NEA GaN和GaAs光电阴极的比较

针对GaN基光电阴极激活过程中Cs-O交替存在的光电流的增幅问题,本文主要比较了GaN和GaAs材料性质、表面结构以及激活过程中光电阴极的光电流。发现GaN的熔点高于GaAs,在制备GaN基光电阴极时则需要更高的热清洗温度;如果用双偶极子模型描述GaN(1000)和GaAs(100)表面的光电发射机理,GaN(1000)表面Cs原子与O原子形成第二偶极矩O-Cs,几乎"平躺"在表面,对光电发射贡献不大;GaAs(100)表面Cs原子与O原子形成第二偶极矩O-Cs几乎"垂直"于表面,降低了表面功函数,对光电发射贡献很大;Cs-O激活过程中,对于GaAs光电阴极,Cs、O交替过程形成的光电流与单纯Cs激活时的光电流相比,有几倍甚至上百倍的增长;GaN只提高了20%左右。通过第一性原理计算,与现在的GaN基(1000)面相比,GaN基的(11 2 0)和(10 1 0)面是极具潜力的光电发射面;预计闪锌矿GaN基(100)面会取得更好的结果。     

GaN光电阴极测试与评估技术研究

GaN光电阴极的制备成功与否需用科学手段加以评估.在GaAs光电阴极多信息量测试系统的基础上,增设紫外光源,并对评估软件重新加以编写,设计出GaN光电阴极测试评估系统.利用该系统测试了GaN光电阴极在制备过程中的Cs源电流、O源电流、光电流和激活室真空度等多个信息量,并利用激活后的光谱响应对阴极进行了评估,实现了对GaN光电阴极性能的客观评价.     

GaN与GaAs NEA光电阴极稳定性的比较

利用自行研制的光电阴极激活评估实验系统,对激活后的反射式GaN及GaAs光电阴极进行了稳定性测试,获得了Cs/O激活一段时间后阴极随时间变化的光谱响应,通过计算得到量子效率曲线.结果表明:激活结束后GaN灵敏度可以在较长时间内保持稳定,而后缓慢衰减.而GaAs光电阴极的光电流随时间近似呈指数衰减.结合阴极表面双偶极层结构以及表面化学成分,分析原因主要是:两种阴极表面进行Cs/O激活后形成的双偶极子的结构不同、衰减过程中双偶极层化学成分变化方式不同决定.GaN光电阴极激活后cs以复杂氧化物存在,更加稳定,灵敏度的衰减主要是由未分解的氧引起,而GaAs灵敏度下降的原因主要是表面双偶极层中的Cs极易脱附,影响其稳定性.     

梯度掺杂结构GaN光电阴极的激活工艺研究

利用自行研制的光电阴极多信息量测试评估系统,在线测试了梯度掺杂结构GaN光电阴极在激活过程中的光电流、Cs源电流和O源电流。根据激活后的阴极光谱响应曲线和量子产额曲线,分析了超高真空室真空度、激活前的阴极表面净化程度、激活中首次进Cs量、激活中的Cs/O比以及Cs/O源在激活中的供给方式等对阴极激活的影响,提出了梯度掺...     

NEA GaN光电阴极的制备与评估

对GaN的结构性质进行了介绍,研究了NEAGaN光电阴极的制备方法,利用MOCVD生长了P型掺杂浓度为1.6×1017cm-3发射层厚度150 am的GaN样品,在进行了GaN表面净化处理得到原子级清洁表面后,在超高真空系统中对GaN光电阴极进行了Cs/O激活,获得了NEAGaN光电阴极.利用实验室制备的多信息量测试系...     

