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.     

低温处理温度对GaAs光电阴极激活结果的影响

进行单晶基片和分子束外延(MBE)片两种GaAs(100)光电阴极材料高、低温激活实验,高温处理温度为600℃,低温处理温度分别为580℃、450℃和410℃,阴极每次激活后都利用多信息量测试系统在线测试了其光谱响应曲线。测试结果显示,单晶基片材料在这些温度下的低温激活,灵敏度都比高温提高了30%以上,而MBE外延材料的低温激活结果与低温处理温度有密切关系,在580℃低温处理下,阴极激活后的灵敏度比高温时降低了40.6%,当将低温处理温度降低到450℃,尤其是降低到410℃时,低温激活灵敏度则大幅提高了38.5%,此时阴极长波响应得到大幅提升,光谱响应曲线也最为平坦。分析造成上述现象的原因,可能与两种材料的掺杂元素和低温加热处理特性的不同有关。     

GaAs光电阴极p型掺杂浓度的理论优化

为了获得高量子效率的GaAs光电阴极,要求GaAs材料的电子扩散长度足够长,且电子表面逸出几率大,这对p型掺杂浓度提出了两个矛盾的要求,需要进行优化.本文建立了电子扩散长度与p型掺杂浓度的关系曲线,并计算了不同p型掺杂浓度下的电子表面逸出几率,在此基础上计算了不同阴极厚度的GaAs光电阴极的理论量子效率随掺杂浓度的变化曲线.计算结果表明,p型掺杂浓度在～6×1018cm-3时可获得最大量子效率,掺杂浓度对量子效率的限制随阴极厚度的增大而增大.     

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.     

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光电阴极原位光谱响应测试技术研究

阐述了ＧａＡｓ光电阴极的原位光谱响应曲线的测试原理,介绍了ＧａＡｓ光电阴极激活和评估系统,该系统可在ＧａＡｓ光电阴极激活过程中在线测试其在４００～１２００ｎｍ之间的光谱响应曲线,给出并分析了该系统对反射式ＧａＡｓ光电阴极的测试结果。结果表明,利用国产材料激活的ＧａＡｓ光电阴极已为负电子亲和势阴极。     

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     

真空度对MBE GaAs光阴极激活结果的影响

采用分子束外延(MBE)技术生长的GaAs光阴极材料,按照常规方法进行高-低温两步激活时,总是出现低温灵敏度比高温低的反常现象.研究中,当激活时的系统真空度从1×10~(-7)Pa提升到1×10~(-8)Pa时,发现结果能够重新出现低温灵敏度比高温灵敏度高30%的预期规律.此外,在系统真空度为10~(-7)Pa条件下,由于变掺杂材料的表面掺杂浓度较低,其出现光电流时的首次进Cs时间也较均匀掺杂材料长,而在真空度为约10~(-9)Pa条件下,这一情况也不再明显.初步分析造成该现象的原因,是与MBE材料的掺杂元素及其低温处理特性对真空度比较敏感有关.MBE阴极激活结果受系统真空度条件影响较大,因此对MBE变掺杂光阴极的制备工艺应随系统真空度条件不同而调整.     

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.     

GaAs和(Cs,O)/GaAs热处理工艺的XPS研究

用X射线光电子能谱(XPS)研究了GaAs(100)面基片的化学清洗、热净化、(Cs,O)激活后加热的处理效果。GaAs的氧化过程是:首先,As氧化为低价态,然后Ga被氧化,再就是As氧化为高价。确保样品从刻蚀清洗到超高真空环境中,表面Ga没有被氧化,就可在较低的温度热净化,获得As稳定的且原子级清洁的GaAs表面。净化后GaAs表面Ga含量越高,则(Cs,O)激活后形成氧化物越多,从而形成了界面势垒,使电子逸出概率降低。     

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。     

光阴极材料GaAs/AlGaAs的组分分析

为探索砷化镓光阴极的光电灵敏度的影响因素 ,利用X射线光电子能谱、二次离子质谱和电化学方法测试和分析了国内和国外GaAs光阴极材料GaAs/AlGaAs的C ,O含量和空穴浓度分布。实验发现 ,国内的材料在GaAs/AlGaAs界面及AlGaAs层的O含量分别为 7 6 %和 10 6 % ,C浓度分别为 5 2×10 18atoms/cm3和 1 0× 10 19atoms/cm3,而国外的材料的O含量相应为 1 0 %和 1 5%。国内的材料GaAs和AlGaAs层的空穴浓度分别为 7× 10 18～ 4× 10 19cm- 3和 8× 10 17cm- 3,而国外材料的相应值分别为 (1 8～ 2 0 )× 10 19cm- 3和 5× 10 18cm- 3。分析认为 ,层中及界面的C ,O杂质偏高和空穴浓度分布不尽合理使光电子扩散长度减小 ,后界面复合增大 ,导致了光电灵敏度下降。     

多碱光电阴极多信息量测试技术研究

阐述了多碱光电阴极的单色光反射比、单色光电流和光谱响应曲线的测试原理 ,这些参量的获得对分析、指导阴极工艺是很有价值的。介绍了多碱光电阴极多信息量测试系统 ,该系统可在多碱光电阴极制备过程中在线测试、处理多碱阴极的单色光反射比、单色光电流和光谱响应曲线等参量 ,还给出并分析了在该系统应用于玻璃阴极实验管制备过程中的测试结果     

微光管大面积GaAs负电子亲合势光电阴极(NEA)光谱特性测试与分析

结合微光管研制,对大面积GaAs与玻璃粘接制备的透射式光电阴极的光谱特性进行在线测试,并对测试结果进行了分析讨论。依据光谱特性的变化,分析了影响阴极发射性能的根源。当激活工艺稳定状态下,光谱性能差是因GaAs发射层表面氧化,受碳污染及玻璃粘接应力过大等因素造成。通过对发射层表面处理技术研究,确定了阴极制备工艺,制成了管内阴极灵敏度为1400μA/lm的NEA光电阴极和主要性能合格的微光管,使微光管研究有了突破性进展。