NEA GaN和GaAs光电阴极激活机理对比研究

本文结合激活过程中光电流变化规律和成功激活后阴极表面模型,研究了NEA GaN和GaAs光电阴极激活机理的异同。实验表明:NEA GaN激活过程中光电流不象GaAs那样按近似指数规律的包络慢速循环上升,而是在约1min之内就可达到峰值,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大,NEA特性仅在Cs激活时即可获得。GaAs光电阴极激活过程中O的引入是获得NEA特性的必要条件,也是真空能级下降的重要转折点,O引入后光电流幅值有较大幅度的增长。采用双偶极层模型可以解释GaN和GaAs光电阴极Cs/O激活后表面势垒的降低,但偶极层在降低表面势垒的程度方面有较大差异,GaN光电阴极降得更低。

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.

NEA光电阴极的表面模型

回顾了NEA光电阴极不同的表面模型 ,对异质结模型、偶极子模型和铯的弱核力效应进行了重点介绍。异质结模型可以成功解释P型GaAs和 (Cs,O)激活层之间界面势垒的存在 ,但这种具有体效应的异质结无法与 (Cs,O)层的厚度相统一 ;偶极子模型认为在阴极表面形成的偶极层导致了逸出功的下降 ,其双偶极层模型能较好地预测和解释最佳的 (Cs ,O)激活层厚度 ,但不同的双偶极层模型对于氧在表面层存在的化学形态存在争议 ;铯的弱核力场效应认为铯表面层的弱核力场及氧的离化作用是界面势垒和负电子亲和势的形成原因 ,但它所认为的逸出功降低与基底材料无关还需进一步验证。

NEA GaN光电阴极光电发射机理研究

围绕GaN光电阴极NEA特性的成因,结合激活过程中光电流变化规律和成功激活后阴极表面模型,研究了NEA GaN光电阴极光电发射机理。实验表明:NEA GaN激活过程中光电流在约1 min之内就可达到峰值,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大。根据Spicer光电发射理论,给出了反射模式NEA GaN光电阴极量子产额理论公式,激活成功后GaN光电阴极NEA特性的成因可以用双偶极层模型[GaN(Mg):Cs]:Cs-O解释。

NEA光电阴极电子表面逸出几率的计算和应用

该文介绍了计算NEA光电阴极电子表面逸出几率的新方法 ,选用双偶极层表面模型 ,计算了GaAs :Cs -ONEA光电阴极的电子表面逸出几率 ,比较了 2种双偶极层模型的异同点 ,计算结果显示电子表面逸出几率受第一偶极层的影响较大 。

GaN光电阴极表面势垒对电子逸出几率的影响

针对GaN光电阴极表面势垒对电子逸出几率的影响问题,应用玻尔兹曼分布和基于Airy函数的传递矩阵法计算了GaN光电阴极的电子逸出几率,发现电子逸出几率主要由Ⅰ势垒决定,Ⅱ势垒对电子逸出几率的影响有限.利用自行研制的GaN光电阴极激活评估实验系统,测试了透射式GaN光电阴极样品的激活光电流.实验发现,Cs单独激活引起电子逸出几率的显著增加,而Cs单独充分激活后的Cs/O交替激活对电子逸出几率的影响有限.理论计算结果与激活光电流测试结果一致,其原因是Cs单独激活对降低真空能级的贡献远大于Cs/O共同激活.

GaN真空面电子源光电发射机理研究

采用Cs源持续、O源断续的交替方法成功激活了GaN光电阴极,原位测试了透射模式下的光谱响应曲线,获得了透射模式下高达13%的量子效率.从一维定态薛定谔方程入手,得到了GaN真空面电子源材料的电子透射系数的表达式.对于一定形状的阴极表面势垒,电子透射系数决定于入射电子能量、表面势垒的高度和宽度.根据具有负电子亲和势(NEA)特性的透射式GaN光电阴极的能带及Cs,O覆盖过程中阴极表面势垒的变化情况,结合双偶极层[GaN(Mg):Cs]:O-Cs表面模型,分析了GaN真空面电子源材料NEA特性的形成原因.研究表明:Cs,O激活过程中形成的双偶极层对电子逸出起促进作用,双偶极层的形成是材料表面真空能级下降的原因.