GaAs光电阴极智能激活研究

研制了一套基于计算机控制的GaAs光电阴极智能激活系统,该系统可在计算机控制下严格按照标准工艺对GaAs光电阴极进行智能激活,并可在线测量阴极的光谱响应曲线.利用该系统分别进行了智能激活和人工激活实验,采集了激活过程中的光电流变化曲线,分析发现,和智能激活过程相比,由于人工激活过程出现了误操作,相邻光电流峰值间的差值下降很快,Cs、O交替的次数也较少.人工激活过程中Cs、O交替6次,光电流最大值为43μA,激活后GaAs光电阴极的积分灵敏度为796μA/lm.智能激活过程中Cs、O交替9次,光电流最大值为65μA,激活后GaAs光电阴极的积分灵敏度为1100μA/lm.     

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.     

Cs、O激活方式对GaAs光电阴极的影响

利用自行研制的GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统,比较了不同Cs、O激活方式下GaAs光电阴极的激活过程、光谱响应特性以及稳定性的差异,发现与传统的Cs源、O源交替断续激活方式相比,Cs源持续,O源断续的激活方式能获得灵敏度更高和稳定性更好的阴极,且阴极的长波响应能力也得到提高.本文利用双偶极层模型对实验现象进行了解释,认为Cs在整个激活过程中处于轻微过量状态有利于获得高性能的GaAs光电阴极,Cs量控制是决定GaAs光电阴极激活工艺好坏的主要因素.     

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。     

用变角XPS定量分析研究GaAs光电阴极激活工艺

用变角X射线光电子能谱 (XPS)技术分析了GaAs光电阴极的激活工艺 ,定量计算了阴极表面激活层和界面氧化层的厚度和组成。界面氧化物是由于O原子穿过激活层 ,扩散到GaAs与 (Cs,O)激活层的界面上而形成的。导入过量O会增加O GaAs界面层的厚度 ,而对 (Cs,O)激活层厚度影响较小。在激活过程中 ,严格控制和减少每次导入的O量是减少界面氧化层厚度 ,提高灵敏度的重要途径。在第一步激活后的阴极样品 ,通过较低温度的加热和再激活 ,能获得比第一步高出 30 %的光电灵敏度的原因是较低温度加热减少了界面氧化层的厚度和界面势垒     

NEA光电阴极的性能参数评估

利用自行研制的动态光谱响应测试系统直接实现NEA光电阴极的光谱响应在线测试,并对光谱响应曲线进行曲线拟合,间接实现了电子表面逸出几率、扩散长度、后界面复合速率及积分灵敏度的评估。对(Cs,O)激活的GaAs反射式光电阴极进行了性能参数评估,给出了测试结果。     

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。     

用变角XPS定量分析研究GaAs光电阴极激活工艺

用变角X射线光电子能谱（XPS）技术分析了GaAs光电阴极的激活工艺，定量计算了阴极表面激活层和界面氧化层的厚度和组成。界面氧化物是由于O原子的穿过激活导，扩散到GaAs与（Cs，O）激活层的界面上而形成的，导入过量O会增加O－GaAs界面层的厚度，而对（Cs,O）激活层厚度影响较小，在激活过程中，严格控制和减少每次导入的O量是减少界面氧化层厚度，提高灵敏度的重要途径，在第一步激活后的阴极样品，通过较低温度的加热和再激活，能获得比第一步高出30％的光电灵敏度的原因是较低温度加热减少了界面氧化层的厚度和界面势垒。     

GaAs光电阴极制备过程中多信息量测试技术研究

研制了一套基于现场总线技术的GaAs光电阴极多信息量测试系统，该系统可在线测试和保存阴极制备过程中的大部分信息量，如激活系统的真空度、阴极光电流、光谱响应曲线、Cs源和O源电流等。实验测试了GaAs光电阴极加热净化过程中真空度随温度的变化曲线，分析发现，高温净化时有几个真空度下降较快的区域，为160℃～280℃、400℃～500℃、570℃～600℃，分别是由于．AsO的脱附和水分的蒸发、As2O3分解和Ga2O脱附、GaAs和Ga2O3的分解所致，低温净化真空度在370℃后下降较快，这是由于吸附在阴极表面的Cs脱附速度加快造成的。实验还测试了激活过程中多种信息量的变化，发现了真空度和光电流随Cs源和O源电流的变化规律，这些大大方便了对激活工艺进行深入细致的分析研究。     

