(1)Co-deposition 激活法:Cs 源一直打开,先补 Cs 到光电流到最大值,然后开始补 O,

达到新的最大值时停 O,如此重复进行,直至光电流不再增加。

(2)Nagoya 激活法:先补 Cs 到光电流到最大值,等电流降至零时补 O,光电流达到新 的最大值时停 O,如此重复进行,直至光电流不再增加。

不同的的激活工艺激活过程中所需的 Cs/O 比不同,导致激活后阴极的各项性能也有所差 异。同时激活过程中外部条件对激活后的性能也有很大的影响,但目前对 Cs/O 比最佳值等还 没有定论,还是处于半定量和半经验的水平上。

1。2 GaAs 光电阴极表面模型

现如今的制备工艺已经比较成熟了,但激活过程中 Cs 与 O 的对阴极表面影响的具体机 理还没有定论,研究人员先后提出了多种猜测,如异质结模型、偶极子模型、Cs 的弱核力场 效应、非晶态模型和群模型。其中最为主要的是异质结模型、偶极层模型。

(1)异质结模型[11]:

它认为在激活过程中,Cs 和 O 吸附在 GaAs 的表面,形成了 n 型半导体 Cs2O,与 p 型 的 GaAs 接触形成异质结[12],由于费米能级不同,材料之间存在电子化学势接触差,电子发 生转移,达到平衡后,费米能级相同,接触面能带发生弯曲,使得 GaAs 的导带底能级高于 表面真空能级而达到负电子亲和势状态。此模型的能带结构图如下所示:

图 1。2 GaAS 异质结模型能带结构图

先后有两种,Fisher 等人提出的模型认为,激活初始阶段 Cs 吸附在阴极表面,与 GaAs

形成第一层偶极子层,这使阴极达到零电子亲和势状态,然后在 Cs 与 O 的交替过程中,形

成了第二个偶极子层—Cs-O-Cs 结构,这使 GaAs 的表面真空能级再次下降而达到负电子亲和 势状态。Su 等人在上文模型的基础上提出了另一种模型,他们认为第一层偶极子层就有 O 的 参与,第二层则相同。这两种模型都有一定的合理性,但也都无法解释不同温度下激活的积 分灵敏度不同。下图为两种模型的结构[14]。

a。 Fisher 等人的模型结构 b。 Su 等人的模型结构 图 1。3 两种偶极子层模型结构

1。3       本文的研究意义和主要工作

国内在此方面的研究工作相比于其他发达国家,如美国,还具有一定的差距,制备工艺 和性能测试等还有很大的改善空间,因此 GaAs NEA 光电阴极研究意义重大,且有利于提高 三代像增强器等光电子器件的性能指标。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

为探索一种更为有效的激活方式,获得更好性能的 GaAs 光电阴极,本文对激活工艺进 行了研究,主要工作有如下几点:

(1)通过查阅书籍了解负电子亲和势光电阴极制备系统原理,掌握激活软件和光谱响应 测试软件的使用方法;

(2)通过持续补 Cs,交替补 O 的方法,对比不同 O 源电流开关时间而 Cs 源电流固定 对激活效果的影响,比较其激活曲线,光谱响应曲线及稳定性。

(3)采用电子亲和势光电阴极制备系统对 GaAs光电阴极分别进行三种激活方式(Nagoya 激活法,Co-deposition 法以及一种新型激活法)激活,比较激活后光谱响应曲线及光电流变 化情况。

2  负电子亲和势光电阴极制备和评估系统

要制备良好的 GaAs 光电阴极,需要好的阴极材料,同时先进的设备和科学的制备方法 也必不可缺。GaAs 光电阴极激活对真空度的要求很高,为达到这项要求,项目组自行研发设 计了一套激活系统,该系统由四部分组成。分别为超高真空激活系统 ,多信息量在线测量系 统,表面分析系统和残气分析系统。

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