反射式变掺杂负电子亲和势GaN光电阴极量子效率研究

从变掺杂负电子亲和势(NEA)Ga N光电阴极材料的光电发射机理入手,给出了反射式变掺杂NEA Ga N光电阴极内建电场和量子效率的计算公式.利用初步设计的变掺杂NEA Ga N光电阴极,介绍了变掺杂NEA Ga N阴极的激活过程和激活光电流的变化特点.结合国内外典型的变掺杂NEA Ga N阴极的量子效率曲线,分析了Ga N光电阴极量子效率曲线的特点.结果显示:由于内建电场的存在,反射式变掺杂NEA Ga N光电阴极量子效率在240 nm处即可达到56%,在较宽的入射光波长范围内,阴极具有相对平稳的量子效率,量子效率值随入射光子能量的增加而增加,并且量子效率曲线在阈值附近表现出了明显的锐截止特性.     

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.     

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。     

反射式非均匀掺杂负电子亲和光电阴极量子效率研究

内建电场对提高阴极量子效率有重要作用。为获得恒定的电场强度,需要用指数掺杂方式对光电阴极激活层进行掺杂。指数掺杂实际上是一种特殊的梯度掺杂,针对这种掺杂方式,建立了指数掺杂和均匀掺杂加权的量子效率公式。实验设计了4种掺杂浓度从1019~1018cm-3掺杂样品,测量样品的光谱响应曲线和量子效率曲线,并分别用均匀掺杂量子效率公式,指数掺杂量子效率公式和新建立的梯度掺杂量子效率公式这三种方式,对量子效率曲线进行了拟合,证明了该量子效率公式具有较高的拟合精度。     

用分子束外延法制成透射式GaAs光电阴极

第一次用分子束外延法制成负电子亲和势(NEA)GaAs-GaP 光电阴极。GaAs 的发射表面达到了原子级光滑度。通过 GaAs-GaP 界面上的内扩散形成一个组分渐变的 GaAsP 界面层。此界面层对 GaAs 薄层的光电发射特性(光谱响应曲线和高量子效率)起着重要的作用。     

反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率模型研究

借助指数掺杂与均匀掺杂光电阴极的量子效率公式,提出了采用加权平均法表示的反射式变掺杂光电阴极量子效率理论模型.使用该模型对某掺杂结构的反射式GaAs光电阴极量子效率曲率进行了拟合,获得了最佳的拟合效果,且模型的拟合结果能够定量地揭示材料的变掺杂结构,在不同入射光波段对阴极量子效率的贡献不相同这一现象.针对此现象进行了深入地分析和探讨. 关键词： GaAs 变掺杂 光电阴极 量子效率     

具有e指数内建电场的透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

设计了具有e指数内建电场的透射式GaAs负电子亲和势阴极,利用数值计算方法研究了它的时间响应特性和量子效率特性。结果表明,当吸收区厚度L~0.2~1.5 μm时,阴极的响应时间和量子效率均随L的增大而增大;尤其当L~1.1 μm时响应时间达到10 ps,量子效率达到12.5%~20%,迄今为止,与其他GaAs光电阴极相比,在相同光谱响应条件下,该响应速度是最高的。另外,在不同L下,获得了平均时间衰减常数τ'的函数分布和能够获得最短响应时间的最优系数因子β分布,为新型高速响应GaAs光电阴极的时间响应和量子效率优化提供了必要的理论基础和数据支持。     

