本发明涉及光电倍增管技术领域，具体而言涉及一种光电倍增管用光电阴极及其制备方法。
背景技术：
光电阴极利用外光电效应，将光信号转变为电信号，其发展经过了漫长的过程，1887年，hertz在进行电磁波实验时首次发现外光电效应，1905年爱因斯坦首次用量子理论解释了这一现象。首个实用型的光电阴极银氧铯光电阴极是1929年被发现的，这种光电阴极对可见光谱及近红外都是灵敏的，但是，这种光电阴极的量子效率并不高。随着银氧铯阴极的出现，光电阴极的研究重点放在探求量子效率更高及光谱响应特性不同的其它复杂材料上。
量子效率作为光电阴极一种重要的特性，一直是各国科研工作者研究的重点，光电阴极的量子效率与其结构、成分有很大关系，对于透射性光电阴极，光透过率、电子补充方式等影响光电阴极的量子效率。
技术实现要素：
鉴于现有技术的缺陷或者不足，本发明的第一方面提出一种光电倍增管用光电阴极的制备方法，包括以下步骤：
在光电倍增管玻璃光窗的内侧表面制备基底层，所述基底层由al2o3的结晶性材料形成；
在基底层上制备双碱光电阴极，其中基底层与双碱光电阴极两者相接触。
进一步的实施例中，所述基底层的制备包括：
在一定温度下，先将al蒸镀到玻璃光窗上形成金属薄膜，然后通入氧气，进行辉光放电，氧化成al2o3基底层。
进一步的实施例中，在基底层沉积过程中，通过反射率监测基底层的厚度。
进一步的实施例中，所述基底层的制备包括：
步骤1、对光电倍增管玻璃壳体进行抽真空、加热处理；
步骤2、在一定的温度条件下，在光电倍增管玻璃壳体的玻璃光窗内侧表面蒸镀一层al金属薄膜；
步骤3、在玻璃壳体内充入氧气，在氮气保护下，对蒸镀的al金属薄膜进行辉光放电氧化处理，并通过反射率监测基底层的厚度变化；
步骤4：重复步骤2和步骤3，使制备的al2o3基底层达到一定厚度；
步骤5：提高温度，对制备的al2o3基底层进行高温退火晶化处理。
进一步的实施例中，al金属薄膜的蒸镀温度为300℃-400℃。
进一步的实施例中，步骤2-3中，氧化时间为5-20min/次，通过反射率监控使得反射率下降的比例之和达到20％-50％时停止氧化。
进一步的实施例中，在步骤5中，对al2o3基底层的退火的温度为500℃-700℃，退火时间为1-5小时。
进一步的实施例中，前述双碱光电阴极的制备包括：
将已蒸镀好al2o3基底层的玻璃壳体安装在钟罩式真空系统中，
将包括钾源、铯源和锑球的阴极组件伸入玻璃壳体中，调整阴极组件的位置，使锑球在玻璃壳体赤道平面偏下的位置；
以2℃/min的速度均匀增加温度达到最终的烘烤除气温度，烘烤除气温度大于300℃；在达到烘烤除气温度后，保持温度不变进行保温三小时；
保温结束后降到200℃以下时，进行阴极制作，具体包括以下过程：
首先，调节钾源、铯源和锑球的蒸发电流为3.5a、2.0a和0.5a，按0.2a/min的速率增加钾的蒸发电流直到5.5a，进行除气处理；当钾蒸发电流达到5.5a时，通过光电流监测系统的光电流曲线开始上升；然后按照0.2a/10min的速率增加钾蒸发电流，制作钾层，直到光电流达到峰值并保持恒定时，玻璃壳体内的钾含量趋于饱和，钾层蒸镀过程结束；
保持此时钾蒸发电流不变，然后按照0.2a/min的速率增加锑蒸发电流至反射率开始下降，此时锑球电流为1.7a，维持此时的锑球电流不变3min；然后增加锑球电流0.5a，维持此时电流5min；然后增加锑球电流0.3a，维持此时的锑源电流，直至反射率开始变大，然后再维持此时的蒸镀电流10min，得到锑薄膜；
关闭锑源电流；
锑薄膜蒸镀结束；
以0.2a/10min的速率增加钾蒸发电流，使生成的钾层与蒸镀的锑薄膜反应，形成k3sb；
钾层与锑薄膜反应结束后，进行铯源的蒸镀，其中：初始蒸发电流为4.5a，按照0.1a/min增加到7a，光电流持续上升，经过1小时后，反射率上升到初始值得1.8倍，即铯原子充分将钾原子从阴极表面置换形成k2cssb光电阴极结构；
至此双碱光电阴极制备过程结束。
根据本发明的第二方面还提出一种根据前述光电倍增管用光电阴极的制备方法制备的光电阴极。
