真空沟道结构GaAs光电阴极电子发射特性

光电阴极的发射电流密度和寿命限制了其在功率器件和大科学装置中的应用.本文结合光电阴极和场发射阴极电子发射理论,设计了大电流密度的真空沟道结构光电阴极组件,并使用覆膜和刻蚀技术制备了以GaAs衬底为阴极材料的光电阴极组件.光电阴极组件电子发射特性测试结果显示,常温状态下随入射光功率增加,阴极发射电流增加幅度逐步增大.光功率为5 W时,发射电流达到26.12 mA,电流密度达到5.33 A/cm~2.随光电阴极组件工作温度增加,阴极材料内的载流子浓度也会相应地增加,提高了负极对阴极材料内发射电子的补充效率,增强了阴极组件的电子发射能力.当光电阴极组件为400℃时,其发射电流可达到89.69 mA.由于阴极表面不存在激活原子,在光电阴极组件连续144 h的寿命试验中,阴极的发射电流为4.5±0.3 mA,阴极发射性能并未出现明显衰减.真空沟道是光电阴极组件电子发射的主要区域,通过改善真空沟道结构参数可以直接调整阴极组件发射电子束的形状,增强大电流密度光电阴极在真空电子器件和设备中的适用性.     

发射层厚度对反射式GaAs光电阴极性能的影响

通过求解扩散方程,推导了含有后界面复合速率的反射式GaAs光电阴极量子效率公式,并利用MBE在GaAs (100)衬底上外延生长了发射层厚度分别为1.6 μm、2.0 μm和2.6 μm,掺杂浓度为1×1019cm－3的三个反射式GaAs阴极样品,进行了激活实验.实验结果显示:随着发射层厚度的增加,阴极的长波量子效率和灵敏度都有所提高,而这种提高与阴极电子扩散长度的增长有关.同时,理论仿真研究发现,当后界面复合速率小于或等于105cm/s时,阴极发射层有一个最佳厚度,此时阴极灵敏度最高.后界面复合速率对阴极灵敏度在发射层厚度较小时影响较大,而随着厚度的增大阴极灵敏度最终趋于稳定.     

微光像增强器光阴极灵敏度理论极限问题研究

光阴极灵敏度(量子效率)是微光像增强器最重要和最基本的性能参数之一，它决定着微光成像系统在低照度下的视距和图像清晰度。根据半导体光电发射物理模型及普朗克黑体辐射理论,简介了光电发射5个环节（光子不完全吸收、GaAlAs/GaAs后界面、GaAs光阴极激活层体特性缺陷、GaAs光阴极表面位垒和GaAs光阴极-MCP之间近贴电场电子隧道效应）对光阴极量子效率的影响，给出了相关数学表达式。在假定5个环节子量子效率均为100%的前提下，估算出蓝延伸GaAs光阴极在（0.41～0.93）μm波段内的极限积分灵敏度，其值为6569μA/lm。文末，对此结果的意义给予评价。     

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。     

指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器转化效率理论计算(英文)

光子增强热电子发射型太阳能转换器是一种理论效率极高的新型太阳能利用技术.提出利用指数掺杂GaAs材料作为光子增强热电子发射型太阳能转换器阴极,基于能量守恒及电子扩散漂移发射模型,理论计算了指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转化器的转化效率.结果表明:指数掺杂GaAs可以显著提高光子增强热电子发射效率;指数掺杂GaAs光子增强热电子太阳能转化器转化效率随聚光倍数的增加和阴极表面电子复合速率减小而单调上升;当太阳基数大于200、阴极表面复合小于104 cm/s时,指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器效率可达30%.     

GaAs光阴极高温热清洗北大核心CSCD

GaAs光阴极在进行Cs-O激活前,激活层表面必须达到原子级洁净。最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。然而,在热清洗过程中对处在真空系统中的光阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。采用ANSYS软件对GaAs光阴极热清洗过程进行热分析,得到光阴极表面的温度分布,并讨论该温度分布情况下激活得到光阴极的量子效率分布。     

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.     

碳纳米管阴极强流脉冲发射放气特性研究

为了研究碳纳米管(CNT)阴极强流脉冲发射特性, 在2MeV直线感应加速器(LIA)注入器平台上开展了阴极放气特性实验. 研究结果表明：碳纳米管阴极强流发射时伴随有严重的阴极放气, 阴极放气参与形成阴极等离子体. 对于特定的几次实验, 通过数值积分估算了阴极材料的放气量为0.8—1.12Pa·L, 释放的气体分子数目与电子数目之比为254—203, 说明阴极等离子体为弱电离等离子体. 分析了二极管电压、发射电流密度、放气量以及放气分子数目/电子数目之间的关系     

GaAs光电阴极热清洗工艺研究

GaAs光电阴极在进行Cs-O激活前．激活层表面必须达到原子级洁净。最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。然而．在热清洗过程中对处在真空系统中的光电阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。本文采用四极质谱仪对GaAs光电阴极激活前的热清洗过程进行分析．确定了最佳的热清洗温度及热清洗工艺，较好地解决了GaAs光电阴极激活前的热清洗工艺问题。     

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.     

