近紫外波段NEA GaN阴极响应特性的研究

为了深入理解近紫外波段NEA GaN阴极的光谱响应特性, 在超高真空系统中对MOCVD生长的不同发射层厚度和掺杂浓度的三个样品进行激活实验, 并在线测试样品光谱响应. 利用反射式GaN阴极量子效率公式和最小二乘法对入射光波长为0.25—0.35 μ之间的 阴极响应量子效率实验数据进行拟合, 分别得到后界面复合速率和拟合直线L的斜率, 并使用量子效率公式对入射光波长为0.35 μ时的反射式GaN阴极光谱响应量子效率进行仿真. 结果表明, 后界面复合速率和直线v的斜率都能很好地反映GaN阴极的响应性能, 当GaN阴极后界面复合速率小于10⁵ cm/s, 发射层的厚度取0.174—0.212 μ时, 阴极光谱响应性能最好. 关键词： 反射式GaN 势垒 最小二乘法 后界面缺陷     

发射层厚度对透射式GaAs光电阴极表面光电压谱的影响

通过求解一维稳态少子扩散方程,推导了含有后界面复合速率和发射层厚度的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程.通过对发射层厚度分别为1.6 μm和2.0 μm,掺杂浓度为1×1019 cm－3的GaAs透射式阴极样品测试,理论曲线和实验曲线基本一致.通过引入表面光电压谱积分灵敏度公式,仿真探讨了表面光电压谱在一定体材料参量条件下,积分灵敏度受发射层厚度的影响|发现在体材料参量一定条件下,透射式GaAs光电阴极具有最佳厚度,同时最佳厚度受后界面复合速率的影响更大,同时GaAlAs窗口层也能很好降低发射层后界面复合速率.     

发射层厚度对透射式GaAs光电阴极表面光电压谱的影响

通过求解一维稳态少子扩散方程,推导了含有后界面复合速率和发射层厚度的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程.通过对发射层厚度分别为1.6 μm和2.0 μm,掺杂浓度为1×1019 cm-3的GaAs透射式阴极样品测试,理论曲线和实验曲线基本一致,通过引入表面光电压谱积分灵敏度公式,仿真探讨了表面光电压谱在一定体材...     

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.     

指数掺杂GaAs光电阴极量子效率的理论计算

将GaAs光电阴极发射层掺杂浓度由体内到发射表面从高到低的进行指数掺杂，能在发射层形成一个恒定的内建电场，有利于光电子的逸出.在考虑内建电场的作用下，通过建立和求解少数载流子所遵循的一维连续性方程，得到了反射式和透射式指数掺杂阴极的量子效率公式，并利用这些公式对其量子效率进行了理论计算和仿真.计算结果显示发射层指数掺杂能较明显的提高阴极的量子效率，与均匀掺杂阴极相比，能使反射式阴极积分灵敏度提高约20%，透射式阴极提高30%以上.指数掺杂提高阴极量子效率的主要原因与内建电场有关，光电子在内建电场作用下以扩散加漂移的方式到达阴极表面，从而减小了后界面复合速率对阴极的影响，同时提高了阴极的等效电子扩散长度. 关键词： 指数掺杂 内建电场 能带结构 量子效率     

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     

对三代微光管光谱响应的测试分析

利用自行研制的光谱响应测试仪对国产三代微光管进行了光谱响应测试,给出了三代微光管的光谱响应特性,利用曲线拟合方法估算了GaAs光电阴极材料的性能参数。结果显示该三代微光管的积分灵敏度约800μA/lm左右,所选GaAs材料的电子扩散长度为2.0μm,与1.6μm的阴极厚度相当,电子表面逸出几率为0.38,后界面复合速率为106cm/s。发现GaAs材料的扩散长度偏低,以及阴极的后界面复合速率太大是限制三代微光管光电发射性能进一步提高的重要原因。     

