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。     

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.     

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.     

不同结构的反射式GaAs光电阴极的光谱特性比较

利用分子束外延生长了三种结构的反射式GaAs光电阴极,其中一种为传统结构的反射式GaAs光电阴极,另外两种为具有GaAlAs缓冲层的均匀掺杂和梯度掺杂反射式GaAs光电阴极.激活后的光谱响应测试结果表明,与传统结构的反射式GaAs光电阴极相比,具有GaAlAs缓冲层的均匀掺杂反射式GaAs光电阴极的长波响应更好,而具有GaAlAs缓冲层的梯度掺杂反射式GaAs光电阴极相比其它结构的反射式GaAs光电阴极能够获得更好的光电发射性能,光谱响应曲线更平坦,拟合光谱响应曲线结果表明其电子扩散长度和电子表面逸出几率都得到了增加,从而具有更高的积分灵敏度和长波响应.     

透射式GaAs光电阴极响应时间的理论分析

本文以光生电子处于非稳态的观点,分析了透射式GaAs光电阴极的响应时间,从理论上解释了C.C.Phillips等人的测量结果。指出透射式GaAs光电阴极是一种可用于时间响应为皮秒量级的良好光电阴极。     

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\     

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。     

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。     

像增强器的多信息量测试技术研究

阐述了像增强器的单色光反射率,光谱响应曲线,单色光电流的测试原理,介绍了多碱电阴极多信息量测试系统,该系统可在像增强器制备过程中在线测试其阴极的单色光反射率,光谱响应曲线,单色光电流等参量,本文还给出了并分析了在该系统应用于一代像增强器制备过程中的测试结果。     

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.     

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。     

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。     

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。     

均匀掺杂GaAs光阴极表面势垒特性研究

根据激活过程中光电流变化规律及原位光谱响应测试,模拟了GaAs光阴极表面势垒的形成过程,在光阴极表面双偶极子模型的基础上作了修正,建立了三偶极子模型。新模型认为,光阴极表面势垒由三个偶极层套构而成,第一偶极层由GaAs（Zn）-Cs+偶极子组成,第二偶极层由Cs2O偶极子组成,第三偶极层由GaAs-O-Cs偶极子组成,第二、三偶极层嵌入第一偶极层中。根据隧道效应与量子效率测试结果,确立了势垒中分段均匀的电势分布,计算得出势垒宽度为1.65 nm,有效电子亲和势为-0.44 eV。新模型的建立对理解光电阴极表面发射机理具有重要意义。     

国产高效GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的低能质子辐射效应

运用2×1.7MV串列静电加速器提供的质子束,对MOCVD方法制备的GaInP/GaAs/Ge三结电池进行低能质子辐射效应研究.选质子能量为0.28,0.62和2.80MeV,辐照注量为1×1010,1×1011,1×1012和1×1013cm-2.对电池的辐射效应用I-V特性和光谱响应测试进行分析.研究结果表明:随辐照注量的增加,太阳电池性能参数Lsc,Voc和Pmax的衰降幅度均增大;但随质子辐照能量的增加,Lsc,Voc和Pmax的衰降幅度均减小.实验中0.28MeV质子辐照引起电池Lsc,Voc,Pmax衰降最显著,三结电池中光谱响应衰降最明显的是中间GaAs电池.     

国产高效GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的低能质子辐射效应

运用2×1.7MV串列静电加速器提供的质子束,对MOCVD方法制备的GaInP/GaAs/Ge三结电池进行低能质子辐射效应研究.选质子能量为0.28,0.62和2.80MeV,辐照注量为1×1010,1×1011,1×1012和1×1013cm-2.对电池的辐射效应用I-V特性和光谱响应测试进行分析.研究结果表明:随辐照注量的增加,太阳电池性能参数Lsc,Voc和Pmax的衰降幅度均增大;但随质子辐照能量的增加,Lsc,Voc和Pmax的衰降幅度均减小.实验中0.28MeV质子辐照引起电池Lsc,Voc,Pmax衰降最显著,三结电池中光谱响应衰降最明显的是中间GaAs电池.