共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115763191A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211486067.1B82Y30/00(2011.01)(22)申请日2022.11.24B82Y40/00(2011.01)(71)申请人中国科学院西安光学精密机械研究所地址710119陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号(72)发明人乔凯田进寿刘虎林李少辉徐向晏薛彦华王兴(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211专利代理师汪海艳(51)Int.Cl.H01J1/34(2006.01)H01J9/12(2006.01)B82Y15/00(2011.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极及其制备方法，用以解决现有技术仅能降低光电阴极的入射光反射率，而不能增强其入射光吸收率的技术问题。本发明的光电阴极包括衬底层、金属纳米颗粒层及光电发射层，通过在光电阴极中引入金属纳米颗粒层，利用表面等离激元特性提高了材料对光子的捕获，降低了光子的反射率。同时，通过局域表面等离激元共振作用，形成了局域光场增强以及远场散射增强，提高了光电阴极对入射光的吸收效率，进而提高了光电转换效率及光电阴极的综合特性。CN115763191ACN115763191A权利要求书1/2页1.一种共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：包括衬底层(1)、金属纳米颗粒层(2)及光电发射层(3)；所述金属纳米颗粒层(2)位于衬底层(1)上表面，包括多个均匀分布的金属纳米颗粒；所述光电发射层(3)为光电薄膜，其覆盖在金属纳米颗粒层(2)及衬底层(1)的上表面，且与金属纳米颗粒层(2)的结构相适配。2.根据权利要求1所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：所述均匀分布的金属纳米颗粒是指以矩形网格状均匀分布的金属纳米颗粒，每一个金属纳米颗粒均分布于矩形网格状的交叉部位；或者，所述均匀分布的金属纳米颗粒是指以六边形网格状均匀分布的金属纳米颗粒，每一个金属纳米颗粒均分布于六边形网格状结构的交叉部位或者均分布于六边形网格状结构的交叉部位及六边形的中心部位。3.根据权利要求2所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：所述金属钠米颗粒为球状结构，球状结构的表面与衬底层(1)上表面连接；或者，所述金属钠米颗粒为半球状结构，半球状结构的中分面与衬底层(1)上表面连接。4.根据权利要求3所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：每个所述金属纳米颗粒的直径为20nm‑100nm，相邻两个金属纳米颗粒之间的球心距为100nm‑300nm。5.根据权利要求2所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：所述金属钠米颗粒为圆柱形结构，圆柱形结构的一个端面或者圆柱形的侧面与衬底层(1)上表面连接。6.根据权利要求5所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：每个所述金属纳米颗粒的直径为20nm‑100nm，高度为20nm‑100nm，相邻两个金属纳米颗粒之间中心轴线的垂直距离为100nm‑300nm。7.根据权利要求1‑6任一所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极，其特征在于：所述金属纳米颗粒的材料为银、金、铝、铜中的一种；所述衬底层(1)的材料为石英玻璃、7056玻璃、硅中的一种；所述光电发射层(3)的材料为CsTe、SbKCs、SbKNaCs中的一种。8.一种共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，准备光电阴极的衬底层，利用丙酮、无水乙醇以及去离子水对其表面进行超声清洗并吹干；步骤2，在经步骤1清洗吹干后的衬底层上表面生长金属纳米颗粒，得到表面具有金属纳米颗粒的衬底层；步骤3，将所得表面具有金属纳米颗粒的衬底层置于光电阴极制造设备中，在金属纳米颗粒表面沉积一层光电阴极薄膜，即得到共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极；所述光电阴极薄膜即为光电发射层。9.根据权利要求8所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极的制备方法，其特2CN115763191A权利要求书2/2页征在于：步骤2中，采用物理沉积镀膜及金属纳米颗粒自组装的方式在衬底层上表面生长金属纳米颗粒。10.根据权利要求9所述的共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极的制备方法，其特征在于：步骤3具体为，将所得表面具有金属纳米颗粒的衬底层置于光电阴极制造设备中，经过热清洗后，采用Cs源、Na源、Sb源以及K源交替或共同蒸镀，在金属纳米颗粒表面沉积一层光电阴极薄膜，进而得到共振增强光吸收的纳米颗粒结构光电阴极。3CN115763191A说明书1