复合石英窗的Cs2Te日盲紫外光电阴极及其制备方法与流程

复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴极及其制备方法
技术领域
1.本发明属于日盲紫外像增强器或探测器技术领域，涉及一种复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴极及其制备方法，该复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴具有极高的量子效率。


背景技术：

[0002]“日盲紫外”是指波长在200nm～280nm之间的紫外线。在自然条件下，地球表面不存在日盲紫外。这是因为来自太空的日盲紫外线在到达地球表面的过程中，会被大气层中的臭氧层完全吸收。由于地球表面不存在日盲紫外，因此当在地球表面探测人工所产生的日盲紫外时，不存在背景干扰，所以信号探测的准确率就极高。
[0003]
在正常生产生活中，很多情况下会产生日盲紫外，如高压输送电设备在发生故障时，会发生电晕放电，同时产生日盲紫外辐射，而日盲紫外辐射人眼看不到，只能利用日盲紫外像增强器来进行观察。当观察到日盲紫外辐射时，就可以发现电晕放电，也就可以发现故障。所以日盲紫外像增强器在电晕探测方面具有广泛应用。
[0004]
日盲紫外像增强器或探测器利用光电转换原理，通过cs2te日盲紫外光电阴极将日盲紫外转换为光电子，然后利用微通道板对光电子数量进行倍增，从而实现对日盲紫外目标的成像或探测。日盲紫外像增强器的核心之一是日盲紫外光电阴极，即cs2te日盲紫外光电阴极(简称日盲紫外阴极或cs2te阴极)。日盲紫外阴极的主要性能参数为量子效率，它定义为阴极输出光电子数量与输入光子数量之比。日盲紫外阴极的量子效率越高，其探测距离越远。长期以来，人们一直致力于不断提高日盲紫外阴极的量子效率，采取了各种方法，并且取得了一定的效果。
[0005]
尽管如此，日盲紫外阴极的量子效率还远未达到其理论极限值，因此进一步提高日盲紫外阴极的量子效率仍然是日盲紫外阴极的努力方向。
[0006]
例如，现有技术是在石英窗上镀制一层ni
‑
cr半透明金属膜层，再在ni
‑
cr半透明的金属层上制作cs2te日盲紫外阴极。由于ni
‑
cr半透明的金属层的透过率低，电阻率较高，因此量子效率η较低。
[0007]
中国专利cn102306601a公开了一种消除光学纤维面板暗网格被输出的像增强器结构，针对光学纤维面板作为输入窗的微光像增强器，主要用于消除光学纤维面板存在的暗网格被输出的技术问题。其主要技术方案是：在输入窗光纤面板的内表面和光电阴极之间镀制一层sio2膜层，光纤面板的内表面、sio2膜层及光电阴极连为一体。其原理是利用厚度为100nm、结构较为疏松的sio2膜层来降低多碱阴极的分辨力，从而使多碱阴极对光学纤维面板暗网格不能成像，无助于解决石英窗的日盲紫外光电阴极的量子效率不够高的技术问题。


