一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法
阅读说明：本技术 一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法 (Activation method for improving stability of GaAs photocathode ) 是由 张益军 宋淳 荣敏敏 李诗曼 张锴珉 舒昭鑫 李姗 詹晶晶 钱芸生 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法,包括两次Cs/Li/NF-3激活,分别在两次高温净化之后各进行一次激活。本发明的操作步骤少,Cs源一直保持开启状态,Li源的开启和关闭只需判定光电流的大小,NF-3的开启和关闭只需控制阀门开关,可操作性强,且光电阴极稳定性提升显著。(The invention discloses an activation method for improving the stability of a GaAs photocathode, which comprises two times of Cs/Li/NF 3 And (4) activating, wherein activation is carried out once after two times of high-temperature purification respectively. The method has less operation steps, the Cs source is always kept in an open state, and the opening and closing of the Li source only need to judge the magnitude of photocurrent, NF 3 The opening and closing of the photoelectric cathode can be realized by only controlling the valve switch, the operability is high, and the stability of the photoelectric cathode is obviously improved.)
技术领域
本发明属于GaAs光电阴极激活技术，具体为一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法。
背景技术
GaAs光电阴极是现代微光夜视器件的重要组成部分，在微光像增强器、透射电子显微镜、新型太阳能电池等领域具有广泛应用。在目前光电阴极应用中，GaAs光电阴极的稳定性较低是一技术难题，阻碍了GaAs光电阴极的实用化发展。因此，如何制备出高稳定性的GaAs光电阴极就变得至关重要。超高真空环境下的激活工艺很大程度上决定了GaAs光电阴极的性能好坏，激活过程中激活源的种类、激活源交替顺序，以及激活源气体流量比等因素都对光电阴极的稳定性产生很大影响。
在目前的GaAs光电阴极激活工艺中，最为常用的是Cs/O高低温两步激活工艺。在超高真空环境下，首先在化学清洗和高温净化后的GaAs光电阴极表面进行第一次Cs/O交替激活，然后在低温净化的GaAs光电阴极表面进行第二次Cs/O交替激活。激活时采用白光光源照射阴极表面，Cs/O激活使GaAs光电阴极表面势垒降低，从而得到负电子亲和势光电阴极。但采用这种高低温两步激活方法得到的GaAs光电阴极稳定性较差，第二次激活相对第一次激活在稳定性方面的提升较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法，具体步骤如下：
步骤1、对GaAs光电阴极进行化学清洗和高温净化；
步骤2、开启光源并进行第一次激活；开启Cs源和Li源，光电流开始上升；
步骤3、当光电流达到第一个峰值时关闭Li源，光电流转为下降，当光电流下降至第一个峰值电流的40％～60％时开启NF3进气阀门，光电流再次上升；
步骤4、当光电流上升至第一个峰值电流的3倍左右时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源；当光电流上升至第一个峰值电流的6倍左右时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源；
步骤5、当光电流峰值不再增大时关闭NF3进气阀门，关闭Cs源，关闭光源，结束第一次激活；
步骤6、对GaAs光电阴极进行第二次高温净化；
步骤7、开启光源并进行第二次激活，开启Cs源和Li源，光电流开始上升，当光电流达到第一个峰值时关闭Li源，光电流转为下降，当光电流下降至第一个峰值电流的40％～60％时开启NF3进气阀门，光电流再次上升；