NEAGaN光电阴极第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似投影缀加平面波方法,在六方结构GaN结构优化的基础上,计算了GaN(0001)A面吸附Cs后功函数变化,指出吸附系统表面形成了一个有效的GaN－Cs电偶极子层,降低了原本的GaN表面势垒,形成更加有利于电子逸出的外光电发射效应特性。接着图示吸附Cs、O后的电子结构,指出吸附原子和衬底之间的键合。六方结构GaN材料的光学性质通过Kramers-Kronig 关系得出。根据GaN的介电函数谱,得出了254nm光波长下以GaN为激活层材料的反射式光电阴极在不同少子扩散长度下的内量子效率。计算结果表明六方结构GaN(0001)A面是可见光盲光电阴极的优良发射表面,且254 nm处的量子效率可达到60%,远大于碱金属卤化物紫外光电阴极。     

GaAs光电阴极多信息量测试系统设计

为了优化GaAs光电阴极制备工艺,设计了一个用于GaAs光电阴极制备过程监控的多信息量测试系统.系统采用了先进的现场总线技术,可在线测试阴极加热净化过程中真空度随温度的变化曲线,阴极激活过程中光电流、真空度、Cs源和O源电流的变化曲线,以及阴极激活后的光谱响应曲线.光电流测试精度可达1 nA,光谱响应曲线测量范围在400～1 000 nm.利用该系统对阴极制备过程进行了监测,并给出了测试结果.     

Ⅲ-Ⅴ族半导体NEA光电阴极智能激活测试系统设计及应用研究

Ⅲ-Ⅴ族半导体负电子亲和势(NEA)光电阴极智能激活测试系统是为研究、制备NEA光电阴极材料提供的一个多信息实验数据自动采集和处理平台.它的亮点在于:在该系统上不但能完成GaAs NEA光电阴极激活,而且能进行GaN NEA.光电阴极激活的研究.其使用波长范围已从初级研究的400～1000nm延展到了200～1000n...     

高真空系统气体成分对GaAs光电阴极稳定性的影响

GaAs光电阴极以其量子效率高、光谱可调等优点广泛应用于微光夜视领域,尤其以高积分灵敏度的特性区别于多碱光电阴极,而GaAs光电阴极负电子亲合势的特性是通过Cs,O激活实现的,但是激活结束后,负电子亲合势的维持受诸多因素影响,如激活源、激活方式、气体氛围等。为了探究超高真空系统中影响GaAs光电阴极稳定性的因素,开展了GaAs光电阴极的激活实验和稳定性实验,对激活光电流曲线与腔室气体成分进行了监测,实验结果表明,在真空度优于1×10?6 Pa的高真空系统中,影响其稳定性的是腔室中的气体成分,其中对稳定性影响最大的是H₂O,真空系统中H₂O分压的增加会导致GaAs光电阴极的Cs,O激活层迅速破坏,光电发射能力急剧下降。     

光谱响应在线测试仪的研制与应用

基于光电阴极光谱响应测试原理,研制了光谱响应在线测试仪,经多次实验验证,准确度达到1 nA,完全能够检测出NEA激活过程中产生的微弱光电信号,且具有良好的重复性.利用该光谱响应测试仪,成功实现了激活台内负电子亲和势(NEA)光电阴极激活过程中的光谱响应在线测试,获得了光谱响应曲线,并将其转换成阴极的量子产额曲线.通过曲线拟合方法计算出反映阴极性能的重要参数,得到了大量的阴极信息,弥补了依靠光电流监控阴极信息的不足.     

Theoretical study of cesium and oxygen activation processes on GaN (0001) surface

The structure properties and work function of reflection-mode GaN photocathodes are investigated by using first-principles calculation within density-function theory (DFT). Seven different GaN (0001) (1×1) surface models are used in this paper to simulate cesium and oxygen activation process. Before starting the surface models calculations, clean bulk GaN surface is first optimized, when compared with the models before optimization, the correctness of the calculations method is verified. Next, change of work function of different surface models caused by adsorption is calculated and analyzed, the results show that over-cesiuminizd atmosphere is not only benefit for work function declining but also conductive to the formation of negative electron affinity (NEA), the optimal ratio of Cs to O for activation is between 3:1 and 4:1, excess Cs or O modules increase the work function and undermine the photocathode. Then a series of experiments are performed to verify the calculation results. First of all, NEA GaN photocathode activation and evaluation system is established, “yo-yo” activation method is verified. Then, an activation experiment is performed on high quality p-type Mg-doped reflection-mode GaN substrate grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), the photocurrent is controlled and monitored by multi-information on-line monitoring system, the results are consistent with our calculation models. Finally, combined with the data provided by Stanford University, schematic energy band variation of the GaN photocathode after only-Cs and Cs/O activations is given. Our result opens the possibility to engineer the activation properties of GaN photocathode.     

