光电子技术与器件 其他

O462．3 2005032161 GaAs光电阴极稳定性的光谱响应测试与分析=Spectral response measurement and analysis of stability for GaAs photocathode[刊,中]／杜晓晴(南京理工大学电子工程与 光电技术学院．江苏,南京(210094)),宗志园…∥光子学 报．-2004,33(8)．-939-941 利用光谱响应测试仪对激活后的反射式GaAs(Cs,O) 光电阴极进行了稳定性测试,获得了阴极随时间变化的光 谱响应曲线,并表征了阴极在衰减过程中的性能参数变     

超高真空系统中GaAlAs光电阴极的重新铯化研究

为了探索在超高真空系统中使用稳定性和重复性好的光电阴极,开展了金属有机化学气相沉积生长的反射式GaAlAs和GaAs光电阴极的激活实验和重新铯化实验,测试了Cs/O激活后和重新补Cs后的光谱响应曲线和光电流衰减曲线.实验结果表明,在100 lx白光照射条件下,超高真空环境中的GaAlAs光电阴极在Cs/O激活后和重新补Cs激活后的光电流衰减寿命相比GaAs光电阴极更长,并且在多次补Cs激活后呈现较一致的蓝绿光响应能力和光电流衰减寿命,体现了GaAlAs光电阴极在真空系统中稳定性和可重复性使用方面具有的优越性,为海洋真空探测器件和真空电子源领域的研究提供了实验指导.     

负电子亲和势GaN光电阴极激活机理研究

利用自行研制的光电阴极激活评估实验系统,给出了GaN光电阴极Cs激活及Cs/O激活的光电流曲线.针对GaN光电阴极的负电子亲和势（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的阴极表面模型,研究了NEA GaN光电阴极激活机理.实验表明：GaN光电阴极在单独导入Cs激活时就可获得明显的NEA特性,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大.用双偶极层模型［GaN（Mg）：Cs］：O—Cs较好地解释了激活成功后GaN光电阴极NEA特性的成因. 关键词： 负电子亲和势 GaN 激活 光电流     

利用梯度掺杂获得高量子效率的GaAs光电阴极

获得高量子效率且稳定性良好的阴极一直是近年来发展GaAs光电阴极的重要方向。对晶面为(100),掺杂Be,厚度为1μm分子束外延生长的反射式GaAs发射层,设计了一种从体内到表面掺杂浓度由高到低分布的新型梯度掺杂结构。掺杂浓度的范围从1×1019cm-3到1×1018cm-3,并利用(Cs,O)激活技术制备了GaAs光电阴极。光谱响应测试曲线显示,与传统均匀掺杂的GaAs光电阴极相比,梯度掺杂的GaAs光电阴极的量子效率在整个波段都有提高,积分灵敏度可达1580μA/lm,且具有更好的稳定性。讨论了这种新型GaAs光电阴极获得更高量子效率的内在机理。该设计结构是现实可行的,且具有很大发展潜力,它为国内发展高性能GaAs光电阴极提供了一条重要途径。     

高温Cs激活GaAs光电阴极表面机理研究

研究了高温Cs激活过程中,GaAs光电阴极表面势垒的变化机理。在考虑GaAs材料体内负电性p型掺杂杂质与材料表面正电性Cs+所形成的偶极子对表面势垒的作用后,通过求解均匀掺杂阴极中电子所遵循的一维连续性方程,得到了反射式均匀掺杂阴极的量子效率公式,通过求解薛定谔方程得到了到达阴极表面的光电子的逸出概率公式,利用公式对GaAs光电阴极的Cs激活过程进行了分析。分析发现,激活过程中GaAs光电阴极的量子效率和光电子的逸出概率正比于偶极子层的电场强度。     

反射式负电子亲和势GaN光电阴极的光电发射及稳定性研究

利用在线多信息紫外光电阴极激活评估系统,测试了真空室内两个GaN 光电阴极Cs,O激活后及衰减6 h和18 h后补Cs的光谱响应特性曲线和量子效率曲线;并绘制了光纤光源波长为300 nm的光电阴极响应电流衰减变化曲线.实验结果证明,GaN 光电阴极较GaAs阴极具有更好的稳定性,量子效率可保持相对稳定达10 h,然后缓慢衰减,衰减速率较窄禁带半导体材料低得多.补Cs后光电流最大值较刚激活完有16.8%的增长,这充分证明阴极表面量子效率衰减的原因是Cs的脱附,而不是O的吸附.这些现象可由双偶极层模型来解释, 关键词： 光学 光电阴极 量子效率 稳定性     

