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     

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     

反射式NEA GaN光电阴极量子效率恢复研究

以反射式NEA GaN光电阴极充分激活、衰减以及补Cs后的量子效率曲线为依据,针对阴极量子效率的衰减规律和补Cs后的恢复状况,论述了NEA GaN光电阴极量子效率的衰减和恢复机理.经过重新Cs化处理,反射式NEA GaN光电阴极量子效率在240 nm到300 nm的短波区域恢复到激活后最好状态的94%以上,300 nm到375 nm的长波区域恢复到88%以上.结合反射式NEA GaN光电阴极衰减前后的表面势垒形状和反射式GaN光电阴极量子效率的计算公式,得到了量子效率曲线的衰减规律以及补Cs后的恢复状况与 关键词： 反射式 NEA GaN光电阴极 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     

GaAs／GaAlAs光电阴极量子效率相关参数测量方法的研究

针对三代微光中ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ光电极研制的特点，提出一些与阴极量子效率相关的参数的测量方法，以供阴极工艺研究参考。     

不同变掺杂结构GaAs光电阴极的光谱特性分析

为定量研究变掺杂结构对阴极量子效率的作用效果,设计生长了两种不同掺杂方式的反射式梯度掺杂GaAs光电阴极,激活后测量了两者的光谱响应曲线。将光谱响应曲线转换为对应的量子效率曲线,对不同入射光波段的量子效率进行了拟合分析,得到了体现变掺杂结构贡献程度的变掺杂系数K值。研究发现,同一阴极材料对不同波段的入射光,其掺杂结构产生的作用效果各不相同。同时,不同掺杂结构光电阴极对于相同波段范围内的入射光,其作用效果也不相同。产生这些差别的根本原因,是由于不同掺杂结构下,材料中内建电场的位置和强度不同而造成的。该研究为评判不同掺杂方式下光电阴极的结构性能提供了有效的分析手段,对研究阴极变掺杂结构的优化设计具有非常重要的应用价值。     

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     

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     

发射层厚度对反射式GaAs光电阴极性能的影响

通过求解扩散方程,推导了含有后界面复合速率的反射式GaAs光电阴极量子效率公式,并利用MBE在GaAs (100)衬底上外延生长了发射层厚度分别为1.6 μm、2.0 μm和2.6 μm,掺杂浓度为1×1019cm－3的三个反射式GaAs阴极样品,进行了激活实验.实验结果显示:随着发射层厚度的增加,阴极的长波量子效率和灵敏度都有所提高,而这种提高与阴极电子扩散长度的增长有关.同时,理论仿真研究发现,当后界面复合速率小于或等于105cm/s时,阴极发射层有一个最佳厚度,此时阴极灵敏度最高.后界面复合速率对阴极灵敏度在发射层厚度较小时影响较大,而随着厚度的增大阴极灵敏度最终趋于稳定.     

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。     

指数掺杂GaAs光电阴极分辨力特性分析

通过建立和求解指数掺杂阴极中电子所遵循的二维连续性方程,得到了透射式指数掺杂阴极的调制传递函数表达式,并利用该表达式对阴极分辨力特性进行了理论计算和分析.计算结果显示,与均匀掺杂相比,指数掺杂能较明显地提高阴极的分辨力.当空间频率f在100—400 lp/mm范围时,分辨力的提高最为明显,如当f=200 lp/mm时,分辨力一般可提高20%—50%.与量子效率的提高相同,指数掺杂阴极分辨力的提高也是内建电场作用的结果. 关键词： 指数掺杂 内建电场 分辨力 调制传递函数     

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.     

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.     

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.     

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.