负电子亲和势氮化镓光电阴极

负电子亲和势GaN光电阴极在紫外探测技术领域具有诱人的应用前景.本文在介绍和分析负电子亲和势GaN光电阴极的特点、工作原理及其能带结构的基础上,设计了GaN外延材料的结构和阴极制作工艺.指出负电子亲和势GaN光电阴极制备的关键在于材料的生长、与输入光窗的融焊、衬底的减薄及彻底的去气处理和超高真空状态下的铯、氧激活.     

ZnO薄膜在微光像增强器中的潜在应用

ZnO 薄膜是一种新型的宽带隙透明氧化物薄膜材料,具有优良的物理和化学特性。在微光像增强器中具有多方面的潜在应用。通过对ZnO 材料晶格参数等的研究, 发现可以作为制备高质量GaN 紫外光电阴极的缓冲层。通过对ZnO 能带的研究,发现ZnO 本身还可以独立的作为负电子亲和势光电阴极材料,一旦p 型ZnO 制备获得成功,将更有利于形成负电子亲和势光电阴极。此外,采用蒙特卡罗模拟的方法发现ZnO 薄膜比传统的Al2O3 防离子反馈膜对碳等正离子具有更强的阻挡作用,有可能取代Al2O3 薄膜用于制备三代微光器件防离子反馈膜。ZnO 薄膜还具有较高的二次电子发射系数和适合的电阻率,可以用来制备Si 微通道板打拿极。     

Application of negative electron affinity materials to imaging devices

Recent advances in materials technology, activation technology, and device technology have brought to fruition practical imaging devices utilizing NEA photoemitters. This paper describes the characteristics of proximity-focused image tubes utilizing large-area semitransparent, single-crystal III-V photocathode structures. Since the spectral response of the photocathode is determined by choice of the material used as the photoemitting layer, specific choices allow optimization for specific applications; e.g., laser illuminators. The material selection criteria and methods of fabricating the photocathode material structure will be discussed. The use of NEA materials allows the separation of the bulk photocathode material from other tube processing variables and has allowed a high degree of reproducibility from device to device. Specific device characteristics to be included in this discussion are resolution, stability of the photocathode during operation, and photocathode spectral data.     

Roles of cesium and oxides in the processing of gallium aluminum arsenide photocathodes

The roles of cesium (Cs) and oxides in the processing of gallium aluminum arsenide (GaAlAs) photocathodes have been investigated. The Cs/O activation, Cs/O reactivation and degradation experiments are performed on GaAlAs photocathode. The activated photocurrent, degraded photocurrent and quantum efficiency curves are measured using a self-developed multi-information measurement system. We use the quantum efficiency formula to fit the experimental quantum efficiency curves, and obtain the performance parameters of the photocathode. The results show that the oxide gases play an important role in the degradation of the photocathode, and the Cs atoms could react with the oxides on the degraded surface and the residual oxide gases. Besides, the quantum efficiency of the degraded GaAlAs photocathode could be restored to a good level after Cs/O reactivation.     

梯度掺杂GaN光电阴极的光谱响应测试与分析

用光谱响应测试仪得到了反射式梯度掺杂GaN光电阴极在激活和衰减过程中的光谱响应曲线,发现此曲线不断发生变化。在激活过程中光谱响应不断提高,且长波响应提高较快;衰减过程中光谱响应不断下降,长波响应下降得更快。结果表明：光谱响应曲线的变化与光电阴极高能光电子的逸出有关。GaN光电阴极发射的电子能量分布随入射光子能量升高而向高能端偏移,阴极表面势垒形状的变化对低能光激发电子的影响更大,导致光谱响应曲线随入射光波长改变而产生了不同的变化。