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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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...     

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。