AlGaAs光电阴极表面清洗技术研究

针对高Al组分AlGaAs光电阴极设计了不同清洗方法,通过XPS对不同清洗条件下的材料表面元素成分进行了测试分析,并结合SEM和高倍显微镜对光电阴极材料表面缺陷进行了分析研究。在超高真空腔体中进行了透射式AlGaAs光电阴极及其像增强管的制备,测试了器件的光谱响应曲线和图像质量。结果表明,采用H_(2)SO_(4)/H_(2)O_(2)/H_(2)O溶液和HCl/H_(2)O溶液的化学清洗工艺,结合等离子体物理清洗工艺,可有效去除AlGaAs表面的氧化物、有机颗粒和杂质C,提升器件的光谱灵敏度和图像质量。

532 nm响应增强的AlGaAs光电阴极

AlGaAs光电阴极具有响应速度快和光谱响应范围可调的特性,可被应用于水下光通信领域.为了解决AlGaAs发射层较低的光吸收限制其量子效率提高的问题,利用分布式布拉格反射镜(DBR)结构对特定波长光的反射作用,将透过光重新反射回发射层进一步提高吸收率,从而增强阴极在532 nm波长处的响应能力.通过求解一维连续性方程,建立了具有DBR结构的AlGaAs光电阴极光谱响应模型.采用时域有限差分法,分析了DBR结构中子层周期对数、子层材料以及发射层、缓冲层厚度对发射层吸收率的影响,对比了有无DBR结构AlGaAs光电阴极的光吸收分布.结果表明,周期对数为20、子层材料为Al_(0.7)Ga_(0.3)As/AlAs的DBR结构对532 nm光的反射效果最优.基于该DBR结构,发射层和缓冲层厚度分别为495 nm和50 nm时,发射层对532 nm光具有最佳吸收率.通过对外延生长的AlGaAs光电阴极进行激活实验,结果表明具有DBR结构的AlGaAs光电阴极在532 nm波长处的光谱响应率相比无DBR结构的AlGaAs光电阴极光谱响应率提升了约1倍.

InP/InGaAsP/InGaAs场助近红外光电阴极理论建模和特性分析

场助光电阴极可以有效提高长波阈值处的外量子效率,在近红外波段中有着较为广泛的应用。设计了pn结型n-InP/p-InGaAsP/p-InGaAs场助光电阴极,通过电流连续性方程建立其电子发射模型,在该模型基础上调整各层参数进行仿真,获得电子发射电流并计算外量子效率。分析外加电压、外延层掺杂浓度及厚度、基极电极宽度、发射面宽度及发射层材料等因素对外量子效率的影响,最终确定外量子效率达到峰值时各层最佳参数。结果表明:n型InP接触层、P型In_(0.7955)Ga_(0.2045)As_(0.45)P发射层和p型In_(0.53)_Ga_(0.47)As吸收层的最佳掺杂浓度分别为1×10^(19)、2×10^(18)和4×10^(17)cm^(-3),厚度分别为0.2μm、50nm和3μm;综合考虑仿真结果和工艺制备条件,基极电极宽度最佳范围为1~2μm,发射面宽度最佳范围为5~8μm。外加6V电压时,1.65μm波长处外量子效率理想峰值为41%。

透射式GaAs光电阴极性能提高以及结构优化

为了提高透射式GaAs光电阴极性能,将国内与美国ITT公司的透射式GaAs光电阴极量子效率曲线进行对比,可知我国透射式光电阴极积分灵敏度已经达到2130μA/lm,美国ITT达到了2330μA/lm.利用修正后的量子效率、光学性能以及积分灵敏度的理论模型,分别对两者进行光学结构拟合.结果表明,国内光电阴极在窗口层和发射层的厚度、电子扩散长度以及后界面复合速率等方面均与ITT有一定差距.为了缩短两者的差距,优化阴极结构参数,具体研究了电子扩散长度和发射层厚度对量子效率的影响,结果表明如果均匀掺杂透射式GaAs光电阴极发射层厚度为1.3μm、电子扩散长度为7μm,则积分灵敏度可以达到2800μA/lm以上.