通过本发明的上述方案，在光电倍增管的光电阴极上制备氧化铝基底层，并在基底层上制备双碱光电阴极，增强有效的光透过率，提高了光电阴极的量子效率；同时，氧化铝基底层可快速补充传统光电阴极由于光电效应缺少的电子，从而提高了光电阴极的量子效率。本发明制备的光电倍增管，采用这样的光电阴极，其量子效率从20％提升到30％以上。
附图说明
图1为本发明制备的光电阴极的结构示意图。
图2为本发明al2o3基底层制备方法流程示意图。
图3为本发明al2o3基底层制作设备结构示意图。
图4为本发明双碱光电阴极制备方法流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
根据本发明的实施例，提出一种提高光电阴极量子效率的方法，即制备新型的光电倍增管的光电阴极，具体为在高透光玻璃壳体(例如低本底高透玻璃壳体)的光窗内表面蒸镀一层氧化铝(al2o3结晶材料)构成的基底层，然后在基底层上蒸镀双碱阴极，制备得到高量子效率的光电阴极。本发明使用这一的光电阴极的光电倍增管，其量子效率从20％提升到30％以上。
结合图示，本发明实施例公开一种光电倍增管用光电阴极的制备方法，包括以下步骤：首先，在光电倍增管玻璃光窗10的内侧表面制备基底层20，所述基底层由al2o3的结晶性材料形成；然后，在基底层上制备双碱光电阴极30，其中基底层与双碱光电阴极两者相接触。
如此，由于al2o3基底层的存在，做为增透膜，有效增加光入射到光电阴极的几率，从而提高光电阴极的量子效率；同时，al2o3基底层具有一定的导电性，可以快速的补充光电阴极由于光电效应缺失的电子，从而进一步提高量子效率。
在可选的实施例中，al2o3基底层的制备包括：
在一定温度下，先将al蒸镀到玻璃光窗上形成金属薄膜，然后通入氧气，进行辉光放电，氧化成al2o3基底层。
进一步的实施例中，在基底层沉积过程中，通过反射率监测基底层的厚度。
结合图示示例，作为优选的方案中基底层的制备包括：
步骤1、对光电倍增管玻璃壳体进行抽真空、加热处理；
步骤2、在一定的温度条件下，在光电倍增管玻璃壳体的玻璃光窗内侧表面蒸镀一层al金属薄膜；
步骤3、在玻璃壳体内充入氧气，在氮气保护下，对蒸镀的al金属薄膜进行辉光放电氧化处理，并通过反射率监测基底层的厚度变化；
步骤4：重复步骤2和步骤3，使制备的al2o3基底层达到一定厚度；
步骤5：提高温度，对制备的al2o3基底层进行高温退火晶化处理。
其中，al金属薄膜的蒸镀温度为300℃-400℃。
步骤2-3中，氧化时间为5-20min/次，通过反射率监控使得反射率下降的比例之和达到20％-50％时停止氧化。
在步骤5中，对al2o3基底层的退火的温度为500℃-700℃，退火时间为1-5小时。
图3示例性表示了al2o3基底层制备的系统。如图示的制备系统包括反射率膜厚监测系统1、镀膜夹具3、台面4、光纤5、钟罩6、加热装置7、流量计8、抽真空系统9以及管道10。
钟罩6以可以上下升降的方式与台面1形成安装关系。钟罩6安装并固定到台面1上之后，在内部形成一个腔体，构成蒸镀的实施空间。腔体的底部与管道10连通，通过管道10与抽真空系统9连通。玻璃壳体2通过夹具或者固定机构设置在钟罩形成的密闭腔体内，并与管道10连通。
如图所示的玻璃壳体2为椭球形的高透玻璃壳体(也称为玻璃容器)，其下部为收窄的连接部。在另外的实施例中，还可以对其他形状的玻璃壳体。
在玻璃壳体2上方有一个光纤5，光纤5穿过钟罩与外部的反射率膜厚监测系统1相连，用于对蒸镀过程中通过反射率的变化对膜层厚度进行监控。
在钟罩6内壁，还设置有加热装置7，例如加热丝或者热电偶，用于钟罩内部环境的加热，实现工艺过程中温度的调控。流量计8设置在管路10中，进行气体流量控制。
结合图2、图3所示的示例，在一个示例性具体实现过程中，首先对玻璃壳体进行抽真空，当真空度由于10-3的条件下，启动加热；以10℃/min的速率升高温度到300℃-400℃，达到温度后进行烘烤保温，时长大于1小时；在达到保温时常条件(1小时以上-3小时)后，记录此时的反射率值；快速增加蒸镀al源的电流，使al金属薄膜能够快速的蒸镀出来，监控反射率，当反射率下降2％-5％时，停止蒸镀；在玻璃壳体内冲入一定量的高纯氧气使真空度维持在1pa-100pa，氧化5-20min，记录反射率值，停止充入氧气，继续抽真空；
