国外GaAs光电阴极光谱响应特性比较与分析

对国外标准三代、高性能三代、超三代和四代GaAs光电阴极进行了光谱响应曲线比较.结果显示,GaAs光电阴极的积分灵敏度、响应的截止波长、峰值响应和峰值位置存在明显差异.曲线拟合结果表明国外GaAs光电阴极的后界面复合速率较低,表面逸出几率和电子扩散长度从标准三代到四代不断提高,这些性能的改善导致了GaAs光电阴极灵敏度的提高.     

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.     

高温激活的变掺杂GaAs光电阴极研究

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,而这两个参数都要受到P型掺杂浓度的限制。经过对由体内到表面掺杂浓度由高到低的变掺杂GaAs光电阴极进行比较深入的激活实验和光谱响应理论研究,实验结果显示,适当的表面掺杂浓度GaAs光电阴极材料,在高温激活结束后获得了较高的灵敏度和较好的稳定性。根据实验结果和反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率理论预测曲线,对变掺杂GaAs光电阴极材料掺杂结构提出了进一步优化的思路。研究表明,变掺杂GaAs光电阴极将成为发展我国高性能GaAs光电阴极的一项重要途径。     

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\     

透射式GaAs光电阴极研究

介绍了透射式GaAs光电阴极部件的制作技术和Cs、O激活机理;对Cs、O激活的GaAs光电阴极测试结果进行了分析,并指出了存在的问题和原因;讨论了提高GaAs光电阴极灵敏度的重要途径;提出了GaAs光电阴极灵敏度提高的技术方法以及进一步研究的方向.     

Na2KSb光电阴极与GaAs光电阴极比较研究

测量了三代像增强器和超二代像增强器的阴极光谱反射率,结果表明在500~800 nm波长范围内,GaAs阴极的平均光谱反射率仅为6.5%,而Na2KSb阴极的平均光谱反射率却高达22%.采用减反技术之后,Na2KSb阴极的平均光谱反射率降为10%,与GaAs阴极相比还有一定的差距,因此还有进一步改进和提高的空间.测量了三代像增强器和超二代像增强器光电阴极的荧光谱,结果表明在785 nm波长激光的激发条件下,GaAs阴极的荧光谱峰值波长与Na2KSb阴极的荧光谱峰值波长基本相同,但荧光谱半峰宽和峰值强度却区别很大.说明GaAs阴极和Na2KSb阴极在吸收785 nm波长光子后,所激发的电子跃迁的能级基本相同,但跃迁电子的数量区别却很大.GaAs阴极荧光谱的半峰宽较窄,说明GaAs阴极的晶格较Na2KSb阴极的晶格更完整.当Na2KSb阴极的膜层厚度从180 nm变为195 nm之后,由于跃迁电子距真空界面的距离增大,因此导致短波的量子效率减小.尽管膜层厚度加厚,长波光子的吸收更充分,但因受到电子扩散长度的限制,长波量子效率仅仅略有增加.这说明Na2KSb阴极的电子扩散长度远远小于GaAs阴极的电子扩散长度.GaAs阴极表面吸附 Cs-O 层之后,表面电子亲和势会降低,而多碱阴极表面吸附 Cs-Sb 层之后,不仅表面电子亲和势会降低,而且跃迁电子的能级会提高,跃迁电子的数量也会增加,这说明多碱阴极在进行表面 Cs 激活之后,阴极膜层内部的能带结构发生了变化.所以要提高多碱阴极的灵敏度,除了要控制好表面的Cs激活工艺之外,还需要控制好Na2KSb基础层的结构.只有一个结构良好的Na2KSb基础层,在Cs激活之后,能带结构的变化才会有利于跃迁电子能级的提高.     

透射式GaAs光电阴极荧光谱特性研究

测量了透射式GaAs光电阴极四层、二层结构组件和三代像增强器光电阴极的荧光谱。激发光的波长分别为514.5 nm和785 nm。测量结果表明,GaAs外延层荧光谱的峰值波长较GaAs衬底荧光峰值波长长。当 GaAs 阴极四层结构组件变为二层结构组件时,GaAs 发射层的荧光谱峰值波长向长波方向移动。将 GaAs 阴极二层结构组件减薄激活之后,GaAs 阴极发射层的荧光谱峰值波长向短波方向移动。三代像增强器GaAs阴极组件在制作过程中荧光谱峰值波长变化的原因主要是GaAs发射层内部晶格存在应变,因此当四层GaAs阴极组件变为二层GaAs阴极组件之后,由于GaAs发射层内部晶格应变状态的变化,致使荧光谱的峰值波长向长波方向移动。当二层GaAs阴极组件经过减薄、热清洗和激活之后,由于GaAs发射层内部应力的释放,应变在一定程度上得到消除,因此GaAs发射层的荧光谱峰值波长又向短波方向移动。通常情况下,GaAs 材料的荧光谱是一条高斯型的曲线,但对三代管GaAs阴极组件而言,当GaAs发射层中存在不均匀的晶格应变时,其荧光谱曲线在峰值附近会出现不规则的形状,而当不均匀的晶格应变消除后,荧光谱曲线会恢复到正常的形状。所以GaAs 发射层中存在的应变会通过荧光谱反映出来,这样在 GaAs 光电阴极的制作过程中,除了通过测量积分光荧光来评价GaAs光电阴极的制作过程之外,还可以通过测量GaAs光电阴极荧光谱的峰值波长变化来监控GaAs光电阴极的制作过程。     

