超高真空系统中GaAlAs光电阴极的重新铯化研究

为了探索在超高真空系统中使用稳定性和重复性好的光电阴极,开展了金属有机化学气相沉积生长的反射式GaAlAs和GaAs光电阴极的激活实验和重新铯化实验,测试了Cs/O激活后和重新补Cs后的光谱响应曲线和光电流衰减曲线.实验结果表明,在100 lx白光照射条件下,超高真空环境中的GaAlAs光电阴极在Cs/O激活后和重新补Cs激活后的光电流衰减寿命相比GaAs光电阴极更长,并且在多次补Cs激活后呈现较一致的蓝绿光响应能力和光电流衰减寿命,体现了GaAlAs光电阴极在真空系统中稳定性和可重复性使用方面具有的优越性,为海洋真空探测器件和真空电子源领域的研究提供了实验指导.     

In-situ multi-information measurement system for preparing gallium nitride photocathode

We introduce the first domestic in-situ multi-information measurement system for a gallium nitride (GaN) photo- cathode. This system can successfully fulfill heat cleaning and activation for GaN in an ultrahigh vacuum environment and produce a GaN photocathode with a negative electron affinity (NEA) status. Information including the heat clean- ing temperature, vacuum degree, photocurrent, electric current of cesium source, oxygen source, and the most important information about the spectral response, or equivalently, the quantum efficiency (QE) can be obtained during prepa- ration. The preparation of a GaN photocathode with this system indicates that the optimal heating temperature in a vacuum is about 700 C. We also develop a method of quickly evaluating the atomically clean surface with the vacuum degree versus wavelength curve to prevent possible secondary contamination when the atomic level cleaning surface is tested with X-ray photoelectron spectroscopy. The photocurrent shows a quick enhancement when the current ratio between the cesium source and oxygen source is 1.025. The spectral response of the GaN photocathode is flat in a wavelength range from 240 nm to 365 nm, and an abrupt decline is observed at 365 nm, which demonstrates that with the in-situ multi-information measurement system the NEA GaN photocathode can be successfully prepared.     

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     

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     

GaAs光电阴极激活时Cs的吸附效率研究

从NEA GaAs光电阴极的激活光电流曲线发现,当系统真空度不很高时,在首次Cs激活阶段,表面掺杂浓度较低的阴极材料,其光电流产生需要的时间也较长.同时,随着系统真空度的提高,这种时间上的差异又变得不再明显.该现象表明,Cs原子在阴极表面的吸附效率同表面层掺杂浓度以及系统真空度之间有直接的联系.为定量分析这种关系,本文根据实验数据建立了Cs在阴极表面吸附效率的数学模型,利用该模型仿真的结果同实验现象非常符合.该研究对进一步开展变掺杂阴极结构设计和制备工艺研究具有重要的价值和意义. 关键词： GaAs光电阴极 吸附效率 真空度 表面掺杂浓度     

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.     

Evolution of Photocurrent during Coadsorption of Cs and O on GaAs （100）

The photocurrent and spectral response characteristics of gallium arsenide （GaAs） are obtained by a multiinformation measurement system, and the evolution of the photocurrent versus the Cs：O flux ratio is investigated. The experimental results show that the photocurrent increases approximately exponentially after the first exposure to Cs until a maximum sensitivity is reached, the detailed evolution process and the ultimate photocurrent are different for different samples. These differences are analysed, and according to the process of coadsorption of Cs and oxygen on GaAs, an equation is presented to explain the increase of photocurrent.     

超二代微光像增强器多碱光电阴极膜厚测量研究

介绍了多碱光电阴极的光学性能和光谱反射率特性,测量了多碱阴极的光谱反射率曲线.该曲线与普通光学膜层光谱反射率曲线相比,形状较不规则,原因是多碱阴极膜层存在光吸收.光谱反射率曲线上的干涉峰是入射光在玻璃与阴极膜层界面反射和在阴极膜层与真空的界面反射的两束光发生干涉的结果.根据干涉的原理,如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的偶倍数时,光谱反射将出现干涉加强峰;如果阴极膜层所反射的两束光的光程差为二分之一波长的奇倍数时,光谱反射将出现干涉减弱峰.根据超二代像增强器光谱反射干涉峰对应的波长,可以计算出其阴极膜层的厚度约为191 nm,比二代像增强器阴极膜层的厚度增加了38％.多碱阴极膜层厚度是影响多碱阴极灵敏度的一个关键参量,仅仅靠人眼观察阴极膜层颜色的方法不准确.实践证明,利用光谱反射的方法来计算阴极膜层厚度的方法简单有效.如果在多碱阴极的制作过程中进行光谱反射率的监控,那么将可以精确控制阴极膜层的厚度,对多碱阴极的研究将会更加深入,多碱阴极的灵敏度也将会得到进一步的提升.     

负电子亲合势GaAs光电阴极稳定性的研究

本文采用在超高真空系统中引入少量Ar气及在激活到最高灵敏度时维持一定Cs蒸气压的方法,改进了激活系统的环境气氛,使阴极在台内的寿命得到极大地延长,为封管提供了足够的时间.文中还探讨了影响阴极稳定性的重要因素,并指出了在现有的条件下进一步提高阴极稳定性的途径.     

