超高真空条件下NEAⅢ-Ⅴ族半导体光电阴极的工艺与性能的研究

介绍对GaAs及1.25μm InGaAsPⅢ-Ⅴ族半导体光电阴极的激活工艺及其性能的初步研究结果。全部采用国产超高真空系统,真空度优于8×10~(-8)Pa。在真空系统中激活的GaAs(Cs,O)光电阴极的积分灵敏度约为550μA/lm,InGaAsP(Cs,O)光电阴极在1.06μm处的量子效率为0.4%。用2.06μm波长(禁带宽度E_(?)=1.25μm)、ns量级脉宽的Er,Tm,Ho:YLF激光作激发源在GaAs(Cs,O)光电阴极中实现了三光子光电发射。在液氮温度下测得的数据与室温下测得的数据相吻合,证明热发射相对于三光子光电发射可以忽略。     

激光驱动Cs_3Sb脉冲光电阴极的研究

以脉冲激光激发光电阴极产生高亮度电子束的研究正日益受到重视。论文报告了关于Cs_3Sb光电阴极在这方面应用的实验进展。Cs_3Sb光电阴极的制备与测试均在超高真空系统中进行,采用了制备室内通电加热进Cs的制备工艺。测试光源为氙离子脉冲激光器,脉宽50～200ns。实验测得峰值光电流密度达108A/cm~2,量子产额为2%至5.6%,发射度与亮度测试采用单孔小束斑测量与数值计算比较法进行,测得亮度值为1.85×10~9A/m~2rad~2。对Cs_3Sb光电阴极进行的脉冲发射寿命测试和再激活实验表明:光致Cs脱附是发射衰减的主要原因,通过补Cs可使阴极再激活。     

浸渍阴极的真空预处理技术

本文总结了用于真空微波电子器件的浸渍阴极的蒸发规律,通过分析提出了浸渍阴极预处理工艺,建立了超高真空装置.在超高真空环境下,将浸渍阴极灯丝加热,使阴极温度升高到1100～1200℃,保持1～200h(温度和时间依不同微波管型而定).预处理工艺解决了浸渍阴极发射与蒸发的矛盾,现已建立数十台、几十个工位的浸渍阴极预处理设备...     

用于浸渍阴极的钨海绵基体的净化

微波真空电子器件广泛应用于卫星通信及未来军事前沿的高功率微波武器等方面,这些器件需要电流发射稳定、蒸发小、寿命长的浸渍阴极,阴极性能好坏将直接影响微波器件的寿命及输出性能,这对浸渍阴极钨海绵基体制备工艺提出了很高要求。本文首先分析研究了传统净化工艺制备的阴极钨海绵基体,发现化学去铜过程中会有一些杂质沉淀在阴极钨海绵基体上;另外,传统净化方法去铜时间很长,一般在几十至几百小时;同时化学去铜也会造成环境污染。为了克服传统净化工艺的缺点,利用金属材料饱和蒸汽压的物理特性,将阴极钨铜合金基体直接放入真空室内的加热坩埚中,通过高(中)频加热线圈对坩埚进行局部加热,从而使含有铜的阴极钨铜合金基体被加热,使其中的铜迅速蒸发而沉积到冷凝器上并形成铜钟乳。实验结果表明直接进行真空高温去铜工艺技术具有去铜彻底、基体表面没有残留污渍、时间短、对高温炉无污染、对环境无污染等优点。对实验结果进行了理论分析计算,计算结果与实验结果相符合。     

氧化物阴极在激光作用下的电子发射

在自由电子激光器中，高亮度的电子束是不可缺少的。为此，人们采用各种类型的激光驱动光电阴极、一些热阴极和场致发射阴极作为电子源。对于激光驱动的光电阴极来讲，很好的光电发射灵敏度和很高的稳定度往往是不可兼得的。为了寻求两者之间一种较为妥善的折衷，研究了将常用的热阴极——氧化物阴极的一种（BaO，SrO，Al）——作为激光驱动的电子源的可行性。实验结果表明，激活良好的氧化物阴极在波长为0．53μm或1．06μm的激光脉冲作用下都有明显的电子发射。结果证明，如果认为氧化物阴极中埋藏有钡超微粒子，则能很好地解释其对长波激光的响应。     

