1.25μm近红外场助光阴极材料InGaAsP/InP的液相外延

本文简要阐述了近红外场助光阴极的原理及对外延材料的要求。利用液相外延工艺并采用独特的掺杂技术生长出了用于近红外光电阴极的InP/InGaAsP 异质结结构。显微分析。x射线双晶衍射、电子探针、电化学C-V等测试结果表明外延层的结晶质量及电学性能符合设计的特殊要求,在此基础上制作的场助光电阴极量子效率在1.20μm处为3.5×10^-4,其响应波长可达1.25μm。     

场助InP/InGaAsP半导体光电阴极量子效率的理论计算

本文对决定场助InP/InGaAsP半导体光电阴极量子效率的诸因素进行了详细分析。基于电流连续性方程和量子力学的隧道效应,对阴极吸收层中的电子传输、发射层中的电子转移以及表面电子逸出几率等过程进行了定量计算,得到了在不同场助偏压时,波长与量子效率的关系曲线。计算结果表明,在场助偏压的作用下,可将半导体阴极在0.9—1.25μm范围的量子效率提高两个数量级以上。本文的计算结果对场助半导体阴极的结构设计及工作条件的优化具有一定的帮助。     

场助InGaAsP/InP异质结半导体光电阴极的研究

本文通过对InGaAsP/InP场助异质结半导体光电阴极的材料生长、场助肖特基结的制备及阴极激活等工艺的系统研究,研制出具有较高光谱响应的半导体光电阴极,生长出优于文献报道的晶格失配率标准的材料,得到相当80年代国际水平理想因子值的场助肖特基结,用实验数据介绍提高量子效率数量级的方法和条件.研究结果表明场助异质半导体光电阴极是在红外波段很有潜力的光电发射体.     

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。     

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。     

场助InP／InGaAsP／InP半导体光电阴极异质结能带的计算

采用双曲型的渐变函数,同时考虑加偏压时引起的阴极表面空间电荷区的变化,对场助InP/TnGaAsP/InP半导体光电阴极异质结的能带结构进行了详细的分析和计算,得到了在不同材料参数时,异质结能带结构的分布曲线.计算结果指出了达到理想的异质结传输效率时,发射层的厚度和掺杂浓度、吸收层的掺杂浓度、异质结界面处渐变区宽度以及场助偏压应满足的条件.它有助于场助半导体光电阴极的结构设计和材料参数的选择.     

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。     

SI光电阴极变象管

SI(Ag-O-Cs)光电阴极是第一种实用的光电阴极,尽管它的发射机理尚未完全清楚。这种半透明光电阴极又是唯一可以用来研究持续时间短于10Ps的1.06μm钕激光脉冲的阴极。近些年来在这个波长下的应用和在制造稳定、灵敏的SI光电阴极中所遇到的困难,导致了新的研究工作,其目标是对这种光电阴极结构更加深入的了解。我们首先对巴黎天文台最近获得的一些实验结果(电原子能委员会发起的研究工作)和关于四年前制作的一些1μm波长范围光电阴极寿命的报告做一评述。在第二部分,我们试图对最近十年来在几个不同的实验室中所做的研究工作,做一些分析,这些工作包括确定SI光电阴极中一些主要成份的作用(Ag粒子,Cs氧化物)及其对光电发射的贡献,以致力于改进SI光电阴极的灵敏度和稳定性。     

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     

高红外响应的三碱薄膜阴极的光谱特性

一、前言随着科学的发展,为增大军用微光夜视仪器的作用距离,对象增强器的初始光子接收面——光电阴极,提出了越来越高的要求。然而,光电阴极的效率在很大程度上取决于接收来自目标对夜天光的反射光的光谱与阴极光谱的匹配程度。众所周知,夜天光为月光、星光、大气辉光等,而且星光辐射随波长增加而增加。由可见光到近红外光,很多军事目标对于绿色草木的对比度,在波长为0.6μm以外急剧增加,0.8μm处对夜天光的反射率达60％,而且大气散射或传输所造成的对比度损失相应减少。因此,提高光电阴极在0.6μm以上的光谱灵敏度是极为有益的。     

