金属阴极。
[0041]其中，步骤4)采用分子束外延技术完成对可见光敏感的碱金属光电阴极层、对紫外光敏感的日盲型光电阴极层以及对红外光敏感的负电子亲和势光电阴极层的制备。
[0042]另外，针对具有大长径比结构的入射窗，上述步骤4)还能采用原子层沉积技术结合分子束外延技术的方式进行对可见光敏感的碱金属光电阴极层、对紫外光敏感的日盲型光电阴极层以及对红外光敏感的负电子亲和势光电阴极层的制备。
[0043]现提供三个实施方式对上述三种不同方式制备光电阴极层进行举例:
[0044]实施例1
[0045]单独采用原子层沉积技术制备对X光敏感的金属锑阴极。
[0046]步骤I)将入射窗按顺序在丙酮、酒精和去离子水中各超声清洗10分钟；
[0047]步骤2)采用普通光刻和离子束刻蚀或酸法腐蚀工艺在入射窗上制作蜂窝式结构；
[0048]步骤3)对刻蚀成蜂窝式结构的入射窗进行高温退火处理后再次清洗入射窗；(清洗的过程和步骤I相同)；
[0049]步骤4)将上述入射窗放入原子层沉积系统中，在100度温度条件下利用锑的两种前驱体化合物发生反应在入射窗上生成金属锑膜，锑膜的厚度通过膜厚监控仪显示，一般铺膜厚度为6纳米至40纳米。
[0050]实施例2
[0051 ]单独采用分子束外延技术制备对紫外光敏感的碲-铯阴极。
[0052]步骤I)将入射窗按顺序在丙酮、酒精和去离子水中各超声清洗10分钟。
[0053]步骤2)采用普通光刻和离子束刻蚀或酸法腐蚀工艺在入射窗上制作蜂窝式结构；
[0054]步骤3)对刻蚀成蜂窝式结构的入射窗进行高温退火处理后再次清洗入射窗；(清洗的过程和步骤I相同)；
[0055]步骤4)将上述入射窗转移至真空系统中，室温下在入射窗上生长碲膜，同时利用膜厚监控仪观察碲膜的厚度，一般厚度为20纳米；
[0056]步骤5)将真空室温度升至160度，生长铯膜，同时观察光电流的变化，当光电流达到最大时，表明碲膜和铯膜反应形成了较好的阴极结构。
[0057]由于在入射窗上设置了蜂窝状的结构，增大了光电阴极层附着的有效面积，提高了光电阴极层对入射光的吸收效率，也就是量子效率表达式QE = P1P2P3中的Pl显著增大，从而达到了提高光电阴极量子效率的目的。
[0058]实施例3
[0059]如图3所示:采用原子层沉积技术与分子束外延技术相结合的方式制备碱金属光电阴极。
[0060]步骤I)将入射窗按顺序在丙酮、酒精和去离子水中各超声清洗10分钟。
[0061]步骤2)采用普通光刻和离子束刻蚀或酸法腐蚀工艺在入射窗上制作蜂窝式结构；
[0062]步骤3)对刻蚀成蜂窝式结构的入射窗进行高温退火处理后再次清洗入射窗；(清洗的过程和步骤I相同)；
[0063]步骤4)在上述入射窗基底基础上，利用原子层沉积技术在此基底表面及通孔内壁沉积金属锑(Sb)膜，锑膜的厚度约8纳米。原子层沉积技术可对膜厚进行精确控制，同时该技术具有极高的准直性，可保证一定深度微通道内侧膜层的均匀生长。
[0064]步骤5)采用分子束外延技术完成光电阴极的制备，具体步骤包括:
[0065]步骤5.1)当真空度需达到10—8Pa以上且经过高温烘烤除气后，将真空室温度设置至IJ200度，生长碱金属钾(K)膜，同时观察光电流的变化，当光电流达到最大时，K膜将与Sb膜反应生成SbK3膜层；
[0066]步骤5.2)进行钠(Na)膜的生长，并交替生长K膜将与Sb膜，观察光电流的变化，当光电流达到最大时，表明形成了较好的阴极结构，此时阴极的化学式为Na2KSb;
[0067]步骤5.3)进行铯(Cs)膜的生长，并观察光电流的变化，光电流最大时表明具有较高量子效率的光电阴极形成，此时阴极的化学式为Na2KSb (Cs)；
[0068]需要说明的是，由于所有通孔的内壁已经均匀沉积了金属锑膜，因此后续的钾、钠、铯的生长也将受到锑原子的吸引而均匀沉积于通孔内壁。
[0069]通过上述方法制成的入射窗使用在光电探测器上其原理如下:如图2所示，其原理为当一束入射光4照射到入射窗外表面，其将穿透入射窗进入入射窗内表面，入射窗内表面为蜂窝式结构，其内侧有光电阴极层，根据光电效应，在入射光的照射下光电阴极层将发射光电子5，其会与通孔内壁的光电阴极层撞击而产生二次电子6，这些二次电子6在高压电场作用下从通孔内壁底端出射，并由阳极7接收。出射光电子8从通道顶端出射，这部分出射光电子可进一步增大器件的探测效率。