重复上述al金属薄膜的蒸镀和氧化过程，直到反射率下降的比例之和达到20％-50％结束氧化。
此时，由于蒸镀的al2o3层还处于非晶形态，需要对其退火进行晶化处理，升高钟罩温度至500℃-700℃，对蒸镀的al2o3层进行高温烘烤退火处理，烘烤时间为1-5小时，从而使al2o3层转变为结晶态。如此，得到结晶态的al2o3基底层位错和界面更少，提高光透过率，从而增加量子效率。
al2o3因其较低的折射率，较宽的透光范围，在本发明中作为光电阴极的增透膜使用。传统用电阻蒸发的方式蒸镀al2o3薄膜多采用蒸镀al薄膜，然后通过氧化的方式使其氧化为al2o3薄膜。但在本光电倍增管的实际生产过程中，采用一次性直接蒸镀一定厚度的al薄膜，然后进行辉光放电氧化，发现随着al薄膜厚度的增加，启辉的强度变弱，很难使内部的al氧化为al2o3。如此，为了能够使蒸镀的al完全反应成al2o3，本发明采用多次蒸镀al金属薄膜的方式，多次辉光放电氧化的进行al2o3基底层的制备，从而在玻璃光窗表面形成一层均匀、结晶性的基底层。
进一步的实施例中，前述双碱光电阴极的制备包括：
将已蒸镀好al2o3基底层的玻璃壳体安装在钟罩式真空系统中，
将包括钾源、铯源和锑球的阴极组件伸入玻璃壳体中，调整阴极组件的位置，使锑球在玻璃壳体赤道平面偏下的位置；
以2℃/min的速度均匀增加温度达到最终的烘烤除气温度，烘烤除气温度大于300℃；在达到烘烤除气温度后，保持温度不变进行保温三小时；
保温结束后降到200℃以下时，进行阴极制作，具体包括以下过程：
首先，调节钾源、铯源和锑球的蒸发电流为3.5a、2.0a和0.5a，按0.2a/min的速率增加钾的蒸发电流直到5.5a，进行除气处理；当钾蒸发电流达到5.5a时，通过光电流监测系统的光电流曲线开始上升；然后按照0.2a/10min的速率增加钾蒸发电流，制作钾层，直到光电流达到峰值并保持恒定时，玻璃壳体内的钾含量趋于饱和，钾层蒸镀过程结束；
保持此时钾蒸发电流不变，然后按照0.2a/min的速率增加锑蒸发电流至反射率开始下降，此时锑球电流为1.7a，维持此时的锑球电流不变3min；然后增加锑球电流0.5a，维持此时电流5min；然后增加锑球电流0.3a，维持此时的锑源电流，直至反射率开始变大，然后再维持此时的蒸镀电流10min，得到锑薄膜；
关闭锑源电流；
锑薄膜蒸镀结束；
以0.2a/10min的速率增加钾蒸发电流，使生成的钾层与蒸镀的锑薄膜反应，形成k3sb；
钾层与锑薄膜反应结束后，进行铯源的蒸镀，其中：初始蒸发电流为4.5a，按照0.1a/min增加到7a，光电流持续上升，经过1小时后，反射率上升到初始值得1.8倍，即铯原子充分将钾原子从阴极表面置换形成k2cssb光电阴极结构；
至此双碱光电阴极制备过程结束。
根据本发明的第二方面还提出一种根据前述光电倍增管用光电阴极的制备方法制备的光电阴极，如图1所示的结构组成。
本发明在实施过程中采用不蒸镀al2o3基底层的方法制作了3只样管(作为增透膜并在此基础上制备光电阴极和在相同条件下装配光电倍增管，样品组2和3同样如此)，作为样品组1；采用传统一次性蒸镀al金属薄膜，然后氧化的方法制作了3只样管，作为样品组2；以及采用本发明多次蒸镀al金属薄膜，多次氧化的方法制作了3只样管，作为样品组3。分别对三组样品进行量子效率的测试。
对照测试结果见下表所示。
可见，蒸镀al2o3基底层可以明显的提高样品的量子效率，并且采用本发明多次蒸镀al金属薄膜进行多次氧化的方法制作的样品的量子效率明显的高于传统一次性蒸镀al薄膜制作的样品。本发明采用多次蒸镀多次蒸镀al薄膜，多次氧化的方法制作的al2o3基底层可以作为光电阴极使用，制备的光电倍增管的量子效率得到显著的提升。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
1.一种光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在光电倍增管玻璃光窗的内侧表面制备基底层，所述基底层由al2o3的结晶性材料形成；
