反射式负电子亲和势GaN光电阴极的光电发射及稳定性研究

利用在线多信息紫外光电阴极激活评估系统,测试了真空室内两个GaN 光电阴极Cs,O激活后及衰减6 h和18 h后补Cs的光谱响应特性曲线和量子效率曲线;并绘制了光纤光源波长为300 nm的光电阴极响应电流衰减变化曲线.实验结果证明,GaN 光电阴极较GaAs阴极具有更好的稳定性,量子效率可保持相对稳定达10 h,然后缓慢衰减,衰减速率较窄禁带半导体材料低得多.补Cs后光电流最大值较刚激活完有16.8%的增长,这充分证明阴极表面量子效率衰减的原因是Cs的脱附,而不是O的吸附.这些现象可由双偶极层模型来解释, 关键词： 光学 光电阴极 量子效率 稳定性     

GaAs光电阴极在不同强度光照下的稳定性

利用多信息量测试系统分别测试了反射式GaAs光电阴极激活后在0(无光照)，33和100lx白光照射情况下阴极的光电流衰减变化曲线，计算得到其寿命分别为320，160和75min，阴极稳定性随光照强度的增加而降低，测试了只有光照(100lx)而无光电流流过阴极时阴极的寿命为100min. 通过比较发现光照比光电流对阴极稳定性的影响更大. 还测试了阴极在33lx光照下量子效率曲线随时间的衰减，发现阴极低能光子的量子效率下降速度更快，导致量子效率曲线形状不断发生变化. 基于修正后的反射式阴极量子效率公式对这种变化进行了理论分析，发现与光电子的谷间散射和阴极衰减过程中表面势垒形状的变化有关.     

GaAs光阴极高温热清洗北大核心CSCD

GaAs光阴极在进行Cs-O激活前,激活层表面必须达到原子级洁净。最常用且最有效的洁净方法是高温热清洗法。然而,在热清洗过程中对处在真空系统中的光阴极表面温度进行精确测量却是非常困难的。采用ANSYS软件对GaAs光阴极热清洗过程进行热分析,得到光阴极表面的温度分布,并讨论该温度分布情况下激活得到光阴极的量子效率分布。     

利用梯度掺杂获得高量子效率的GaAs光电阴极

获得高量子效率且稳定性良好的阴极一直是近年来发展GaAs光电阴极的重要方向。对晶面为(100),掺杂Be,厚度为1μm分子束外延生长的反射式GaAs发射层,设计了一种从体内到表面掺杂浓度由高到低分布的新型梯度掺杂结构。掺杂浓度的范围从1×1019cm-3到1×1018cm-3,并利用(Cs,O)激活技术制备了GaAs光电阴极。光谱响应测试曲线显示,与传统均匀掺杂的GaAs光电阴极相比,梯度掺杂的GaAs光电阴极的量子效率在整个波段都有提高,积分灵敏度可达1580μA/lm,且具有更好的稳定性。讨论了这种新型GaAs光电阴极获得更高量子效率的内在机理。该设计结构是现实可行的,且具有很大发展潜力,它为国内发展高性能GaAs光电阴极提供了一条重要途径。     

具有e指数内建电场的透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

设计了具有e指数内建电场的透射式GaAs负电子亲和势阴极,利用数值计算方法研究了它的时间响应特性和量子效率特性。结果表明,当吸收区厚度L~0.2~1.5 μm时,阴极的响应时间和量子效率均随L的增大而增大;尤其当L~1.1 μm时响应时间达到10 ps,量子效率达到12.5%~20%,迄今为止,与其他GaAs光电阴极相比,在相同光谱响应条件下,该响应速度是最高的。另外,在不同L下,获得了平均时间衰减常数τ'的函数分布和能够获得最短响应时间的最优系数因子β分布,为新型高速响应GaAs光电阴极的时间响应和量子效率优化提供了必要的理论基础和数据支持。     

反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率模型研究

借助指数掺杂与均匀掺杂光电阴极的量子效率公式,提出了采用加权平均法表示的反射式变掺杂光电阴极量子效率理论模型.使用该模型对某掺杂结构的反射式GaAs光电阴极量子效率曲率进行了拟合,获得了最佳的拟合效果,且模型的拟合结果能够定量地揭示材料的变掺杂结构,在不同入射光波段对阴极量子效率的贡献不相同这一现象.针对此现象进行了深入地分析和探讨. 关键词： GaAs 变掺杂 光电阴极 量子效率     

反射式NEA GaN光电阴极量子效率恢复研究

以反射式NEA GaN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NEA GaN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NEA GaN光电阴极量子效率在240 nm到300 nm的短波区域恢复到激活后最好状态的94%以上,300 nm到375 nm的长波区域恢复到88%以上.结合反射式NEA GaN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 关键词： 反射式 NEA GaN光电阴极 量子效率     

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。     

GaAs阴极光电发射特性北大核心CSCD

采用氧过量YOYO激活工艺对经高温清洁的砷化镓(GaAs)晶片进行激活,测量其量子效率和在激光及背景光照射下的使用寿命,得到了4.66%的量子效率;在电子枪中的实验获得了平均流强大于1mA的束流。分析了真空度、高温清洁温度、铯氧激活工艺等因素对GaAs光阴极初始量子效率和使用寿命的影响。     

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NEA GaN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NEA GaN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. 关键词： 负电子亲和势 GaN光电阴极 量子效率 表面势垒     

Preliminary Systematic Study of the Temperature Effect on the K—Cs—Sb Photocathode Performance Based on the K and Cs Co-Evaporation

It is very important to increase the quantum efficiency(QE)and prolong the lifetime of the photocathode in a variety of applications.We have succeeded in preparing a high QE cesium potassium antimonide(K-Cs-Sb)photocathode by K and Cs co-evaporation in the photocathode preparation facility.In order to better understand the effect of the substrate(photocathode)temperature on the photocathode performance,the photocathode preparation,photocathode performance degradation,photocathode performance recovery and photocathode removal are studied in detail.     