Cs/O沉积Na_(2)KSb光电阴极表面的第一性原理研究

Na_(2)KSb光电阴极在光电倍增管、图像增强器、真空电子源等领域具有重要应用.为指导高灵敏度Na_(2)KSb光电阴极的制备,采用第一性原理计算方法,研究不同表面取向和原子终止面的Na_(2)KSb表面模型,获得稳定且最有利于电子发射的表面结构.基于该表面进一步研究了不同覆盖度下的Cs原子沉积和Cs/O原子共沉积对Na_(2)KSb表面电子结构和光学性质的影响.对比表面能、吸附能和吸附前后的功函数结果表明,Na_(2)KSb(111)K表面具有优越的电子发射能力以及良好的稳定性.当Na_(2)KSb(111)K表面吸附2/4单层的Cs原子和1/4单层O原子时,获得最大功函数下降量0.16 eV.表面吸附Cs/O原子有利于电荷往表面上方转移,并产生电荷累积,能形成有效表面偶极矩.通过分析能带结构和态密度,发现吸附Cs原子对导带底存在额外的能带贡献,且引入O原子吸附后价带发生上移.此外,吸附Cs/O原子有利于增强表面近红外光吸收,但是会导致表面紫外和可见光吸收变差.

新型光电阴极的研究进展

为了满足高频率、小型化微波真空电子器件需求,寻找合适的阴极和激光系统,研究了一种新型锑铯光电阴极的制备方法。发射材料的蒸发源采用多孔钨海绵扩散阻挡层代替镍管加热技术,以控制发射材料的蒸发速率。为了增强阴极的吸附能力,提高光的吸收率,通过纳米粒子薄膜和离子轰击技术对阴极基体表面进行了改性处理,研究了改性前后阴极表面结构、成分及其光电发射特性。结果表明:表面改性对阴极的量子效率具有很大的提升作用,分析认为阴极表面积的增大是发射性能提高的主要原因,光吸收率的增大也提高了阴极的量子效率。

氢氟酸清洗时间对GaAs柱阵列光电阴极的影响

随着电子加速器技术的不断发展,对注入器的要求也越来越高,作为注入器的核心部件,性能优异的光电阴极决定了束流的质量。伴随着纳米加工手段的不断进步和纳米光子学的不断发展,设计并制备出具有纳米柱阵列的光电GaAs阴极,与平面GaAs光电阴极相比,柱阵列GaAs光电阴极因其可以产生光学共振效应,增加吸收光的面积和可吸收更多的光子能量,所以具有更高的量子效率。目前,阻碍其进一步发展的主要问题是其表面易氧化且易吸附碳活性物,导致在Cs/O激活时无法获得原子级清洁表面,使其量子效率降低和寿命缩短。为了去除表面氧化物,采用氢氟酸作为清洗试剂,在其他条件不变的前提下,量子效率和光照寿命随清洗时间的延长而增加,但是其表面形貌也会随着清洗时间的延长而发生不同程度的破坏。

AlGaAs基光电阴极光学性质计算模型分析

为了分析不同波长响应对光电阴极结构的要求,提出适用于各类响应的AlGaAs基光电阴极的计算模型.通过宽光谱响应GaAs和窄带响应AlGaAs基光电阴极样品试验证实模型的有效性.基于该模型仿真研究AlGaAs基光电阴极组件中GaAs发射层及各子层、AlGaAs窗口层、Si_(3)N_(4)增透层的厚度与400~900 nm单波长光子吸收情况的分布关系.仿真结果表明,同一波长响应下,GaAs发射层对光电阴极吸收率的影响最大,其次是Si_(3)N_(4)增透层,而AlGaAs窗口层对吸收率的影响不明显.要得到90%以上的吸收率,在600 nm波长响应下GaAs发射层厚度应大于0.5μm,700 nm波长响应下GaAs发射层厚度应大于0.8μm,800 nm波长响应下GaAs发射层厚度应大于1.5μm.400~600 nm波段的光子主要在GaAs发射层表面0.2μm内被吸收,700~800 nm波段的光子主要在GaAs发射层表面0.6μm内被吸收,而850 nm以后的光子在各子层间的吸收比较均匀.该结论对不同响应AlGaAs基光电阴极的优化设计具有一定的参考价值.

