NEA GaN光电阴极的响应特性研究(3)
界各国科学家的极大重视，世界上许多国家已经研制出多种结构的 GaN 基紫外探测
器。美国西北大学、斯坦福大学等许多著名高校都对 NEA GaN 光电阴极开展了一系列研究。
美国西北大学和日本滨松公司采用 1μm 厚的 Mg 掺杂 p 型 GaN 外延层作为阴极
材料，通过铯化处理制备了反射式 NEA GaN 光电阴极，图 1.3 是其量子效率曲线。
曲线给出了200nm-500nm 波段的量子效率。由曲线可见，NEA GaN 光电阴极量子效
率在 200nm 时高达 30%以上。GaN 阈值附近量子效率曲线具有尖锐的截止特性，在
200 nm到500 nm 处量子效率的抑制比率约为 4个数量级。美国西北大学的研究人员
发现通过提高GaN材料的电导率可以进一步提高阴极的量子效率，甚至具有高达90％
的理论值。日本滨松公司报道了当掺 Mg浓度为 3.0×1019 cm－3
时，在 5.4 eV（对应波
长230nm）处可获得 71.9%的最大量子效率，而且，在紫外（6.2 eV）和可见光（2.5 eV）
之间的锐截止比率超过 3个数量级。
国内开展GaN光电阴极的研究单位主要有中国电子科技集团公司、重庆大学和南
京理工大学等，开展了GaN外延材料的结构、生长和阴极的制备工艺以及GaN光电阴
极的基础研究。虽然这些初步研究取得了一定的成绩，但与国际先进水平相比，研究
并不是很入。在灵敏度、稳定性方面仍有一定差距，这在很大程度上限制了国内真空
紫外探测器件性能的提高。
1.3 NEA GaN 光电阴极的应用
1.3.1 NEA GaN 光电阴极在微弱紫外探测领域的应用
GaN材料是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，与 SiC、金刚石等
半导体材料一起，被誉为是继第一代+Ge、Si 半导体材料、第二代 GaAs、InP 化合物
半导体材料之后的第三代半导体材料。 GaN材料具有许多硅基半导体材料所不具备的
优异性能，GaN 是一种宽禁带直接带隙半导体，常温下禁带宽度为 3.4eV，并且带隙
可调，可以发射波长比红光更短的蓝光。在紫外探测领域，由于需要探测的紫外光一
般很微弱，要求紫外探测器要具有“日盲” 特性和良好的探测性能，即对 300nm 以下
的紫外线具有高灵敏度、高量子效率和低暗噪声的探测性能。GaN 材料有着优良的性
能，首先 GaN 不吸收可见光，制成的紫外探测器可以做到可见光盲，不需要滤光系
统，而且不需要做成浅结，这样可以大大提高量子效率，实现低照度紫外光的探测。
从目前国内外紫外探测器的研究现状来看, 微弱紫外探测器件主要有两个发展方
向,一个是源于光伏或光导效应的 GaN 固体探测器件。紫外固体探测器件有光导型、
金属-半导体-金属(MSM) 型、肖特基结型以及光电二极管型等多种结构，这些固体探
测器尽管体积小、结构简单、工作电压低，但是受到自身探测机理及结构的限制，其
响应速度慢、暗电流高、长波波段会出现假信号现象，因此要达到 50%以上的量子效
率非常困难。其探测性能还无法满足当前的应用需求。另一个是基于紫外光电阴极的
真空探测器件，真空器件具有响应速度快、噪声低、增益高、可探测的光下限更低等
优点。相比于紫外固体探测器件，紫外真空探测器件在微弱紫外探测上显示了明显的
优势和潜力。紫外光电阴极光敏面大、灵敏度高，结合电子倍增器件可构成真空光电
管、紫外光电倍增管、紫外像增强器等，这类真空器件微弱探测能力强、体积小、重
量轻、性能可靠、时间响应快，可进行单光子计数，能对极微弱的紫外辐射进行定点
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