基于CVD直接生长法的碳纳米管场发射阴极

碳纳米管(CNT)场发射阴极具有启动快、分辨率高、寿命长、功耗小等优点,在多种真空电子设备与器件上,包括平板显示器、真空测量、微波管、X射线管等得到了应用。本文讨论了碳纳米管阴极的主要制备方法以及存在的问题,介绍了基于化学气相沉积法和阳极化工艺、在含催化金属基底直接制备碳纳米管冷阴极所具有强附着力特点,以及应用在X射线管等强流真空电子器件上的优势。文章介绍了在不锈钢基底直接生长CNT阴极的场发射性能,其开启电场为1.46 V/μm。与常规催化金属镀膜层上生长的CNT阴极相比,大电流发射与稳定性显著提高。金属基底阳极化工艺显著改善碳纳米管结构与场发射性能。直径2 cm的不锈钢基底上生长的CNT具有晶体性好、分布均匀等特点,场发射性能提高。在镍基底上生长的CNT阴极电流密度可以达到500 mA/cm~2以上。     

微波管环境下场发射阵列阴极的工作稳定性研究

场致发射阵列阴极在微波管中的应用无疑是微波真空电子器件的一场革命,但经过多年的研究和发展目前仍没有解决微波管环境下阵列阴极的工作稳定性和寿命问题.虽然国外也有一些利用这种冷阴极的行波管和预群聚速调四极管的实验,但都存在同样的寿命问题.本文对场致发射阵列阴极在微波管环境中的工作稳定性和失效机理进行了分析研究,主要原因是真空度、微波管的残余气氛、电子枪区域的高压打火和离子的回轰影响了阵列阴极的稳定性和寿命等,提出了场致发射阵列阴极在结构、发射体材料、处理工艺、整管排气封接过程等方面的改进方法,以使这种阴极能适应微波电真空器件的特殊环境.     

反射式GaAs光电阴极的热增强光电发射能量转换理论研究

热增强光电发射是一种新的太阳能转换技术,它可以将光电发射和热电发射结合到一个过程中。本文在细节平衡条件下对光子增强热电子发射进行了理论计算,并给出了反射式GaAs光电阴极的增强热电子发射电流密度和能量转换效率。计算结果表明,阴极的电子亲和势增高会降低发射电流密度,提高输出电压,影响能量转换效率。当电子亲和势为负时,平台期能量转换效率约为15%,当电子亲和势为正时,能量转换效率可以超过25%。实验测得反射式GaAlAs/GaAs真空光电二极管的光电发射过程随温度提高而增强,在短波段更为明显。若以低功函数金刚石薄膜为阳极,可计算其能量转换效率约为2.7%,并随温度提高而略有提升。     

反射式GaAs光电阴极的热增强光电发射能量转换理论研究北大核心CSCD

热增强光电发射是一种新的太阳能转换技术,它可以将光电发射和热电发射结合到一个过程中。本文在细节平衡条件下对光子增强热电子发射进行了理论计算,并给出了反射式GaAs光电阴极的增强热电子发射电流密度和能量转换效率。计算结果表明,阴极的电子亲和势增高会降低发射电流密度,提高输出电压,影响能量转换效率。当电子亲和势为负时,平台期能量转换效率约为15%,当电子亲和势为正时,能量转换效率可以超过25%。实验测得反射式GaAlAs/GaAs真空光电二极管的光电发射过程随温度提高而增强,在短波段更为明显。若以低功函数金刚石薄膜为阳极,可计算其能量转换效率约为2.7%,并随温度提高而略有提升。     

激光驱动的钠钾锑光电阴极的研究

为了满足高亮度电子注入器的要求，研究制备了钠钾锑阴极。利用超短脉冲激光器测得其量子产额为3．1％（λ＝0．53μm）。在能量为16μJ的脉冲激光照射下，钠钾锑阴极的发射电流密度达780A／cm2，并长时间稳定。     

激光驱动光电阴极的研究进展

随着高能粒子探测、超导腔加速器等领域的快速发展,对光电阴极的光电性能提出了更高的要求。光电阴极的材料决定了光电发射的量子效率、暗发射电流和出射电子能量分布等重要性能;激光在亮度、方向性、单色性、相干性等方面远高于普通光源,使得用激光驱动光电阴极具有更加优良的光电流和量子效率等光电性能。本文介绍了几种类型的光电阴极发射材料,包括Na_2KSb光电阴极、Cs_3Sb光电阴极、K_2CsSb光电阴极和Cu光电阴极。其中对Na_2KSb光电阴极的制备以及光电性能测试方法进行了详细介绍;对Cs_3Sb光电阴极的制备及影响其寿命的因素进行分析介绍,并且对Cs_3Sb光电阴极的改良进行了总结;对于K_2CsSb光电阴极分别通过实验和蒙特卡洛法测量其光电性能,分析总结了影响其量子效率和光电发射寿命的因素;对于Cu光电阴极,分析了包覆CuBr对铜光电阴极的量子效率的影响。     