变掺杂变组分AlxGa1–xAs/GaAs反射式光电阴极分辨力特性

根据建立的变掺杂变组分反射式Al_xGa_1–x As/GaAs光电阴极的分辨力模型以及调制传递函数(MTF)理论模型,仿真了材料中掺杂浓度线性变化、Al组分线性变化,掺杂浓度均匀不变、Al组分线性变化,掺杂浓度线性变化、Al组分均匀不变,掺杂浓度均匀不变、Al组分均匀不变这4种不同结构反射式光电阴极的分辨力特性.分析了Al组分、掺杂浓度、Al_xGa_1–x As层厚度、GaAs层厚度和入射光波长对阴极分辨力的影响.仿真结果表明,阴极材料中掺杂浓度梯度变化以及Al组分梯度变化都可以提高反射式Al_xGa_1–x As/GaAs光电阴极的分辨力,其中掺杂浓度线性变化的同时, Al组分线性变化对Al_xGa_1–x As/GaAs光电阴极分辨力的影响最为明显.仿真结果还表明:Al组分从0.45线性变化至0时,阴极分辨力最好;掺杂浓度从1019—1018 cm–3线性变化比保持1019 cm–3不变,阴极分辨力更好;而阴极中Al     

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     

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     

NEA光电阴极的(Cs,O)激活工艺研究

在自行研制的负电子亲和势光电阴极性能评估实验系统上,首次利用动态光谱响应技术和变角X射线光电子能谱(XPS)表面分析技术研究了GaAs光电阴极的(Cs,O)激活工艺.获得了首次导Cs、(Cs,O)导入以及(Cs,O)循环的优化激活条件.XPS分析给出GaAs(Cs,O)的最佳激活层厚度为0.82 nm,首次导Cs达到峰值光电发射时的Cs覆盖率为0.71个单层.在优化激活条件下,可以在国产反射式GaAs上获得1025 μA/lm的积分灵敏度.     

Quantum efficiency conversion from the reflection-mode GaAs photocathode to the transmission-mode one

In the article, the transmission-mode negative electron affinity GaAs photocathode is compared with the reflection-mode one in structure, working principle and the quantum efficiency equation. The key point to establish relation between the two modes is that the active-layer is in full accord and the biggest difference is that the incident direction of photons is inverse. Based on the relation and difference above, we obtain the electron escape probability P and the spectrum absorption coefficient α of the reflection-mode GaAs photocathode by multilayer film matrix theory. The quantum efficiency of the transmission-mode GaAs photocathode can be estimated through the coefficients P and α of the reflection-mode one. Two groups of samples are analyzed, the one group contains uniform doping reflection-mode and transmission-mode GaAs photocathodes and the other contains exponential doping ones. Through the analysis and curve fitting, we find that the conversion difference of the uniform-doping is about 11.22% while that of the exponential-doping is about 5.46%. Another four groups of samples with exponential-doping active layer are experimentalized and the differences of them are all less than 6%. The results prove the suggested method is feasible and effective and it is more suitable for the conversion of GaAs photocathode with exponential-doping active layer.     

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     

用积分法推导NEA光电阴极的量子产额

以“三步发射模型”为基础, 采用积分的方法推导出反射式和透射式负电子亲和势（ Ｎ Ｅ Ａ）光电阴极的量子产额表达式, 其中反射式阴极的表达式和传统的求解扩散方程得出的表达式完全相同, 而根据透射式阴极的表达式绘出的量子产额理论曲线, 和求解扩散方程绘出的曲线基本重合, 与实验曲线也符合得很好。     

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     

Influence of built-in electric filed on the energy and emergence angle spreads of transmission-mode GaAs photocathode

In order to research the transport characteristic of photoelectrons in different-structure transmission-mode GaAs photocathodes, the energy and emergence angle spreads of photoelectrons reaching the band-bending region are calculated and the photoemission properties are analyzed. Based on the established atomic configuration models and ionized impurity scattering formulas of the uniform-doping and exponential-doping photocathodes, the trajectories of photoelectrons in different GaAs photocathodes have been calculated. The results show that, the emergence angle spread of the exponential-doping photocathode is more centralized than that of the uniform-doping one. The influence of the built-in electric field on the photoemission is obvious in the short-wave region. The built-in electric field not only increases the quantum efficient, but also improves the resolution of photocathode. This research can be propitious to investigate the photoemission mechanism, and to analyze the effect of the excited photoelectrons on the image intensifier performance.     

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。