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。     

表面势垒对梯度掺杂GaN光电阴极电子逸出几率的影响

研究表面势垒对梯度掺杂GaN光电阴极电子逸出几率的影响.计算梯度掺杂透射式GaN光电阴极的电子能量分布及逸出几率,结果显示梯度掺杂与均匀掺杂相比,可以获得更大的电子逸出几率;I势垒对电子逸出几率的影响显著,而Ⅱ势垒影响较小.利用GaN光电阴极多信息量测试系统,测试两种GaN阴极样品的光电流.实验结果表明,梯度掺杂GaN样品比均匀掺杂电子逸出几率更大;单独进行Cs激活形成的I势垒对电子逸出几率有显著影响,而Cs/O共同激活形成的Ⅱ势垒对其影响较小.     

梯度掺杂与均匀掺杂GaN光电阴极的对比研究

为了提高负电子亲和势(NEA)GaN光电阴极的量子效率,利用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)外延生长了梯度掺杂反射式GaN光电阴极,其掺杂浓度由体内到表面依次为1×10¹⁸ cm^-3,4×10¹⁷ cm^-3,2×10¹⁷ cm^-3和6×10¹⁶ cm^-3,每个掺杂浓度区域的厚度约为45 nm,总的厚度为180 nm.在超高真 关键词： NEA GaN光电阴极 梯度掺杂 量子效率 能带结构     

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     

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     

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     

大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极, 即大梯度指数掺杂透射式GaAs 负电子亲和势 (NEA) 光电阴极, 模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性. 理论分析结果表明, 由于大梯度指数掺杂设计方式, 在吸收层内形成较大的内建电场, 因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短, 当GaAs吸收层厚度～0.9 μm时, 其响应时间达到～ 10 ps, 说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性. 同时在整个光谱响应范围内, 量子效率达到约10%-20%, 空间分辨力显著高于以往的计算结果. 分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下, 这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限, 提高GaAsNEA阴极本身的分辨力, 有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域, 进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.     

负电子亲和势GaN光电阴极的研究进展

GaN材料由于其优良的性能,成为紫外探测和真空电子源领域极具发展潜力的材料之一;目前制备的反射式GaN光电阴极的量子效率已达到70%以上,透射式也达到了30%.本文对GaN光电阴极的结构设计、表面清洗和Cs/O激活三大方面进行了综述,分析了影响量子效率的关键因素,并对今后可能的发展方向进行了展望. 关键词： GaN光电阴极 负电子亲和势 量子效率 进展     

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.     

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.     

Improvement of photoemission performance of a gradient-doping transmission-mode GaAs photocathode

Two types of transmission-mode GaAs photocathodes grown by molecular beam epitaxy are compared in terms of activation process and spectral response, one has a gradient-doping structure and the other has a uniform-doping structure. The experimental results show that the gradient-doping photocathode can obtain a higher photoemission capability than the uniform-doping one. As a result of the downward graded band-bending structure, the cathode performance parameters, such as the electron average diffusion length and the surface electron escape probability obtained by fitting quantum yield curves, are greater for the gradient-doping photocathode. The electron diffusion length is within a range of from 2.0 to 5.4 μm for doping concentration varying from 10¹⁹ to 10¹⁸ cm^-3 and the electron average diffusion length of the gradient-doping photocathode achieves 3.2 μm.     

Comparison of the photoemission behaviour between negative electron affinity GaAs and GaN photocathodes

In view of the important application of GaAs and GaN photocathodes in electron sources, differences in photoemission behaviour, namely the activation process and quantum yield decay, between the two typical types of III-V compound photocathodes have been investigated using a multi-information measurement system. The activation experiment shows that a surface negative electron affinity state for the GaAs photocathode can be achieved by the necessary Cs-O two-step activation and by Cs activation alone for the GaN photocathode. In addition, a quantum yield decay experiment shows that the GaN photocathode exhibits better stability and a longer lifetime in a demountable vacuum system than the GaAs photocathode. The results mean that GaN photocathodes are more promising candidates for electron source emitter use in comparison with GaAs photocathodes.     

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     

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.     

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