GaAs光电阴极制备工艺中表面污染的微区分析

基于超高真空光电阴极制备与表面分析互联装置开展了反射式GaAs光电阴极激活实验,并利用扫描聚焦X射线光电子能谱对化学清洗后及Cs/O激活后的阴极表面进行了微区分析.通过X射线激发样品产生二次电子图像定位需要分析的微小区域,更加准确地检测了阴极表面存在的杂质.检测发现化学清洗后的GaAs阴极样品会受到金属压片的二次污染,出现钠、铯污染.表面分析和激活实验表明,高温加热和激活并不能去除钠污染,且此污染会影响表面砷的脱附,阻碍激活过程中Cs、O的吸附,降低阴极的光电发射性能.采用扫描聚焦X射线成像技术对阴极表面进行微区选点分析,有助于更加准确地分析阴极激活前后的表面成分变化.     

NEA GaN光电阴极表面模型研究

针对目前NEAGaN光电阴极研究中Cs激活或Cs/O激活后表面状态的形成过程还不清楚的问题,围绕NEAGaN光电阴极的光电发射机理,结合GaN光电阴极激活过程中出现的现象及成功激活的最终效果,给出了GaN光电阴极铯氧激活后的表面模型[GaN(Mg):Cs]:O-Cs。利用该模型可很好地解释单独用Cs激活时约-1.0eV的有效电子亲和势和Cs/O共同激活时-1.2eV的有效电子亲和势的成因,也较好地解释了表面吸附原子的组合形式,即Cs/O激活后激活层的化学结构由Cs2O2和CsO2构成。     

透射式GaAs光电阴极组件在真空烘烤后表面氧化的XPS分析

介绍了GaAs光电阴极在高温烘烤后不同深度上Ga原子和As原子氧化的XPS分析结果,并对GaAs中的Ga原子比As原子更容易氧化以及GaAs光电阴极在经过高温烘烤后,其激活所能达到的阴极灵敏度偏低的现象进行了分析.     

不同Cs、O电流比激活对GaAs光阴极灵敏度和稳定性的影响

鉴于不同的铯氧电流激活GaAs光阴极时会对激活过程和结果产生不同的影响,从而影响GaAs光阴极的灵敏度和稳定性.以固定铯源电流,改变氧源电流的方式获取不同铯、氧电流比,激活同类GaAs光阴极,得到了3组实验数据.对数据进行分析,结果表明:同类光阴极在相同条件下激活时,光电流出现的时间几乎一致,并且首个光电流峰值也非常接近;激活时ICs/IO=1.07是目前获得高灵敏度、高稳定性GaAs光阴极的最佳电流比,而ICs/IO=1.10时光阴极灵敏度低但稳定性好,ICs/IO=1.03时光阴极灵敏度高但稳定性差.双偶极层模型认为Cs、O激活后GaAs表面形成了稳定均匀的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs双偶极层,并达到了负电子亲和势,这一点与实验数据的分析结果相一致.该方法可用于提高GaAs光阴极灵敏度和稳定性.     

Comparison of the photoemission behaviour between negative electron affinity GaAs and GaN photocathodes

In view of the important application of GaAs and GaN photocathodes in electron sources, differences in photoemission behaviour, namely the activation process and quantum yield decay, between the two typical types of III-V compound photocathodes have been investigated using a multi-information measurement system. The activation experiment shows that a surface negative electron affinity state for the GaAs photocathode can be achieved by the necessary Cs-O two-step activation and by Cs activation alone for the GaN photocathode. In addition, a quantum yield decay experiment shows that the GaN photocathode exhibits better stability and a longer lifetime in a demountable vacuum system than the GaAs photocathode. The results mean that GaN photocathodes are more promising candidates for electron source emitter use in comparison with GaAs photocathodes.     

The effect of Be-doping structure in negative electron affinity GaAs photocathodes on integrated photosensitivity

A new structure of GaAs photocathode was introduced. The Be-doping concentration is variable in the new structure compared with the constant concentration of Be in the normal photocathode. Negative electron affinity GaAs photocathodes were fabricated by alternate input of Cs and O. The spectral response results measured by the on-line spectral response measurement system show that the integrated photosensitivity of the photocathodes with the new structure is enhanced by at least 50% as compared to those with the monolayer structure. Accordingly, two main factors leading to the enhanced photosensitivity of the photocathodes were discussed.     

