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。     

（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.     

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。     

ZnSe光学薄膜对GaAs表面特性的影响

GaAs基半导体激光器芯片在空气中解理后,解理腔面会被空气氧化形成腔面缺陷,在腔面形成的缺陷严重影响了器件的寿命.用GaAs衬底表面模拟半导体激光器的解理腔面,研究了不同的光学薄膜对GaAs表面特性的影响.研究结果表明暴露在大气中的GaAs表面会形成Ga2O3、As2O3和As2O5缺陷.在表面镀含氧光学膜的GaAs表面上会形成少量Ga2O3缺陷,不形成As2O3和As2O5缺陷,在表面镀ZnSe光学薄膜的GaAs表面没有形成Ga2O3缺陷,也没有形成As2O3和As2O5缺陷.在GaAs表面上蒸镀ZnSe光学薄膜能有效地抑制GaAs表面缺陷的形成,提高半导体激光器的寿命.     

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     

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基片高温加热清洗过程中残气脱附的研究

为了优化GaAs基片的加热清洗工艺,获得原子级清洁表面,用四极质谱仪研究了GaAs基片高温加热清洗过程中常见气体及Ga、As元素的脱附规律.研究结果表明:常见气体(H2、H2O、N2、CO、CO2、Ar、CxHyOz)在100℃左右开始大量脱附;Ga、As元素主要以单质和氧化物的形态脱附,其脱附的温度存在两个峰值,分别是300℃和600℃;研究还发现真空环境中某些常见气体的含量会影响到Ga、As元素的脱附形式,当H2含量较高时,一部分As会以AsH3的形态脱附,当H2含量较低时,As基本以单质的形态脱附.经过多次实验及对实验结果的分析,最终确定了高温加热清洗的升温曲线及加热清洗的最高温度,获得了较为理想的原子级清洁表面.     

Fe／GaAs（100）界面构成和电子态的同步辐射研究

利用同步辐射光电子能谱技术详细研究了Fe/GaAs(100)的界面反应和电子结构，在界面处，Fe与As形成稳定的化学键，而Ga则溶解到Fe薄膜中形成合金，但反庆只能在界面处发生，形成窄的反应层，Fe沉积后改变了GaAs表面的电存在As和Ga的扩散现象，同步辐射价带变也证实了这一点。     

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.     

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.     

碱金属Cs和Na与GaAs(100)界面相互作用的光电子能谱研究

用光电子能源谱技术（XPS和UPS）研究了金属Cs和Na与GaAs（100）的界面形成。实验结果表明，Cs和Na吸附在GaAs（100）表面时，衬底As向外扩散，形成混合相。在Na吸附的表面，As扩散程度比Cs吸附的表面大。随着复盖层厚度增加，吸附层开始金属化。     

GaAs/GaAlAs光阴极的XPS深度剖析

GaAs光阴极是一种高性能光阴极,它由GaAs/GaAlAs外延片和玻璃基底粘接而成.为了了解外延片的元素深度分布和各层的均匀性,利用X射线光电子能谱和Ar离子刻蚀来进行深度剖析.结果表明,由于送样过程中曾短暂暴露大气,因而GaAs光阴极表面吸附有少量C、O污染,并且GaAs表层被氧化;GaAs层中的Ga、As元素含量非常均匀,约为3∶2,富Ga;而G aAlAs层中的Ga、Al和As含量比约为1∶1∶2,Ga略少于Al,但稍大于Ga0.42Al0.58As的比例.Ar离子枪采用3kV、1μA模式,刻蚀面积1 mm×1 mm,结合C-V测试得到的各层厚度数据,可以计算出该模式下各层的刻蚀速率,GaAs层的刻蚀速率约为1.091 nm/s,而GaAlAs层约为0.790 nm/s,并且推算出GaAs的溅射产额为4.00,GaAlAs的溅射产额为2.90.     

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/p-GaAs(100)表面的变角XPS研究

在实验数据的基础上 ,采用变角XPS分析表面层状结构的计算程序 ,应用了新算法 ,使该程序能快速可靠地计算多层多种组分的含量和层厚度。计算了Cs吸附在清洁p GaAs(1 0 0 )表面上的Cs层覆盖率及弛豫层的厚度和组分。在Cs/GaAs达到峰值光电发射时 ,Cs覆盖率为 0 71个单层 ,Ga与As弛豫层厚度为 2 3个单层 ,Ga相对As轻微富集。     

MBE生长GaAs薄膜表面形貌的RHEED图样研究

本文通过在GaAs(100)单晶衬底上MBE生长GaAs过程中形成的RHEED衍射图样,对GaAs薄膜的表面形貌进行研究。分析GaAs表面粗糙和生长时不发生RHEED强度振荡的原因。讨论在生长GaAs时出现In(Ga)As/GaAs(100)体系的RHEED衍射图样这种异常现象的原因。     

热处理GaAs表面氧吸附研究

采用俄歇电子谱研究了热处理GaAs(110)表面与氧的相互作用。热处理GaAs表面吸附氧后,Ga俄歇峰向低能移动表明氧与表面Ga原子形成化学键。通过氧俄歇峰强度与氧暴露量的关系和吸附动力学分析,我们得知740℃热处理表面和清洁解理表面上吸附氧的俄歇信号变化相同,其饱和绝对覆盖量θ_s为0.5单原子层,若热处理温度提高到825℃时,θ_s为1个单原子层,即提供了更多的吸附位置,然而不同温度热处理GaAs(110)表面的氧吸附速度却没有变化并与金属Ga氧吸附速度相同,因此被激励的氧束缚在GaAs(110)表面的Ga原子上。     

稀土金属Tb在GaAs(100)表面的吸附及其界面形成的研究

利用同步辐射光电子能谱技术研究了Tb/GaAs(10 0 )界面的吸附过程和界面形成。通过对价带谱及高分辨率的Ga,As芯能级谱的研究表明 ,在较低的覆盖度下 (<0 2nm) ,Tb与GaAs衬底的反应很弱 ,形成较突变的金属 /半导体界面。当Tb的覆盖度增加时 ,As 3d和Ga 3d的表面发射峰很快消失 ,Tb与衬底发生反应 ,置换出Ga而与As形成化学键。同时Ga原子会向Tb薄膜内扩散并偏析到表面 ,而Tb As化合物只停留在界面附近区域。当Tb淀积到 0 6nm时 ,Tb膜金属化。     

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.     

Fe/GaAs(100)界面构成和电子态的同步辐射研究

利用同步辐射光电子能谱技术详细研究了Fe/GaAs(100)的界面反应和电子结构。在界面处,Fe与As形成稳定的化学键,而Ga则溶解到Fe薄膜中形成合金,但反应只能在界面处发生,形成窄的反应层。Fe沉积后改变了GaAs表面的电子结构,重新钉扎了费米能级位置,引起费米能级向价带顶移动0.27eV。另外,Fe的生长模式在沉积过程中发生改变,而且存在As和Ga的扩散现象,同步辐射价带谱也证实了这一点。     

不同Ⅴ/Ⅲ束流比对GaAs(001)面重构相的影响

GaAs表面在不同的Ⅴ/Ⅲ束流比下会呈现不同的表面重构相。本文通过改变As4 BEP和Ga BEP的束流强度,获得不同As4 BEP和Ga BEP束流比下GaAs(001)从富Asβ2(2×4)重构相转变成富镓β2(4×2)重构相的RHEED衍射图样,然后利用球棒模型对衍射图样进行解释。