技术实现要素：

[0008]
本发明要解决的技术问题在于提供一种复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴极及
其制备方法，目的在于提高日盲紫外阴极的量子效率。
[0009]
本发明的复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴极是在石英窗的表面制作石墨烯层，之后在石墨烯表面采用原子层沉积方式制作一层sio2膜层，再在sio2膜层上制作cs2te日盲紫外阴极。
[0010]
优选的，所述石墨烯层为1～5层。
[0011]
优选的，所述sio2膜层的厚度为1.5nm～3nm。
[0012]
上述复合石英窗cs2te日盲紫外光电阴极的制备方法，包括以下步骤：
[0013]
1、生长石墨烯，得到表面上覆盖了石墨烯层c的铜箔cu，表示为cu/c；
[0014]
2、转移石墨烯，得到表面上覆盖了石墨烯层c的石英窗q，表示为q/c；
[0015]
3、制作sio2膜层，在石墨烯表面采用原子层沉积方式制作一层sio2膜层s，得到复合石英窗，表示为q/c/s；
[0016]
4、制作cs2te日盲紫外阴极，在复合石英窗的膜层s上蒸镀并得到cs2te日盲紫外阴极。
[0017]
优选的，所述生长石墨烯可以采用气相沉积、sic热解法、氧化还原法等。
[0018]
优选的，所述石墨烯的转移可以采用溶液刻蚀法、鼓泡法等。
[0019]
本发明的机理主要体现在：
[0020]
石墨烯具有良好的导电性，同时对日盲紫外的透过率极高(97.7％)。由于石墨烯具有良好的导电性，电阻率较传统的ni
‑
cr金属膜低，因此在cs2te日盲紫外阴极的电子发射过程中，可以给阴极及时补充电子。另外其对日盲紫外的透过率比传统的ni
‑
cr金属膜高，因此可以获得更高的量子效率。在本发明中，在石墨烯上面再镀制一层很薄的sio2，而该膜层很薄，对石墨烯的电阻率和透过率影响较小，同时可以增加与cs2te日盲紫外阴极的亲和性，并且有助于提高cs2te日盲紫外阴极制作的成功率。
[0021]
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
[0022]
本发明的复合石英窗(石英窗/石墨烯/sio2膜层)电阻率较低，透过率较高，因此量子效率η较高。
[0023]
经实验验证，本发明的复合石英窗cs2te日盲紫外阴极的量子效率在200nm至320nm波长范围内，明显高于原有石英窗的cs2te日盲紫外阴极。
附图说明
[0024]
图1：本发明的复合石英窗cs2te日盲紫外阴极的结构示意图。
[0025]
图2：现有技术的石英窗cs2te日盲紫外阴极的结构示意图。
[0026]
图3：复合石英窗cs2te日盲紫外阴极制作流程图。
[0027]
图4：本发明的实施例2制备得到的复合石英窗与现有技术的石英窗的cs2te日盲紫外阴极的量子效率比较图。
[0028]
图中：c表示石墨烯，s表示膜层，q表示石英窗，k表示cs2te日盲紫外阴极,m表示ni
‑
cr半透明金属膜层，q/c/s表示本发明的复合石英窗。
具体实施方式
[0029]
实施例1：本发明的复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴极
[0030]
如图1所示，在石英窗q的表面制作厚度为1～5层的石墨烯层c，之后在石墨烯层表面采用原子层沉积方式制作一层厚度为1.5nm～3nm的sio2膜层s，再在sio2膜层上制作cs2te日盲紫外阴极k。
[0031]
实施例2：本发明的复合石英窗的cs2te日盲紫外光电阴极的制备方法
[0032]
以直径为18mm，厚度为5.5mm的石英窗为例，该石英窗材料为合成石英，牌号为jgs
‑
1。
[0033]
本实施例中所采用设备的型号及供应商见表1。
[0034]
表1采用设备的型号及供应商
[0035]
序号名称型号供应商1超声清洗机jf
‑
1006永康市劲丰超声波设备有限公司2管式炉oth
‑
1200合肥科晶材料技术公司3匀胶机tb
‑
616沈阳得乐仪器设备研发有限公司4恒温平台p
‑
4038深圳精良和科技有限公司5真空干燥箱d2f
‑
6050ab北京市恒诺利兴科技有限公司6原子层沉积机tald
‑
100d嘉兴科民电子设备技术有限公司7光电阴极制作设备 北方夜视技术股份有限公司
[0036]
本实施例所采用的主要原材料的指标及供应商见表2。
[0037]
表2主要原材料、规格及供应商
[0038]
[0039][0040]
如图3所示，一种复合石英窗cs2te日盲紫外光电阴极的制备方法，包括以下步骤：
[0041]
1、生长石墨烯
[0042]
将直径为18mm、厚度为0.1mm的cu箔放入乙酸溶液中超声5min，之后放入纯水中超声5min，再用纯水冲洗5min。
[0043]
将cu箔放在石英板上，再将石英板放入管式炉中。向管式炉中通入ar气，流量为1000sccm，同时将温度升到1020℃，之后保温10min。
[0044]
向管式炉中通入h2气，流量为200sccm。此时管式炉中通有ar气和h2气。1h后关闭ar气和h2气。
[0045]
向管式炉中通入混合甲烷(ch4为0.5％，ar气为99.5％)，流量为1.5sccm，65min后将混合甲烷的流量增大到10sccm，并通入ar气和h2气。ar气的流量为1000sccm，h2气的流量为10sccm。45min之后关闭混合甲烷以及h2气。
[0046]
