NEA GaN光电阴极的响应特性研究(4)
探测和实时跟踪，探测距离可达几十公里。通过电子转移与荧光屏或 CCD 组合可作
为紫外微光电视、紫外告警设备的关键部件，用于紫外微弱图像的可靠探测和导弹告
警。 NEA GaN 光电阴极为冷电子发射，具有量子效率高、暗发射小、发射电子能量
分布集中等独特优点，是满足微弱紫外探测要求的非常理想的新型紫外光电阴极[8,9]。
2006年，美国某光学科技公司 E.James Egerton 等人报道了安装有高量子效率的 GaN
光电阴极的大面积 Si 微通道板阵列在紫外单光子计数器方面的应用，如图 1.4 所示。
该公司制备的Si 微通道板上安装的 GaN光电阴极由 MOCVD生长，具有较好的导电
性，其量子效率可达 40%[7]1.3.2 NEA GaN 光电阴极在真空电子源中应用
NEA GaN 光电阴极的另外一个重要应用领域就是真空电子源。真空电子源要求
在超高真空中工作，多用于如自旋电子学和电子束平版印刷技术等特定领域，是目前
研究者探索的热点之一。对作为电子发射器的光电阴极来说，真空中的稳定性是决定
其能否满足真空电子源工作要求的关键因素。
集成电路的平版印刷生产所需的电子源必须同时具有高的亮度(e.g.>2X106
A/cm2/sr at 50 kV)和低的能量分布(<100 meV)。且在真空系统中能够可靠、稳定的工
作（10 小时内 3%的变化）。而宽禁带半导体 NEA 光电阴极具有前面的大多数特性，
GaAs 光电阴极可以表现现出很高的亮度，但在密封管子中存在亮度随时间下降，稳
定性差的问题。而 GaN 材料禁带宽，性质稳定，很难长成大的氧化物，难于刻蚀，
比GaAs有较高的热熔点（分解温度为 900℃）。单独用 Cs 即可获得NEA表面的事实
使 GaN 成为制造更加稳定发射器的首要选择。另外，紫外光激发和 GaN 能带隙恰当
匹配，在平版印刷和相关的度量衡应用中能提供微米/亚微米的斑点尺寸。因此量子效
率高、能量分布集中的 NEA GaN光电阴极可在电子束平版印刷暴光中发挥强大作用[4]。
图1.5是斯坦福大学设计的基于NEA光电阴极的无掩模电子束平版印刷曝光装置示意图[4]
，主要由激光二极管阵列和透射式 NEA光电阴极构成。首先一个激光点阵列
被聚焦到透射式NEA GaN 光电阴极的背面，合适选择的光通过蓝宝石和 AlN缓冲层，
在薄的 p 型 GaN 半导体层被吸收，GaN 半导体层就是所谓的激活层。在激活层内，
光电子按照Spicer “三步模型”到达表面。在表面，激活层克服对真空的能量势垒，可
使电子从表面发射。每个被吸收的激光点产生一个细电子束，细电子束可在真空外面
被调制。即系统通过调制的平面激光束产生调制的平面电子束，然后平面电子束经过
聚焦，作用到半导体材料表面的抗蚀膜上。这样一个大规模的平行线可同时印刷很多
模式。另外，这种技术在覆层晶片上的暴露和非暴露区完全是无掩模的，暴露和非暴
露区可通过相应地打开或关闭光线来定义
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