基于合成的SiO2纳米球制备GaAs纳米线阵列光阴极研究

摘要

砷化镓（GaAs）纳米线阵列结构因同时具有GaAs的基本性质和纳米材料的优良特性，使得制备出的负电子亲和势（NEA）光阴极有量子效率高、暗电流低等优点。因而该材料成为最有前景的光电发射材料之一，在高性能电子源、光电倍增管、太阳能电池等领域有广泛应用潜力。　　本文利用GaAs纳米线阵列光阴极的光电发射模型，针对入射光角度、纳米线直径、纳米线高度、纳米线的间距（即占空比D/P）等不同条件对GaAs纳米线阵列光阴极光电流的影响进行仿真。在仿真结果的基础上采用胶体刻蚀法制备GaAs纳米线阵列结构，并在制备过程中不断改进实验步骤，优化工艺参数。　　本文采用改进的Stober法合成直径为350nm和500nm的SiO2纳米球，用旋涂法将所合成的SiO2纳米球制作掩模层，其实验参数为使用转速为600rpm匀胶机运行10s，再用转速为1900rpm转4s，得到的掩模层相对较为理想，最后用纳米球掩模层对GaAs衬底进行刻蚀，以制备GaAs纳米线阵列。利用SEM分析刻蚀时间、刻蚀功率、刻蚀气体对制备纳米线阵列的影响，发现刻蚀时间和刻蚀深度有一定的线性关系，并利用台阶仪、AFM、漫反射谱对其进行了表征分析。最后再对所制备出的GaAs纳米线阵列结构进行Cs-F交替激活实验，使其表面形成负电子亲和势光阴极，并对最终制备出的GaAs纳米线阵列光阴极样品进行量子效率测试，验证了GaAs纳米线阵列结构的量子效率比GaAs基片提高50%以上，从而证实了纳米线阵列结构的高光电发射效率。

目录

声明

1 绪论

1.1 光电阴极的概述

1.2 光阴极的研究背景及意义

1.3 GaAs纳米线阵列光阴极研究背景与意义

1.4 论文主要结构

2 GaAs纳米线阵列光阴极光电流理论分析

2.1 GaAs纳米线阵列光阴极理论模型

2.2 GaAs纳米线阵列光阴极光电流的仿真分析

2.3 本章小结

3 单层SiO2纳米球掩模层的制备

3.1 GaAs纳米线阵列制备工艺

3.2 SiO2纳米球制备方法

3.3 Stober法合成SiO2纳米球实验

3.4 合成SiO2纳米球的表征分析

3.5 SiO2纳米球掩模层的制备

3.6 本章小结

4 GaAs纳米线阵列光阴极的制备

4.1 GaAs纳米线阵列的刻蚀工艺

4.2 GaAs纳米线阵列表征分析

4.3 GaAs纳米线阵列激活工艺

4.4 本章小结

5 结论

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献