GaAs光电阴极表面电子逸出概率与波长关系的研究

GaAs光电阴极量子效率公式中用到的表面电子逸出概率,在阴极工作波段范围内通常视为与入射光子波长无关的常数。应用该结论对反射式GaAs光电阴极激活实验结果进行了拟合分析。实验采用分子束外延GaAs材料,外延发射层厚度为1.6μm、掺杂浓度为1×1019cm-3,分析结果显示理论曲线与实验曲线存在偏差,而在激活台内阴极灵敏度下降后的光谱响应曲线拟合结果偏差更大。这种偏差是由于表面电子逸出概率对入射光子波长的依赖关系造成的,并非通常认为的与波长无关。经过光谱响应曲线的拟合分析得出,反射式阴极表面电子逸出概率与入射光子波长之间近似满足指数关系,两者通过表面势垒因子相联系。高、低温激活后阴极表面势垒因子分别为3.53和1.36。     

表面势垒对梯度掺杂GaN光电阴极电子逸出几率的影响

研究表面势垒对梯度掺杂GaN光电阴极电子逸出几率的影响.计算梯度掺杂透射式GaN光电阴极的电子能量分布及逸出几率,结果显示梯度掺杂与均匀掺杂相比,可以获得更大的电子逸出几率;I势垒对电子逸出几率的影响显著,而Ⅱ势垒影响较小.利用GaN光电阴极多信息量测试系统,测试两种GaN阴极样品的光电流.实验结果表明,梯度掺杂GaN样品比均匀掺杂电子逸出几率更大;单独进行Cs激活形成的I势垒对电子逸出几率有显著影响,而Cs/O共同激活形成的Ⅱ势垒对其影响较小.     

指数掺杂GaAs光电阴极量子效率的理论计算

将GaAs光电阴极发射层掺杂浓度由体内到发射表面从高到低的进行指数掺杂，能在发射层形成一个恒定的内建电场，有利于光电子的逸出.在考虑内建电场的作用下，通过建立和求解少数载流子所遵循的一维连续性方程，得到了反射式和透射式指数掺杂阴极的量子效率公式，并利用这些公式对其量子效率进行了理论计算和仿真.计算结果显示发射层指数掺杂能较明显的提高阴极的量子效率，与均匀掺杂阴极相比，能使反射式阴极积分灵敏度提高约20%，透射式阴极提高30%以上.指数掺杂提高阴极量子效率的主要原因与内建电场有关，光电子在内建电场作用下以扩散加漂移的方式到达阴极表面，从而减小了后界面复合速率对阴极的影响，同时提高了阴极的等效电子扩散长度. 关键词： 指数掺杂 内建电场 能带结构 量子效率     

指数掺杂结构对透射式GaAs光电阴极量子效率的影响研究

通过在一维连续性方程光电子产生函数项中加入短波约束因子,修正了指数掺杂和均匀掺杂透射式GaAs光电阴极量子效率公式.利用修正的透射式阴极量子效率公式分别拟合制备的指数掺杂和均匀掺杂透射式阴极量子效率实验曲线,符合得很好.另外拟合得到的阴极性能参数表明,由于内建电场的作用,指数掺杂阴极的性能要好于均匀掺杂阴极,指数掺杂结构能够明显提高透射式阴极的量子效率. 关键词： 透射式光电阴极 指数掺杂 量子效率 内建电场     

GaAs光电阴极光谱响应曲线形状的变化

利用光谱响应测试仪测试了反射式GaAs光电阴极在激活过程中以及激活后衰减过程中的光谱响应曲线,测试结果显示在这两个过程中光谱响应曲线形状都在不断发生变化。在激活过程中随着GaAs表面双偶极层的形成,阴极表面有效电子亲和势不断降低,光谱响应则不断提高,但长波响应提高得更快。在激活结束后,位于激活室中受白光照射的GaAs光电阴极由于Cs的脱附影响了双偶极层结构,阴极表面有效电子亲和势不断升高,光谱响应则不断下降,但长波响应下降得更快。上述现象无法用常用的反射式阴极量子效率公式进行解释,它们与阴极高能光电子的逸出有关。由于反射式阴极发射电子能量分布随着入射光子能量的升高而向高能端偏移,同时阴极表面势垒形状的变化对低能电子比对高能电子的影响更大,从而导致了光谱响应曲线形状的变化。     

反射式负电子亲和势GaN光电阴极量子效率衰减机理研究

针对反射式负电子亲和势(NEA) GaN光电阴极量子效率的衰减以及不同波段对应量子效率衰减速度的不同,参照国外给出的NEA GaN光电阴极在反射模式下量子效率曲线随时间的衰减变化情况,利用GaN光电阴极铯氧激活后的表面模型［GaN(Mg):Cs］:O-Cs,结合量子效率衰减过程中表面势垒的变化,研究了反射式NEA GaN光电阴极量子效率的衰减机理. 有效偶极子数量的减小是造成量子效率降低的根本原因,表面I,II势垒形状的变化造成了不同波段对应的量子效率下降速度的不同. 关键词： 负电子亲和势 GaN光电阴极 量子效率 表面势垒     

