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。     

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200～1000n...     

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。     

NEA光电阴极研究的最新进展及其制备技术探讨

以GaAs为代表的NEA光电阴极的应用范围越来越广,经过几十年的发展,NEA光电阴极的研究已经取得比较显著的成就,但就NEA光电阴极本身而言,尚有许多问题没研究清楚.从NEA光电阴极的掺杂方式、激活工艺、性能评估、铟封工艺和稳定性等方面探讨了最新的研究进展,给出了最新的技术指标及实现这些指标的方法,为下一步的深入研究提供必要的参考.     

近红外用有砷化铟镓光电阴极的光电倍增管

前言近红外用的新型光电倍增管,是用负电子亲和效应(NEA)光电发射体的工艺产生的。NEA 光电阴极在紫外到近红外中得到广泛的应用。本文重点是叙述近红外谱用的光电倍增管,评述了光电发射过程,并叙述了组合有 NEA 材料的光电倍增管的发展情况;对 NEA 材料和激发技术作了探讨和说明。概述了有 NEA 光电阴极的新型有用器件,包括应用及讨论:探讨光学通讯、激光测距和光学计数等课题,并以发展的观点展望未来的新型器件。     

NEA GaN光电阴极材料光学特性研究

针对NEA GaN光电阴极结构设计和制备工艺需进一步优化的问题,结合阴极量子效率表达式和影响量子效率的因素,采用理论和实验相结合的方法,分别研究了GaN光电阴极材料的表面反射率、光学折射率、光谱吸收系数以及透射光谱等光学参数。结果表明在250 nm到365 nm的波长范围内,表面反射率相对平稳,是影响量子效率的直接因素,而光学折射率则通过电子表面逸出几率间接影响着量子效率。给出了均匀掺杂GaN光电阴极的光谱吸收系数的特点,根据变掺杂NEA GaN光电阴极的结构特点,给出了光谱平均吸收系数的概念和等价计算公式,并对均匀掺杂与变掺杂NEA GaN光电阴极光谱吸收系数进行了对比。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

CO2激光器线偏振光输出腔内起偏器的研究

混合InGaAs光电二极管阵列ETX128FPA是16384元InGaAs焦平面阵列,供1.0～1.7μm波段内的近红外成象使用。这种128×128元的二维光电二极管阵列是使用钢冲击结合技术把InGaAs材料结合到高级的CMOS倍增管上而制成的。     

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"平躺"在表面,对光电发射贡献不大;GaAs(100)表面Cs原子与O原子形成第二偶极矩O-Cs几乎"垂直"于表面,降低了表面功函数,对光电发射贡献很大;Cs-O激活过程中,对于GaAs光电阴极,Cs、O交替过程形成的光电流与单纯Cs激活时的光电流相比,有几倍甚至上百倍的增长;GaN只提高了20%左右。通过第一性原理计算,与现在的GaN基(1000)面相比,GaN基的(11 2 0)和(10 1 0)面是极具潜力的光电发射面;预计闪锌矿GaN基(100)面会取得更好的结果。     

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光电阴极的制备及其应用

近年来,随着晶体生长技术的发展,GaN基材料的生长技术与生长工艺取得了重大突破.基于NEA的GaN紫外光电阴极是非常理想的新型紫外光电阴极.本文重点探讨了NEA GaN光电阴极材料的金属有机化学汽相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)和卤化物汽相外延(HVPE)等主流生长技术的优缺点,介绍了两步生长、横向外延生长及悬空外延技术等新工艺.讨论了GaN光电阴极的性能特点、制备方法以及在紫外光电探测器和电子束平版印刷术领域的应用状况.