高性能透射式GaAs光电阴极量子效率拟合与结构研究

为了探索高性能透射式GaAs光电阴极的特征结构,对光电阴极量子效率公式进行了光谱反射率与短波截止限的修正,并利用修正后的公式对ITT透射式GaAs光电阴极量子效率(≈43%)曲线进行了拟合,得到拟合相对误差小于5%时的结构参数为:窗口层Ga_1-xAl_xAs的厚度介于0.3-0.5 μm,Al组分x值为0.7,发射层GaAs的厚度介于1.1-1.4 μm.另外,根据拟合结果讨论了均匀掺杂透射式GaAs光电阴极的优化结构参数,如果光电阴极具有0.4 μm厚的Ga_1-xAl_xAs(x=0.7)窗口层和1.1-1.5 μm厚的GaAs发射层,则积分灵敏度可以达到2350 μA/lm以上. 关键词： 透射式GaAs光电阴极 量子效率 积分灵敏度 光学性能     

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。     

指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器转化效率理论计算(英文)

光子增强热电子发射型太阳能转换器是一种理论效率极高的新型太阳能利用技术.提出利用指数掺杂GaAs材料作为光子增强热电子发射型太阳能转换器阴极,基于能量守恒及电子扩散漂移发射模型,理论计算了指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转化器的转化效率.结果表明:指数掺杂GaAs可以显著提高光子增强热电子发射效率;指数掺杂GaAs光子增强热电子太阳能转化器转化效率随聚光倍数的增加和阴极表面电子复合速率减小而单调上升;当太阳基数大于200、阴极表面复合小于104 cm/s时,指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器效率可达30%.     

透射式蓝延伸GaAs光电阴极光学结构对比

用金属有机物化学气相沉积法外延制备了一个透射式蓝延伸GaAs光电阴极,积分灵敏度达到1980 μA/lm,同时与美国ITT公司的一条蓝延伸阴极光谱响应曲线对比,分别对两者进行了光学结构拟合. 结果表明,国内阴极在Ga_1-xAl_xAs层厚度、Al组分、电子扩散长度和后界面复合速率上与国外 存在差距,这导致国内阴极的蓝延伸性能不及国外.国内蓝延伸阴极的表面电子逸出几率、发射层厚度与 国外阴极拟合结果一致,这使得两者长波响应性能差别远小于短波部分的差别.另外响应波段全谱的吸收率 小于国外阴极,导致国内透射式蓝延伸GaAs光电阴极光谱响应、积分灵敏度尚不及国外.     

Modulation transfer function characteristic of uniform-doping transmission-mode GaAs/GaAlAs photocathode

The resolution characteristic can be obtained by the modulation transfer function (MTF) of a GaAs/GaAlAs photocathode.After establishing the theoretical model of GaAs(100)-oriented atomic configuration and the formula for the ionized impurity scattering of the non-equilibrium carriers,this paper calculates the trajectories of photoelectrons in a photocathode.Thus the distribution of photoelectron spots on the emit-face is obtained,which is namely the point spread function.The MTF is obtained by Fourier transfer of the line spread function obtained from the point spread function.The MTF obtained from these calculations is shown to depend heavily on the electron diffusion length,and enhanced considerably by decreasing the electron diffusion length and increasing the doping concentration.Furthermore,the resolution is enhanced considerably by increasing the active-layer thickness,especially at high spatial frequencies.The best spatial resolution is 860 lp/mm,for the GaAs photocathode of doping concentration 1 × 10 19 cm 3,electron diffusion length 3.6 μm and the active-layer thickness 2 μm,under the 633-nm light irradiated.This research will contribute to the future improvement of the cathode’s resolution for preparing a high performance GaAs photocathode,and improve the resolution of a low light level image intensifier.     

The optimal thickness of a transmission-mode GaN photocathode

A 150-nm-thick GaN photocathode with a Mg doping concentration of 1.6×1017cm-3 is activated by Cs/O in an ultrahigh vacuum chamber,and a quantum efficiency(QE) curve of the negative electron affinity transmission-mode(t-mode) of the GaN photocathode is obtained.The maximum QE reaches 13.0% at 290 nm.According to the t-mode QE equation solved from the diffusion equation,the QE curve is fitted.From the fitting results,the electron escape probability is 0.32,the back-interface recombination velocity is 5×104 cm·s-1,and the electron diffusion length is 116 nm.Based on these parameters,the influence of GaN thickness on t-mode QE is simulated.The simulation shows that the optimal thickness of GaN is 90 nm,which is better than the 150-nm GaN.     

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.     

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。