负电子亲和势材料及其在冷阴极中的应用

从20世纪60年代Ga As被首次发现具有负的电子亲和势起,负电子亲和势材料便被广泛地研究并应用于光电发射、二次电子发射以及冷阴极的制备中。相较于传统发射材料,负电子亲和势材料内部导带底高于表面真空能级,使得材料导带中的电子更易于从表面发射到真空中,因此该类型材料成为电子发射的理想材料。本文从定义、主要材料分类以及在冷阴极中的应用三个部分介绍了负电子亲和势材料,并对该材料应用的瓶颈和未来发展方向做了简要总结。

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.

负电子亲和势光电阴极评估技术研究

阐述了负电子亲和势 (NEA)光电阴极的评估原理 ,用NEA光电阴极的量子产额理论曲线对测试获得的实验曲线进行拟合 ,可以获得光电阴极的表面逸出概率、载流子扩散长度和后界面复合速率等参数。介绍了NEA光电阴极激活和评估系统 ,利用该系统对国产的反射式GaAs基片进行了激活和评估 ,文中给出并分析了测试结果。

负电子亲和势氮化镓光电阴极

负电子亲和势GaN光电阴极在紫外探测技术领域具有诱人的应用前景。本文在介绍和分析负电子亲和势GaN光电阴极的特点、工作原理及其能带结构的基础上,设计了GaN外延材料的结构和阴极制作工艺。指出负电子亲和势GaN光电阴极制备的关键在于材料的生长、与输入光窗的融焊、衬底的减薄及彻底的去气处理和超高真空状态下的铯、氧激活。

负电子亲和势GaN阴极光电发射机理研究

GaN阴极中光电子的发射分为价带电子的激发、光生载流子的输运和载流子的发射3个阶段。分析了激发阶段GaN光电阴极中电子吸收入射光产生从价带到导带的跃迁过程和输运阶段导带中的光电子从体内到表面的扩散过程及发射阶段GaN阴极表面光电子的逸出过程;推导了Cs激活过程中到达阴极表面光激发电子的逸出几率公式;比较了仅用Cs激活和共用Cs/O激活过程中到达阴极表面光激发电子逸出几率的变化情况;结果表明:GaN阴极的光电发射为直接跃迁激发,输运阶段仅遭受电子-声子散射,表面光激发电子的逸出几率取决于激活程度,引入Cs是激活的必需因素,O的引入仅可小幅度提升光电发射效率;最后利用实验证实了Cs激活的充分性。

GaN负电子亲和势光电阴极材料的生长研究

采用低压金属有机化学汽化淀积法在蓝宝石(0001)

GaN负电子亲和势光电阴极的激活改进研究

采用低压金属有机化学气相沉积法在蓝宝石（0001）衬底上生长2-5μm厚度的P-AlxGa1-xN/GaN层（0〈X≤0.4）,在AlxGa1-xN层中的Al浓度为0.2〈X〈0.7。P型GaN激活层的电子扩散长度确定为2-5μm,并获得3×1019 cm^-3的掺杂浓度。提出的GaN基光电阴极的表面能带结构模型,对实验结果给予了比较满意的解释。

高积分光电灵敏度多层Be浓度掺杂的GaAs负电子亲和势光电阴极(英文)

研究了变掺杂浓度结构对GaAs负电子亲和势光电阴极积分光电灵敏度的影响.通过MBE生长了两组GaAs同质外延样品.其中一组采用了均匀掺杂的单层结构,Be掺杂浓度为1×1019cm-3;另一组采用了变掺杂的多层结构,从衬底开始Be的掺杂浓度依次为1×1019,7×1018,4×1018和1×1018cm-3.负电子亲和势光电阴极通过在高真空系统中交替通入Cs和O激活得到.在线光谱响应测试曲线表明,多层Be掺杂结构光阴极的积分光电灵敏度比单层Be掺杂结构光阴极的积分光电灵敏度至少提高了50%.两种结构的GaAs样品表现出不同的表面应力情况.

