激光驱动光电阴极的研究进展

随着高能粒子探测、超导腔加速器等领域的快速发展,对光电阴极的光电性能提出了更高的要求。光电阴极的材料决定了光电发射的量子效率、暗发射电流和出射电子能量分布等重要性能;激光在亮度、方向性、单色性、相干性等方面远高于普通光源,使得用激光驱动光电阴极具有更加优良的光电流和量子效率等光电性能。本文介绍了几种类型的光电阴极发射材料,包括Na_2KSb光电阴极、Cs_3Sb光电阴极、K_2CsSb光电阴极和Cu光电阴极。其中对Na_2KSb光电阴极的制备以及光电性能测试方法进行了详细介绍;对Cs_3Sb光电阴极的制备及影响其寿命的因素进行分析介绍,并且对Cs_3Sb光电阴极的改良进行了总结;对于K_2CsSb光电阴极分别通过实验和蒙特卡洛法测量其光电性能,分析总结了影响其量子效率和光电发射寿命的因素;对于Cu光电阴极,分析了包覆CuBr对铜光电阴极的量子效率的影响。     

碱金属锑化合物膜层荧光特性测试与分析

叙述了Na2KSb(Cs)多碱光电阴极及其光致荧光的特点,测量了Na3Sb、K3Sb、Na＞2K＜1Sb和Na2KSb四种碱锑化合物膜层在785 nm波长激光激发条件下所发射荧光的峰值波长及所对应的峰值强度.Na3Sb、K3Sb、Na＞2K＜1Sb和Na2KSb四种碱锑化合物膜层荧光的峰值波长分别为876,877,886及899 nm.相比较而言,Na3Sb的荧光最弱,K3Sb的荧光次之,Na＞2K＜1Sb的荧光居中,Na2KSb的荧光最强.在Na2KSb膜层的生长过程中,当Na、K、Sb三种元素的化学计量比达到2∶1∶1时,其荧光最强,且峰值波长达到Na2KSb膜层的峰值波长;当Na2KSb膜层Na、K、Sb三种元素的化学计量比偏离2∶1∶1时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光减弱;当Na2KSb膜层在Na或K极度过量的条件下,膜层荧光的峰值波长接近Na3Sb或K3Sb的荧光峰值波长.因此在Na2KSb膜层的制作过程中,可以根据荧光的测量结果判断Na2KSb膜层Na、K、Sb三种元素的化学计量比是否达到2∶1∶1,从而可以指导制作工艺的改进,进一步提高多碱阴极的灵敏度.     

多碱光电阴极光谱响应在线测试结果与分析

介绍了多碱光电阴极制备过程中测试的光谱响应，并作了简单分析。研究结果表明，Sb，K交替决定双碱化合物Na_2KSb的导电类型，Cs处理降低Na_2KSb的电子亲和势，延伸长波阈；Sb，Cs交替形成锑铯偶极层，在Na_2KSb上吸附的铯原子数和感应的偶极层的偶极矩同时影响多碱光电阴极的灵敏度。     

激光驱动Cs_3Sb脉冲光电阴极的研究

以脉冲激光激发光电阴极产生高亮度电子束的研究正日益受到重视。论文报告了关于Cs_3Sb光电阴极在这方面应用的实验进展。Cs_3Sb光电阴极的制备与测试均在超高真空系统中进行,采用了制备室内通电加热进Cs的制备工艺。测试光源为氙离子脉冲激光器,脉宽50～200ns。实验测得峰值光电流密度达108A/cm~2,量子产额为2%至5.6%,发射度与亮度测试采用单孔小束斑测量与数值计算比较法进行,测得亮度值为1.85×10~9A/m~2rad~2。对Cs_3Sb光电阴极进行的脉冲发射寿命测试和再激活实验表明:光致Cs脱附是发射衰减的主要原因,通过补Cs可使阴极再激活。     

多碱光电阴极荧光半峰宽对灵敏度的影响研究

论述了Na2KSb(Cs)多碱光电阴极光电发射过程的表征和测量,提出了利用荧光谱来表征光电阴极电子跃迁几率的方法。在同样工艺条件下测量了像增强器多碱光电阴极的光谱响应和荧光谱,比较了多碱光电阴极灵敏度与逸出功、荧光谱强度、荧光谱峰值波长、半峰宽之间的关系,分析了逸出功、荧光峰值波长、峰值强度、半峰宽对多碱阴极灵敏度的影响,得出了影响多碱阴极灵敏度高低的主要原因是Na2KSb膜层的晶格完整性的结论,提出了进一步改进多碱阴极制作工艺的技术途径。     

作为加速器电子源的高量子效率K_2CsSb光阴极制备工艺研究

K_2CsSb光阴极具有10%左右的QE,可达数月的寿命,亚ps量级的响应时间,较低的本征发射度,因此成为高平均功率、高亮度电子源的首选。K_2CsSb光阴极广泛应用于高重频电子枪,如直流电子枪(Cornell),常温射频电子枪(LBNL),超导电子枪(BNL,HZB)等。为制备出稳定可重复长寿命具有较高量子效率的K_2CsSb光阴极,世界各大实验室均对K_2CsSb光阴极的制备工艺进行了大量的研究。本文详细介绍了K_2CsSb光阴极的制备设备及其制备工艺。     

