多碱光电阴极层状模型——铯处理多碱光电阴极的附加厚度

根据多碱光电阴极制备过程中的光谱响应在０．４～０．５μｍ之间光电流减少这一事实，分析了Ｃｓ处理多碱光电阴极的厚度。结果表明，经第一次ＣＳ处理，０．４μｍ处的光电流由６ｍＡ／Ｗ下降到３．８ｍＡ／Ｗ，第二次处理又进一步降低至１．６ｍＡ／Ｗ。其主要原因是ＣＳ处理形成的Ｋ２ＣＳｂ具有一定厚度，光电子在输运过程中由于厚度增加导致散射几率增加，逸出几率下降，从而使光电发射下降。     

多碱光电阴极的稳定性分析

影响多碱光电阴极稳定性的因素很多,诸如管子的管型结构、管子的真空状况、阴极制作工艺、管子的存放及其使用条件等。本文主要从工艺角度分析影响多碱光电阴极稳定性因素,并提出改进措施。     

多碱光电阴极光谱响应峰值位置移动技术研究

研究字多碱光电阴极光谱响应峰值位置移动技术。利用多碱光电阴极多信民测控技术，可以控制光电阴极光谱响应峰值位置，以满足不同性能光电管光谱匹配的需要，对夜天光辐射以及一些材料的光谱反射，利用多信息量测控技术，可以将多碱光电阴极的光谱响应峰值移至０．８μｍ处。     

NewS25与LEP光电阴极光谱响应特性的研究

研究了Ｎｅｗ Ｓ２５与ＬＥＰ＾＊光电阴极的光谱响应特性。从理论上分析了光电子逸出深度，光电阴极结构参量和光电阴极厚度对光谱响应特性的影响。并对实用三碱阴极的潜力进行了理论预测。明确指出集Ｎｅｗ Ｓ２５与ＬＥＰ＾＊之长获得的实用三碱阴极可以和Ⅲ－Ⅴ族ＮＥＡ阴极媲美。     

多碱光电阴极灵敏度理论模拟

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟,采用层状模型:Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层,讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响,结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时,能够有效降低表面亲和势,有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好,主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围,内建电场增大使电子扩散距离增加,有更高的几率到达阴极表面,在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响,对于特定波长入射光,存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高,且由于内建电场的影响,不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同,当内建电场较强时,阴极的最佳厚度增大。对700nm入射光,在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时,最佳厚度分别为80nm和200nm。     

超高真空系统中GaAlAs光电阴极的重新铯化研究

为了探索在超高真空系统中使用稳定性和重复性好的光电阴极,开展了金属有机化学气相沉积生长的反射式GaAlAs和GaAs光电阴极的激活实验和重新铯化实验,测试了Cs/O激活后和重新补Cs后的光谱响应曲线和光电流衰减曲线.实验结果表明,在100 lx白光照射条件下,超高真空环境中的GaAlAs光电阴极在Cs/O激活后和重新补Cs激活后的光电流衰减寿命相比GaAs光电阴极更长,并且在多次补Cs激活后呈现较一致的蓝绿光响应能力和光电流衰减寿命,体现了GaAlAs光电阴极在真空系统中稳定性和可重复性使用方面具有的优越性,为海洋真空探测器件和真空电子源领域的研究提供了实验指导.     

多碱光电阴极的红外延伸

本文对延长多碱光电阴极长波阈的问题进行了探讨;对多碱光电阴极P型Na₂KSb+本征K₂Cssb+本征Cs₃Sb的结构模型进行了印证;提出了工艺上应采取的措施。实验上获得了450μA/Lm的积分灵敏度;长波阈(峰值灵敏度的百分之一所对应的波长)为9400Å,当入射光波长为9900Å时仍有0.05mA/W的光电响应。     

