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.     

多碱阴极光学反射率监控

介绍了在一代象增强器多碱阴极制备过程中，对光学反射率进行连续监控的装置，并对试验结果作了简单的分析。研究结果表明，Ｎａ２ＫＳｂ材料在制备过程中是逐层生长的，在锑、钾交替过程中，其化学置换反应仅发生在表面层一定的厚度内。多碱阴极的实测反射率曲线越接近理论曲线，其灵敏度也越高。多碱阴极膜层厚度的增加，可以导致其长波响应的增加。对一代象增强器而言，多碱阴极的最佳厚度约为１２０ｎｍ。     

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.     

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.     

Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应研究

利用强光源作为激励,测量了Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应。结果表明Cs2Te紫外光电阴极的带外光谱响应较低,与带内光谱响应相比相差几个数量级。带内光谱响应的峰值灵敏度可以大于40 mA/W,但对带外光谱响应,如对550 nm的波长,其光谱响应可以低至10－3 mA/W数量级。对采用同样工艺所制作的Cs2Te紫外光电阴极,其带外光谱响应的离散性较大。根据对3种不同可见光阴极,即Na2KSb(Cs)多碱光电阴极、K2CsSb双碱光电阴极以及GaAs(Cs-O)光电阴极带外光谱响应的测试,证明这3种可见光阴极均存在不同大小的带外光谱响应。测试数据表明,带外光谱响应与逸出功（正电子亲和势光电阴极）或禁带宽度（负电子亲和势光电阴极）的大小相关。逸出功越低或禁带宽度越小,带外光谱响应越大。根据光电发射的方程,可以推测出Cs2Te紫外光电阴与上述3种可见光光电阴极一样,产生带外光谱响应的原因是多光子吸收,即多光子效应。由于Cs2Te紫外光电阴极存在带外光谱响应,因此当采用Cs2Te紫外光电阴极的“日盲”像增强器在强烈的太阳光下或直对太阳光使用时,会受到太阳光的干扰或看到太阳的像,不具备日盲特性。为了使“日盲”紫外像增强器完全具备日盲特性,需要“日盲”紫外像增强器Cs2Te紫外阴极前增加“日盲”滤光片,利用“日盲”滤光片消去Cs2Te紫外阴极的带外光谱响应达到“日盲”的目的。因此在实际应用过程中,“日盲”滤光片是必不可少的。“日盲”滤光片设计的依据是Cs2Te紫外阴极对太阳辐射的响应度。Cs2Te紫外阴极对太阳辐射的响应主要集中在350～650 nm之间,因此“日盲”滤光片主要应对该波段的可见光进行衰减。只有使用与Cs2Te紫外阴极带外光谱响应相匹配的“日盲”滤光片才有可能使“日盲”紫外像增强器具备“日盲”特性。     

多碱阴极光学反射率是空

介绍了在一代象增强器多碱阴极制备过程中，对光学反射率进行连续监控的装置，并对试验结果作了简单的分析，研究结果表明，Ｎａ２ＫＳｂ材料在制备过程中是逐层生长的，在锑、钾交替过程中，其化学置换反应仅发生在表面层一定的厚度内。多碱阴极的实测反射率曲线越接近理论曲线，其灵敏度也越高。     

InGaAs光电阴极像增强器研究

ＩｎＧａＡｓ 光电阴极像增强器的光谱为１－０ ～１－３μｍ 和１－０ ～１－１μｍ 。对用于像增强器中的ＩｎＧａＡｓ 光电阴极进行了研究。研究的方法有：光致发光法、微型瑞曼法、扫描俄歇俄法。将ＩｎＧａＡｓ 像增强器的光谱和标准的第二代和第三代像增强器进行比较。文中还报导了负电子亲和势ＩｎＧａＡｓ 光电阴极摄像管的性能参数：光谱灵敏度、白光光响应、等效背景照度、信噪比、调制传递函数以及像增强器的性能。对ＩｎＧａＡｓ 负电子亲和势光电阴极和标准第二代像增强器阴级直接进行比较。最后评价了近红外ＩｎＧａＡｓ 光电阴极像增强器的先进性。     

