵網(wǎng)，并通過外接電路施加電壓，以在光電子的出射端面形成均勻電場；所述多堿光電陰極經(jīng)紅外延伸處理，其成分包括Na₂KSb為80％-90％，K₂CsSb為10％-20％。本發(fā)明裝置由于采用在光電陰極發(fā)射面一定距離內形成一個均勻的外加電場，使可見光多堿光電陰極對波長至少1064nm的近紅外波段產(chǎn)生光電響應，并且其穩(wěn)定性和噪聲背景均優(yōu)于Ag-O-Cs陰極，其光電靈敏度和時間特性均優(yōu)于組合式光電陰極，并且相對Ⅲ-Ⅴ族負電子親和勢光電陰極，其工藝和設備簡單、容易實現(xiàn)，從而獲得了一種可產(chǎn)品化的紅外光電陰極，填補了我國目前真空型實用紅外光電陰極的空白。
文檔編號H01J1/02GK101159209SQ200610063499
公開日2008年4月9日 申請日期2006年11月1日 優(yōu)先權日2006年11月1日
發(fā)明者張煥文, 楊勤勞, 牛麗紅, 牛憨笨 申請人:深圳大學