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.     

GaN紫外光阴极材料的高低温两步制备实验研究

GaN紫外光阴极是一种表面具有负电子亲和势(NEA)状态的光电发射材料,具有电子发射效率高、暗发射小、稳定性好等众多优点,是近年来得到迅速发展的一种新型高性能紫外探测材料。采用超高真空原子吸附工艺,对金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)外延的p型GaN表面依次进行了高温净化、Cs/O激活、低温净化和Cs/O激活的高低温两步光阴极制备实验。实验结果表明,高温净化后的Cs/O激活可制备出量子效率约为20%的GaN紫外光阴极材料,第二步低温净化后GaN表面仍具有光电发射能力,经过Cs/O激活后可将阴极光电流恢复到接近高温激活结束后的水平,说明GaN阴极材料的制备只需单步高温激活完成。通过比较GaN与GaAs光阴极材料的高低温制备效果差异,对GaN光阴极制备工艺的机理进行了探讨。     

NEA GaN光电阴极表面模型研究

针对目前NEAGaN光电阴极研究中Cs激活或Cs/O激活后表面状态的形成过程还不清楚的问题,围绕NEAGaN光电阴极的光电发射机理,结合GaN光电阴极激活过程中出现的现象及成功激活的最终效果,给出了GaN光电阴极铯氧激活后的表面模型[GaN(Mg):Cs]:O-Cs。利用该模型可很好地解释单独用Cs激活时约-1.0eV的有效电子亲和势和Cs/O共同激活时-1.2eV的有效电子亲和势的成因,也较好地解释了表面吸附原子的组合形式,即Cs/O激活后激活层的化学结构由Cs2O2和CsO2构成。     

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。     

GaAs光电阴极制备工艺中表面污染的微区分析

基于超高真空光电阴极制备与表面分析互联装置开展了反射式GaAs光电阴极激活实验,并利用扫描聚焦X射线光电子能谱对化学清洗后及Cs/O激活后的阴极表面进行了微区分析.通过X射线激发样品产生二次电子图像定位需要分析的微小区域,更加准确地检测了阴极表面存在的杂质.检测发现化学清洗后的GaAs阴极样品会受到金属压片的二次污染,出现钠、铯污染.表面分析和激活实验表明,高温加热和激活并不能去除钠污染,且此污染会影响表面砷的脱附,阻碍激活过程中Cs、O的吸附,降低阴极的光电发射性能.采用扫描聚焦X射线成像技术对阴极表面进行微区选点分析,有助于更加准确地分析阴极激活前后的表面成分变化.     

GaN真空面电子源光电发射机理研究

采用Cs源持续、O源断续的交替方法成功激活了GaN光电阴极,原位测试了透射模式下的光谱响应曲线,获得了透射模式下高达13%的量子效率.从一维定态薛定谔方程入手,得到了GaN真空面电子源材料的电子透射系数的表达式.对于一定形状的阴极表面势垒,电子透射系数决定于入射电子能量、表面势垒的高度和宽度.根据具有负电子亲和势(NEA)特性的透射式GaN光电阴极的能带及Cs,O覆盖过程中阴极表面势垒的变化情况,结合双偶极层[CaN(Mg):Cs]:O-Cs表面模型,分析了GaN真空面电子源材料NEA特性的形成原因.研究表明:Cs,O激活过程中形成的双偶极层对电子逸出起促进作用,双偶极层的形成是材料表面真空能级下降的原因. 关键词： GaN 电子源 透射系数 双偶极层     

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     

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.     

Cs/GaN(0001)吸附体系电子结构和光学性质研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法计算了 1/4ML Cs原子吸附 (2 × 2) GaN(0001) 表面的吸附能、能带结构、电子态密度、电荷布居数、功函数和光学性质. 计算发现, 1/4ML Cs 原子在 GaN(0001) 表面最稳定吸附位为 N 桥位, 吸附后表面仍呈现为金属导电特性, Cs原子吸附GaN(0001)表面后主要与表面 Ga 原子发生作用, Cs6s 态电子向最表面 Ga 原子转移, 引起表面功函数下降. 研究光学性质发现, Cs 原子吸附 GaN(0001) 表面后, 介电函数虚部、吸收谱、反射谱向低能方向移动.     