改进型[Cs,Rb]Na2KSb光阴极的制备研究

利用改进工艺制备的[Cs,Rb]Na2KSb光阴极,具有灵敏度高、热发射低和重复性好等优点,特别是改善了光谱的绿光到红外部分的光响应。提出的[Cs,Rb]Na2KSb光阴极的表面能带结构模型,对实验结果给予了比较满意的解释。     

用于微波真空电子器件的光电阴极

为了满足高频率、小型化真空微波器件的需求,寻找合适的阴极材料和激光系统,开展了用于微波真空电子器件的光阴极研究,提出了一体化的光电阴极制备方法,通过加热具有扩散阻挡层的发射物质存储室,提供受控的光电发射层,以代替活性物质蒸发损失,从而延长阴极的使用寿命,并可以从中毒、暴露大气过程中恢复。在超高真空系统内制备了Cs3Sb光电阴极,利用连续激光器测得其量子效率为0.145%(0.53μm),在能量为0.37W的连续激光照射下,测得发射电流密度达29.2m A/cm2。光电阴极在高强度的激光作用下被损坏后,重新加热激活,光电发射可以得到一定的恢复并长时间稳定,说明这种光电阴极具有可重复激活的特点,有望成为微波真空电子器件的理想电子源。     

锑钾铷铯光电阴极的特性研究

给出了 Sb—K—Rb—Cs 光电阴极的制备工艺。用两种方法测量了光电阴极的积分灵敏度、光谱响应、量子产额。测出了电导率与温度的关系,并获得了在0.4～0.7eV 时干扰电平的能量。     

超高真空条件下NEAⅢ-Ⅴ族半导体光电阴极的工艺与性能的研究

介绍对GaAs及1.25μm InGaAsPⅢ-Ⅴ族半导体光电阴极的激活工艺及其性能的初步研究结果。全部采用国产超高真空系统,真空度优于8×10~(-8)Pa。在真空系统中激活的GaAs(Cs,O)光电阴极的积分灵敏度约为550μA/lm,InGaAsP(Cs,O)光电阴极在1.06μm处的量子效率为0.4%。用2.06μm波长(禁带宽度E_(?)=1.25μm)、ns量级脉宽的Er,Tm,Ho:YLF激光作激发源在GaAs(Cs,O)光电阴极中实现了三光子光电发射。在液氮温度下测得的数据与室温下测得的数据相吻合,证明热发射相对于三光子光电发射可以忽略。     

光电阴极的研究进展

光电阴极的材料决定了光电发射的量子效率、暗发射电流和出射电子能量分布等重要性能。本文介绍各种类型的光电阴极发射材料,包括碱金属和半导体材料。其中重点介绍半导体材料中的多碱光电阴极和负电子亲和势(NEA)光电阴极,并对多碱光电阴极的制备流程及性能测试和影响NEA光电阴极量子效率等因素进行详细的分析。     

高量子效率碲化铯紫外日盲阴极研制

碲化铯(Cs2Te)阴极是紫外探测器的重要组成部分,其研究的时间较早,在某些紫外探测领域得到了良好应用。但是,同时具有高量子效率及良好日盲特性的阴极制备工艺还需要进一步探索。本文采用电子束蒸发镀膜在石英窗上制备金属Ni膜作为Cs2Te阴极的导电基底,用四探针测试仪、高阻计和分光光度计研究了薄膜的方块电阻和透过率关系。在超高真空系统中进行Cs2Te阴极制备,研究Te膜厚度对阴极量子效率的影响关系。用X光能量色散谱分析Cs2Te光电阴极的组分,研究Cs量与阴极日盲特性的影响关系。结果表明,最佳Ni膜厚度为1.0 nm,其电阻为107Ω/□左右,其紫外波段透过率高达80%;Cs2Te阴极的Te膜厚度为2.0nm时,光电阴极量子效率达12%;当Cs2Te阴极中Cs过量,其波长响应向长波方向延伸,Cs欠量,阴极量子效率降低。     

光电平板显示屏电子源的研制

光电平板显示屏对电子源发射均匀性的要求较高，而Cs3Sb的常规工艺不能满足要求，本文报告了制备均匀性较好的Cs3Sb电子源的基本过程和其光电特性的测试结果，目前，电子源的光电流还较小，但Cs3Sb膜的厚度均匀。经过微通道板的电流放大以及操作工艺的改进，预计该电子源可以在光电平板显示屏中使用。     

