透射式负电子亲和势GaN光电阴极的光谱响应研究

利用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)生长了发射层厚度为150 nm、掺杂浓度为1.6×10¹⁷ cm^-3的透射式GaN光电阴极,并在超高真空激活系统中对其进行了激活.通过多信息量测试系统进行了测试,发现透射式负电子亲和势(NEA)GaN光电阴极的量子效率曲线成一个"门"的形状,在255—355 nm波段有较大且平坦的响应,在290 nm处取得最大值为13%,由于AlN缓冲层对短波段光的吸收系数较大,在小于255 nm的波段量子效率出现了下降,当波长大于3 关键词： 透射式 NEA GaN光电阴极 量子效率     

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     

高性能透射式GaAs光电阴极量子效率拟合与结构研究

为了探索高性能透射式GaAs光电阴极的特征结构,对光电阴极量子效率公式进行了光谱反射率与短波截止限的修正,并利用修正后的公式对ITT透射式GaAs光电阴极量子效率(≈43%)曲线进行了拟合,得到拟合相对误差小于5%时的结构参数为:窗口层Ga_1-xAl_xAs的厚度介于0.3-0.5 μm,Al组分x值为0.7,发射层GaAs的厚度介于1.1-1.4 μm.另外,根据拟合结果讨论了均匀掺杂透射式GaAs光电阴极的优化结构参数,如果光电阴极具有0.4 μm厚的Ga_1-xAl_xAs(x=0.7)窗口层和1.1-1.5 μm厚的GaAs发射层,则积分灵敏度可以达到2350 μA/lm以上. 关键词： 透射式GaAs光电阴极 量子效率 积分灵敏度 光学性能     

利用反射与透射光谱测量GaN外延层的光学参数

GaN是一种理想的紫外发光和探测材料,其光学特性参数是光学器件设计的重要依据。采用紫外反射与透射光谱相结合的方法对国产GaN外延层进行光学特性测量,利用反射率与折射率之间的关系和薄膜干涉效应,建立了GaN外延层厚度、表面反射率、光谱吸收系数的光谱测量公式。测量结果表明,GaN外延层在紫外波段存在三个吸收区,其中364nm以下波段为强吸收区,吸收系数接近10^5cm^-1,364～375nm为吸收过渡区,375nm以上波段为弱吸收区;GaN表面反射率在三个吸收区的变化不大,为0．2～0．25之间。     

利用AlGaN薄膜透射谱提取材料参数的研究

为了研究多层结构高铝组分AlGaN薄膜材料的光学性能,并计算得到相关光学参数,本文基于多层膜传输矩阵方法,对两个样品的透射光谱进行了拟合。根据AlGaN材料对不同波长入射光的吸收机制,并考虑了材料在带外的弱吸收,建立了全波段(200～800 nm)范围内的吸收系数模型,同时引入表面粗糙度均方根参数来表征材料表面粗糙度对透射谱的影响。采用所建模型对结构参数不同的两个Al_(0.65)Ga_(0.35)N样品的透射谱进行拟合,拟合结果与实验结果的一致性较好。本文得到的全波段范围内Al_(0.65)Ga_(0.35)N材料的吸收系数,为研究日盲紫外探测器的响应光谱提供了可靠的实验数据。同时,本文还得到了Al_(0.65)Ga_(0.35)N的膜层厚度、折射率、表面粗糙度等参数。     

GaN及AlGaN薄膜透射光谱的研究

利用透射光谱矩阵光学原理,对三种GaN或AlGaN外延薄膜的透射光谱进行了分析.在传统的透射光谱拟合方法的基础上,添加了表征材料表面粗糙度、膜内散射情况的拟合参量,拟合曲线与实验曲线达到了准确的吻合.结果表明:外延薄膜透射光谱的拟合可以准确提取出材料的消光系数、表面状况、散射情况、折射率及厚度,从而对样品质量作出详细的分析.     

透射式变掺杂GaAs光电阴极研究

为了将变掺杂GaAs材料应用于微光像增强器,开展了透射式变掺杂GaAs光电阴极实验研究,制备了2种反转结构透射式变掺杂GaAs光电阴极。测试了玻璃粘接前后GaAs光电阴极载流子浓度变化,发现高温粘接后载流子浓度增加现象。通过测试高温激活的透射式变掺杂GaAs光电阴极发现,在450 nm～550 nm波段内,变掺杂GaAs光电阴极仍然具有较高的光谱响应。     

一种提高透射式GaAs光电阴极响应速度的方案

本文提出了一种可提高透射式GaAs光电阴极响应速度的阴极结构方案,并对这种结构的透射式GaAs光电阴极在电场作用下的响应时间进行了理论计算。计算结果表明,这种结构可便透射式GaAs光电阴极的响应时间由1ns左右减少到几个或几十个ps。     

