多碱光电阴极的组分

在对标准S-20光电阴极工艺实验中,我们观察到多碱光电阴极明显地偏离公允的Na_2KSb组分。本文简要介绍作者早期采用双楔方法研究多碱组分所获得的首批结果。     

干涉型多碱光电阴极

本文利用固体薄膜的光学性质,对于我们所用的三层膜系,求出介质一,介质二的折射率n_1,n_2,同时求出该膜条的理论反射率R,透射率Τ的公式,也推导了比较阴极的反射率R_1,透射率Τ_1的公式。本文给出入射光在400～950nm波长范围内的R.Τ,A和R_1,Τ_1,A_1数据,并绘成曲线。文中简单地列举了实验中的困难及解决主要困难的方法,工艺仍在摸索中。     

多碱光电阴极光电发射过程研究

论述了多碱阴极及光致荧光的特点,测量了多碱阴极在514.5 nm和785 nm波长激光激发条件下的荧光谱.结果表明,多碱阴极在514.5 nm波长激光激发条件下,荧光峰值强度比785 nm波长激光激发条件下荧光峰值强度强40倍,说明514.5 nm波长的电子跃迁几率低于785 nm波长的电子跃迁几率,同时514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长为860 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长为870 nm,514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移为345 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移仅为85 nm,说明514.5 nm波长激发的跃迁电子的能量损失远大于785 nm波长激发的跃迁电子的能量损失.原因是短波光子的能量较高,所激发的跃迁电子来源于较深能级,因此能量损失较大.多碱阴极的量子效率在2.11 eV 达到最大,当光子的能量大于2.11 eV以后,由于跃迁电子的能量损失随光子能量的增加而增加,因此多碱阴极的量子效率随光子能量的增加而减小.多碱阴极的量子效率与电子跃迁几率成正比,但实测的量子效率曲线与电子跃迁几率曲线的峰值波长不一致,原因是随着光子能量的增加,跃迁电子的能级也增加,当电子跃迁的几率达到最大并下降时,尽管跃迁电子的几率减小,但因电子跃迁的能级还在提高,因此量子效率仍在增加.只有当跃迁几率的因素超过能级的因素以后,量子效率才随光子能量的增加而减小,因此造成量子效率曲线的峰值波长与跃迁几率的峰值波长不一致.通过多碱阴极光致荧光谱的分析,揭示了多碱阴极电子跃迁过程中的客观规律,解释了多碱阴极量子效率在达到最大值之后,量子效率随光子能量增加而减小以及多碱阴极量子效率存在短波限的原因.     

多碱光电阴极的多晶特性

本文研究了多碱阴极晶粒间界对光电发射的影响,提出了这种多晶阴极光电发射的改进物理模型,并导出了量子产额的公式。利用此模型和电子计算机,使理论与实验的量子产额曲线相符合,从而能够解释此种阴极光电发射的有关特性。文中还讨论了提高此种阴极灵敏度的可能途径。     

多碱光电阴极在不同结构的二极管中的制备

在实际的变象管中,光电阴极一般是用固定在一个侧臂上的碱源来制备的。为了研究激活过程中联接侧臂到二极管的管道的流导效应,分别用具有5升/秒和0.05升/秒的两种不同值的流导来制备多碱光电阴极。用一台接近获得10~(-8)托本底压力的普通汞扩散泵系统来制作二极管。用较高流导值制备的二极管,多次地获得了150μA/Lm的积分灵敏度;用较低流导值制备的二极管,发现多数灵敏度都比较低。碱蒸汽的动态定量分析是借助一只基于热离解现象的离子规来实现的。     

多碱光电阴极的红外响应

多碱光电阴极的红外响应，对于改善夜视系统探测目标距离能力是一个重要的研究课题。文章从理论上阐述了改善多碱光电阴极红外响应的意义，以及改善多碱光电阴极红外响应的若干可能性问题进行了分析，同时给出了可能条件下的试验结果。     

提高多碱光电阴极灵敏度的分析

本文对影响光电阴极灵敏度的因素进行了分析,并从实践中得出制作技巧。文中还提出了锑—铯和冷锑处理的工艺方法,为提高光电阴极灵敏度指出了途径。     

提高多碱光电阴极红光响应的研究

本文主要研究在摄象管中增加多磁光电阴极的厚度,从而延长红光响应,提高了积分灵敏度;并从工艺上进行研究,提高了多碱光电阴极在摄象管中的峰值波长和阈值波长。在光电阴极的膜厚约110nm时,光谱响应峰值波长为630nm,阈值波长为950nm,且曲线蜂值部分相当平缓,积分灵敏度达300μA/lm。使硅靶微光摄象管在低照度单级使用的情况下效果更加明显。     