激光驱动光电阴极的研究进展北大核心CSCD

随着高能粒子探测、超导腔加速器等领域的快速发展,对光电阴极的光电性能提出了更高的要求。光电阴极的材料决定了光电发射的量子效率、暗发射电流和出射电子能量分布等重要性能;激光在亮度、方向性、单色性、相干性等方面远高于普通光源,使得用激光驱动光电阴极具有更加优良的光电流和量子效率等光电性能。本文介绍了几种类型的光电阴极发射材料,包括Na2KSb光电阴极、Cs3Sb光电阴极、K2CsSb光电阴极和Cu光电阴极。其中对Na2KSb光电阴极的制备以及光电性能测试方法进行了详细介绍;对Cs3Sb光电阴极的制备及影响其寿命的因素进行分析介绍,并且对Cs3Sb光电阴极的改良进行了总结;对于K2CsSb光电阴极分别通过实验和蒙特卡洛法测量其光电性能,分析总结了影响其量子效率和光电发射寿命的因素;对于Cu光电阴极,分析了包覆CuBr对铜光电阴极的量子效率的影响。     

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。     

n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极理论建模与仿真

场助光电阴极与通常的负电子亲和势光阴极相比,能显著延长长波阈值,因此在近红外光探测中有着广阔的应用前景。本文利用二维连续性方程建立了n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光阴极的电子发射模型。通过模型模拟得到了电子发射电流,并计算了外量子效率。分析了不同偏压下外延层的掺杂浓度和厚度对量子效率的影响,根据仿真结果及制备条件限制,确定了阴极外延结构的最佳参数:n-InP接触层的掺杂浓度为1×10¹⁹/cm³,厚度为0.2μm;p-InP发射层的掺杂浓度为2.2×10¹⁸/cm³,厚度为25 nm;p-InGaAs吸收层的掺杂浓度为5×10¹⁷/cm,,厚度为3μm。对电极和发射面的宽度进行了模拟,发射单元表面的宽度最佳范围为5～8μm,并分析了不同偏压下电极宽度和发射面宽度对量子效率的影响。为场助光电阴极的结构设计和应用提供了理论基础,有利于场助光电阴极的制备。n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极有效提高了发射电流效率,室温5 V偏压下外量子效率在1.55μm...     

激光驱动的钠钾锑光电阴极的研究

为了满足高亮度注入器的要求，研究制备了钠钾锑阴极。利用超短脉冲激光器测得其量子产额为３．１％。在能量为１６μＪ的脉冲激光照射下，钠钾锑阴极的发射电流密度达７８０Ａ／ｃｍ＾２并长时间稳定。     

磁过滤阴极真空弧法制备类金刚石膜的场致发射特性研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积法,在Cu基底表面上制备了以钛(Ti)和碳化碳(TiC)作为过滤层的类金刚石膜层。利用自制的场致发射特性测试设备,研究了类金刚石膜层的场致发射特性。利用拉曼光谱仪(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对类金刚石膜的键合结构和微观形貌进行了表征。研究发现,利用磁过滤阴极真空弧沉积法可以在沉积温度100℃下制备膜基结合力较好的类金刚石膜。沉积速率为15 nm/min。类金刚石膜具有较好的场致发射特性,开启电压约为40 V/μm。Raman分析得到不同基底偏压下的类金刚石膜的I_D/I_G为1.19～1.57;SEM分析显示薄膜的微观结构上具有微米级突起结构。实验表明,应用磁过滤阴极真空弧方法可以制备出高sp~3含量、表面具有微米级突起的类金刚石膜,这种类金刚石膜具有有利于场致发射的特性。     

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.     

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.     

钡钨阴极用大电流低蒸发发射物质的研究

采用不同工艺制备了浸渍钡钨阴极用的铝酸盐(612),并对其发射性能进行了测试,结果表明,采用二氧化碳烧结的发射物质发射性能最好.利用飞行时间质谱(ToFMS)测试了真空本底、浸渍阴极蒸发物的成分.研究了阴极蒸发速率与阴极温度的关系.比较了不同工艺制备的铝酸盐(612)蒸发速率的大小.     

透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照下的量子效率特性研究

研究了透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照两种工作模式下的光电发射特性差异及影响因素,并推导了这两种工作模式下的量子效率理论公式,利用所推导的公式对实验获得的GaN光电阴极量子效率曲线进行了分析。研究结果表明,两种工作模式下光电子的表面逸出几率与光子能量具有不同的依赖关系,背面光照下,光电子将以一个一致的表面逸出几率从表面发射出去,并且短波响应会受到缓冲层及界面特性的影响,总体光电发射效率依赖于阴极表面势垒所决定的平均电子逸出几率。利用所推导的量子效率公式对实验曲线进行拟合,可实现多个阴极参量的评估,这为透射式GaN阴极材料与制备工艺水平的分析提供了重要依据。