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。     

反射式GaN光电阴极表面势垒对量子效率衰减的影响

针对反射式GaN光电阴极长波段量子效率衰减较大, 短波段量子效率衰减较小的实验现象, 在考虑谷间散射的情况下, 利用玻尓兹曼分布和基于Airy函数的传递矩阵法, 计算了发射电子能量分布, 分析了表面势垒变化对量子效率衰减的影响, 理论与实验符合较好. 激活层有效偶极子数的减少使表面势垒宽度和高度增加, 引起长波光子激发产生的发射电子能量分布衰减较大, 短波光子激发产生的发射电子能量分布衰减较小, 这是量子效率在长波段衰减较大, 短波段衰减较小的根本原因.     

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.     

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.     

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     

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。     

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.     

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.     

反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率模型研究

借助指数掺杂与均匀掺杂光电阴极的量子效率公式,提出了采用加权平均法表示的反射式变掺杂光电阴极量子效率理论模型.使用该模型对某掺杂结构的反射式GaAs光电阴极量子效率曲率进行了拟合,获得了最佳的拟合效果,且模型的拟合结果能够定量地揭示材料的变掺杂结构,在不同入射光波段对阴极量子效率的贡献不相同这一现象.针对此现象进行了深入地分析和探讨. 关键词： GaAs 变掺杂 光电阴极 量子效率     

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。     

Influence of cesium on the stability of a GaAs photocathode

The stability of a reflection-mode GaAs photocathode has been investigated by monitoring the photocurrent and the spectral response at room temperature.We observe the photocurrent of the cathode decaying with time in the vacuum system under the action of Cs current,and find that the Cs atoms residing in the vacuum system are helpful in prolonging the life of the cathode.We examine the evolution and analyse the influence of the barrier on the spectral response of the cathode.Our results support the double dipolar model for the explanation of the negative electron affinity effect.     

砷化镓光电阴极光谱响应与吸收率关系分析

为了研究砷化镓(GaAs)光电阴极光谱响应与吸收率曲线间的关系,采用分子束外延法(MBE)和金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)制备了两类GaAs光电阴极,并测试得到了样品吸收率和光谱响应实验曲线.对每个样品的这两条曲线在同一坐标系中做最大值归一化处理,将归一的光谱响应曲线与归一的吸收率曲线做除法,得到了类似光电阴极表面势垒的形状.结果表明,两种方法制备的光电阴极光谱响应曲线相比吸收率曲线都发生了红移,MBE样品偏移量稍大于MOCVD样品.短波吸收率不截止,光谱响应截止于500 nm左右;可见光波段上,光谱响应曲线的峰值位置相比吸收率曲线红移了几百meV;近红外区域,光谱响应曲线的截止位置相比吸收率曲线红移了几个meV.MOCVD样品中杂质对带隙的影响更小,光谱响应相比吸收率发生的能量偏移更小.这些结论对提高GaAs光电阴极光电发射性能有指导意义.     

真空铟焊的负电子亲和势砷化镓光阴极实验研究

大功率激光加载会使负电子亲和势(NEA)砷化镓(GaAs)光阴极的温度迅速升高,较高的温度对NEA GaAs 光阴极的激活层造成了破坏,从而使其量子效率迅速下降。探索了基于FEL-THz装置的NEA GaAs 光阴极的真空铟焊工艺,搭建了GaAs真空铟焊平台,并进行了真空铟焊后的GaAs光阴极激光与束流加载实验。研究表明,真空铟焊使GaAs与金属阴极托之间形成了紧密连接,增强了阴极与阴极托之间的热传导,减缓了阴极的温升速率,并在数瓦平均功率激光加载时将注入器中NEA GaAs 光阴极的工作寿命提高了一个量级以上。     

均匀掺杂GaAs材料光电子的输运性能研究

通过建立原子结构的理论模型和电离杂质散射理论公式,研究了光电子在透射式均匀掺杂GaAs光电阴极体内的输运过程,分析了光电阴极的掺杂浓度、发射层厚度、电子扩散长度等相关因素对阴极出射面的弥散圆斑以及到达阴极出射面的光电子数与激发光电子总数之比的影响.计算结果表明,当透射式均匀掺杂GaAs光电阴极发射层厚度为2 μm、电子扩散长度为3.6 μm、掺杂浓度为1×10¹⁹ cm^-3时,其极限线分辨率为769 mm^-1.此GaAs材料光电子的输运性能 关键词： GaAs 光电阴极 光电子输运 弥散圆斑 分辨率     

透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度研究

通过研究指数掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散漂移长度与均匀掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散长度的差异,确定透射式指数掺杂GaAs光电阴极的最佳厚度范围为16—22 μm.利用量子效率公式对透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度进行了仿真分析,发现厚度为20 μm时阴极积分灵敏度最大.外延生长阴极厚度分别为16和20 μm的两种透射式指数掺杂GaAs样品并进行了激活实验,测得样品的积分灵敏度分别为1228和1547 μA/lm,两者的比值为796%. 实验结果与仿真结果符合. 关键词： GaAs光电阴极 透射式 指数掺杂 厚度     

GaAs光阴极量子效率分布测量

基于负电子亲和势GaAs光阴极直流高压注入器,设计并搭建了国内首套光阴极量子效率分布测量系统。该系统利用单透镜实现逐点扫描,并采用LabVIEW进行控制和数据读写。实验表明,该系统单点采样时间小于2.3 s,分辨率优于0.32 mm。初步测量了GaAs阴极的量子效率分布,观察到量子效率分布及其衰减的不均匀性,量子效率较高区域的衰减速率更低。