具有氧化铝中间层的反射多碱光电阴极

利用高频溅射台在镍基底上溅射氧化铝中间层,然后在氧化铝中间层上做反射多碱光电阴极试验,本文给出了试验结果,并作了简要分析。     

多碱光电阴极的Cs-O激活技术研究

采用蒸镀法,分别通过单次蒸Na和多次蒸Na两种工艺制备了一系列未经激活的Na2KSb基底层,并通过3种不同的Cs-O激活方式对其进行表面激活,然后分别与未激活、仅Cs激活以及传统Cs-Sb激活的样品进行对比.积分灵敏度和光谱响应曲线测试结果表明,与未激活的Na2KSb光电阴极相比,所有经过Cs-O激活的光电阴极的灵敏度和长波阈值都得到了一定程度的提高和拓展,而且采用单次蒸Na工艺制作样品的积分灵敏度明显高于多次蒸Na工艺.对于单次蒸Na工艺制备的光电阴极,采用Cs-O+Cs-Sb激活能够获得较高的灵敏度和较宽的光谱响应范围.在该条件下,Cs-O激活次数存在一个最佳值,当单次蒸O量为50％时,Cs-O激活最佳次数为2次,此时样品的积分灵敏度与未激活的Na2KSb光电阴极相比提高了45.9倍,长波阈值向长波方向拓展了231 nm,逸出功降低了0.46eV,而且工作寿命和EBI(Equivalent background illumination)测试结果表明该样品具有比传统Cs-Sb更好的稳定性和更低的背景噪声.逸出功计算结果表明,表面激活以后样品长波阈值的拓展可以归因于阴极材料逸出功的降低.     

TiO2薄膜基底上制作多碱光电阴极的探索研究

在TiO2薄膜基底上制作多碱光电阴极,发现多碱光电阴极制作工艺无法正常进行,多碱光电阴极的颜色为暗黑色,并且阴极灵敏度非常低,而正常的多碱光电阴极应为红褐色.其中TiO2薄膜基底利用原子层沉积(ALD)工艺制备在玻璃窗上,并且具有锐钛矿晶体结构.X射线衍射仪(XRD)分析发现,制作多碱阴极后的TiO2薄膜样品锐钛矿衍射峰基本消失,另外X射线光电子能谱(XPS)分析发现该TiO2薄膜样品不同深度均存在Na元素,由此表明是Na元素渗透到TiO2薄膜中,破坏了薄膜的晶体结构,并且导致多碱光电阴极灵敏度非常低.为此提出了一种在制作多碱光电阴极之前,在TiO2薄膜上利用ALD工艺制作一层Al2O3钝化膜的方法.经过实验验证,证实该方法可以有效避免Na元素渗透到TiO2薄膜,同时多碱光电阴极制作过程可正常进行,多碱光电阴极的颜色为红褐色,阴极灵敏度超过800 μA/lm.这为将来深入研究采用TiO2薄膜作为多碱光电阴极的减反膜打下了基础.     

多碱光电阴极膜厚对阴极灵敏度的影响研究

叙述了多碱光电阴极光谱反射的特点,测量了超二代微光像增强器多碱光电阴极的光谱反射曲线,分析了光谱响应曲线产生干涉加强峰和干涉减弱峰的原因,比较了不同膜层厚度多碱阴极光谱反射曲线的区别.根据能量守恒定律,利用实测的多碱光电阴极光谱反射率和光谱透过率,计算出多碱光电阴极的光谱吸收曲线,通过研究不同厚度多碱阴极的光谱吸收,发现多碱光电阴极膜层厚度加厚并不会提高其对所有波段光吸收率的特点.厚度增加只会增加短波和长波的光吸收率,但中波的光吸收率不会增加反而下降,这是由于受到光谱反射的影响.阴极膜层的厚度既影响光谱反射和光谱透过,又会影响光谱吸收,因此也影响多碱阴极的光谱响应,所以多碱光电阴极的膜层厚度是影响多碱光电阴极灵敏度的一个关键参数.实践证明,转移式技术制作的多碱光电阴极膜层厚度也存在一个最佳值,超过这一最佳厚度,阴极的灵敏度不增反降,这是因为红外光谱响应增加不多,但中波光谱响应下降很多.所以对转移式多碱光电阴极而言,实践证明当膜层厚度达到最佳厚度时,膜层呈现淡红色,在制作过程中要控制好阴极膜层的厚度,这样才可能获得较高的阴极灵敏度.     