K2Te日盲紫外阴极研究

叙述了K2Te日盲紫外阴极的制作工艺并制作了K2Te日盲紫外阴极,测量了K2Te日盲紫外阴极的光谱响应、光谱反射率、光谱吸收率和250 nm波长激发条件下的荧光谱。与Cs2Te日盲紫外阴极相比较,K2Te日盲紫外阴极的光谱响应较低,而且光谱响应的峰值波长更短,长波截止波长也更短。K2Te日盲紫外阴极光谱响应的峰值波长位于215 nm,长波截止波长位于305 nm,而Cs2Te日盲紫外阴极光谱响应的峰值波长位于250 nm,长波截止波长位于323 nm。另外K2Te日盲紫外阴极的日盲特性更好,633 nm波长的光谱响应为10－6 mA/W的数量级,较Cs2Te日盲紫外阴极低一个数量级。光谱反射率的测量结果表明,K2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线形状与Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线形状相似,区别是整个光谱反射率曲线向短波方向移动,且波长越长,移动越大。另外K2Te日盲紫外阴极的光谱反射率在200～450 nm的波长范围内均高于Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率,由此可推断出K2Te 紫外阴极的折射率高于Cs2Te 紫外阴极的折射率,并且波长越长,折射率差别越大。光谱吸收率的测量结果表明,K2Te 日盲紫外阴极的吸收率低于Cs2Te 紫外阴极的吸收率。光谱吸收率越高,光谱响应也越高,与光谱响应的测量结果相吻合。荧光谱的测试结果表明,在250 nm 波长激发条件下,在200～450 nm 的波长范围内,K2Te 紫外阴极的荧光弱于Cs2Te 紫外阴极的荧光,原因是K2Te 阴极的吸收率低于Cs2Te 紫外阴极的吸收率。光谱吸收率越高,荧光越强,这同样与光谱响应的测试结果相吻合。所以K2Te 日盲紫外阴极与Cs2Te 日盲紫外阴极相比,尽管光谱响应较低,但日盲特性更好,因此也可用作为日盲紫外探测器的紫外阴极。     

超二代与三代像增强器性能的比较研究

超二代和三代像增强器是两种不同技术的像增强器,其在光电阴极、减反膜、离子阻挡膜以及阴极电压方面存在区别。在极限分辨力方面,尽管三代像增强器GaAs光电阴极的电子初速小、出射角分布较窄以及阴极电压较高,但目前两种像增强器的极限分辨力均相同,三代像增强器GaAs光电阴极的优势在现有极限分辨力水平下并未得到发挥。在信噪比方面,尽管GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度,但因为较高的阴极电压以及离子阻挡膜透过率的影响,使得两种像增强器的信噪比基本相同,三代像增强器GaAs光电阴极高灵敏度的优势也未得到发挥。在增益方面,尽管三代像增强器具有更高的阴极灵敏度以及较高的阴极电压,但超二代像增强器通过提高微通道板的工作电压来弥补阴极灵敏度以及阴极电压的不足,因此在现有像增强器增益的条件下,两种像增强器的增益完全相同。在等效背景照度方面,由于三代像增强器GaAs光电阴极的灵敏度更高,因此在相同光电阴极暗电流的条件下,三代像增强器可以获得更低的等效背景照度,所以三代像增强器较超二代像增强器具有更高的初始对比度。在光晕方面,由于三代像增强器光电阴极的灵敏度较高,同时具有离子阻挡膜,因此理论上讲,三代像增强器较超二代像增强器具有更高的光晕亮度,但实际的情况是两种像增强器的光晕亮度基本相同。在杂光方面,GaAs光电阴极具有减反膜,因此杂光较超二代像增强器低,所以三代像增强器的成像更清晰,层次感更好。在带外光谱响应方面,由于超二代像增强器Na₂KSb（Cs）光电阴极的带外光谱响应高于三代像增强器,因此在近红外波段进行辅助照明时,超二代像增强器较三代像增强器成像性能更好。在低照度分辨力方面,具有相同性能参数的超二代和三代像增强器具有相同的低照度分辨力。需要注意的是,这是在标准A光源测试条件下所得出的结论。当实际的环境发射光谱分布与标准A光源发射光谱分布不相同时,两种像增强器的低照度分辨力将会不同。     

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...     

基于可见光响应的纳米硒半导体器件

不加入任何表面活性剂、利用溶解-重结晶原理合成了一维结构的Se纳米带,并用XRD,SEM及TEM等方法对产品进行了表征。以单根的硒纳米带为光电响应材料、以银浆为接触电极组装成纳米器件,并对光电响应特性以及光谱响应特性进行了测试。结果表明:在可见光(日光灯)照射下,其对开灯的最快响应时间约为30 ms,关灯时最快衰减时间为50 ms。该纳米器件的光电流对温度有依赖作用,低温下有利于光电流的产生;单色光的波长对纳米器件的光电流及响应时间的影响不同,在单色光谱响应范围内,纳米器件在650 nm处产生的光电流最大,而在350 nm处的响应时间最快。     

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.     