GaN光电阴极表面势垒对电子逸出几率的影响

针对GaN光电阴极表面势垒对电子逸出几率的影响问题,应用玻尓兹曼分布和基于Airy函数的传递矩阵法计算了GaN光电阴极的电子逸出几率,发现电子逸出几率主要由I势垒决定,II势垒对电子逸出几率的影响有限.利用自行研制的GaN光电阴极激活评估实验系统,测试了透射式GaN光电阴极样品的激活光电流.实验发现,Cs单独激活引起电子逸出几率的显著增加,而Cs单独充分激活后的Cs/O交替激活对电子逸出几率的影响有限.理论计算结果与激活光电流测试结果一致,其原因是Cs单独激活对降低真空能级的贡献远大于Cs/O共同激活.     

负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正

量子效率是表征负电子亲和势（NEA）光电阴极发射性能的最重要的特性参数,准确建立量子效率公式为揭示各个阴极参量对整体性能的影响以及NEA光电阴极的优化设计提供了重要的理论指导.在对NEA光电阴极体内及表面光电发射过程的分析基础上,考虑入射光子能量、表面能带弯曲区以及表面势垒对电子发射的影响,对表面逸出概率和电子衰减长度进行了修正,并利用积分法推导了NEA光电阴极的量子效率公式,其理论预测曲线与实验曲线基本一致,从而验证了修正公式的实用性.为NEA光电阴极的研究提供了有效的理论参考依据. 关键词： 负电子亲和势光电阴极 量子效率 能带弯曲区 衰减长度     

LEED-Auger characterization of GaAs during activation to negative electron affinity by the adsorption of Cs and O

A combination of low energy electron diffraction (LEED) and Auger electron spectroscopy (AES) has been used to study the formation of the negative electron affinity (NEA) condition on surfaces of p-type, degenerate, (100) and (111) GaAs. Activation to NEA is achieved by adsorbing Cs and O onto atomically clean GaAs in repetitive cycles of first Cs and then O. Before activation, the clean GaAs surfaces exhibit their characteristic LEED patterns. However, once obtained, there is no significant correlation between the quality of these LEED patterns and the final activation. The adsorption of both Cs and O during activation to NEA is amorphous. Auger measurements have shown that the first photoemission maximum occurs after the adsorption of about a half monolayer of Cs. The initial O adsorption occurs on the GaAs surface between the Cs atoms. The adsorbed O interacts strongly with Cs at any stage during the activation. Peak photosensitivities, after completion of the Cs and O adsorptions, were in the range 400 to 1100 $\text{μA}\text{lumen}$. The final activation does not correlate with the quantity of Cs and O on the surface. The temperature dependence of the photosensitivity of NEA GaAs (100) activated at ?170°C has a broad maximum at about ?50°C and a subsidiary maximum at about 160°C. In addition, the photoemission at ?170°C can be either increased or decreased by having heated the sample up to 200°C, even though no Cs or O desorption has taken place. These results can be traced to changes in work function rather than to changes in bulk properties. While the LEED patterns from clean GaAs show no structural changes with temperature, such changes are observed when Cs is on the surface. It is suggested that changes both in photoemission and in LEED patterns are due to the temperature-induced mobility of Cs on GaAs. An atomic model for the NEA surface is discussed in terms of a layer of Cs and O atoms about 10 Å thick on the GaAs.     

均匀掺杂和梯度掺杂结构GaN光电阴极性能对比研究

高温退火与Cs/O激活是形成负电子亲和势GaN光电阴极的外来诱因,GaN材料本身性能是影响阴极形成的内在因素.针对均匀掺杂和梯度掺杂GaN光电阴极在结构上的不同,结合阴极在激活过程中光电流的变化规律和激活后的量子产额,分析了均匀掺杂和梯度掺杂负电子亲和势GaN光电阴极性能的异同.实验表明,与均匀掺杂结构阴极相比,梯度掺...     

大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极, 即大梯度指数掺杂透射式GaAs 负电子亲和势 (NEA) 光电阴极, 模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性. 理论分析结果表明, 由于大梯度指数掺杂设计方式, 在吸收层内形成较大的内建电场, 因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短, 当GaAs吸收层厚度～0.9 μm时, 其响应时间达到～ 10 ps, 说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性. 同时在整个光谱响应范围内, 量子效率达到约10%-20%, 空间分辨力显著高于以往的计算结果. 分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下, 这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限, 提高GaAsNEA阴极本身的分辨力, 有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域, 进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.