图1。1 光电效应原理图

外光电效应最早是在1887年由德国物理学家Herz，在推导Maxwell方程时偶然发现，当时大家将这一系列由光照引起电能变化的现象，统称为光电效应。一年之后，德国物理学家Hallwachs证实，由于放电间隙中存在荷电体，光电效应由此出现[2]。1899年，英国物理学家Thomsom发现电子，并通过实验证实和阴极射线相同，这种荷电体是电子流。20世纪初的几年内，P。Lenard对其进行了全面研究，将它命名为光电效应。1905年，Einstein提出光量子理论，并运用该理论对其进行了系统的解释。十年后，美国科学家Millikan通过精密的定量实验证明了Einstein的光量子理论[3]。这种认识为光电阴极其后的发展奠定了基础。

为了制备出光电转换效率较高的光电阴极，科学家们进行了艰苦卓绝的探索。在1930年到1970年间，发明了以下六种主要的光电阴极：银氧铯光电阴极（Ag-O-Cs）、钾铯锑光电阴极(K2CsSb)、铋银氧铯光电阴极(Bi-Ag-O-Cs)、铯锑光电阴极（Cs3Sb）、钠钾锑光电阴极(Na2KSb)、钠钾锑铯光电阴极(Na2KSb[Cs])[4]。这些光电阴极的出现，尤其是Sommer发明的Na2KSb[Cs]多碱光电阴极，在整个可见光谱范围内拥有比以往任何阴极都优秀的量子效率，因而在光电倍增、光电成像等众多领域中得到了广泛的应用[3]。

1965年，J。J。Scheer和J。Vanlar为了获取量子效率更高的光电阴极，在重掺杂P型GaAs表面覆盖Cs后制成了一种新型光电阴极，这种光电阴极具有零有效电子亲和势[5]。1968年，A。A。Turnbull和G。B。Evans给GaAs表面交替覆盖Cs、O后，首次获得了一种具有负电子亲和势（NEA）的光电阴极[5]。得益于这种负电子亲和势光电阴极的创造，光电阴极的发展迎来了腾飞。NEA GaAs光电阴极具有发射电子能量分布及角分布集中，暗发射小，量子效率高，长波响应扩展潜力强，长波阈可调的特点[6]。由于这些诸多优点，NEA GaAs光电阴极获得了飞速的发展。

1。2  GaAs光电阴极的表面结构及特征

    自1970年以来，得益于分子束外延（MBE）技术的成熟，人们才能够制得纯净的 GaAs 表面，由此，才真正打开对GaAs 表面结构研究的大门。GaAs（100）面在实际生产和应用中占比较大的比重，因此对GaAs表面结构的研究，大部分都投入在（100）面，以及容易经过解理获得的（110）面[7]。有低能量电子衍射研究表明[8。9]，在GaAs（100）表面含有多种重构，并且这些重构形式被表面Ga/As比高度影响。当表面富Ga时，结构为c（4×2）或（8×2），随着 Ga/As 比降低，结构转化为（1×3）或（1×6），随后为c（2×4）或 （2×8），最后变为富 As 的 c（4×4）结构[7]。其中有些结构只有在高温环境的As气室中才能稳定。

    上世纪末以来，随着扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）分析技术的发展，科学家们能够把表面结构的研究提升到原子水平上来，并且能在低能量电子衍射的研究成果基础上，再对原子的排列、组合做深层次研究。Larsen等研究认为，c(4×4)结构是三角成键的 砷二聚体的化学吸附相，三个以[110]方向为轴的二聚体构成了这种结构单元，其中砷的空位决定了表面As覆盖度的变化[10]。Farrell和Palmstrom以反射高能电子衍射的衍射特点为依据，将c（8×2）结构分为α相、β相和γ相[11]。两个镓的二聚体和两个缺砷的空位构成了富Ga的（4×2）结构单元。Avery等人认为表面无序是主要原因，而Hashizum等人认为，这是由结构变化和表面无序共同引起的[8]。

    研究显示，GaAs（110）面没有重构，唯有（1×1）结构，即表面的As原子相对Ga原子而言，向外位移了0。65Å，Ga-As 键弯曲了27°[11]。研究发现，GaAs极易吸附如O2、H2O、CO、CO2等活性成分，并形成由电荷转移而引起的新的表面成分，因为GaAs表面存在大量的悬空键[7]，其化学组成因而受到科学家们的持续关注。