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。     

NEA GaN光电阴极光电发射机理研究

围绕GaN光电阴极NEA特性的成因,结合激活过程中光电流变化规律和成功激活后阴极表面模型,研究了NEA GaN光电阴极光电发射机理.实验表明:NEA GaN激活过程中光电流在约1 min之内就可达到峰值,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大.根据Spicer光电发射理论,给出了反射模式NEA GaN光电阴极量子产额理论公式,激活成功后GaN光电阴极NEA特性的成因可以用双偶极层模型[GaN(Mg):Cs]:Cs-O解释.     

GaN与GaAs NEA光电阴极稳定性的比较

利用自行研制的光电阴极激活评估实验系统,对激活后的反射式GaN及GaAs光电阴极进行了稳定性测试,获得了Cs/O激活一段时间后阴极随时间变化的光谱响应,通过计算得到量子效率曲线.结果表明:激活结束后GaN灵敏度可以在较长时间内保持稳定,而后缓慢衰减.而GaAs光电阴极的光电流随时间近似呈指数衰减.结合阴极表面双偶极层结构以及表面化学成分,分析原因主要是:两种阴极表面进行Cs/O激活后形成的双偶极子的结构不同、衰减过程中双偶极层化学成分变化方式不同决定.GaN光电阴极激活后cs以复杂氧化物存在,更加稳定,灵敏度的衰减主要是由未分解的氧引起,而GaAs灵敏度下降的原因主要是表面双偶极层中的Cs极易脱附,影响其稳定性.     

在表面等离子激元的激发作用下光电阴极电子发射产额的选择性增强

一种由薄银层复盖以Cs—O_2而构成的新型光阴极,在这种光阴极中,由于入射辐射的激发而产生表面等离子激元(Plasmons)。在这种等离子激元的作用下,电子发射的量子产额将产生选择性增强,使得这种光阴极在近红外区的灵敏度和量子产额要比Ag—O—Cs光阴极大20到50倍。     

高温退火对GaAs光阴极表面状态的影响

利用XPS分析了GaAs光阴极高温退火、激活前后表面组分的变化,结合光阴极退火过程中通过四级质谱仪获取的CO2、H2O、O、As、Cs等分压曲线,比较、讨论了两次退火机理的差异。提出第二次加热的目的不仅在于清洁光阴极表面,更重要的是促使第一次激活在光阴极表面形成的偶极层向更稳定的结构转化,Cs2O偶极子在高温下与GaAs本底反应生成了可在光阴极表面稳定存在的GaAs-O-Cs偶极子,形成主要由键合强的GaAs（Zn）--Cs+、GaAs-O-Cs偶极子及靠范德瓦尔斯力附着在光阴极表面的Cs2O偶极子构成的偶极层。根据这一结论,解释了光阴极两次激活过程中光电流变化规律的差异。对理解光阴极激活及表面光电发射模型具有重要意义。     

改进型四碱光电阴极的结构研究

本文给出用新技术制作[Cs.Rb]Na_2KSb结构的光电阴极,具有灵敏度高、热发射低和重复性好等优点,特别是改善了光电器件的性能。并提出了四碱光电阴极的复合表面能带结构模型,对上述的实验结果给予了满意的解释。     

银—氧—钾光电管内的残气研究

本文介绍Ag-O-K光电阴极在制备和存放期间的环境气氛分析;对Nb粉和Zr-Al_(16)吸气剂粉作为激活剂的两种K释放源,测量了在加热释K期间放出的气体成份及放气量;研究了N_2、CO_2、CO、H_2O等气体对Ag-O-K光电阴极发射性能的影响,取得了一些对光电管生产有指导意义的数据。     

NEA GaN光电阴极的制备与评估

对GaN的结构性质进行了介绍,研究了NEAGaN光电阴极的制备方法,利用MOCVD生长了P型掺杂浓度为1.6×1017cm-3发射层厚度150 am的GaN样品,在进行了GaN表面净化处理得到原子级清洁表面后,在超高真空系统中对GaN光电阴极进行了Cs/O激活,获得了NEAGaN光电阴极.利用实验室制备的多信息量测试系...     