成像法在电磁叠加型光阴极注入器中的应用

光阴极注入器为X射线自由电子激光提供高品质电子束团,其中,阴极面上电子发射的均匀性在很大程度上影响着电子束团的束流品质,实验中常通过测量光阴极量子效率分布来评估电子发射的均匀性。成像法测量光阴极量子效率分布时具有实时、高分辨的特点,目前,此方法只在电磁分离型光阴极注入器中有所应用。探索成像法在电磁叠加型光阴极注入器中应用的可行性,采用理论分析结合数值模拟的方法,研究结果显示成像法适用于电磁叠加型光阴极注入器,且由此获得的量子效率分布具有阴极面中心位置处分辨率优于外层的特点。此外,针对成像法在初始束团横向动量分布测量中的应用进行模拟计算分析,并在此基础上提出一种判断阴极面剩余磁场是否为零的方法。     

光阴极直流高压电子枪束流偏轴发射研究

离子反轰会造成直流高压电子枪内光阴极的量子效率衰减,降低阴极的工作寿命和稳定性,是限制光阴极直流高压电子枪性能的重要因素之一。基于中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光(THzFEL)的直流高压电子枪,通过束流动力学模拟和阴极量子效率测量,研究了束流偏轴发射对离子反轰的抑制作用及其应用限制。模拟结果表明:束流偏轴发射时,离子主要轰击阴极的电中心附近,光电发射区域的离子通量较轴上发射时降低约95%;但束流发射度增大约4πmm·mrad,横向运动幅度增加约1倍。通过电子枪运行前后阴极量子效率测量,发现束流偏轴发射时离子反轰引起电中心附近量子效率大面积的衰减,而光电发射区域量子效率损失较小,验证了束流偏轴发射抑制离子反轰的可行性。     

The QE numerical simulation of PEAsemiconductor photocathode

Several kinds of models have already been proposed to explain the photoemission process. The exact photoemission theory of the semiconductor photocathode was not well established after decades of research. In this paper an integral equation of quantum efficiency (QE) is constructed to describe the photoemission of positive electron affinity (PEA) of the semiconductor photocathode based on the three-step photoemission model. Various factors (e.g., forbidden band gap, electron affinity, photon energy, incident angle, degree of polarization, refractive index, extinction coefficient, initial and final electron energy, relaxation time, external electric field and so on) have an impact on the QE of the PEA semiconductor photocathode, which are entirely expressed in the QE equation. In addition, a simulation code is also programmed to calculate the QE of the K₂CsSb photocathode theoretically at 532 nm wavelength. By and large, the result is in line with the expected experimental value. The reasons leading to the distinction between the experimental and theoretical QE are discussed.     

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240nm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...     

Quantum efficiency dependence on built-in electric fields in exponential-doped and graded-doped gallium arsenide photocathodes

We calculated the intensities and widths of the built-in electric fields of exponential-doped and graded-doped gallium arsenide (GaAs) photocathode for the first time. We analyzed the quantum efficiency (QE)for both samples with these two factors, along with the absorption coefficient and found out that although the exponential-doped sample was more complicated in structure than the graded-doped sample, the QE was not enhanced in the full experimental waveband as we expected, especially for those electrons with lower energy. It shows that the escape probability and diffusion length mainly depend on the intensity of the electric fields, which is believed the most decisive factor for the QE enhancement.     

Comparison of the photoemission behaviour between negative electron affinity GaAs and GaN photocathodes

In view of the important application of GaAs and GaN photocathodes in electron sources, differences in photoemission behaviour, namely the activation process and quantum yield decay, between the two typical types of III-V compound photocathodes have been investigated using a multi-information measurement system. The activation experiment shows that a surface negative electron affinity state for the GaAs photocathode can be achieved by the necessary Cs-O two-step activation and by Cs activation alone for the GaN photocathode. In addition, a quantum yield decay experiment shows that the GaN photocathode exhibits better stability and a longer lifetime in a demountable vacuum system than the GaAs photocathode. The results mean that GaN photocathodes are more promising candidates for electron source emitter use in comparison with GaAs photocathodes.     

高温Cs激活GaAs光电阴极表面机理研究

研究了高温Cs激活过程中,GaAs光电阴极表面势垒的变化机理。在考虑GaAs材料体内负电性p型掺杂杂质与材料表面正电性Cs+所形成的偶极子对表面势垒的作用后,通过求解均匀掺杂阴极中电子所遵循的一维连续性方程,得到了反射式均匀掺杂阴极的量子效率公式,通过求解薛定谔方程得到了到达阴极表面的光电子的逸出概率公式,利用公式对GaAs光电阴极的Cs激活过程进行了分析。分析发现,激活过程中GaAs光电阴极的量子效率和光电子的逸出概率正比于偶极子层的电场强度。