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.     

梯度掺杂结构GaN光电阴极的稳定性

利用GaN光电阴极多信息量测试评估系统,对反射式梯度掺杂和均匀掺杂GaN光电阴极样品进行了激活及衰减后的量子效率测试,并测试衰减速率。在同样的衰减时间内,和均匀掺杂样品相比,梯度掺杂样品的衰减比例较小,衰减速率较慢,其原因在于梯度掺杂结构可在其发射层内部产生系列内建电场,致使其能带连续向下弯曲,导致其表面真空能级比均匀掺杂样品下降得更低,发射层表面形成的负电子亲和势更明显,造成发射层内的光生电子更易逸出,阴极量子效率的衰减变慢,从而使其稳定性强于均匀掺杂结构。     

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...     

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。     

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     

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     

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     

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.     

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。     

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     

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。     

GaAs光电阴极激活后的表面势垒评估研究

根据阴极制备过程中单独Cs激活和Cs-O交替激活两个阶段产生的光电流的峰值比,结合对电子穿过表面单势垒和双势垒后能量分布的理论曲线,提出了一种评估NEA GaAs光阴极表面势垒参数的新方法.利用该方法研究的结果完全符合双偶极层模型理论,并且和对实测阴极电子能量分布曲线拟合的结果非常一致.该方法简单、有效,在不增加测试手段的前提下,丰富了对NEA GaAs光电阴极激活效果及表面特征评价的方法和途径. 关键词： GaAs 光电阴极 表面势垒 能量分布     

负电子亲和势GaN真空面电子源研究进展

结合国内和国外的最新研究成果,论述了目前在NEA GaN真空面电子源研究方面的现状. 从光电发射理论、表面净化方法、阴极激活工艺、光谱响应测试以及材料本身特性等方面针对GaN真空电子源的研究取得了一定成绩:初步研究了NEA GaN电子源的光电发射机理;给出了可获得原子级清洁表面的净化方法;采用Cs或Cs/O对GaN材料进行了有效激活;测试了GaN真空电子源材料的光谱响应;探讨了影响电子源量子效率的材料特性. 指出了下一步研究需要关注的内容. 关键词： NEA GaN 电子源 光谱响应     

指数掺杂反射式GaAlAs和GaAs光电阴极比较研究

采用指数掺杂技术, 通过金属有机化学气相沉积法外延生长了反射式GaAlAs和GaAs光电阴极, GaAlAs发射层的Al组分设计为0.63. 在超高真空系统中分别对两种阴极进行激活实验, 得到激活后的光谱响应曲线. 利用指数掺杂反射式光电阴极量子效率公式对实验曲线进行拟合并分析了电子漂移扩散长度、后界面复合速率、表面电子逸出几率等性能参数对光电发射性能的影响. 结果表明, 与GaAs光电阴极相比, GaAlAs光电阴极的Al组分虽然在一定程度上不利于光电发射, 但是解决了GaAs光电阴极由于响应波段宽而不能很好地用于窄波段可见光探测领域的问题, 制备出只对蓝绿光响应的反射式GaAlAs光电阴极.     

负电子亲和势GaN光电阴极铯吸附机理研究

为了得到铯吸附与阴极电子亲和势变化之间的定量关系,利用NEA光电阴极激活评估实验系统对GaN光电阴极进行了铯激活.根据半导体光电发射理论和双偶极层模型,通过对电子亲和势随铯覆盖度变化的实验结果进行拟合运算,得到电子亲和势与铯覆盖度之间的函数关系式.分析了铯的吸附机理,得到激活过程中铯的吸附过程与GaN材料有效电子亲和势下降之间的关系.实验表明:负电子亲和势GaN光电阴极材料在铯激活时光电流随着铯覆盖度的增加而从本底值增为极大值,激活过程中GaN电子能量分布曲线低动能截止点的位置决定于铯的覆盖度.当铯的覆盖度从0、1/2、2/3到1个单层变化时,低动能截止点依次向左移动,当覆盖度从0增加到1个单层时,低动能截止点向左移动了约3eV的距离.研究表明,低动能截止点左移本质上是由于对电子逸出起促进作用的有效偶极子[GaN(Mg):Cs]数量的增多造成的,有效偶极子数量的增多带来了材料表面真空能级的下降.     

GaN紫外光阴极材料的高低温两步制备实验研究

GaN紫外光阴极是一种表面具有负电子亲和势(NEA)状态的光电发射材料,具有电子发射效率高、暗发射小、稳定性好等众多优点,是近年来得到迅速发展的一种新型高性能紫外探测材料。采用超高真空原子吸附工艺,对金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)外延的p型GaN表面依次进行了高温净化、Cs/O激活、低温净化和Cs/O激活的高低温两步光阴极制备实验。实验结果表明,高温净化后的Cs/O激活可制备出量子效率约为20%的GaN紫外光阴极材料,第二步低温净化后GaN表面仍具有光电发射能力,经过Cs/O激活后可将阴极光电流恢复到接近高温激活结束后的水平,说明GaN阴极材料的制备只需单步高温激活完成。通过比较GaN与GaAs光阴极材料的高低温制备效果差异,对GaN光阴极制备工艺的机理进行了探讨。     

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     

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。     

GaN 光电阴极的研究及其发展

GaN 光电阴极的理论研究主要集中在量子产额、电子能量分布和表面模型三个方面.国内对 GaN 光电阴极的研究尚处于起步阶段,存在基础理论不太明确、关键制备工艺欠成熟的问题.重点探讨了 GaN 光电阴极在发射机理、材料生长、表面净化、激活工艺的优化、变掺杂结构设计和稳定性等方面的研究动向、存在的相关问题及应采取的措施.根据实验结果提出了制备GaN光电阴极的可行性工艺流程. 关键词： GaN 光电阴极 发展