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。     

利用激光沉积研究镧钼阴极表面发射机制

为了研究镧钼阴极表面发射机制,采用专为研究阴极设计的与俄歇能谱仪相连的脉冲激光沉积装置制备薄膜阴极.通过测量阴极发射性能和原位分析表面成分(原子数分数),研究了阴极表面元素镧La和氧O变化对阴极发射性能的影响.实验发现随着阴极表面镧膜变薄,阴极发射性能逐渐减弱;阴极发射性能与表面元素La,O 的含量有关,表面层中La/O越高,阴极的发射性能越好.结果表明,传统的单原子层理论无法解释镧钼阴极的发射机制;超额镧在镧钼阴极的发射中起到了关键作用.     

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（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。     

梯度掺杂结构GaN光电阴极的激活工艺研究

利用自行研制的光电阴极多信息量测试评估系统,在线测试了梯度掺杂结构GaN光电阴极在激活过程中的光电流、Cs源电流和O源电流。根据激活后的阴极光谱响应曲线和量子产额曲线,分析了超高真空室真空度、激活前的阴极表面净化程度、激活中首次进Cs量、激活中的Cs/O比以及Cs/O源在激活中的供给方式等对阴极激活的影响,提出了梯度掺...     

在GaAs和GaP衬底上外延生长InAs_xP_(1-x)

禁带宽度位于近红外区(0.33～1.4电子伏)的半导体材料,用于固体光电发射和激光二极管、检测器及光电发射器方面颇受欢迎。在光电发射器及相关的光电阴极这一特殊领域中,之所以对此特别感兴趣,是因为用 Gs_2O 激活Ⅲ-Ⅴ族材料表面,光电发射产额极高,可望得到灵敏的高效率光电阴极,其电磁辐射波长超过0.9微米,而碱金属光电阴极的量子     

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。     

阴极光电发射受电场影响的研究

本文叙述了电场对光电发射的影响.许多阴极在外电场的作用下会降低表面功函数,光电发射的阈值波长会延伸,长波响应也会增大.高阻值碱金属化合物阴极在光电发射过程中由于内电场的形成,有可能对发射层进行"侵蚀"从而导致损坏.     

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。     

高真空系统气体成分对GaAs光电阴极稳定性的影响

GaAs 光电阴极以其量子效率高、光谱可调等优点广泛应用于微光夜视领域,尤其以高积分灵敏度的特性区别于多碱光电阴极,而 GaAs 光电阴极负电子亲合势的特性是通过 Cs,O 激活实现的,但是激活结束后,负电子亲合势的维持受诸多因素影响,如激活源、激活方式、气体氛围等。为了探究超高真空系统中影响 GaAs 光电阴极稳定性的因素,开展了 GaAs 光电阴极的激活实验和稳定性实验,对激活光电流曲线与腔室气体成分进行了监测,实验结果表明,在真空度优于 1×10^-6 Pa 的高真空系统中,影响其稳定性的是腔室中的气体成分,其中对稳定性影响最大的是 H₂O,真空系统中 H₂O分压的增加会导致 GaAs 光电阴极的 Cs,O 激活层迅速破坏,光电发射能力急剧下降。     

半导体光电阴极在强光照射下层面场与光电疲乏的关系

当涂敷于玻壳内壁上的光电阴极各处受到强光照射而产生光电发射时,发射层表面的电场将会使发射层晶体解体,并使正离子沿电场方向迁移,从而导致光电疲乏。本文讨论了层面场与光电疲乏的关系,给出了一种计算光电阴极正离子迁移的数学模型。这个模型能较好地说明若干实验中出现的物理现象。     

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.