透射式GaAs光电阴极激活技术研究

通过对成像器件ＧａＡｓ负电子亲合势（ＮＥＡ）光电阴极激活技术的研究,运用分析仪器进行工艺质量在线监测,在大、薄、匀的ＧａＡｓ外延层激活出的台内阴极灵敏度大于１３００μＡ／ｌｍ。     

外场电压和Ag纳米尺寸对来自Ag的光电发射谱的影响

研究外场电压和纳米银粒子的尺寸对来自镶嵌在BaO薄膜中的纳米银粒子的光电发射的影响。在不同电压和不同尺寸条件下，计算了波长范围在 0.2到0.8μm的光电发射谱。给出了光电发射阈值对外场电压和纳米银粒子的尺寸依赖关系。同时认为在可见光范围中出现的光电发射是由于纳米银粒子的光学共振吸收所形成。这样的讨论有助于制备场助Ag-BaO光电薄膜的制备和工艺优化。     

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.     

透射式GaAs光电阴极研究

本文叙述了透射式GaAs光电阴极的原理和制作过程,详细地研究了透射式GaAs光阴极的激活工艺,获得了500μA/1m的积分灵敏度.     

微光像增强器光阴极灵敏度理论极限问题研究

光阴极灵敏度(量子效率)是微光像增强器最重要和最基本的性能参数之一,它决定着微光成像系统在低照度下的视距和图像清晰度。根据半导体光电发射物理模型及普朗克黑体辐射理论,简介了光电发射5个环节（光子不完全吸收、GaAlAs/GaAs后界面、GaAs光阴极激活层体特性缺陷、GaAs光阴极表面位垒和GaAs光阴极-MCP之间近贴电场电子隧道效应）对光阴极量子效率的影响,给出了相关数学表达式。在假定5个环节子量子效率均为100%的前提下,估算出蓝延伸GaAs光阴极在（0.41～0.93）μm波段内的极限积分灵敏度,其值为6569μA/lm。文末,对此结果的意义给予评价。     

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。     

Ag-BaO薄膜内场助光电发射增强现象研究

通过在Ag-BaO薄膜表面真空沉积10nm厚的银电极,成功制备了内场助结构Ag-BaO光电阴极.测试结果显示,Ag-BaO薄膜光电发射电流随内场助偏压的增大而上升.理论分析表明,Ag-BaO薄膜内场助光电发射增强现象产生的机理在于内场助作用下Ag微粒和BaO介质间等效界面位垒的减小及薄膜表面真空能级的相对下降. 关键词： 内场助光电发射 能带弯曲 金属超微粒子 Ag-BaO薄膜     

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.     

GaAs 微尖阵列的制备与场发射性能

利用选择液相外延的方法制备GaAs微尖阵列,通过扫描电子显微镜对微尖形貌进行了表征,并对此微尖阵列进行了场发射性能测试。结果表明,选择液相外延法制备的GaAs微尖呈金字塔状,两对面夹角为71°;微尖高度由生长窗口的尺寸决定,对底边为60μm的微尖,其高度约为42μm。此微尖阵列排列规则,具有场发射特性,开启电场约为5.1V/μm。发射电流稳定,当电场由8.0V/μm增加到11.9V/μm,发射电流由6μA增到74μA,在发射时间超过3h的情况下,电流波动不超过3%。另外,GaAs微尖阵列场发射的F-N曲线不为直线,分析表明是表面态和场渗透共同作用的结果。这对GaAs微尖阵列在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的意义。     

GaAs光电阴极制备工艺的俄歇分析

我们在一台制作第三代象增强器的超高真空系统中安装了俄歇(Auger)能谱仪,以其对GaAs光电阴极的制备过程进行在线监测分析,其中包括选择性腐蚀过程的俄歇观测,阴极激活前清洁措施的效果评价和Cs-O激活过程中As/Ga俄歇信号比对光电灵敏度的影响,Cs源纯度的分析及对光电发射的影响。根据分析结果,激活出了1000μA/lm的反射式光电阴极和500μA/lm的透射式光电阴极。