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     

InGaAs光电阴极制备工艺中的原位光电子能谱

为了探索InGaAs光电阴极高温净化工艺的最佳加热温度点,利用超高真空光电阴极制备与表征互联装置开展了不同加热温度点下的高温净化实验和表面铯/氧(Cs/O)激活实验。通过扫描聚焦X射线光电子能谱对化学清洗后、高温净化后以及表面激活后的InGaAs样品表面进行原位分析,检测不同温度点下表面杂质的脱附程度和化学元素组成变化。结果表明,样品表面的碳污染物和氧化物在625℃时都被完全去除,获得原子级清洁表面,但此时In元素会出现挥发现象,导致材料表面In含量降低,会使InGaAs材料的红外响应特性不明显,因此600℃被认为是最佳加热温度。结合原位紫外光电子能谱发现二次电子截止边随着温度的升高不断向高结合能的位置偏移,这表明高温净化能有效降低表面功函数值,而Cs/O激活能进一步降低表面功函数值,获得负电子亲和势,提高InGaAs光电阴极的近红外光电发射性能。     

Cs/C(0001)-(2×2)表面结构分析低能电子衍射动力学计算

采用背散射微扰(RSP)、重整化前向散射(RFS)等低能电子衍射(LEED)动力学计算法,计算了Cs/C(0001)-2×2表面的各种可能模型的I-V曲线。将这些曲线与实验曲线拟合,用可靠性因子在这一百多条I-V曲线中搜寻最佳结构。结果排除了Cs原子插入石墨层中和吸附在碳原子顶位的可能。该表面的最可能结构为Cs原子吸附在石墨面上芯位,Cs原子层与C原子层的层间距为2.80?,衬底石墨的结构与其体结构相同。 关键词：     

红外InGaAsP光电阴极研究

本文主要对阈值波长可达1.25μm的InGaAsP光电阴极进行了详细的研究。在国内首次实现了在0.5μm～1.25μm波段范围内具有光电响应的半导体光电阴极。用Cs和O₂激活后得到的光电阴极在1.06μm处的反射式光电灵敏度为3.4mA/W,量子效率为0.4%。本文还对激活表面及热清洁工艺进行了系统地分析,确定出了最佳的表面清洁温度及时间。     

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。     

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.     

A2Ca[B4O5(OH)4]2·8H2O(A＝Rb, Cs)合成、 FTIR光谱及激光拉曼光谱研究

采用Rb2 CO3 ,Cs2 CO3 ,H3 BO3 和CaCl2 合成了新的硼氧酸盐复盐Rb2 Ca[B4O5(OH) 4 ]2 ·8H2 O和Cs2 Ca[B4O5(OH) 4 ]2 ·8H2 O ,通过化学分析和热分析等确定了化学物的组成。给出了两种化合物的FTIR光谱和Ra man光谱 ,分析了各种谱线的归属。     

GaN光电阴极激活后的光谱响应分析

由于GaN光电阴极的突出性能,其在紫外探测方面有着广泛的应用.文章在超高真空激活系统中,对GaN样品进行了 Cs/O激活实验,并分析了激活后反射式的量子效率:在240～350nm的紫外波段内,量子效率约在30％～10％之间,曲线较为平坦,在240nm处达到30％的最大值,与国外结果对比后发现,本文获得的GaN光电阴极量...     

透射式碲铯（Cs2Te）光阴极厚度不均匀现象消除方法的研究

为解决透射式Cs2Te光阴极厚度不均匀问题,通过理论和实验研究,分析了产生此问题的机理及其影响因素.这些因素包括:蒸发源发生器形状及其与阴极基底之间的相对位置;Cs/Te原子在阴极基底表面上完成化学反应所需的结合能以及制作阴极前基底表面所能达到的温度均匀性水平等.实验证明,上述最后一个因素是影响Cs2Te光阴极厚度不均匀的主要原因.通过改变加温程序,优化保温时间,均衡阴极基底与阴极托盘温度梯度等途径,使得制作的透射式Cs2Te光阴极厚度不均匀性由原来的76.4%,改善为<10%.     

NEA GaAs光电阴极激活工艺研究

本文报道了 GaAs 反射式光电阴极的激活工艺过程和结果.通过实验确定了 GaAs表面的热清洁温度,利用钼丝热辐射加热方法达到了比较理想的清洁效果,采用铯分子源和高纯氧作氧源获得了高于1000μA/1m 的激活积分灵敏度.