负电子亲和势GaN 阴极光电发射机理研究

GaN阴极中光电子的发射分为价带电子的激发、光生载流子的输运和载流子的发射3个阶段。分析了激发阶段GaN光电阴极中电子吸收入射光产生从价带到导带的跃迁过程和输运阶段导带中的光电子从体内到表面的扩散过程及发射阶段GaN阴极表面光电子的逸出过程;推导了Cs激活过程中到达阴极表面光激发电子的逸出几率公式;比较了仅用Cs激活和共用Cs/O激活过程中到达阴极表面光激发电子逸出几率的变化情况;结果表明:GaN阴极的光电发射为直接跃迁激发,输运阶段仅遭受电子-声子散射,表面光激发电子的逸出几率取决于激活程度,引入Cs是激活的必需因素,O的引入仅可小幅度提升光电发射效率;最后利用实验证实了Cs激活的充分性。     

n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极理论建模与仿真

场助光电阴极与通常的负电子亲和势光阴极相比,能显著延长长波阈值,因此在近红外光探测中有着广阔的应用前景。本文利用二维连续性方程建立了n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光阴极的电子发射模型。通过模型模拟得到了电子发射电流,并计算了外量子效率。分析了不同偏压下外延层的掺杂浓度和厚度对量子效率的影响,根据仿真结果及制备条件限制,确定了阴极外延结构的最佳参数:n-InP接触层的掺杂浓度为1×10¹⁹/cm³,厚度为0.2μm;p-InP发射层的掺杂浓度为2.2×10¹⁸/cm³,厚度为25 nm;p-InGaAs吸收层的掺杂浓度为5×10¹⁷/cm,,厚度为3μm。对电极和发射面的宽度进行了模拟,发射单元表面的宽度最佳范围为5～8μm,并分析了不同偏压下电极宽度和发射面宽度对量子效率的影响。为场助光电阴极的结构设计和应用提供了理论基础,有利于场助光电阴极的制备。n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极有效提高了发射电流效率,室温5 V偏压下外量子效率在1.55μm...     

窄脉冲状态下工作的新型光电阴极

利用新工艺制备的光电阴极具有面电阻小、对窄脉冲响应速度快、重复性好的优点。输出脉冲电压、脉冲宽度得到明显的改善。新工艺系在氧化铝基底上制备三碱光电阴极。为了改善其性能,氧化锡基底改为网格人。实测了网格光电阴极的脉冲性能。在氧化锡基底上再附加1～5层氧化锑就可以制作CsRbN_(a2)KSb光电阴极。获得了150～250μA/cm左右的灵敏度。     

透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照下的量子效率特性研究

研究了透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照两种工作模式下的光电发射特性差异及影响因素,并推导了这两种工作模式下的量子效率理论公式,利用所推导的公式对实验获得的GaN光电阴极量子效率曲线进行了分析。研究结果表明,两种工作模式下光电子的表面逸出几率与光子能量具有不同的依赖关系,背面光照下,光电子将以一个一致的表面逸出几率从表面发射出去,并且短波响应会受到缓冲层及界面特性的影响,总体光电发射效率依赖于阴极表面势垒所决定的平均电子逸出几率。利用所推导的量子效率公式对实验曲线进行拟合,可实现多个阴极参量的评估,这为透射式GaN阴极材料与制备工艺水平的分析提供了重要依据。     

变掺杂GaAs光电阴极的研究进展

从变掺杂阴极的结构种类、变掺杂GaAs光电阴极的光电发射机理、制备技术以及变掺杂结构对阴极性能的影响等方面介绍了当前国内研究变掺杂GaAs光电阴极的进展.目前该工作还处于起步阶段,理论研究还有待于进一步深入.开展变掺杂阴极研究是我国走自主创新道路、提高国内三代微光器件性能的有效途径.     

影响双碱光阴极量子效率的关键技术研究

K_2CsSb光阴极由于具备诸多优势而成为高亮度电子源的首选,应用于世界上许多大科学装置中。K_2CsSb光阴极的制备设备与制备工艺是世界上各大实验室的研究重点,本文系统研究了双碱光阴极制备过程中的关键问题,对影响双碱光阴极量子效率的重要因素,如基底种类,基底表面粗糙度,反应薄膜厚度,Cs激活工艺等方面都进行了研究,形成了一套稳定可重复的高性能双碱光阴极的制备工艺。     

MBE梯度掺杂GaAs光电阴极激活实验研究

本文首次利用分子束外延(MBE)生长了多种由体内到表面掺杂浓度由高到低的梯度掺杂反射式GaAs光电阴极材料,并进行了激活实验,结果表明,表面低掺杂浓度适中,外延层厚度2 μm～3 μm以及衬底为重掺杂p型GaAs的梯度掺杂GaAs光电阴极能够获得较高灵敏度.在优化激活工艺的条件下,梯度掺杂GaAs光电阴极获得了1798μA/lm的最高积分灵敏度,比采用同样方法制备的均匀掺杂GaAs光电阴极高30%以上.梯度掺杂GaAs光电阴极表面掺杂浓度较均匀掺杂的低,第一次给Cs时间较长,第一次Cs、O交替时要调整好Cs/O比,并在整个激活过程中保持不变.一个高量子效率梯度掺杂GaAs光电阴极的获得依赖于梯度掺杂结构和激活工艺两个方面的优化.