摘要

本文给出了基于磷化铟/铟镓砷异质结构的高效光电阴极的制备技术。介绍了用作光电子接收器的pin二极管的实验研究结果。提出了InP/ingas光阴极真空光电子器件的布局。

介绍

目前，在0.9到1.6微米波长的低电平短持续时间信号的检测问题是非常实际的。现有的光电探测器不能满足灵敏度、处理速度和分辨率的要求。这个问题最优选的解决方案之一是制造具有基于InP/ingas异质结构的光电阴极的真空光电子器件。该工作的目的是获得量子效率在3-5%水平的有效InP/ingas光阴极，并在工作于近红外范围的真实光电探测器中实现光阴极结构研究的结果。

真空光电器件的构建

光敏器件是在混合技术的基础上实现的。光电阴极结构和固态元件作为光电子的接收器，包含在一个真空值中。该技术的应用同时允许记录波长从0.9到1.6微米的低电平信号，以获得几纳秒级别的器件处理速度，并且与具有非真空部件的器件相比，确保低水平的内部噪声。所提出的传感器结构由三个主要部分组成:具有用于提供电压和输出的输入的器件框架、具有固定光电阴极结构的玻璃、具有光电子接收器的板。邻近聚焦技术被用来提供高分辨率。

探测器的主体和所有内部元件由真空除气材料制成。由钛板制成的非蒸发吸气剂也包括在器件结构中。这些吸气剂可以提高工作装置的真空度，这对探测器的寿命极其重要。传感器的组装和光阴极结构的激活需要超高真空条件。传感器制造的所有步骤都在超高真空装置中进行，该装置可以达到10-9 Pa的水平。

光电子接收器

在InP/ingas光电阴极的器件布局中，选择了元件数等于12的硅pin二极管线作为光电子的接收器和放大元件。它是基于通过区域熔化方法获得的纯高电阻硅的垂直结构。创建pin二极管线路的特殊功能确保它们在反向偏置模式下工作。在这种模式下，高电阻基极完全耗尽，这确保了电荷载流子的漂移转移。它允许获得几纳秒级别的信号记录时间。图1显示了技术测试适配器上的pin二极管线路和器件布局的外观。

我们的实验表明，光电二极管的脉冲响应前沿等于1.1 ns。并且脉冲响应持续时间等于1.9 ns。放大是由于固态元件(二极管结构)中大量电荷载流子的出现而实现的，这是由于光电阴极发射的高能(几千电子伏)电子的影响。

图1(a，b)。技术测试适配器上的pin二极管线；设备布局

结果

制作了具有磷化铟/铟镓砷光阴极和pin二极管线的传感器。偏置电压Us= 3.4 V时，在一个二极管线路元件的输出端获得的光谱特性如图2所示.通过各种优化光敏传感器元件的方法，可以显著提高近红外器件灵敏度在2 A/W以上的结果。

除了传感器的灵敏度和处理速度之外，设备的另一个重要参数也存在。该系数是一个等式，表明二极管线不同元件之间的灵敏度水平。图3显示了同时制造的传感器对二极管线所有元件的灵敏度。器件的不均匀性达到超过50%的值，这是非常不希望的。这主要是因为光阴极的不均匀性。其主要原因是光电阴极结构化学清洗条件不理想，光电阴极活性面积大。当进行真空退火和光阴极活化等工艺操作时，它会产生额外的困难。

图2 电源电压Us= 3.4 V时实验传感器布局的光谱特性

图3 对于施加偏置电压1的传感器，波长λ=1，1微米的灵敏度.Us= 3.4 V，2。Us= 3.6 V。

结论

我们的传感器与开发的InP/InGaAs光阴极一起提供了几纳秒级别的处理速度。具有几个A/W的灵敏度。与所提出的器件相比，雪崩铟镓砷光电二极管的灵敏度低于1安/瓦。开发的设备可用于许多应用，例如，在能见度差的条件下实时检测反射激光束，高速定位系统。所开发的传感器的高灵敏度和处理速度也可以应用于折射测量、无损检测、光纤。