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。     

近红外响应的Ⅲ-V族半导体光电阴极材料及工艺北大核心

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

GaAs阴极激活氧源获得技术研究

为满足制备GaAs阴极高灵敏度的需要,对三种获得高纯氧的方法进行了试验研究。结果表明,膨胀法进氧纯度最低,银管渗氧纯度高于80%,过氧化钡氧纯度最高,可高达90%。经阴极激活证明,用过氧化钡氧源制成的三代管内阴极灵敏度最高,是获得负电子亲合势高灵敏度阴极的最佳氧源。     

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。     

GaAs光电阴极多信息量测试系统设计

为了优化GaAs光电阴极制备工艺,设计了一个用于GaAs光电阴极制备过程监控的多信息量测试系统.系统采用了先进的现场总线技术,可在线测试阴极加热净化过程中真空度随温度的变化曲线,阴极激活过程中光电流、真空度、Cs源和O源电流的变化曲线,以及阴极激活后的光谱响应曲线.光电流测试精度可达1 nA,光谱响应曲线测量范围在400～1 000 nm.利用该系统对阴极制备过程进行了监测,并给出了测试结果.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

NEAGaN光电阴极第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似投影缀加平面波方法,在六方结构GaN结构优化的基础上,计算了GaN(0001)A面吸附Cs后功函数变化,指出吸附系统表面形成了一个有效的GaN－Cs电偶极子层,降低了原本的GaN表面势垒,形成更加有利于电子逸出的外光电发射效应特性。接着图示吸附Cs、O后的电子结构,指出吸附原子和衬底之间的键合。六方结构GaN材料的光学性质通过Kramers-Kronig 关系得出。根据GaN的介电函数谱,得出了254nm光波长下以GaN为激活层材料的反射式光电阴极在不同少子扩散长度下的内量子效率。计算结果表明六方结构GaN(0001)A面是可见光盲光电阴极的优良发射表面,且254 nm处的量子效率可达到60%,远大于碱金属卤化物紫外光电阴极。     

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.     

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.