Amorphous silicon-based unipolar detector for color recognition

The device performance of a novel color sensitive diode (p-i-i-i-n-diode)-based on amorphous silicon is discussed. The detectors are developed with regard to the μτ-(carrier mobility×lifetime)-product and the bandgap of the different i-layers resulting in a voltage controlled spectral response. Since the linear independence of the spectral response curves and a linear response of the photocurrent on the incident light intensity is a prerequisite for the generation of a red-green-blue signal, the influence of light intensity on the color separation is examined by spectral response measurements under different monochromatic bias illumination. Additionally, numerical simulations are carried out to study the optoelectronic properties of these devices. Finally, a deconvolution method is presented which allows the transformation of the measured spectral response curves into a red-green-blue signal     

S25系列光电阴极的光谱响应特性研究

根据多碱光电阴极的光谱响应理论表达式，对Ｓ２５系列阴极的光谱响应曲线进行了理论模拟，得到了这些阴极的有关特性参数，并通过模拟结果的分析，揭示了Ｓ２５系列阴极，特别是Ｓｕｐｅｒ Ｓ２５，具有良好性能的内在机理和可能采用的工艺处理方法。     

Infrared detection utilizing both intersubband and free-carrier absorption in reverse-biased Superlattice infrared photodetector

Intersubband and free-carrier associated photoresponse in a GaAs-AlGaAs superlattice infrared photodetector is investigated. Under reverse bias, the photodetector is similar to an internal photoemission photodetector and significant photoresponse due to free-carrier absorption at the collector contact is found. In particular, in our photodetector, intersubband transitions at the superlattice layer also play an important role at low reverse biases and produce a photocurrent with an opposite direction to that of the free-carrier associated photocurrent. Since the total photocurrent consists of two components with opposite signs, photocurrent reversal occurs in the response spectrum. At high reverse bias, the intersubband-associated photoresponse is fully suppressed by the blocking barrier and the overall photoresponse is mainly due to the photoemission via free-carrier absorption at the collector contact. The intersubband and free-carrier associated photocurrent components under reverse bias can be resolved from the measured polarization dependence of the spectral response. The analysis of the measured free-carrier associated photocurrent agrees with previous studies on free-carrier absorption. A possible application with our detector to determine the wavelength of a monochromatic light is also demonstrated.     

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GaAlAs缓冲层的梯度掺杂反射式GaAs光电阴极相比其它结构的反射式GaAs光电阴极能够获得更好的光电发射性能,光谱响应曲线更平坦,拟合光谱响应曲线结果表明其电子扩散长度和电子表面逸出几率都得到了增加,从而具有更高的积分灵敏度和长波响应.     

GaAs光阴极激活稳定性研究

为了提高Cs-O激活后GaAs光阴极的稳定性,延长像管的使用寿命,从Cs-O激活方面着手进行研究,寻找解决途径。改变GaAs光阴极激活中的Cs过量,并在线监测真空环境下光电流的变化情况,寻找激活对GaAs光阴极稳定性的影响因素。分别进行3组5种比例的激活实验,在光电流下降至Cs峰峰值90%、70%、50%、30%和10%时给O进行交替激活。激活结束后,在低于110-8Pa的真空环境下在线监控30min内的光电流,发现过Cs90%、70%、50%激活的光阴极稳定性好,过Cs30%次之,过Cs10%相对最差。结果表明:GaAs光阴极Cs-O激活时,Cs量越多,表面势垒的建构越完整,光阴极的稳定性就越好,对改善GaAs光阴极稳定性,延长使用寿命具有重要意义。     

Transient behavior of optimized nipiin three-color detectors

The detection of the fundamental components of the visible light (blue, green, red) is realized with a multispectral photodiode based on amorphous silicon. The preferential carrier collection region of this two-terminal device shifts upon changing the applied bias voltage, which leads to a color sensitivity. Structures with controlled bandgap and mobility-lifetime product exhibit a dynamic behavior above 95 dB. Three linearly independent spectral response curves can be extracted to generate a RGB-(red-green-blue)-signal. Bias voltage switching experiments under different monochromatic illumination conditions are carried out to investigate the time-dependent behavior. Furthermore, in order to improve the understanding of the photocurrent transients, we have characterized the voltage-dependent capacitance behavior, Thus, a Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (SPICE) model including the capacitance-voltage (CV) data has been developed, which describes the transient behavior of the detector. The simulations are in good agreement with the experimental data and allow an interpretation of the transient photocurrent response after bias voltage switching. Based on these results, optimization criteria to improve the transient behavior are discussed     

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。