反射式负电子亲和势GaN光电阴极量子效率衰减机理研究

针对反射式负电子亲和势(NEA) GaN光电阴极量子效率的衰减以及不同波段对应量子效率衰减速度的不同,参照国外给出的NEA GaN光电阴极在反射模式下量子效率曲线随时间的衰减变化情况,利用GaN光电阴极铯氧激活后的表面模型［GaN(Mg):Cs］:O-Cs,结合量子效率衰减过程中表面势垒的变化,研究了反射式NEA GaN光电阴极量子效率的衰减机理. 有效偶极子数量的减小是造成量子效率降低的根本原因,表面I,II势垒形状的变化造成了不同波段对应的量子效率下降速度的不同.     

GaN真空面电子源光电发射机理研究

采用Cs源持续、O源断续的交替方法成功激活了GaN光电阴极,原位测试了透射模式下的光谱响应曲线,获得了透射模式下高达13%的量子效率.从一维定态薛定谔方程入手,得到了GaN真空面电子源材料的电子透射系数的表达式.对于一定形状的阴极表面势垒,电子透射系数决定于入射电子能量、表面势垒的高度和宽度.根据具有负电子亲和势(NEA)特性的透射式GaN光电阴极的能带及Cs,O覆盖过程中阴极表面势垒的变化情况,结合双偶极层[CaN(Mg):Cs]:O-Cs表面模型,分析了GaN真空面电子源材料NEA特性的形成原因.研究表明:Cs,O激活过程中形成的双偶极层对电子逸出起促进作用,双偶极层的形成是材料表面真空能级下降的原因. 关键词： GaN 电子源 透射系数 双偶极层     

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。     

透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度研究

通过研究指数掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散漂移长度与均匀掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散长度的差异,确定透射式指数掺杂GaAs光电阴极的最佳厚度范围为16—22 μm.利用量子效率公式对透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度进行了仿真分析,发现厚度为20 μm时阴极积分灵敏度最大.外延生长阴极厚度分别为16和20 μm的两种透射式指数掺杂GaAs样品并进行了激活实验,测得样品的积分灵敏度分别为1228和1547 μA/lm,两者的比值为796%. 实验结果与仿真结果符合. 关键词： GaAs光电阴极 透射式 指数掺杂 厚度     

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.     

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     

铯氧比对砷化镓光电阴极激活结果的影响

实验和理论分析结果表明,激活成功的砷化镓光电阴极的铯氧比存在一个最佳值.砷化镓光电阴极铯氧比的控制可通过调节激活过程中铯源和氧源的加热电流大小来实现.激活实验结果表明,铯氧电流比适中的样品,首次进氧时,光电流上升速度最快,激活后的阴极量子效率最高,稳定性好.当偏离这个比例,过大或过小时,光电流上升速度都会减慢,激活结果也比前者差.随着铯氧电流比的增大,铯氧交替的总次数随之减少.最佳铯氧电流比的调节应以首次进氧时光电流的上升速度最快为准,一旦确定后在整个铯氧交替过程中保持不变.     

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。     

The optimal thickness of a transmission-mode GaN photocathode

A 150-nm-thick GaN photocathode with a Mg doping concentration of 1.6×1017cm-3 is activated by Cs/O in an ultrahigh vacuum chamber,and a quantum efficiency(QE) curve of the negative electron affinity transmission-mode(t-mode) of the GaN photocathode is obtained.The maximum QE reaches 13.0% at 290 nm.According to the t-mode QE equation solved from the diffusion equation,the QE curve is fitted.From the fitting results,the electron escape probability is 0.32,the back-interface recombination velocity is 5×104 cm·s-1,and the electron diffusion length is 116 nm.Based on these parameters,the influence of GaN thickness on t-mode QE is simulated.The simulation shows that the optimal thickness of GaN is 90 nm,which is better than the 150-nm GaN.     

反射式NEA GaN光电阴极量子效率恢复研究

以反射式NEA GaN光电阴极充分激活、衰减以及补Cs后的量子效率曲线为依据,针对阴极量子效率的衰减规律和补Cs后的恢复状况,论述了NEA GaN光电阴极量子效率的衰减和恢复机理.经过重新Cs化处理,反射式NEA GaN光电阴极量子效率在240 nm到300 nm的短波区域恢复到激活后最好状态的94%以上,300 nm到375 nm的长波区域恢复到88%以上.结合反射式NEA GaN光电阴极衰减前后的表面势垒形状和反射式GaN光电阴极量子效率的计算公式,得到了量子效率曲线的衰减规律以及补Cs后的恢复状况与 关键词： 反射式 NEA GaN光电阴极 量子效率