n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极理论建模与仿真

场助光电阴极与通常的负电子亲和势光阴极相比,能显著延长长波阈值,因此在近红外光探测中有着广阔的应用前景。本文利用二维连续性方程建立了n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光阴极的电子发射模型。通过模型模拟得到了电子发射电流,并计算了外量子效率。分析了不同偏压下外延层的掺杂浓度和厚度对量子效率的影响,根据仿真结果及制备条件限制,确定了阴极外延结构的最佳参数:n-InP接触层的掺杂浓度为1×10^(19)/cm^(3),厚度为0.2μm;p-InP发射层的掺杂浓度为2.2×10^(18)/cm^(3),厚度为25 nm;p-InGaAs吸收层的掺杂浓度为5×1017/cm,,厚度为3μm。对电极和发射面的宽度进行了模拟,发射单元表面的宽度最佳范围为5~8μm,并分析了不同偏压下电极宽度和发射面宽度对量子效率的影响。为场助光电阴极的结构设计和应用提供了理论基础,有利于场助光电阴极的制备。n-InP/p-InP/p-InGaAs场助光电阴极有效提高了发射电流效率,室温5 V偏压下外量子效率在1.55μm处最大值为17.2%。

中国光电阴极理论研究开拓者创吴氏函数纳米电子学基础研究首席科学家百年诞辰

吴全德(1923.12.12—2005.12.29),浙江黄岩人,电子物理学家,教育家,中国科学院院士,中国光电阴极理论研究的开拓者,研究领域主要在光电阴极、含超微粒子薄膜及薄膜的成核和生成等方面。1923年12月12日,吴全德出生于浙江省黄岩县(今台州市黄岩区)。父亲吴甘霖,在城郊开设小酒店,母亲从事家务劳动。

InGaAs光电阴极的Cs/NF_(3)激活

为了提高InGaAs光电阴极的光电发射性能,探究新型激活工艺,采用Cs/NF_(3)和Cs/O两种激活方式对InGaAs样品进行激活实验。对同一结构的InGaAs阴极样品,分别进行了激活实验、衰减实验、光谱响应测试和表面成分分析,分别从白光光电流、衰减稳定性、光谱响应和表面成分等角度测试并分析了不同激活工艺下阴极的性能参数。通过对比Cs/NF_(3)和Cs/O两种激活方式的实验结果可知:Cs/NF_(3)激活后的InGaAs光电阴极在白光光电流、截止波长和光谱响应方面明显优于Cs/O激活后的样品,光谱响应的增强效果在近红外波段尤为明显,在1064 nm处Cs/NF_(3)激活后阴极光谱响应是Cs/O激活后的4.7倍;然而,与GaAs光电阴极Cs/NF_(3)激活能够获得更高的阴极稳定性这一现象不同,Cs/O激活的InGaAs光电阴极的稳定性明显优于Cs/NF_(3)激活,Cs/NF_(3)激活在截止波长和光谱响应方面的优势在连续光照衰减后消失。

多层复杂结构GaAs基光电阴极的光学性能和量子效率

为了更好地了解这两种结构对光电发射性能的影响,设计和生长了两种结构的光电阴极样品,对其光电发射性能进行比较,并利用薄膜光学的矩阵法推导的光学性能公式以及通过求解一维连续性方程推导的量子效率模型,对比研究了光电阴极发射层、缓冲层厚度变化以及AlxGa1-xAs缓冲层中Al组分变化对两种结构光电阴极光学性能和量子效率的影响。这两种结构对光电发射性能的影响机理并不相同,因此作用效果也大不一样。渐变带隙结构的光电阴极通过引入内建电场和减少界面复合从而提升光电发射性能,而DBR结构则通过形成法布里-罗伯共振腔,使得特定波长的入射光在共振腔内来回反射进而被多次吸收,从而加强光电发射。激活实验结果表明,DBR结构样品的发射效率与渐变带隙结构相比具有明显优势,尤其是在755,808和880 nm处有更高的发射效率峰值,可分别提升37.5%,38.9%和47.0%。最后利用模型拟合了量子效率曲线,验证了光学性能参量对复杂结构光电阴极的重要影响及理论模型的合理性。

入射光在AlGaAs窗口层界面散射对透射式GaAs光电阴极分辨力的影响

为研究透射式GaAs光电阴极在不同波长入射光环境下的图像分辨能力,提出了一种基于散射传递函数的AlGaAs窗口层界面散射理论模型。制作了透射式GaAs光电阴极,利用不同波长入射光散射传递函数和点扩散函数变化,基于有参峰信噪比拟合对AlGaAs窗口层界面散射引起的入射光学图像退化程度进行了定量分析。结果表明,在相同的粗糙度下随着入射光波长的增加,入射光学图像的能量损失越小,成像质量越高,而三代微光像增强器不同波长入射光测试条件下极限分辨力变化趋势与仿真计算结果一致,可为后续提高透射式GaAs光电阴极分辨力提供了技术支撑。

