NEA GaN光电阴极的制备与评估

对GaN的结构性质进行了介绍,研究了NEA GaN光电阴极的制备方法,利用MOCVD生长了p型掺杂浓度为1.6×1017 cm-3发射层厚度150 nm的GaN样品,在进行了GaN表面净化处理得到原子级清洁表面后,在超高真空系统中对GaN光电阴极进行了Cs/O激活,获得了NEA GaN光电阴极。利用实验室制备的多信息量测试系统对成功激活后的NEA GaN光电阴极进行了评估,结果显示:NEA GaN光电阴极的反射式量子效率达到了30%,透射式量子效率达到了12%。

透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照下的量子效率特性研究

研究了透射式GaN光电阴极在正面光照和背面光照两种工作模式下的光电发射特性差异及影响因素,并推导了这两种工作模式下的量子效率理论公式,利用所推导的公式对实验获得的GaN光电阴极量子效率曲线进行了分析。研究结果表明,两种工作模式下光电子的表面逸出几率与光子能量具有不同的依赖关系,背面光照下,光电子将以一个一致的表面逸出几率从表面发射出去,并且短波响应会受到缓冲层及界面特性的影响,总体光电发射效率依赖于阴极表面势垒所决定的平均电子逸出几率。利用所推导的量子效率公式对实验曲线进行拟合,可实现多个阴极参量的评估,这为透射式GaN阴极材料与制备工艺水平的分析提供了重要依据。

利用紫外透射光谱研究透射式GaN光电阴极的材料结构及光学特性

GaN紫外光电阴极是近年发展起来的一种高性能真空紫外探测器件,其中透射式结构作为光电阴极实际应用的工作模式,其多层结构参数及光学特性对阴极的最终光电发射性能有着重要的影响。测试了透射式GaN阴极材料的紫外透射光谱,通过建立透射式GaN阴极样品的透射模型,得到了GaN阴极样品的薄膜厚度、光学吸收系数与透射谱之间的函数关系。计算得到的GaN外延材料的厚度与实际值误差小,吸收系数与已发表数据一致,表明紫外透射光谱法能够准确地实现透射式GaN阴极材料结构及光学特性的评估。

GaN光电阴极激活后的光谱响应分析

由于GaN光电阴极的突出性能，其在紫外探测方面有着广泛的应用。文章在超高真空激活系统中，对GaN样品进行了Cs／O激活实验，并分析了激活后反射式的量子效率：在240－350nm的紫外波段内，量子效率约在30％～10％之间，曲线较为平坦，在240rim处达到30％的最大值，与国外结果对比后发现，本文获得的GaN光电阴极量子效率在短波段尚有不足。研究了GaN（0001）表面的原子排列，利用3D模拟了表面原子排列模型，并推测了Cs在其表面的吸附情况。

表面势垒对梯度掺杂GaN光电阴极电子逸出几率的影响

研究表面势垒对梯度掺杂GaN光电阴极电子逸出几率的影响.计算梯度掺杂透射式GaN光电阴极的电子能量分布及逸出几率,结果显示梯度掺杂与均匀掺杂相比,可以获得更大的电子逸出几率;I势垒对电子逸出几率的影响显著,而II势垒影响较小.利用GaN光电阴极多信息量测试系统,测试两种GaN阴极样品的光电流.实验结果表明,梯度掺杂GaN样品比均匀掺杂电子逸出几率更大;单独进行Cs激活形成的I势垒对电子逸出几率有显著影响,而Cs/O共同激活形成的II势垒对其影响较小.

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)