[0070]对于以上三种实施方式需要重点说明的是:
[0071]1、对于X光敏感的金属光电阴极，由于光电阴极层的组成通常为一种金属，且这种金属在空气中具有很好的稳定性，不需要在高真空环境中制备。同时，由于原子层沉积技术可以在大长径比的内腔表面形成厚度均匀的薄膜，因此合适高量子效率金属光电阴极的制备。由于原子层沉积过程中有多种气体作用，会对其他几种真空度要求高的光电阴极造成污染，因此不能用于制备其他类型的光电阴极。
[0072]2、对于紫外光敏感的日盲型光电阴极，对可见敏感的碱金属光电阴极和对于红外光敏感的负电子亲和势光电阴极，在蜂窝式结构的尺寸较大的情况下(尺寸较大是指:一般通孔长度小于50微米，通孔尺寸大于10微米)，此时可通过分子束外延的技术直接在高真空环境中生长光电阴极膜层。因此可形成实施例2是其中的一个例子。分子束外延技术同样可形成均匀性好、膜曾厚度可控的高量子效率光电阴极。
[0073]3、对于具有大长径比结构的入射窗，不能直接通过分子束外延技术在通道内形成光电阴极层，因此需要结合原子层沉积的工艺实现光电阴极的制备，分子束外延与原子层沉积技术相结合的工艺同样适用于上述三种光电阴极。首先通过原子层沉积的工艺在蜂窝式结构的孔内形成一层金属层，该过程与上述I相同。在此基础上，将此结构放入高真空环境中利用分子束外延的技术实现其他膜曾的蒸发，从而实现微通道型光电阴极的制备。
[0074]在上述实施例中，光电阴极层不仅生长在入射窗的表面，而且在蜂窝状结构的所有通孔内也有光电阴极层，因此可直接利用通孔进行电子放大，无需额外的微通道板，可简化器件的结构，无需额外的微通道板组件和装配工艺；
[0075]另一方面，由于该光电发射层的二次电子倍增系数远高于传统的微通道板中的二次电子倍增系数，因此无需长的通道和在入射窗上加高的电压就可实现足够高的电子增益，电子在通道内渡越时间极短，可进行极微弱信号的超快探测；最后，基于上述结构的优点，该器件将具有非常低的成本。
【主权项】
1.一种微通道型入射窗，其特征在于:包括入射窗基体，所述入射窗基体为蜂窝式结构，蜂窝式结构包括多个通孔，通孔采用普通光刻和离子束刻蚀或酸法腐蚀工艺形成;入射窗基体表面以及多个通孔内均沉积有光电阴极层。2.根据权利要求1所述微通道型入射窗，其特征在于:通孔的截面呈圆形或椭圆或正多边形或梯形或半圆形。3.根据权利要求1或2所述微通道型入射窗，其特征在于:通孔的孔径为2微米至20微米，通孔长度为20微米至800微米，所述蜂窝式结构的全部通孔的开口比大于60%。4.根据权利要求3所述微通道型入射窗，其特征在于:所述通孔具有6度至30度的倾斜角度。5.根据权利要求4所述的微通道型入射窗，其特征在于:所述入射窗基体采用玻璃或蓝宝石或者氟化镁制成。6.根据权利要求5所述的微通道型入射窗，其特征在于:所述的光电阴极层包括对X光敏感的金属阴极、或是对紫外光敏感的日盲型阴极、或是对可见光敏感的碱金属阴极、或是可对红外光敏感的负电子亲和势光电阴极。
【专利摘要】本实用新型属于光电探测技术领域，尤其涉及一种微通道型入射窗。该微通道型入射窗包括入射窗基体，入射窗基体为蜂窝式结构，蜂窝式结构包括多个通孔，通孔采用普通光刻和离子束刻蚀或酸法腐蚀工艺形成；入射窗基体表面以及多个通孔内均沉积有光电阴极层。具体实现方法是首先清洗入射窗基体，再次在入射窗基体上刻蚀蜂窝式结构、二次清洗刻蚀过蜂窝结构的入射窗基体，最后在入射窗基体表面以及蜂窝式结构上制备光电阴极层。该入射窗的优点是将传统的光电阴极制备与微通道板电子倍增技术结合，实现了直接通过微通道型光电阴极技术进行光电转换及电子倍增的功能，简化了光电探测器件的结构，降低了器件的成本，同时也大大提高了光电阴极量子效率。
【IPC分类】H01J43/04, H01L31/101, H01J40/06
【公开号】CN205303413
【申请号】
【发明人】王兴, 田进寿, 白永林
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月15日