步骤8、当光电流上升至第一个峰值电流的3倍左右时开启Li源，Li源开启2～5min后关闭，当光电流上升至第一个峰值电流的6倍左右时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源，当光电流增加速率变缓直至达到峰值时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源；
步骤9、当光电流峰值不再增大时关闭NF3进气阀门，关闭Cs源，关闭光源，结束激活。
优选地，步骤1中的化学清洗方法具体为：
对GaAs光电阴极表面进行紫外臭氧清洗；
去除GaAs光电阴极表面的油脂；
将GaAs光电阴极放入HF溶液中刻蚀；
将GaAs光电阴极放入盐酸和异丙醇混合溶液中刻蚀；
用去离子水把GaAs光电阴极冲洗干净；
用氮气对清洗后的GaAs光电阴极进行干燥处理。
优选地，步骤1中高温净化步骤为：将化学清洗后的光电阴极放入超高真空系统中进行40～80分钟的加热，加热温度为550～650℃。
优选地，步骤6中高温净化步骤为：将第一次激活后的光电阴极放入超高真空系统中进行10～20分钟的加热，加热温度为450～550℃。
优选地，所述Cs源、Li源均为采用镍管封装的固态源，Cs源为锆铝合金粉还原铬酸Cs的固态源，Li源为锆铝合金粉还原铬酸Li的固态源，NF3源为高纯气态源。
优选地，所述超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、本发明激活的GaAs光电阴极具有更高的稳定性；
2、本发明的操作方法简单，易于实现；
3、本发明的操作步骤少，Cs源一直保持开启状态，Li源的开启和关闭只需判定光电流的大小，NF3的开启和关闭只需控制阀门开关，可操作性强，且光电阴极稳定性提升显著。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明高温加热后Cs/Li/NF3激活GaAs光电阴极的光电流曲线。
图3为本发明低温加热后Cs/Li/NF3激活GaAs光电阴极的光电流曲线。
图4为本发明激活和Cs/NF3激活的GaAs光电阴极光电流衰减对比图。
具体实施方式
如图1所示，一种提高GaAs光电阴极稳定性的激活方法，包括两次Cs/Li/NF3激活，分别在两次高温净化之后各进行一次激活。具体步骤如下：
步骤1、对GaAs光电阴极进行化学清洗，并放入超高真空系统中进行高温净化；
化学清洗方法为：首先对GaAs光电阴极表面进行紫外臭氧清洗，接着去除GaAs光电阴极表面的油脂，其次先后将GaAs光电阴极放入HF溶液以及盐酸和异丙醇混合溶液中刻蚀，然后用去离子水把GaAs光电阴极冲洗干净，最后用氮气对清洗后的GaAs光电阴极进行干燥处理。
高温净化步骤为：将化学清洗后的光电阴极放入超高真空系统中进行40～80分钟的加热，加热温度为550～650℃。
步骤2、开启Cs源和Li源，光电流开始上升，当光电流达到第一个峰值时关闭Li源，光电流转为下降，当光电流下降至第一个峰值电流的40％～60％时开启超高真空系统NF3进气阀门，光电流再次上升；
步骤3、当光电流上升至第一个峰值电流的3倍左右时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源；当光电流上升至第一个峰值电流的6倍左右时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源；
步骤4、当光电流峰值不再增大时关闭NF3进气阀门，关闭Cs源，关闭光源，结束第一次激活，激活光电流曲线如图2所示；
步骤5、对GaAs光电阴极进行第二次高温净化；
高温净化步骤为：将第一次激活后的光电阴极放入超高真空系统中进行10～20分钟的加热，加热温度为450～550℃。
步骤6、开启Cs源和Li源，光电流开始上升，当光电流达到第一个峰值时关闭Li源，光电流转为下降，当光电流下降至第一个峰值电流的40％～60％时开启NF3进气阀门，光电流再次上升；
步骤7、当光电流上升至第一个峰值电流的3倍左右时开启Li源，Li源开启2～5min后关闭，当光电流上升至第一个峰值电流的6倍左右时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源，当光电流增加速率变缓直至达到峰值时开启Li源，当光电流下降至前一峰值电流的60％～80％时关闭Li源；
步骤8、当光电流峰值不再增大时关闭NF3进气阀门，关闭Cs源，关闭光源，结束激活，激活光电流曲线如图3所示。
上述反应均在超高真空系统中进行，超高真空系统的真空度不低于10-7Pa数量级。激活过程中用一个卤钨灯垂直照射阴极面。所使用的Cs源、Li源均为采用镍管封装的固态源，Cs源为锆铝合金粉还原铬酸Cs的固态源，Li源为锆铝合金粉还原铬酸Li的固态源，NF3源为高纯气态源。
由图4可见，本发明激活的GaAs光电阴极具有更好的稳定性。
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