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。

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。

n型纳米薄膜表面GaN/AlGaN光电阴极的电子发射特性

为了研究GaN/AlGaN光电阴极表面的掺杂类型对阴极电子发射特性的影响,分别设计p型、p-i-n型和p-n型纳米薄膜表面的GaN/AlGaN光电阴极材料,并使用金属有机化学气相沉积外延(MOCVD)技术进行生长。使用Cs/O交替的方式对GaN/AlGaN光电阴极进行激活,并测试了三种光电阴极的光谱响应特性,结果显示整个波段内p型GaN/AlGaN光电阴极的电子发射性能最低,在光波长240~285 nm波段p-n型GaN/AlGaN光电阴极拥有最高的光谱响应值,而在光波长285~365 nm波段p-i-n型GaN/AlGaN光电阴极拥有最高的光谱响应值。由于p-i-n型GaN/AlGaN光电阴极中本征型GaN薄膜层具有较高的电阻率,所以一定程度上降低了电子向阴极表面方向的输运,影响了GaN/AlGaN光电阴极的短波响应特性。仿真结果显示虽然p-n型GaN/AlGaN光电阴极没有较高的表面电子逸出几率,但是其内建电场对电子向阴极表面输运的促进作用可补偿由于表面电子逸出几率降低而对阴极电子发射特性的影响。

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。

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。

透紫玻璃与蓝宝石的热压粘结工艺研究

透射式GaN阴极组件是GaN紫外日盲型探测器的最关键部件之一。介绍了制备透射式GaN阴极组件的工艺难点,主要报道了透紫玻璃与蓝宝石的热压粘结工艺的原理和研制过程,并着重分析了热压粘结工艺中出现的问题,同时提出了拟定的解决方案。

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.

反射式NEA GaN光电阴极量子效率恢复研究

以反射式NEAGaN光电阴极充分激活、衰减以及补Cs后的量子效率曲线为依据,针对阴极量子效率的衰减规律和补Cs后的恢复状况,论述了NEAGaN光电阴极量子效率的衰减和恢复机理.经过重新Cs化处理,反射式NEAGaN光电阴极量子效率在240nm到300nm的短波区域恢复到激活后最好状态的94%以上,300nm到375nm的长波区域恢复到88%以上.结合反射式NEAGaN光电阴极衰减前后的表面势垒形状和反射式GaN光电阴极量子效率的计算公式,得到了量子效率曲线的衰减规律以及补Cs后的恢复状况与表面势垒形状改变之间的关系.

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.

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。

梯度掺杂结构GaN光电阴极表面的净化

对梯度掺杂结构GaN阴极表面进行了化学清洗,清洗后利用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了阴极表面,分析表明化学清洗能有效去除阴极表面的油脂和加工中残存的无机附着物;然后在超高真空室内710℃下对阴极进行了高温退火清洁,去除化学清洗后残留在阴极表面的C、O等吸附物,使阴极表面达到制备高性能负电子亲和势(NEA)光电阴极所需的原子级清洁程度。最后通过阴极激活实验加以验证,结果证实化学处理后热退火方法能有效净化梯度掺杂结构GaN阴极表面。

GaN紫外光阴极材料的高低温两步制备实验研究

GaN紫外光阴极是一种表面具有负电子亲和势(NEA)状态的光电发射材料,具有电子发射效率高、暗发射小、稳定性好等众多优点,是近年来得到迅速发展的一种新型高性能紫外探测材料。采用超高真空原子吸附工艺,对金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)外延的p型GaN表面依次进行了高温净化、Cs/O激活、低温净化和Cs/O激活的高低温两步光阴极制备实验。实验结果表明,高温净化后的Cs/O激活可制备出量子效率约为20%的GaN紫外光阴极材料,第二步低温净化后GaN表面仍具有光电发射能力,经过Cs/O激活后可将阴极光电流恢复到接近高温激活结束后的水平,说明GaN阴极材料的制备只需单步高温激活完成。通过比较GaN与GaAs光阴极材料的高低温制备效果差异,对GaN光阴极制备工艺的机理进行了探讨。

变掺杂GaN光电阴极的制备及发射机理研究

为了提高GaN阴极的紫外探测效率，提出了一种由体内到表面、掺杂浓度由高到低的变掺杂GaN阴极材料结构，采用超高真空（Cs，0）激活工艺进行了阴极制备，对均匀掺杂和变掺杂GaN光电阴极的光谱响应特性进行了测试与比较。与传统具有均匀掺杂结构的GaN阴极相比，这种变掺杂结构的阴极在反射工作模式下具有更高的量子效率（量子效率平均提高了30％）和更好的长波紫外响应特性（长波响应提高了43％）。通过比较变掺杂与均匀掺杂阴极在能带结构、光电子体内输运效率、光电子表面发射效率等特性上的差异，对变掺杂GaN光电阴极获得更高量子效率的机理进行了分析。