透射式GaAs光电阴极AlGaAs/GaAs外延层倒易点二维图分析

本文介绍了摇摆曲线和倒易点二维图在评价晶格完整性时的特点 ,分析了透射式Ga As光电阴极样品 Al Ga As/Ga As外延层的倒易点二维图 ,获得了晶面弯曲以及Al Ga As外延层中 Al组份变化等方面的信息 ,为优化外延工艺提供了可靠的保证 .

紫外光电阴极研究进展

本文对传统的紫外光电阴极以及新型的宽禁带半导体光电阴极进行了总结和分析,并介绍了它们目前的研究现状。同时,针对紫外探测的需求,提出了它们目前还存在的一些问题,并对未来改进紫外光电阴极性能提出了一些设想和方法。

NEA GaN和GaAs光电阴极的比较

针对GaN基光电阴极激活过程中Cs-O交替存在的光电流的增幅问题,本文主要比较了GaN和GaAs材料性质、表面结构以及激活过程中光电阴极的光电流。发现GaN的熔点高于GaAs,在制备GaN基光电阴极时则需要更高的热清洗温度;如果用双偶极子模型描述GaN(1000)和GaAs(100)表面的光电发射机理,GaN(1000)表面Cs原子与O原子形成第二偶极矩O-Cs,几乎"平躺"在表面,对光电发射贡献不大;GaAs(100)表面Cs原子与O原子形成第二偶极矩O-Cs几乎"垂直"于表面,降低了表面功函数,对光电发射贡献很大;Cs-O激活过程中,对于GaAs光电阴极,Cs、O交替过程形成的光电流与单纯Cs激活时的光电流相比,有几倍甚至上百倍的增长;GaN只提高了20%左右。通过第一性原理计算,与现在的GaN基(1000)面相比,GaN基的(11 2 0)和(10 1 0)面是极具潜力的光电发射面;预计闪锌矿GaN基(100)面会取得更好的结果。

光电阴极积分灵敏度测试仪

简单叙述光电阴极积分灵敏度的测试原理。介绍光电阴极灵敏度测试仪的构成,并描述积分灵敏度的测试方法及过程。给出灵敏度放大电路及设计方法。通过计算证明:该测试仪能够满足科研和生产的要求。

正负电子亲和势光电阴极

分析了正负电子亲和势光电阴极的工艺、制备方法及存在的问题。回顾了ＰＮＥＡ光电阴极的演变过程。高灵敏度的光电阴极以及好的光谱响应是由处理工艺来决定的。叙述了对正负电子亲和热光电阴极薄膜的研究情况。

激活台内透射式GaAs光电阴极的光谱响应特性研究

利用在线光谱响应技术,对透射式GaAs光电阴极在高温激活和低温激活后的光谱响应特性进行了测试,计算并比较了高温激活和低温激活后阴极的积分灵敏度和光谱响应特性参数.结果发现,与高温激活相比,低温激活后GaAs光电阴极的积分灵敏度提高了13%,低温激活后阴极的截止波长和峰值波长均向长波有微小偏移.将已获得的测试曲线与铟封后的三代像增强器的光谱响应曲线进行了比较,结果发现铟封前后的光谱响应曲线存在明显差异.

GaAs光电阴极制备过程中多信息量测试技术研究

研制了一套基于现场总线技术的GaAs光电阴极多信息量测试系统，该系统可在线测试和保存阴极制备过程中的大部分信息量，如激活系统的真空度、阴极光电流、光谱响应曲线、Cs源和O源电流等。实验测试了GaAs光电阴极加热净化过程中真空度随温度的变化曲线，分析发现，高温净化时有几个真空度下降较快的区域，为160℃～280℃、400℃～500℃、570℃～600℃，分别是由于．AsO的脱附和水分的蒸发、As2O3分解和Ga2O脱附、GaAs和Ga2O3的分解所致，低温净化真空度在370℃后下降较快，这是由于吸附在阴极表面的Cs脱附速度加快造成的。实验还测试了激活过程中多种信息量的变化，发现了真空度和光电流随Cs源和O源电流的变化规律，这些大大方便了对激活工艺进行深入细致的分析研究。