光纤面板窗多碱光电阴极荧光谱特性研究

论述了光致荧光的特点以及微光像增强器多碱光电阴极光致荧光的测量原理, 测量了光纤面板输入窗多碱光电阴极的荧光谱. 测试结果表明, 光纤面板窗的多碱阴极的荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线, 而是在一条高斯型曲线上叠加了一些小的干涉峰的曲线. 原因是光纤面板窗所传输的荧光中, 有两束特殊的光线. 一束光为准直光, 另一束光为入射角刚好等于全反射临界角的反射光. 这两束光具有固定的相位差或光程. 当这两束光的相位差相差λ的整数倍时, 它们将干涉并产生干涉加强峰;当这两束光的相位差相差1/2λ的奇数倍时, 它们将干涉并产生干涉减弱峰. 如果在荧光谱的峰值波长处刚好产生干涉加强峰, 那么所测量的峰值荧光强度较其固有的峰值荧光强度要高; 反之, 如果在荧光谱的峰值波长处刚好出现干涉减弱峰, 那么所测量的荧光强度就小于其固有的荧光强度. 另外由于受到干涉的影响, 荧光曲线半峰宽也不能精确确定,所以在分析光纤面板窗光电阴极的荧光谱时, 要考虑到干涉因素的影响.     

超二代像增强器多碱阴极光电发射特性研究

通过测量超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率,根据能量守恒定律计算得到了多碱阴极的光谱吸收率.结果表明,只有当光子的能量大于1.333 eV以后,多碱阴极的吸收率才开始快速增大.这说明多碱阴极的光谱吸收存在一个1.333 eV的长波吸收限,入射光的光子能量如果小于该吸收限,多碱阴极将不吸收.在多碱阴极的表面电子亲合势进一步降低的情况下,多碱阴极光电发射的长波理论阈值由长波吸收限所决定.多碱阴极在吸收光子之后的电子跃迁过程中,跃迁电子的能量增加小于所吸收入射光子的能量,即存在一个"能量损失".光子的能量越高,所激发的跃迁电子所处的能级越高,能量损失越大.同时光子的能量越高,跃迁电子所处的能级越高,电子跃迁的几率越低.多碱阴极的量子效率由吸收率、跃迁几率和跃迁能级、扩散过程中的能量损失等因素共同决定,因此多碱阴极的量子效率存在长波阈的同时也存在短波阈.多碱阴极的量子效率在2.11 eV达到最大值之后,随着光子能量的增加而单调减小,在3.6 eV时,量子效率减小到零.多碱阴极在3.6 eV时的吸收系数仍然很高,但由于电子跃迁的几率低,同时电子扩散过程中的能量损失大,导致尽管多碱阴极对短波具有较高的吸收系数,但量子效率仍然较低.因此对多碱阴极所吸收的光子能量中,转换成为光电导、晶格热振动等其他非光电发射形式能量的比例而言,短波较长波高,对光电发射的贡献率而言,短波较长波低.     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na2KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na2KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na2KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na2KSb膜层中的锑超过Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na2KSb膜层中的锑达到Na2KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na2KSb膜层的化学计量比是否达到2∶1∶1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na2KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na2KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

Na2KSb膜层组份均匀性对多碱阴极灵敏度的影响研究

介绍了多碱光电阴极Na₂KSb膜层荧光谱的测量原理,测量了两个Na₂KSb膜层样品在不同半径位置的荧光谱.测量数据表明,Na₂KSb膜层荧光谱的峰值波长从阴极面的中心到边缘逐步增大,同时峰值荧光强度也逐步增强.原因是阴极窗表面的锑原子密度从中心向边缘逐步减小.当Na₂KSb膜层中的锑超过Na₂KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长向短波方向移动,同时荧光强度减弱;当Na₂KSb膜层中的锑达到Na₂KSb所需的化学计量比时,荧光峰值波长达到最大,同时荧光强度也达到最强.通过荧光测试,可以判断Na₂KSb膜层的化学计量比是否达到2:1:1或膜层中的锑是否过量.同时通过测量阴极面上不同位置的荧光谱,可以测量Na₂KSb膜层在阴极面上的组份均匀性.锑在阴极面上的原子密度越均匀,利用整个阴极面上的光电流变化来监控阴极膜层生长的方法就更准确,组份均匀性也更好,Na₂KSb膜层的厚度可以更厚,对长波可见光的吸收更多,阴极的灵敏度也更高.因此在像增强器多碱阴极的制造过程中,要尽量使蒸发在阴极窗表面的锑原子密度均匀,这样才能获得更高的阴极灵敏度.     