GaAs光电阴极Cs,O吸附研究

提出了基于第一性原理的密度泛函理论框架下的广义梯度近似投影缀加波赝势法,在结构优化的基础上采用平板模型计算了GaAs（110）表面单一吸附0.5 ML Cs元素、单一吸附0.5 ML O元素及0.5 ML Cs、0.5 ML O共吸附系统的特定吸附位、吸附系统总能及吸附系统的电子结构。吸附系统总能的计算结果对比及电子结构图表明:当Cs、O元素吸附量在GaAs（110）表面达到=1 ML时,它们并非各自在表面形成局域畴形态的竞争性共化学吸附,而是将在表面形成混合均匀相的协同共化学吸附。采用偶极子校正进一步计算三种吸附系统的功函数分别是4.423 eV、5.749 eV、4.377 eV,从而得出GaAs光电阴极制备过程中提高并保持光电阴极发射性能的方法及机理。     

Rb2Te(Cs)日盲紫外光电阴极研究

简述了 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的制作工艺并制作了 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极样品。测量了Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极样品的光谱响应、光谱反射率和250 nm波长激发条件下的荧光谱。测量结果表明,在现有工艺条件下,Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的灵敏度高于Cs2Te日盲紫外阴极,与Cs2Te日盲紫外阴极相比,光谱响应的峰值波长更短,位于250 nm,而长波截止波长位于312 nm。另外Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的短波日盲特性更好,633 nm的光谱灵敏度为10-5 mA/W的数量级,较Cs2Te日盲紫外阴极低两个数量级。光谱反射率测量结果表明,Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的光谱反射率在200～400 nm的波长范围内均高于Cs2Te日盲紫外阴极,而在400～600 nm的波长范围内,反射率却低于Cs2Te日盲紫外阴极。Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的光谱反射率曲线与Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线相比较,曲线的形状相似,反射干涉加强峰的波长基本相同,由此可推断出 Rb2Te(Cs)紫外阴极的折射率与Cs2Te紫外阴极的折射率基本相同,仅在长波范围内稍有区别。荧光谱的测试结果表明,在同样条件下,在200～450 nm的波长范围内,Rb2Te(Cs)紫外阴极的荧光弱于Cs2Te紫外阴极的荧光,原因是Rb2Te(Cs)阴极的光谱反射率高于Cs2Te紫外阴极的光谱反射率,因此光吸收更少,导致荧光更弱。所以Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极同Cs2Te日盲紫外阴极的性能类似,均可用于日盲紫外探测成像器件。     

碱锑型光电阴极非晶特性研究及Cs的体作用

本文从迁移率涉及的单晶理论的局限出发，对碱锑型光电阴极建立了类似于非晶半导体的能带结构模型。用ＭｏｔｔＤａｖｉｓ的电导理论首次成功地解释了这类光电阴极的的电导特性，并用晶界间悬挂键的补偿作用解释了Ｃｓ的体积作用这一困惑很久的问题。文中得出几种碱锑阴极非晶特性强弱（有序度）的结果是自洽性的。这种类非晶模型对长期以来碱锑型光电阴极的晶态理论作出了修正，对碱锑光电阴极的认识和发展具有重要的意义。     

现代多碱光电阴极的均匀性对摄象管性能的影响

本文讨论了现代多碱光电阴极的均匀性对摄象管性能的影响和有关问题,对实用象管的均匀性进行了分析,并提出改进现代多碱光阴极非均匀性的方法,可使产品一致性和象管的性能得到提高。     

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.     

用量子产额谱分析多碱阴极中铯的作用

本文导出了半透明光电阴极的量子产额公式。光电阴极的量子产额可以用体积函数和表面函数来表示,当Na_2KSb光电阴极用铯(Cs)激活时,不仅改变了有效电子亲和势,而且改变了光电子的逸出深度。     

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.