变掺杂GaAs光电阴极吸收系数的表征

确定阴极材料的光子吸收系数,是开展变掺杂GaAs光电阴极光电发射性能理论研究的重要条件之一。分析了变掺杂阴极的结构特点,提出了材料等效光子吸收系数的概念,并给出了等效光子吸收系数的计算方法。设计了变掺杂阴极样品并进行了阴极Cs、O激活实验,理论计算了材料的等效光子吸收系数并对激活后的阴极量子效率进行了拟合仿真,拟合曲线同实验曲线非常一致,证明了该计算方法的有效性。     

S25系列光电阴极的光谱响应特性研究

根据多碱光电阴极的光谱响应理论表达式，对Ｓ２５系列阴极的光谱响应曲线进行了理论模拟，得到了这些阴极的有关特性参数，并通过模拟结果的分析，揭示了Ｓ２５系列阴极，特别是Ｓｕｐｅｒ Ｓ２５，具有良好性能的内在机理和可能采用的工艺处理方法。     

透射式GaAs光电阴极时间分辨特性研究

时间分辨特性是GaAs光电阴极应用于泵浦探测等领域的一种极为重要的性能参量。采用矩阵差分求解光电子扩散模型的方式计算了光电子连续性方程和出射光电子流密度方程，发现影响GaAs光电阴极时间分辨特性的因素包括GaAs/GaAlAs后界面复合速率、GaAs电子扩散系数和GaAs激活层厚度，之后较为系统地研究了这三种物理因素对GaAs光电阴极时间分辨特性的影响。研究结果表明，GaAs电子扩散系数和GaAs/GaAlAs后界面复合速率与光电阴极的响应速率存在非线性正比关系，且随着两者的增大，GaAs光电阴极将出现饱和响应速率。激活层厚度对GaAs光电阴极响应时间的影响最大，通过激活层厚度的适当减薄可以将GaAs光电阴极的响应时间缩短至20 ps，可满足绝大多数光子、粒子探测的快响应需求。该研究为快响应GaAs光电阴极的实验和应用提供了必要的理论支撑。     

指数掺杂透射式GaAs光电阴极表面光电压谱研究

通过求解一维稳态少数载流子扩散方程,推导了指数掺杂和均匀掺杂的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了发射层厚度相同、掺杂结构不同的两款透射式阴极材料。通过表面光电压谱实验测试和理论拟合发现指数掺杂结构在发射层厚度和后界面复合速率相同的情况下能够有效提高阴极电子扩散长度,这主要由于内建电场能够促使光生电子通过扩散和电场漂移两种方式向表面运动,从而最终提升阴极的发射效率和表面光电压谱。利用能带计算公式和电子散射理论对这两种不同结构材料的表面光电压谱进行了详细分析。     

不同缓冲层对GaAs基In_(0.3)Ga_(0.7)As材料特性的影响

采用组分跳变和低温大失配缓冲层技术在GaAs衬底上外延了In0.3Ga0.7As材料。测试结果表明,采用组分跳变缓冲层生长的In0.3Ga0.7As主要依靠逐层间产生失配位错来释放应力,并导致表面形成纵横交错的Cross-hatch形貌;而采用低温大失配缓冲层技术则主要通过在低温缓冲层中形成大量缺陷来充分释放应力,并在后续外延的In0.3Ga0.7As表面没有与失配位错相关的Cross-hatch形貌出现。此外,仅需50nm厚的低温大失配缓冲层即可促使In0.3Ga0.7As中的应力完全释放,这种超薄缓冲层技术在工业批产中显得更为经济。     

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.     

GaAs光电阴极的MOCVD法生长及其激活工艺研究

本文报道了用ＭＯＣＶＤ法生长出了有效的ＧａＡｓ光电阴极材料，并且在国产的ＧａＡｓ光电阴极激活系统上进行激活实验，其反射式积分灵敏度高于１０００μＡ／ｌｍ。     

过渡层对Ge衬底GaAs外延层晶体质量的影响

利用低压金属有机化学汽相淀积(MOCVD)设备在Ge衬底上生长GaAs外延层.通过改变GaAs过渡层的生长温度对GaAs外延层进行了表征,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪研究了表面形貌和晶体质量,优化出满足高效太阳能电池要求的高质量GaAs单晶层生长条件.     

Effects of GaAs buffer layer and lattice-matching on deep levels in Zn(S)Se/GaAs heterostructures

The effects of GaAs buffer layer and lattice-matching on the nature of deep levels involved in Zn(S)Se/GaAs heterostructures are investigated by means of deeplevel transient spectroscopy (DLTS). The heterojunction diodes (HDs) where nZn(S)Se is grown on p⁺-GaAs by metalorganic vapor phase epitaxy are used as a test structure. The DLTS measurement reveals that when ZnSe is directly grown on a GaAs substrate, there exist five electron traps A-E at activation energies of 0.20, 0.23, 0.25, 0.37, and 0.53 eV, respectively. Either GaAs buffer layer and lattice-matching may reduce the incorporation of traps C, D, and E, implying that these traps are ascribed to surface treatment of GaAs substrate and to lattice relaxation. Concentration of trap B, which is the most dominant level, is proportional to the donor concentration. However, in the ZnSSe/GaAs sub. HD, another trap level, instead of trap B, locates at the almost same position as that of trap B, and it shows anomalous behavior that the DLTS peak amplitude changes drastically as changing the rate windows. This is explained by the defect generation through the interaction between sulfide and a GaAs substrate surface. For the trap A, the concentration is a function of donor concentration and lattice mismatch, and the origin is attributed to a complex of donor induced defects and dislocations.     

GaAs／GaAlAs阴极粘结工艺的X射线双晶衍射测量

分析了ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ阴极粘结工艺中应力产生的根源和晶体中应力对Ｘ射线双晶衍射峰的宽度和强度的影响。用Ｘ射线双晶衍射仪测量了阴极和玻璃热粘结工艺过程中阴极材料外延层和衬底的双晶回摆曲线。