硒化锌的气相外延生长

采用改进的气相外延法在(100)GaAs衬底上外延生长了ZnSe单晶膜。最大生长速率为每小时10μm左右。淀积过程的激活能为10kcal/mol。在77K的温度下测量了外延膜的光致发光,4460Å附近可以观察到很强的蓝色发射。外延膜的电阻率～1.1Ω·cm。     

深紫外激光光发射与热发射电子显微镜在热扩散阴极研究中的应用

对热扩散阴极表面微区发射状态进行原位观察和分析一直是热阴极研究的重要课题.本文着重介绍深紫外激光光发射电子/热发射电子显微镜的基本原理及其在热扩散阴极研究中的典型实例.系统配备了高温激活所用的加热装置,样品可被加热至1400℃.系统具有光发射电子、阴极热发射电子、光发射电子和阴极热发射电子联合三种电子成像模式.应用表明,对于热扩散阴极而言,深紫外激光光发射电子像适于呈现阴极表面的微观结构形貌;热发射电子像适于反映阴极表面的本征热电子发射及均匀性;光电子和热电子联合成像适于对阴极表面的有效发射点做出精确定位.     

生长温度对碳纳米管阴极场发射性能的影响

碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)场发射平面显示器(Field Emission Display,FED)与其他显示器比较显示了其独特优点,被认为是未来理想的平面显示器之一。碳纳米管阴极作为器件的核心部分,其性能的好坏直接影响显示器的性能。针对30~60英寸(76.2~152.4cm)大屏幕显示器所用的厚膜工艺,即采用丝网印刷法制备了碳纳米管阴极阵列,研究了化学气相沉积法在不同温度下生长的CNTs的场发射电流-电压特性,找到了适合FED用碳纳米管的最佳生长温度。结果表明生长温度越高(750℃),CNTs场发射性能越好。并用荧光粉阳极测试这些CNTs的场发射发光显示效果,验证了上述结论。     

Field emission characteristics of screen-printed carbon nanotubes cold cathode by hydrogen plasma treatment

Selective plasma etching and hydrogen plasma treatment were introduced in turn to improve field emission characteristics of screen-printed carbon nanotubes (CNTs) cold cathode, which was prepared by using slurry of mixture of multi-wall CNTs, organic vehicles and inorganic binder, i.e. silicon dioxide sol. The results show that selective plasma etching process could effectively remove parts of surface inorganic vehicle (SiO₂) layer and expose more smooth and clean CNTs on cathode surface, which could significantly decrease the operating field of CNTs cathode. There are some nanoparticles emerging on the out of CNTs wall after hydrogen plasma treatment, which are equivalent to increase field emission point of cathode. At the same time, these nanoparticles can increase the local electric field of CNTs, which can decrease operating voltage of CNTs cathode and improve uniformity field emission.     

Al/GaAs界面反应的XPS研究

用XPS研究了清洁无序GaAs表面沉积超薄Al膜后的界面反应,结果表明,原沉积于GaAs表面的Al能进入GaAs衬底取代Ga形成AlAs,而通过Al-Ga替位反应释放出来的Ga则残留在衬底表面,提出了Ga/AlAs+GaAs/GaAs三层结构模型。 关键词：     

采用N2-RF等离子体氮化GaAs(001)

研究了在MBE系统中,GaAs(001)表面的氮化过程。GaAs(001)表面直接和间接地暴露在等离子体激发的N₂气流下。两种氮化过程显示了完全不同的表面氮化结果。在打开N₂发生器挡板的情况下,氮化导致GaAs(001)表面损伤,并且形成多晶结构。当增加N₂气压时,损伤变得更严重。但是,在关闭N₂发生器挡板的情况下,在500℃下,经过氮化将观察到(3×3)再构的RHEED花样,表面仍保持原子级的平整度。上述结果表明,不开N₂发生器挡板,低温(500℃下)氮化将在GaN外延生长之前形成平整的薄层c-GaN。     

大直径钪酸盐阴极发射特性

 为获得kA级热发射电子束,研制了直径为100 mm钪酸盐热阴极组件,并建立了适应大面积热阴极实验环境的2 MV 注入器试验平台。实验在二极管真空3.7×10^-5 Pa、二极管电压1.95 MV、脉宽120 ns（FWHM）、阴极温度1 120 ℃时,获得最大收集电流1 038 A,发射电流密度约13 A/cm²。实验结果表明,工作状态下阴极发射能力与激活温度、系统真空度关系密切。     

InAs/GaInSb超晶格薄膜结构与电学性能

采用分子束外延(MBE)方法, 调节生长温度、Ⅴ/Ⅲ束流比等参数在(001)GaAs衬底上生长了InAs/GaInSb超晶格薄膜.结果表明:InAs/GaInSb超晶格薄膜的最佳生长温度在385~395 ℃, Ⅴ/Ⅲ束流比为5.7 :1~8.7 :1.高能电子衍射仪(RHEED)原位观测到清晰的GaAs层(4×2)、GaSb层(1×3)和InAs层(1×2)再构衍射条纹.获得的超晶格薄膜结构质量较好.随着温度的升高, 材料的载流子浓度和迁移率均上升.     

行波管电子枪热分析与结构优化设计

利用ANSYS软件建立某Ka波段行波管2 mm阴极电子枪的有限元模型,并进行稳态及瞬态热分析,提取热流矢量图与温度分布图,得到阴极稳态时的温度分布及预热时间。对电子枪样品进行实验测试,得到的实测温度与模拟温度相差2%,因而在误差允许的范围内有限元方法是可行的。根据热流矢量图对热屏蔽筒进行结构优化,优化后,阴极温度比优化前提高了28 ℃,整枪最高温度提高了27 ℃,阴极预热时间缩短了40 s,缩短幅度达到33％。优化后的结构较大程度地提高了阴极的快启动性能,提升了行波管的快速反应能力。