在基底层上制备双碱光电阴极，其中基底层与双碱光电阴极两者相接触。
2.根据权利要求1所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，所述基底层的制备包括：
在一定温度下，先将al蒸镀到玻璃光窗上形成金属薄膜，然后通入氧气，进行辉光放电，氧化成al2o3基底层。
3.根据权利要求2所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，在基底层沉积过程中，通过反射率监测基底层的厚度。
4.根据权利要求2所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，所述基底层的制备包括：
步骤1、对光电倍增管玻璃壳体进行抽真空、加热处理；
步骤2、在一定的温度条件下，在光电倍增管玻璃壳体的玻璃光窗内侧表面蒸镀一层al金属薄膜；
步骤3、在玻璃壳体内充入氧气，在氮气保护下，对蒸镀的al金属薄膜进行辉光放电氧化处理，并通过反射率监测基底层的厚度变化；
步骤4：重复步骤2和步骤3，使制备的al2o3基底层达到一定厚度；
步骤5：提高温度，对制备的al2o3基底层进行高温退火晶化处理。
5.根据权利要求4所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，步骤2中，al金属薄膜的蒸镀温度为300℃-400℃。
6.根据权利要求4所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，步骤2-3中，氧化时间为5-20min/次，通过反射率监控使得反射率下降的比例之和达到20％-50％时停止氧化。
7.根据权利要求4所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，在步骤5中，对al2o3基底层的退火的温度为500℃-700℃，退火时间为1-5小时。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法，其特征在于，双碱光电阴极的制备包括：
将已蒸镀好al2o3基底层的玻璃壳体安装在钟罩式真空系统中，
将包括钾源、铯源和锑球的阴极组件伸入玻璃壳体中，调整阴极组件的位置，使锑球在玻璃壳体赤道平面偏下的位置；
以2℃/min的速度均匀增加温度达到最终的烘烤除气温度，烘烤除气温度大于300℃；在达到烘烤除气温度后，保持温度不变进行保温三小时；
保温结束后降到200℃以下时，进行阴极制作，具体包括以下过程：
首先，调节钾源、铯源和锑球的蒸发电流为3.5a、2.0a和0.5a，按0.2a/min的速率增加钾的蒸发电流直到5.5a，进行除气处理；当钾蒸发电流达到5.5a时，通过光电流监测系统的光电流曲线开始上升；然后按照0.2a/10min的速率增加钾蒸发电流，制作钾层，直到光电流达到峰值并保持恒定时，玻璃壳体内的钾含量趋于饱和，钾层蒸镀过程结束；
保持此时钾蒸发电流不变，然后按照0.2a/min的速率增加锑蒸发电流至反射率开始下降，此时锑球电流为1.7a，维持此时的锑球电流不变3min；然后增加锑球电流0.5a，维持此时电流5min；然后增加锑球电流0.3a，维持此时的锑源电流，直至反射率开始变大，然后再维持此时的蒸镀电流10min，得到锑薄膜；
关闭锑源电流；
锑薄膜蒸镀结束；
以0.2a/10min的速率增加钾蒸发电流，使生成的钾层与蒸镀的锑薄膜反应，形成k3sb；
钾层与锑薄膜反应结束后，进行铯源的蒸镀，其中：初始蒸发电流为4.5a，按照0.1a/min增加到7a，光电流持续上升，经过1小时后，反射率上升到初始值得1.8倍，即铯原子充分将钾原子从阴极表面置换形成k2cssb光电阴极结构；
至此双碱光电阴极制备过程结束。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的光电倍增管用光电阴极的制备方法制备的光电阴极。
10.一种光电倍增管，其特征在于，具有权利要求9所述的光电阴极。
技术总结