使管式炉温度降到室温，之后关闭ar气，取出石英板以及cu箔。此时cu箔表面上覆盖了一层石墨烯。覆盖石墨烯的cu箔用cu/c表示。
[0047]
2、转移石墨烯
[0048]
将cu/c放入浓度为5g/l的ccl4溶液中超声5min，之后用纯水冲洗2min。
[0049]
将cu/c放入丙酮(c3h6o)溶液中超声5min，之后用纯水冲洗2min。
[0050]
将cu/c放入乙醇(c2h5oh)溶液中超声5min，之后用纯水冲洗10min，再利用n2气吹干。
[0051]
将cu/c用双面胶固定在玻片上，之后再将玻片固定在匀胶机上。在cu/c的c表面上滴两滴聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。pmma浓度为40g/l，溶剂为氯苯。
[0052]
使匀胶机转速为3500r
·
min
‑1，持续45s。此时cu/c的c表面覆盖了一层pmma。将覆盖了pmma的cu/c用cu/c/pmma来表示。
[0053]
将cu/c/pmma从匀胶机上取下，放在130℃恒温平台上固化5min，之后放入温度为30℃的真空干燥箱，放置至少8h。
[0054]
将cu/c/pmma放入fecl3腐蚀溶液中，直至cu/c/pmma上的cu腐蚀完毕。fecl3溶液的浓度为0.2kg/l。此时，cu/c/pmma变成了pmma/c。
[0055]
将pmma/c从fecl3腐蚀溶液中取出，放入hcl溶液中超声5min。hcl溶液的浓度为5％。之后放入纯水中超声10min，再用纯水冲洗5min。
[0056]
将pmma/c放入纯水中，使其悬浮于水面。注意使pmma/c的c面朝下。
[0057]
利用石英窗将pmma/c从纯水表面捞出。注意在利用石英窗将pmma/c从纯水表面捞出时，使pmma/c的c与石英窗表面相贴合，将pmma/c转移到石英窗上。将该石英窗用q/c/pmma来表示。
[0058]
将q/c/pmma从纯水中取出，放入真空干燥箱中，温度150℃，时间2h。
[0059]
将q/c/pmma放入丙酮中，在50℃水浴下使pmma完全溶解。当pmma溶解后，用纯水冲洗5min，然后用n2气吹干。此时石英窗上仅仅剩余一层c，该石英窗用q/c表示。
[0060]
将q/c从放入真空干燥箱中烘烤2h，烘箱温度150℃。烘烤结束后，放入n2气柜中保存。
[0061]
3、制作sio2膜层
[0062]
将q/c放入原子层沉积机反应腔室中，在q/c的c上镀制一层sio2膜层s，膜层厚度为2nm。生长温度为315℃。工艺参数如下：
[0063]
a)n2气流量为10sccm；
[0064]
b)三(二甲胺)硅(si(n(ch3)2)3)开启时间为0.02s；
[0065]
c)三(二甲胺)硅扩散时间为5s；
[0066]
d)n2吹扫时间为15s；
[0067]
e)臭氧(o3)开启时间为0.015s；
[0068]
f)臭氧扩散时间为5s；
[0069]
g)n2气吹扫时间为15s；
[0070]
h)过程a至过程g的循环65次；
[0071]
启动原子层沉积机运行程序。运行完成后将机板温度降到室温。
[0072]
向原子层沉积机反应腔室充入n2气。当反应腔室的内外压力达到平衡时，打开反应腔室，取出q/c。此时q/c上的c膜上镀制有一层s膜。该石英窗称为复合石英窗，并利用q/c/s来表示。
[0073]
4、制作cs2te日盲紫外阴极
[0074]
在日盲紫外阴极的制作设备中装入cs、te蒸发源以及复合石英窗。复合石英窗的s对准蒸发源。
[0075]
将真空化学反应腔室的内外温度升至250℃，并且至少保温8h以上，之后将反应腔室的内外温度降低至室温。
[0076]
进一步抽真空，当真空化学反应腔室的真空度优于10
‑5pa时，将反应腔室的内外温度升至150℃，之后在s上蒸发一层te膜。蒸发te膜时，观察复合石英窗的透过率，当透过率下降到初始值的75％，停止te膜的蒸发。
[0077]
将反应腔室的内外温度降低到145℃。蒸发cs，使cs与te发生化学反应生成cs2te。当cs与te发生化学反应形成cs2te时，cs2te日盲紫外阴极开始发射光电流。随着化学反应的进行，光电流逐步增大，当光电流达到最大值时，停止蒸发cs。
[0078]
将温度降低到室温，这样cs2te日盲紫外阴极就制作完成了。
[0079]
需要说明的是，本实施例中，石墨烯的生长采用气相沉积，但sic热解法、氧化还原法等也可以。这些方法均可以来生长石墨烯。
[0080]
在本实施例中，石墨烯的转移采用溶液刻蚀法。其他如鼓泡法等也可以。
[0081]
另外，cs2te日盲紫外阴极的制作工艺也有多种，其他工艺也可以用来制作cs2te日
盲紫外阴极。
[0082]
另外，由于所使用的设备、工艺以及环境等的区别，复合石英窗制作的工艺参数与本实施例中的参数会有不同。
[0083]
如图4所示，图中示出了采用现有技术和本发明的cs2te日盲紫外阴极的量子效率随波长λ变化的曲线。该阴极复合石英窗的石墨烯厚度为单层，sio2厚度为2nm。从该曲线可以看出，复合石英窗cs2te日盲紫外阴极的量子效率η在200nm至320nm波长范围内，明显高于原有石英窗的cs2te日盲紫外阴极，量子效率η提高了25％以上。
[0084]
本发明的石墨烯的厚度为1～5层，如果超过5层，那么石墨烯的透过率会降低，因此日盲紫外阴极的量子效率会降低。另外sio2的厚度为1.5nm～3nm，如果超过3nm，那么会影响石墨烯的电阻率，因此也会降低cs2te日盲紫外阴极的量子效率。