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。

InGaAs光电阴极像增强器研究

ＩｎＧａＡｓ 光电阴极像增强器的光谱为１－０ ～１－３μｍ 和１－０ ～１－１μｍ 。对用于像增强器中的ＩｎＧａＡｓ 光电阴极进行了研究。研究的方法有：光致发光法、微型瑞曼法、扫描俄歇俄法。将ＩｎＧａＡｓ 像增强器的光谱和标准的第二代和第三代像增强器进行比较。文中还报导了负电子亲和势ＩｎＧａＡｓ 光电阴极摄像管的性能参数：光谱灵敏度、白光光响应、等效背景照度、信噪比、调制传递函数以及像增强器的性能。对ＩｎＧａＡｓ 负电子亲和势光电阴极和标准第二代像增强器阴级直接进行比较。最后评价了近红外ＩｎＧａＡｓ 光电阴极像增强器的先进性。

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%。

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%。

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。

InGaAs光电阴极制备工艺中的原位光电子能谱

为了探索InGaAs光电阴极高温净化工艺的最佳加热温度点,利用超高真空光电阴极制备与表征互联装置开展了不同加热温度点下的高温净化实验和表面铯/氧(Cs/O)激活实验。通过扫描聚焦X射线光电子能谱对化学清洗后、高温净化后以及表面激活后的InGaAs样品表面进行原位分析,检测不同温度点下表面杂质的脱附程度和化学元素组成变化。结果表明,样品表面的碳污染物和氧化物在625℃时都被完全去除,获得原子级清洁表面,但此时In元素会出现挥发现象,导致材料表面In含量降低,会使InGaAs材料的红外响应特性不明显,因此600℃被认为是最佳加热温度。结合原位紫外光电子能谱发现二次电子截止边随着温度的升高不断向高结合能的位置偏移,这表明高温净化能有效降低表面功函数值,而Cs/O激活能进一步降低表面功函数值,获得负电子亲和势,提高InGaAs光电阴极的近红外光电发射性能。

MBE脱氧条件与InGaAs/InP APD性能的相关性

InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)对近红外光具有高敏感度,使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂,厚度尺寸从量子点到几微米不等,性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延(MBE)技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As薄膜和APD结构材料。实验结果表明,As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势,可获得陡直明锐的异质结界面,降低载流子浓度,提高霍尔迁移率,延长少子寿命,并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此,As脱氧可以有效提高MBE材料的质量,这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。

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.

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.

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.

钢结构表面光电阴极保护材料及其光阳极最新研究进展

钢结构的腐蚀带来了巨大的经济损失和安全隐患。光电阴极保护是利用材料转换光辐射产生光电子,光生电子通过外接电路转移到金属表面并富集,使金属发生阴极极化,从而抑制腐蚀的技术,也是一种真正节能、环保的腐蚀防护技术。光电阴极保护材料存在可见光利用率低、光电转换效率不足、光阳极稳定性不良、很少与有机涂层联用等问题,这些问题成为制约光电阴极保护材料发展的突出问题。总结了近年来国内外改善光电阴极保护材料及其光阳极性能的最新策略和方法,重点评述了通过离子掺杂重构、敏化与共敏化、异质结工程和聚合物涂层联用等方式提升TiO_(2)、ZnO、g-C_(3)N_(4)、BiVO4和聚合物基纳米材料光电转化效率的发展成果,评述了研究成果的贡献和影响,对钢结构的光生阴极保护可行性进行了论证,提出了材料防腐研究与应用中存在的问题、挑战和发展趋势,可为国内外半导体材料在光生阴极保护中的实际应用提供有价值的理论和技术参考。

红外InGaAsP光电阴极研究

本文主要对阈值波长可达1.25μm的InGaAsP光电阴极进行了详细的研究。在国内首次实现了在0.5μm～1.25μm波段范围内具有光电响应的半导体光电阴极。用Cs和O_2激活后得到的光电阴极在1.06μm处的反射式光电灵敏度为3.4mA/W,量子效率为0.4％。本文还对激活表面及热清洁工艺进行了系统地分析,确定出了最佳的表面清洁温度及时间。

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。

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真,得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响,研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现,当深扩散深度为2.3μm固定值时,浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深,相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大,电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时,会发生倍增区外的非理想击穿,导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大,倍增区中心部分雪崩击穿概率越大,而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下,浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响,但深扩散Zn掺杂浓度越高,相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。

InGaAs/InAlAs光电导太赫兹发射天线的制备与表征

光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件,具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延(MBE)方法制备InGaAs/InAlAs超晶格作为1550 nm光电导天线的光吸收材料,使用原子力显微镜、光致发光、高分辨X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量;通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了4.5 THz的频谱宽度,动态范围为45 dB。

基于线阵InGaAs光电二极管阵列的光纤光栅传感解调

采用线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅并结合空分复用和波分复用技术,对光纤光栅传感进行解调.设计了基于线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光栅传感解调系统,通过系统测试和性能分析,该解调系统解调带宽42 nm,信噪比30 dB,波长偏移测量精确度±15 pm,功率测量精确度为±0 .3 dB.基于线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光栅解调系统不但尺寸小,功耗低,而且具有较高的解调速度.

InGaAs PIN光电探测器的暗电流特性研究

从理论上分析了In0.53Ga0.47AsPIN光电探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,并与研制的器件的实测结果进行了比较和讨论。模拟结果表明:在低偏压下,器件中的产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流起主要作用,且In0.53Ga0.47As光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响,实测器件特性与模拟结果完全符合。文中还对器件结面积和电极尺寸等对暗电流的影响进行了比较和分析。

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究（英文）

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减,而后脉冲概率先增大到一个峰值,然后减小.研究表明,为获得更高的性能,需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.

晶格失配度达2.6%的波长扩展InGaAs/InP光电探测器结构(英文)

利用气态源分子束外延,采用相对较高的1.1%μm-1失配度变化速率,在InAlAs递变缓冲层上生长了晶格失配度高达2.6%的InP基InGaAs变形晶格探测器结构,并与采用相同结构而晶格失配度为1.7%和2.1%的探测器样品进行了比较。通过原子力显微镜、X射线衍射、光致发光和器件特性测试对样品进行了表征。结果显示该晶格失配度达2.6%的探测器结构具有较好的表面形貌、较大的晶格弛豫度和理想的光学特性。器件室温截止波长约为2.9μm,直径为300μm的器件室温下在反向偏压10mV时的暗电流为2.56μA。

10 Gbit/s台面型InGaAs/InP pin高速光电探测器

利用数值计算方法分析了高速光电探测器的耗尽区宽度与响应度及响应速度的关系。分析结果表明,耗尽区宽度选择应在响应度和响应速度之间折中,在响应度满足使用要求的情况下,尽量提高响应速度。利用该分析结果设计了台面型In GaAs/InP pin高速光电探测器材料结构。通过优化腐蚀工艺与钝化工艺,解决了器件腐蚀形貌和钝化问题。结合其他微细加工工艺完成了器件的制备,器件光敏区直径50μm。测试结果显示,在反向偏压为5 V时,暗电流小于1 nA,电容约为0.21 p F。此外,在1 310 nm激光辐照下,器件的响应度约为0.95 A/W,-3 dB带宽超过10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求。