GaAs光电阴极光谱响应曲线形状的变化

利用光谱响应测试仪测试了反射式GaAs光电阴极在激活过程中以及激活后衰减过程中的光谱响应曲线,测试结果显示在这两个过程中光谱响应曲线形状都在不断发生变化。在激活过程中随着GaAs表面双偶极层的形成,阴极表面有效电子亲和势不断降低,光谱响应则不断提高,但长波响应提高得更快。在激活结束后,位于激活室中受白光照射的GaAs光电阴极由于Cs的脱附影响了双偶极层结构,阴极表面有效电子亲和势不断升高,光谱响应则不断下降,但长波响应下降得更快。上述现象无法用常用的反射式阴极量子效率公式进行解释,它们与阴极高能光电子的逸出有关。由于反射式阴极发射电子能量分布随着入射光子能量的升高而向高能端偏移,同时阴极表面势垒形状的变化对低能电子比对高能电子的影响更大,从而导致了光谱响应曲线形状的变化。     

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.     

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.     

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     

高温Cs激活GaAs光电阴极表面机理研究

研究了高温Cs激活过程中,GaAs光电阴极表面势垒的变化机理。在考虑GaAs材料体内负电性p型掺杂杂质与材料表面正电性Cs+所形成的偶极子对表面势垒的作用后,通过求解均匀掺杂阴极中电子所遵循的一维连续性方程,得到了反射式均匀掺杂阴极的量子效率公式,通过求解薛定谔方程得到了到达阴极表面的光电子的逸出概率公式,利用公式对GaAs光电阴极的Cs激活过程进行了分析。分析发现,激活过程中GaAs光电阴极的量子效率和光电子的逸出概率正比于偶极子层的电场强度。     

铟封前后透射式GaAs光电阴极光谱响应特性的测试与分析

利用自行研制的光谱响应测试仪工程化样机,对透射式GaAs光电阴极在高温激活结束、低温激活结束以及铟封成管后的光谱响应特性进行了测试。结果显示,铟封后阴极整个响应波段的光谱响应下降,长波响应受到最显著的影响,表现为800~815 nm之间长波响应大幅度衰减,截止波长和峰值波长向短波移动,峰值响应和积分灵敏度减小,最终的光谱响应曲线变得平坦。阴极参量的计算结果反映铟封后阴极的表面逸出几率降低,说明铟封引起阴极表面激活层发生变化,使得能量较低的长波段光生电子不容易逸出,阴极长波响应和灵敏度随之降低。进一步分析了铟封过程中影响阴极表面激活层的因素。     

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.     

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.     

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。     

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。     

Comparative research on the transmission-mode GaAs photocathodes of exponential-doping structures

Early research has shown that the varied doping structures of the active layer of GaAs photocathodes have been proven to have a higher quantum efficiency than uniform doping structures. On the basis of our early research on the surface photovoltage of GaAs photocathodes, and comparative research before and after activation of reflection-mode GaAs photocathodes, we further the comparative research on transmission-mode GaAs photocathodes. An exponential doping structure is the typical varied doping structure that can form a uniform electric field in the active layer. By solving the one-dimensional diffusion equation for no equilibrium minority carriers of transmission-mode GaAs photocathodes of the exponential doping structure, we can obtain the equations for the surface photovoltage (SPV) curve before activation and the spectral response curve (SRC) after activation. Through experiments and fitting calculations for the designed material, the body-material parameters can be well fitted by the SPV before activation, and proven by the fitting calculation for SRC after activation. Through the comparative research before and after activation, the average surface escape probability (SEP) can also be well fitted. This comparative research method can measure the body parameters and the value of SEP for the transmission-mode GaAs photocathode more exactly than the early method, which only measures the body parameters by SRC after activation. It can also help us to deeply study and exactly measure the parameters of the varied doping structures for transmission-mode GaAs photocathodes, and optimize the Cs-O activation technique in the future.     

Comparative research on the transmission-mode GaAs photocathodes of exponential-doping structures

Early research has shown that the varied doping structures of the active layer of GaAs photocathodes have been proven to have a higher quantum efficiency than uniform doping structures.On the basis of our early research on the surface photovoltage of GaAs photocathodes,and comparative research before and after activation of reflection-mode GaAs photocathodes,we further the comparative research on transmission-mode GaAs photocathodes.An exponential doping structure is the typical varied doping structure that can form a uniform electric field in the active layer.By solving the one-dimensional diffusion equation for no equilibrium minority carriers of transmission-mode GaAs photocathodes of the exponential doping structure,we can obtain the equations for the surface photovoltage(SPV) curve before activation and the spectral response curve(SRC) after activation.Through experiments and fitting calculations for the designed material,the body-material parameters can be well fitted by the SPV before activation,and proven by the fitting calculation for SRC after activation.Through the comparative research before and after activation,the average surface escape probability(SEP) can also be well fitted.This comparative research method can measure the body parameters and the value of SEP for the transmission-mode GaAs photocathode more exactly than the early method,which only measures the body parameters by SRC after activation.It can also help us to deeply study and exactly measure the parameters of the varied doping structures for transmission-mode GaAs photocathodes,and optimize the Cs-O activation technique in the future.     

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。