激光驱动的光阴极研究

论述激光驱动的光阴极实验研究。包括直流高压真空试验系统，测试装置和实验结果及其分析讨论。ＬａＢ６、纯金属铜（Ｃｕ）和钐（Ｓｍ）以及半导体碲化铯（Ｃｓ２Ｔｅ）三类有代表性光阴极的量子效率分别是６×１０－４、３．８×１０－４、１１．６×１０－４和（２～６）×１０－２。利用ＫｒＦ激光，１８ｋＶ极间电压下饱和电流密度分别为７０Ａ／ｃｍ２、５０Ａ／ｃｍ２、１０２Ａ／ｃｍ２和５７Ａ／ｃｍ２。用多孔板法测得的归一化发射度约１０πｍｍ·ｍｒａｄ。     

All solid state ion-conducting cesium source for atomic clocks

Cesium containing glass with solid metal electrodes was used as a Cs atom source in a high vacuum system. A silver anode provides an injection source of highly mobile ions which sweep Cs to the cathode surface, from which they evaporate into the vacuum. Cathode metallization with finger patterns was used leaving bare glass for Cs evaporation. Laser absorption measurements show Cs vapor generation synchronous with an applied DC voltage.     

GaAs光电阴极稳定性的光谱响应测试与分析

利用光谱响应测试仪对激活后的反射式GaAs(Cs,O)光电阴极进行了稳定性测试,获得了阴极随时间变化的光谱响应曲线,并表征了阴极在衰减过程中的性能参数变化.结果表明:积分灵敏度和峰值响应随着时间不断下降,截止波长向短波推移,表面逸出几率的下降是阴极衰减的直接原因.不同波长下光谱响应的衰减速率并不相同,波长越长,衰减速率越大,因此激活台内阴极在灵敏度衰减的同时长波响应能力也在不断下降.     

光阴极RF腔注入器

 光阴极RF腔注入器是一种强流、窄脉冲(ps量级)、低发射度的电子束源。文章给出了CAEP光阴极RF腔注入器的结构和实验结果,结构主要包括驱动激光器、Cs₂Te阴极制备室、2.5个RF腔、高功率微波源和测量仪器等,其中驱动激光器的参数是影响注入器电子束质量的重要因素;实验上,该光阴极RF腔注入器可稳定输出能量2MeV、流强70A、发射度～4mm.mrad的高亮度电子束流。     

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.     

不同变掺杂结构GaAs光电阴极的光谱特性分析

为定量研究变掺杂结构对阴极量子效率的作用效果,设计生长了两种不同掺杂方式的反射式梯度掺杂GaAs光电阴极,激活后测量了两者的光谱响应曲线。将光谱响应曲线转换为对应的量子效率曲线,对不同入射光波段的量子效率进行了拟合分析,得到了体现变掺杂结构贡献程度的变掺杂系数K值。研究发现,同一阴极材料对不同波段的入射光,其掺杂结构产生的作用效果各不相同。同时,不同掺杂结构光电阴极对于相同波段范围内的入射光,其作用效果也不相同。产生这些差别的根本原因,是由于不同掺杂结构下,材料中内建电场的位置和强度不同而造成的。该研究为评判不同掺杂方式下光电阴极的结构性能提供了有效的分析手段,对研究阴极变掺杂结构的优化设计具有非常重要的应用价值。     

GaAs光电阴极在不同强度光照下的稳定性

利用多信息量测试系统分别测试了反射式GaAs光电阴极激活后在0(无光照)，33和100lx白光照射情况下阴极的光电流衰减变化曲线，计算得到其寿命分别为320，160和75min，阴极稳定性随光照强度的增加而降低，测试了只有光照(100lx)而无光电流流过阴极时阴极的寿命为100min. 通过比较发现光照比光电流对阴极稳定性的影响更大. 还测试了阴极在33lx光照下量子效率曲线随时间的衰减，发现阴极低能光子的量子效率下降速度更快，导致量子效率曲线形状不断发生变化. 基于修正后的反射式阴极量子效率公式对这种变化进行了理论分析，发现与光电子的谷间散射和阴极衰减过程中表面势垒形状的变化有关.     

“超Ⅱ代像增强器”光电阴极成分控制原理研究

本文研究了用光电阴极反射率预测和确定多碱阴极的厚度和成分,并用反射率和光谱响应对其进行控制。如果用５２０ｎｍ单色光源来测量反射率和光谱响应,则“超Ⅱ代像增强器”的光电阴极的厚度应在１２０ｎｍ左右,即峰值ＲＭ３出现后,Ｓ／Ｓｍａｘ约为６０％时。根据（ＲＭ１,ＲＭ）和（ＲＭ,ＲＭ２）确定ｎ、ｋ值以及光电流在光谱响应峰值前的稳定上升和峰值后的近似线性下降规律通过调节锑、钾、钠源蒸发速率控制阴极成分。     

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.     

用于DC–SC超导光电子枪中的光阴极的研制

DC-SC超导光阴极微波电子枪是一种新型的高平均流强电子源,本文介绍了其中的关键部件—光阴极的研制.在自行研制的光阴极制备室里成功制备了两种光阴极:Cs₂Te和Cs₃Sb光阴极.Cs₂Te光阴极的寿命长,用266nm紫外光激发,量子效率QE>25%,真空中(1×10^－5Pa)寿命50h.Cs₃Sb光阴极是多层膜结构,用532nm激光激发,量子效率2%,真空中(10^－5Pa)寿命只有几个小时.两者都可以满足电子枪的设计要求,但是由于Cs₂Te光阴极更稳定,在目前的DC-SC超导光电子枪调试实验中采用这种光阴极     

Cs2 Te photocathode fabrication system at Peking University

A cesium telluride (Cs₂Te) photocathode with a quantum efficiency of 13% at 253.7 nm (radiant incidence 200 μ/cm²) is fabricated by tellurium and cesium vapor deposition onto a stainless-steel substrate. The cesium telluride cathode will be used to provide a high-brightness electron beam source for the 3+1/2 photo-injector at Peking University. The design of the system, the fabrication procedures and the preliminary experimental results are presented in this paper.