真空铟焊的负电子亲和势砷化镓光阴极实验研究

大功率激光加载会使负电子亲和势(NEA)砷化镓(GaAs)光阴极的温度迅速升高,较高的温度对NEA GaAs光阴极的激活层造成了破坏,从而使其量子效率迅速下降。探索了基于FEL-THz装置的NEA GaAs光阴极的真空铟焊工艺,搭建了GaAs真空铟焊平台,并进行了真空铟焊后的GaAs光阴极激光与束流加载实验。研究表明,真空铟焊使GaAs与金属阴极托之间形成了紧密连接,增强了阴极与阴极托之间的热传导,减缓了阴极的温升速率,并在数瓦平均功率激光加载时将注入器中NEA GaAs光阴极的工作寿命提高了一个量级以上。

负电子亲和势Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体光电阴极及其发展

阐明了负电子亲和势Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体光电阴极的卓越光电性能，论述了关于其物理机制的四种理论模型见解，介绍了阴极材料生长技术和制作工艺以及拓展的应用领域并展望了趋势和前景。

透射式负电子亲和势光电阴极基片的无损检测

本文对用作透射式负电子亲和势光电阴极的Ⅲ—V族半导体基片的无损检测进行了研究。建立了一套带微机处理的高信噪比的激光荧光测试系统,测试了基片的发射层GaAs的掺杂浓度、过渡层Gal_(-x)Al_xAs的组分X值及沿表面X值的均匀性、高X值的测量等。实验结果表明,激光荧光检测为Ⅲ—V族半导体材料的研究提供了一种快速的非破坏性的检测方法,对研究透射式负电子亲和势光电阴极具有重要意义。

负电子亲和势GaN光电阴极特性研究

分析了NEA GaN光电阴极的产生背景,介绍了NEA GaN光电阴极的结构以及工作模式,研究了GaN光电阴极的光电发射机理以及NEA特性的形成原因,p型GaN经过Cs、O处理后的有效电子亲和势约为-1.2eV。分析表明:充分激活后形成的双偶极层是表面真空能级降低的原因,体内产生的光电子按照光电发射的"三步模型"逸出到真空中。

GaAs—Cs—O负电子亲和势表面激活的俄歇能谱和低能电子衍射研究

用二步激活工艺将GaAs外延层激活成负电子亲和势。该工艺步骤包括:真空热清除和铯、氧激活、随后的第二次加热,使铯部分地解吸,并再次用铯、氧激活。在第一次激活期间,俄歇能谱测量表明光电发射增加到最大值,铯/氧比也增加。这个比值总是小于提供较大光电发射的第二次激活期间的近似常数比。而第一次和第二次激活之后的解吸研究表明,虽然铯俄歇峰值高度在大的温度范围内单调下降,但当增加温度时,氧峰值高度越过一个最大峰值,然后当铯懈吸完成时,氧峰高度迅速降到零。第二次激活后解吸温度稍高一点。低能电子衍射表明铯-氧层是无定形的。

负电子亲和半导体的二次电子发射

根据0.8 keV≤E_(pomax)≤5 keV的负电子亲和(negative electron affinity,NEA)半导体二次电子发射(secondary electron emission,SEE)的特性,初级电子产额R,现有的次级电子产额δ的通用公式和实验数据,分别推导并实验证明了NEA金刚石的δ在0.5 E_(pomax)≤E_(po)≤10 E_(pomax),GaN在2 keV≤E_(pomax)≤5 keV,NEA金刚石的δ在0.8 keV≤E_(po)≤3 keV,GaN在0.8 keV≤E_(pomax)≤2 keV的特殊公式;其中E_(pomax)为δ达到最大值时的E_(po),E_(po)为初级电子入射能。推导出了0.8 keV≤E_(pomax)≤5 keV时NEA半导体的内部二次电子到达发射极表面后逃逸到真空中的概率B。还提出了计算0.8 keV≤E_(pomax)≤5 keV NEA半导体1/α的方法;其中1/α为二次电子的平均逃逸深度。分析结果表明,B和1/α的理论研究有助于研究不同样品制备方法对NEA半导体中SEE的定量影响,从而生产出理想的NEA发射体,如NEA金刚石。

