一种增强光吸收的纳米孔结构光电阴极及其构建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113972288A(43)申请公布日2022.01.25(21)申请号202111210171.3(22)申请日2021.10.18(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市玄武区孝陵卫200号(72)发明人曹俊杰张俊举田春英沙娓娓王勇郝广辉陈若曦(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人岑丹(51)Int.Cl.H01L31/0224(2006.01)H01L31/0352(2006.01)H01L31/109(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种增强光吸收的纳米孔结构光电阴极及其构建方法(57)摘要本发明公开了一种增强光吸收的纳米孔结构光电阴极及其构建方法，所述光电阴极包括纳米孔阵列、GaAs发射层和Cs\O吸附层，所述纳米孔阵列构建在GaAs发射层的上表面，所述Cs\O吸附层构建于GaAs发射层的下表面。本发明通过等效介质理论，可以将纳米孔阵列等效成一层新的介质，这层新介质的折射率介于真空与GaAs材料之间，能够缓解两者的折射率突变，降低入射光的反射率，提高GaAs发射层对于光的吸收率，从而有效增强光电阴极的性能，可应用于微光像增强器、电子显微镜和新型太阳能电池等领域。CN113972288ACN113972288A权利要求书1/2页1.一种增强光吸收的纳米孔结构光电阴极，其特征在于，包括GaAs发射层、纳米孔阵列及Cs\O激活层，其中，纳米孔阵列刻蚀在GaAs发射层的上表面，Cs\O激活层吸附在GaAs发射层的下表面，光从纳米孔阵列上方入射；纳米孔阵列为二维周期性点阵排列。2.根据权利要求1所述的增强光吸收的纳米孔结构光电阴极，其特征在于，GaAs发射层的材料为砷化镓，材料为P型掺杂，掺杂浓度为1*10‑19cm‑3，掺杂原子为Zn。3.根据权利要求1所述的增强光吸收的纳米孔结构光电阴极，其特征在于，GaAs发射层的厚度为1000nm。4.根据权利要求1所述的增强光吸收的纳米孔结构光电阴极，其特征在于，纳米孔阵列所用材料与GaAs发射层一致。5.根据权利要求1所述的增强光吸收的纳米孔结构光电阴极，其特征在于，纳米孔阵列的孔径深度范围为0‑400nm，占空比的范围为0.25‑1，最小周期的范围为0‑400nm。6.基于权利要求1～5任一所述增强光吸收的纳米孔结构光电阴极的构建方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1，准备GaAs发射层，具体为：将GaAs材料依次放入丙酮、甲醇、异丙醇中超声5分钟，之后用去离子水冲洗GaAs材料表面，去除残留的有机溶剂，再用氮气烘干表面；将清洗过的GaAs材料置于加热台上，在120°的温度下烘烤以去除残留的水分；将处理过的GaAs材料放入PECVD中在表面生长一层SiO2，在ICP中用甲院轰击SiO2表面45s；步骤2，构建纳米孔阵列，具体为：在GaAs发射层表面旋涂一层负胶；将带有负胶的GaAs发射层用90℃的温度烘烤90s，让负胶凝固，进行电子束曝光，显影并完成清洗；将GaAs发射层放入感应耦合离子机中，通入CH4和CHF3两种气体进行刻蚀；用O2轰击的方式去除负胶；通入Cl2和BCl3两种刻蚀气体，进行刻蚀；用BOE缓冲液(HF：NH4F＝1:6)浸泡GaAs发射层，去除GaAs发射层顶端的SiO2掩膜，用去离子水清洗样品，并用氮气吹干；步骤3，构建Cs\O激活层，具体为：开启Cs源进入Cs激活阶段，并用计算机实时采集光电流进行监控，当出现光电流在设定时间内不上升或者上升出现峰值但不能下降到预设比例时，立即关闭Cs源，否则说明激活正常，进入Cs、O交替激活过程；开启O源电流，如果光电流无法在规定时间内上升，则立即停止激活；如果光电流在通入O源后达到了新的峰值，此时关闭O源并对光电流的峰值和前一光电流峰值进行比较，如果两者的比值大于预设值，则继续进行Cs、O交替激活，否则就进入收尾阶段；在收尾阶段，确认光电流是否能在规定时间内下降到峰值的预设比例，如果不能则结束激活；否则说明激活正常，并开启O源，如果O源开启后光电流无法在规定时间内上升，则说明激活异常，应立即停止激活；如果光电流在通入O源之后上升且达到新的峰值，说明激活正常，关闭O源，再通过一定时间的Cs源并关闭，激活结束。7.根据权利要求6所述的增强光吸收的纳米孔结构光电阴极的构建方法，其特征在于，步骤2中旋涂一层ma‑N2403负胶，采用的旋涂参数是：1500rad/min旋涂3s，4000rad/min旋涂29s。2CN113972288A权利要求书2/2页8.根据权利要求6所述的增强光吸收的纳米孔结构光电阴极的构建方法，其特征在于，步骤2中通入CH4和CHF3