反射式NEA光电阴极Cs-O层厚度的在线测试

提出了对NEA光电阴极的Cs-O层厚度进行在线测试方法,介绍了NEA光电阴极评估系统的结构,随后介绍了在NEA光电阴极制备过程中的光谱响应的变化,得到了响应曲线。通过对响应曲线的在线测试,以获得NEA光电阴极Cs—O层的最佳厚度,根据实验结果提出了结论。     

超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱研究

利用785 nm波长激光作为激发源,测量了超二代微光像增强器Na2 KSb (Cs)多碱光电阴极的荧光谱.试验中发现该荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线,而是一条在高斯型荧光谱上叠加了一定频率间隔小锯齿峰的曲线.经实验验证和理论分析证明该荧光谱上的小锯齿峰是一种干涉条纹,与超二代微光像增强器的结构有关.干涉条纹之间的间距与...     

GaAs光电阴极与景物反射光谱的光谱匹配系数

本文根据光谱匹配系数的表达式,计算了GaAs光电阴极与暗绿色涂层、粗糙混凝土和绿色草木的光谱匹配系数.在满月光下,其结果分别为0.4519、0.5184 和0.6927;在晴朗星光下,分别为0.5866、0.6125和0.6513并分析比较了GaAs和两种S₂₅光电阴极与景物反射光谱的光谱匹配系数,说明具有良好观测效果的三代夜视仪是与光电阴极与景物反射光谱之间良好的匹配程度分不开的.     

负电子亲和势GaN光电阴极铯吸附机理研究

为了得到铯吸附与阴极电子亲和势变化之间的定量关系,利用NEA光电阴极激活评估实验系统对GaN光电阴极进行了铯激活.根据半导体光电发射理论和双偶极层模型,通过对电子亲和势随铯覆盖度变化的实验结果进行拟合运算,得到电子亲和势与铯覆盖度之间的函数关系式.分析了铯的吸附机理,得到激活过程中铯的吸附过程与GaN材料有效电子亲和势下降之间的关系.实验表明:负电子亲和势GaN光电阴极材料在铯激活时光电流随着铯覆盖度的增加而从本底值增为极大值,激活过程中GaN电子能量分布曲线低动能截止点的位置决定于铯的覆盖度.当铯的覆盖度从0、1/2、2/3到1个单层变化时,低动能截止点依次向左移动,当覆盖度从0增加到1个单层时,低动能截止点向左移动了约3eV的距离.研究表明,低动能截止点左移本质上是由于对电子逸出起促进作用的有效偶极子[GaN(Mg):Cs]数量的增多造成的,有效偶极子数量的增多带来了材料表面真空能级的下降.     

超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱研究

利用785 nm波长激光作为激发源,测量了超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的荧光谱.试验中发现该荧光谱不是一条光滑的高斯型曲线,而是一条在高斯型荧光谱上叠加了一定频率间隔小锯齿峰的曲线.经实验验证和理论分析证明该荧光谱上的小锯齿峰是一种干涉条纹,与超二代微光像增强器的结构有关.干涉条纹之间的间距与相邻两干涉峰波长的乘积成正比,与超二代微光像增强器的近贴聚焦距离成反比.干涉条纹调制度大小与Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的厚度成反比.通过测量超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极荧光谱上两相邻干涉条纹的间距和调制度,就可以测量或比较出不同超二代微光像增强器Na2KSb(Cs)多碱光电阴极的膜厚、近贴聚焦距离.研究结果对提高超二代微光像增强器阴极灵敏度和分辨力提供了一个有效的分析手段.     

铟封前后透射式GaAs光电阴极光谱响应特性的测试与分析

利用自行研制的光谱响应测试仪工程化样机,对透射式GaAs光电阴极在高温激活结束、低温激活结束以及铟封成管后的光谱响应特性进行了测试。结果显示,铟封后阴极整个响应波段的光谱响应下降,长波响应受到最显著的影响,表现为800~815 nm之间长波响应大幅度衰减,截止波长和峰值波长向短波移动,峰值响应和积分灵敏度减小,最终的光谱响应曲线变得平坦。阴极参量的计算结果反映铟封后阴极的表面逸出几率降低,说明铟封引起阴极表面激活层发生变化,使得能量较低的长波段光生电子不容易逸出,阴极长波响应和灵敏度随之降低。进一步分析了铟封过程中影响阴极表面激活层的因素。     

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。     

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。