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     

透射式蓝延伸GaAs光电阴极的光电发射特性研究

利用计算光学性能、量子效率和积分灵敏度的理论模型,分别研究比较了我国和ITT典型透射式蓝延伸GaAs光阴极的光电发射特性,包括阴极的光学性质和性能参数。结果表明我国的透射式蓝延伸光阴极积分灵敏度已经达到2 100μA.lm-1,但与ITT的2 750μA.lm-1相比还存在一定的差距。分析的主要原因是一方面是GaAlAs窗口层的厚度和Al组分大小对于短波响应,特别是对蓝延伸起着决定的作用;另一方面阴极性能参数电子扩散长度和后界面复合速率的大小对长波响应和短波响应也有着重要的影响,这些因素都受制于基础工业制造水平的落后。     

NEA GaN光电阴极量子产额研究

围绕NEA GaN光电阴极光电发射过程的光谱响应理论,研究了其量子产额问题。分别给出了反射模式和透射模式NEA GaN光电阴极的量子产额计算公式,分析了影响量子产额的因素。分析了国外制备的反射模式和透射模式NEA GaN光电阴极的量子产额曲线。结果表明,目前制备的NEA GaN光电阴极已具有高达30%的量子效率和良好的发射性能。相同条件下,反射模式比透射模式的量子效率要高,而且反射模式不像透射模式那样存在短波限制。     

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     

透射式蓝延伸GaAs光电阴极光学结构对比

用金属有机物化学气相沉积法外延制备了一个透射式蓝延伸GaAs光电阴极,积分灵敏度达到1980 μA/lm,同时与美国ITT公司的一条蓝延伸阴极光谱响应曲线对比,分别对两者进行了光学结构拟合. 结果表明,国内阴极在Ga_1-xAl_xAs层厚度、Al组分、电子扩散长度和后界面复合速率上与国外 存在差距,这导致国内阴极的蓝延伸性能不及国外.国内蓝延伸阴极的表面电子逸出几率、发射层厚度与 国外阴极拟合结果一致,这使得两者长波响应性能差别远小于短波部分的差别.另外响应波段全谱的吸收率 小于国外阴极,导致国内透射式蓝延伸GaAs光电阴极光谱响应、积分灵敏度尚不及国外.     

变组分AlGaAs/GaAs透射式光电阴极分辨力特性分析

建立了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极二维载流子输运连续性方程.在一定的边界条件下,利用数值计算方法对此方程进行求解,得到了变组分AlGaAs/GaAs光电阴极调制传递函数(MTF)理论计算模型.利用该模型计算了透射式变组分和均匀组分阴极的理论MTF,分析了分辨力与Al组分变化范围、入射光子波长、AlGaAs和GaAs层厚度的关系.计算结果表明,变组分阴极与均匀组分阴极相比,阴极分辨力显著提高.当空间频率f在100—500 lp·mm-1区间时,分辨力的提高最为明显,如当f=200 lp·mm-1时,一般可提高150%—260%.变组分阴极分辨力的提高是内建电场作用的结果,但内建电场太大时,也会由于Al组分含量过高而影响阴极的长波响应.     

Transmission-mode GaN photocathode based on graded Al_xGa_(1-x)N buffer layer

We create a GaN photocathode based on graded Alx Ga1-x N buffer layers to overcome the influence of buffer-emission layer interface on the photoemission of transmission-mode GaN photocathodes.A gateshaped spectral response with a 260-nm starting wavelength and a 375-nm cut-off wavelength is obtained.Average quantum efficiency is 15% and short wavelength responses are almost equivalent to long wavelength ones.The fitted interface recombination velocity is 5×104 cm/s,with negligible magnitude,proving that the design of the graded buffer layers is efficient in obtaining good interface quality between the buffer and the emission layer.     

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GaN光电阴极光谱响应特性研究

针对负电子亲和势（NEA） GaN光电阴极成功激活后的量子效率问题,利用自行研制的紫外光谱响应测试仪器,测试了成功激活的NEA GaN光电阴极的光谱响应,给出了230—400 nm波段内反射模式NEA GaN光电阴极的量子效率曲线.测试结果表明：反射模式下NEA GaN光电阴极在230nm具有高达37.4%的量子效率,在GaN光电阴极阈值365 nm处仍有3.75%的量子效率,230 nm和400 nm之间的抑制比率超过2个数量级.文中还结合国外的研究结果,综合分析了影响量子效率的因素. 关键词： 负电子亲和势 GaN光电阴极 光谱响应 反射模式     

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     

Comparative research for transmission-mode GaAs photocathodes of different doping structures on surface photovoltage

In order to well study the internal body performance for transmission-mode GaAs photocathode of different varied doping structures, two GaAs photocathodes of exponential doping structure and gradient doping structure were designed respectively. Because surface photovoltage spectrum has close relation with the internal properties of GaAs photocathodes, the connection between surface photovoltage and internal electronic field was well discussed through deduction and calculation. The difference of two structures and the value of internal electronic energy were exactly calculated and verified by experiments. The internal band bending energy could form an internal electronic field with the same direction, which could help the photo-excited electrons to move toward surface barrier layer. This research shows a better method to well study the varied doping structures for GaAs photocathode materials and will help to improve the growth structure for transmission-mode GaAs photocathode module in the future.