负电子亲和势GaN光电阴极激活机理研究

利用自行研制的光电阴极激活评估实验系统,给出了GaN光电阴极Cs激活及Cs/O激活的光电流曲线.针对GaN光电阴极的负电子亲和势(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的阴极表面模型,研究了NEAGaN光电阴极激活机理.实验表明:GaN光电阴极在单独导入Cs激活时就可获得明显的NEA特性,Cs/O激活时引入O后光电流的增长幅度不大.用双偶极层模型[GaN(Mg):Cs]:O—Cs较好地解释了激活成功后GaN光电阴极NEA特性的成因.

反射式负电子亲和势GaN光电阴极量子效率衰减机理研究

针对反射式负电子亲和势(NEA)GaN光电阴极量子效率的衰减以及不同波段对应量子效率衰减速度的不同,参照国外给出的NEAGaN光电阴极在反射模式下量子效率曲线随时间的衰减变化情况,利用GaN光电阴极铯氧激活后的表面模型[GaN(Mg):Cs]:O-Cs,结合量子效率衰减过程中表面势垒的变化,研究了反射式NEAGaN光电阴极量子效率的衰减机理.有效偶极子数量的减小是造成量子效率降低的根本原因,表面I,II势垒形状的变化造成了不同波段对应的量子效率下降速度的不同.

GaN负电子亲和势光电阴极的激活工艺

以金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延的p型GaN为阴极发射层材料,通过对激活过程中阴极光电流的在线监测,考察了Cs激活,Cs/O交替激活以及高低温两步激活对GaN阴极光电发射性能的影响。实验结果表明,单用Cs激活就可制备出量子效率约为20%的GaN光电阴极,Cs激活后再进行2～3个Cs/O循环激活可小幅度提高量子效率,高低温两步激活不能进一步提高量子效率。利用偶极层表面模型对实验现象进行了解释。

负电子亲和势GaN光电阴极的研究进展

GaN材料由于其优良的性能,成为紫外探测和真空电子源领域极具发展潜力的材料之一;目前制备的反射式GaN光电阴极的量子效率已达到70%以上,透射式也达到了30%.本文对GaN光电阴极的结构设计、表面清洗和Cs/O激活三大方面进行了综述,分析了影响量子效率的关键因素,并对今后可能的发展方向进行了展望.

负电子亲和势GaN光电阴极光谱响应特性研究

针对负电子亲和势(NEA)GaN光电阴极成功激活后的量子效率问题,利用自行研制的紫外光谱响应测试仪器,测试了成功激活的NEAGaN光电阴极的光谱响应,给出了230—400nm波段内反射模式NEAGaN光电阴极的量子效率曲线.测试结果表明:反射模式下NEAGaN光电阴极在230nm具有高达37.4%的量子效率,在GaN光电阴极阈值365nm处仍有3.75%的量子效率,230nm和400nm之间的抑制比率超过2个数量级.文中还结合国外的研究结果,综合分析了影响量子效率的因素.

负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正

量子效率是表征负电子亲和势(NEA)光电阴极发射性能的最重要的特性参数,准确建立量子效率公式为揭示各个阴极参量对整体性能的影响以及NEA光电阴极的优化设计提供了重要的理论指导.在对NEA光电阴极体内及表面光电发射过程的分析基础上,考虑入射光子能量、表面能带弯曲区以及表面势垒对电子发射的影响,对表面逸出概率和电子衰减长度进行了修正,并利用积分法推导了NEA光电阴极的量子效率公式,其理论预测曲线与实验曲线基本一致,从而验证了修正公式的实用性.为NEA光电阴极的研究提供了有效的理论参考依据.