NEA GaN和GaAs光电阴极激活机理对比研究

本文结合激活过程中光电流变化规律和成功激活后阴极表面模型,研究了NEA CaN和GaAs光电阴极激活机理的异同.实验表明:NEA CaN激活过程中光电流不象GaAs那样按近似指数规律的包络慢速循环上升,而是在约1min之内就可达到峰值,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大,NEA特性仅在Cs激活时即可获得.GaAs光电阴极激活过程中O的引入是获得NEA特性的必要条件,也是真空能级下降的重要转折点,O引入后光电流幅值有较大幅度的增长.采用双偶极层模型可以解释GaN和GeAs光电阴极Cs/O激活后表面势垒的降低,但偶极层在降低表面势垒的程度方面有较大差异,CaN光电阴极降得更低.     

（Cs,O）／GaAs热退火的变角XPS定量研究

用变角X射线光电子能谱(XPS)技术分析了GaAs光阴极的表面及其在热退火后的效应,首次定量地计算了(Cs,O)/GaAs系统的表面(Cs,O)层和界面(Ga,As)弛豫层的厚度和组分.(Cs,O)/GaAs系统在625～650℃的热退火后,(Ga,As)驰豫层厚度减薄,Ga,As的原子浓度增大;且消除了O与As的化学连接.     

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。     

氧化物阴极在激光作用下的电子发射

在自由电子激光器中，高亮度的电子束是不可缺少的。为此，人们采用各种类型的激光驱动光电阴极、一些热阴极和场致发射阴极作为电子源。对于激光驱动的光电阴极来讲，很好的光电发射灵敏度和很高的稳定度往往是不可兼得的。为了寻求两者之间一种较为妥善的折衷，研究了将常用的热阴极——氧化物阴极的一种（BaO，SrO，Al）——作为激光驱动的电子源的可行性。实验结果表明，激活良好的氧化物阴极在波长为0．53μm或1．06μm的激光脉冲作用下都有明显的电子发射。结果证明，如果认为氧化物阴极中埋藏有钡超微粒子，则能很好地解释其对长波激光的响应。     

激光驱动光电阴极的研究进展北大核心CSCD

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Na2KSb光电阴极、Cs3Sb光电阴极、K2CsSb光电阴极和Cu光电阴极。其中对Na2KSb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Cs3Sb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Cs3Sb光电阴极的改良进行了总结;对于K2CsSb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。     

反射式GaAs光电阴极的热增强光电发射能量转换理论研究北大核心CSCD

热增强光电发射是一种新的太阳能转换技术,它可以将光电发射和热电发射结合到一个过程中。本文在细节平衡条件下对光子增强热电子发射进行了理论计算,并给出了反射式GaAs光电阴极的增强热电子发射电流密度和能量转换效率。计算结果表明,阴极的电子亲和势增高会降低发射电流密度,提高输出电压,影响能量转换效率。当电子亲和势为负时,平台期能量转换效率约为15%,当电子亲和势为正时,能量转换效率可以超过25%。实验测得反射式GaAlAs/GaAs真空光电二极管的光电发射过程随温度提高而增强,在短波段更为明显。若以低功函数金刚石薄膜为阳极,可计算其能量转换效率约为2.7%,并随温度提高而略有提升。     

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.     

负电子亲和势光电阴极评估技术研究

阐述了负电子亲和势(NEA)光电阴极的评估原理,用NEA光电阴极的量子产额理论曲线对测试获得的实验曲线进行拟合,可以获得光电阴极的表面逸出概率、载流子扩散长度和后界面复合速率等参数.介绍了NEA光电阴极激活和评估系统,利用该系统对国产的反射式GaAs基片进行了激活和评估,文中给出并分析了测试结果.     

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。     

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...     

负电子亲和势光电阴极评估技术研究

阐述了负电子亲和势（NEA）光电阴极的评估原理,用NEA光电阴极的量子产额理论曲线对测试获得的实验曲线进行拟合,可以获得光电阴极的表面逸出概率、载流子扩散长度和后界面复合速率等参数。介绍了NEA光电阴极激活和评估系统,利用该系统对国产的反射式GaAs基片进行了激活和评估,文中给出并分析了测试结果。