近红外响应的III-V族半导体光电阴极材料及工艺

随着GaAs负电子亲和势(NEA)半导体光电阴极在我国的成熟和应用,半导体光电阴极的进一步研究将往更长波的近红外发展。针对透射式半导体光电阴极器件,系统总结了近红外波段响应良好的GaAs、InGaAs、InGaAsP Ⅲ-V族外延材料特性及相应商业化产品的应用领域和性能。通过文献调研本文进一步归纳了不同波段NEA光电阴极和转移电子光阴极适用的材料结构,并结合传统GaAs NEA光电阴极工艺讨论了InGaAs、InGaAsP材料及阴极工艺的难点。     

可见-近红外响应InGaAs光电倍增管

光电倍增管,在单光子探测应用中,有独特优势,其有效面积大,暗电流低,且倍增系数大。基于三代负电子亲和势阴极技术研究了InGaAs光电倍增管,利用GaAs衬底外延InGaAs,将三代光电阴极截止波长从920nm拓展至1100nm,阴极积分灵敏度340uA/lm,光谱峰值830nm,1000nm辐射灵敏度6.2mA/W,InGaAs性能达到日本滨松公司V8071U-76产品水平。在内置2块微通道板后,整管电子倍增系数大于105。     

负电子亲和势Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体光电阴极及其发展

阐明了负电子亲和势Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体光电阴极的卓越光电性能，论述了关于其物理机制的四种理论模型见解，介绍了阴极材料生长技术和制作工艺以及拓展的应用领域并展望了趋势和前景。     

负电子亲和势Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体光电阴极及其发展

阐明了负电子亲和势Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体光电阴极的卓越光电性能，论述了关于其物理机制的四种理论模型见解，介绍了阴极材料生长技术和制作工艺以及拓展的应用领域并展望了趋势和前景。     

Ⅲ-Ⅴ族半导体NEA光电阴极智能激活测试系统设计及应用研究

Ⅲ-Ⅴ族半导体负电子亲和势(NEA)光电阴极智能激活测试系统是为研究、制备NEA光电阴极材料提供的一个多信息实验数据自动采集和处理平台.它的亮点在于:在该系统上不但能完成GaAs NEA光电阴极激活,而且能进行GaN NEA.光电阴极激活的研究.其使用波长范围已从初级研究的400～1000nm延展到了200～1000nm,即从红外延伸到紫外区域,所能制备的材料也从第二代半导体材料扩大到了第三代半导体及新型半导体材料.在线实时测试信息量更丰富、更智能、自动化程度更高,是Ⅲ-Ⅴ族半导体NEA光电阴极制备、测控、数据采集与处理、表征的新一代系统.     

GaAs：Gs—O NEA光电阴极电子表面逸出几率的计算

介绍了计算CaAs:Cs-O NEA光电阴极电子表面逸出几率的方法，选用双偶极层表面模型，计算了两个极层形成的界面势垒各自对电子表面逸出几率的影响，提出了增大电子表面逸出几率的条件，并粗略推测了第一偶极层的厚度。     

负电子亲和势氮化镓光电阴极

负电子亲和势GaN光电阴极在紫外探测技术领域具有诱人的应用前景.本文在介绍和分析负电子亲和势GaN光电阴极的特点、工作原理及其能带结构的基础上,设计了GaN外延材料的结构和阴极制作工艺.指出负电子亲和势GaN光电阴极制备的关键在于材料的生长、与输入光窗的融焊、衬底的减薄及彻底的去气处理和超高真空状态下的铯、氧激活.     

用动态光谱响应测试技术评价多碱光电阴极的电子亲和势

利用光谱响应和量子产额曲线首次介绍了多碱光电阴极制备过程中的电子亲和势.Na2KSb、Na2KSb+Cs和[Na2KSb+Cs]+Sb+Cs的电子亲和势分别为0.7～0.91 eV,0.35～0.41 eV和0.33 eV,并认为电子亲和势的差异取决于阴极工艺的差别.在Na2KSb形成过程中存在n型表面态,这些n型表面态的存在影响了Na2KSb的重掺杂,从而影响了多碱阴极的积分灵敏度.     

