三代微光像增强器制管工艺对阴极光电发射性能的影响

主要论述制管工艺对光电阴极发射性能的影响。通过分析仪器和光学检测方法对管子阴极制备的台内及台外工艺质量进行了在线追踪和监测．结果表明，影响台外工艺质量的主要因素是外延材料缺陷多、发射层表面氧化、杂质污染、掺杂浓度不均匀、掺杂浓度陡度变化小及GaAs与玻璃粘接产生的应力大；影响台内工艺质量的主要因素为阴极激活真空度低于8×10^-8Pa．真空残气H2O．CO．CO2及C分压大于10^-8Pa．阴极激活铯和氧源提纯不彻底。利用透反射光照法激活台内对组件表面测线．发现发射层表面针孔、裂纹和发雾是造成阴极发射性能低的关键因素。     

高组份Al值的AlxGa1-x As和AlxGa1-x As/GaAs/AlxGa1-xAs/GaAs多层结构的MOCVD生长

用自制常压MOCVD系统,在半绝缘GaAs衬底上生长高Al组份Al_xGa_1-xAs（其x值达0.83）,和Al_xGa_1-xAs/GaAs/Al_xGa_1-xAs/GaAs多层结构,表面镜面光亮。生长层厚度从几十到十几μm可控,测试表明外延层晶格结构完整,x值调节范围宽,非有意掺杂低,高纯GaAs外延层载流子浓度n_300K=1.7×10¹⁵cm^-3,n_77K=1.4×10¹⁵cm^-3,迁移率μ_300K=5900cmcm²/V.S,μ_77K=55500cm²/V.S。用电子探针,俄歇能谱仪测不出非有意掺杂的杂质,各层间界面清晰平直。 对GaAs,AlGaAs生长层表面缺陷,衬底偏角生长温度及其它生长条件也进行了初步探讨。     

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     

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.     

透射式GaAs光电阴极抗光反射膜的研究

本文计算了在透射式GaAs光电阴极的窗玻璃和GaAlAs缓冲层之间引入Si₃N₄或SiO₂膜使光电阴极的入射光反射率所产生的变化,并测量了Si₃N₄膜、SiO₂膜和SiO₂/Si₃N₄复合膜对阴极反射率的影响。理论计算和测量表明,Si₃N₄膜和SiO₂/Si₃N₄复合膜可有效地降低光电阴极对入射光的反射率。当Si₃N₄膜的厚度约为100nm时,可使光电阴极的反射率降低近60%。本文结果为科学地选择透射式GaAs光电阴极所需的的抗光反射膜提供了依据。     

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     

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.     

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。     

一种提高透射式GaAs光电阴极响应速度的方案

本文提出了一种可提高透射式GaAs光电阴极响应速度的阴极结构方案,并对这种结构的透射式GaAs光电阴极在电场作用下的响应时间进行了理论计算。计算结果表明,这种结构可便透射式GaAs光电阴极的响应时间由1ns左右减少到几个或几十个ps。     

PDC材料烧结过程中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移机制

 讨论了PDC材料烧结过程中钴在金刚石层中的固相扩散、钴液熔渗、两次钴高浓度峰的“波浪”式迁移过程中的运动规律及其作用机制,并根据实验观测的数据进行了有关计算。结果表明：在5.8 GPa、1 300 ℃条件下,钴的扩散系数D≈1.6×10^-7 cm²/s,是一般常压及相同温度条件下钴固相扩散系数（3×10^-10 cm²/s）和相同压力条件下钴的液相扩散系数（5×10^-5 cm²/s）的中间值;对于粒度W≥10 μm的金刚石烧结体系,钴液熔渗作用时间非常短暂,略大于0.5 s,而对于W≤1 μm的超细金刚石烧结体系而言,钴熔渗作用时间为28 s,比粒度W≥10 μm的金刚石烧结要长得多;两次钴高浓度峰的迁移速度分别约为50 μm/s和100 μm/s。     

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。     

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.     

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。     

利用紫外透射光谱研究透射式GaN光电阴极的材料结构及光学特性

GaN紫外光电阴极是近年发展起来的一种高性能真空紫外探测器件,其中透射式结构作为光电阴极实际应用的工作模式,其多层结构参数及光学特性对阴极的最终光电发射性能有着重要的影响.测试了透射式GaN阴极材料的紫外透射光谱,通过建立透射式GaN阴极样品的透射模型,得到了GaN阴极样品的薄膜厚度、光学吸收系数与透射谱之间的函数关系.计算得到的GaN外延材料的厚度与实际值误差小,吸收系数与已发表数据一致,表明紫外透射光谱法能够准确地实现透射式GaN阴极材料结构及光学特性的评估.     

GaAs晶片表面的光辐射清洁及红外测温

本文介绍了在超高真空系统中对GaAs晶片进行光辐射清洁。这个实验是在实际研制的象增强器第三代管转移铟封系统上完成的,已具有实用价值。用这套清洁方法所制作的反射式GaAs光阴极积分灵敏度已达750μA/lm。     

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     

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.     

砷化镓负电子亲合势光电阴极激活灵敏度在线检测与分析

模拟光电阴极灵敏度测试仪对GaAs阴极激活光源进行校准，并对透、反射阴极光电流比值对灵敏度的影响进行了讨论，实验结果证明，P^ 衬底和阴极组件激活灵敏度的差别主要来源于台外工艺质量的影响。