半导体光电阴极的研究进展

半导体光电阴极具有量子效率高、暗电流小的优点,被广泛应用于光电倍增管、像增强器等各类真空光电探测和成像器件,促进了极弱光的超快探测和成像技术的发展。另外作为能够产生高品质电子束的真空电子源,用于加速器光注入器、电子显微镜等科学装置。本文首先介绍了目前常用半导体光电阴极的分类以及在真空光电探测成像、真空电子源领域的具体应用。然后对碱金属碲化物光电阴极、碱金属锑化物光电阴极、GaAs光电阴极三类典型半导体光电阴极的制备技术进行了总结,并介绍了微纳结构、低维材料、单晶外延等新技术在半导体光电阴极研制中的应用。最后对半导体光电阴极的技术发展进行了展望。     

高积分光电灵敏度多层Be浓度掺杂的GaAs负电子亲和势光电阴极

研究了变掺杂浓度结构对GaAs负电子亲和势光电阴极积分光电灵敏度的影响.通过MBE生长了两组GaAs同质外延样品.其中一组采用了均匀掺杂的单层结构,Be掺杂浓度为1×1019cm-3;另一组采用了变掺杂的多层结构,从衬底开始Be的掺杂浓度依次为1×1019,7×1018,4×1018和1×1018cm-3.负电子亲和势光电阴极通过在高真空系统中交替通入Cs和O激活得到.在线光谱响应测试曲线表明,多层Be掺杂结构光阴极的积分光电灵敏度比单层Be掺杂结构光阴极的积分光电灵敏度至少提高了50%.两种结构的GaAs样品表现出不同的表面应力情况.     

电子倍增型GaAs光阴极实验研究

电子倍增型GaAs光阴极是利用雪崩倍增效应的一种新型光阴极组件,通过在常规GaAs光阴极中引入雪崩电子倍增层制备了GaAs光阴极/电子倍增器一体化组件,研究了该组件的热清洗温度、电子增益等性能.对组件热清洗工艺前后的I-V特性进行了对比测试,结果表明,该组件可以承受580℃的热清洗温度,并获得了12.6倍的电子增益;880nm处的探测灵敏度≥3.87mA/w;暗电流密度≤6.79×10^-5mA/cm².     

场助光电阴极研究进展

对场助光电阴极的发展进行回顾,介绍了场助光电阴极的工作原理,系统总结了三种具有代表性的阴极结构,分别是InP/InGaAsP/InP、InP/InGaAs、InGaAs/InAsP/InP光电阴极。InP/InGaAsP/InP双异质结结构是场助光电阴极研究的热点,这种结构大多用于长波阈值达到1.3μm的场助光电阴极;InGaAs异质结结构相对于其他结构具有很高的灵敏度,响应时间快,有利于在条纹变像管中应用;InGaAs/InAsP/InP结构的光电阴极在InP和InGaAs之间提供一层InAsP渐变层,对延长波长阈值非常有利,通过分析不同结构的特点及应用,讨论了场助光电阴极的发展方向以及难点。     

透射式GaAs（Cs,O）光电阴极稳定性的研究

研究了光照强度和残余气体对阴极稳定性的影响,比较阴极在管壳内和激活室内的阴极稳定性,用俄歇谱仪分析激活的GaAs光电阴极表面和灵敏度衰减到O时的GaAs光电阴极表面。结果表明,真空中有害残余气体与阴极表面的相互作用是引起阴极衰减的主要原因。     

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\     

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.     

InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层厚度设计与计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算了InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层材料的电学结构和光学性质,交换关联能采用杂化泛函HSE06来描述。首先对闪锌矿结构GaAs材料能带图进行计算验证,接着建立标准InGaAs材料体结构模型,并对模型进行了动力学的自洽优化,在优化后的基础上进行了非自洽的计算,得到标准InGaAs材料的复介电函数,然后根据Kramers-Kronig关系推出标准InGaAs材料光吸收系数。最后,结合转移电子光阴极量子效率模型,在给定P型标准InGaAs材料非平衡少子扩散长度分别是0.8、1.0、1.2、1.4、1.6和2.0 mm的条件下,得到对能量在0.780 260~0.820 273 eV区间内、间距为0.002 eV的不同光子能量优化的InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层厚度。     

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。     

Ⅲ族氮化物光电阴极原位程序升温脱附

建立了理论热脱附和原位程序升温脱附方法研究III族氮化物光电阴极部件的热除气过程。基于Malev吸附-扩散除气理论搭建了光电阴极的平板模型,利用Fick第一和第二定理计算得到了除气过程中样品吸附气体浓度、瞬时除气速率以及总的气体脱附量随时间变化的表达式。为便于直观研究,通过截取四阶近似给出不同扩散系数量级下的以上参量随时间的变化曲线。在III族氮化物光电阴极TPD动态法实验中,研究并分析了光电阴极部件在不同恒温除气阶段的残余气体谱图,由此得出进入真空中的脱附气体种类。采用最小二乘法拟合得到:恒温1 000 K的条件下,N2的扩散系数为510-5 cm2/s。通过理论分析结合TPD实验,III族氮化物光电阴极部件热清洗的有效去除污染加热温度得到了有效的评估和验证。     

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。     

紫外探测技术的应用与进展

首先简要介绍了紫外光电探测器的基本概念和分类.然后对紫外探测技术的各种应用场合进行了详细论述.最后对国内外近期在紫外光电探测技术的最新进展作了一些报道.