NEA GaN紫外光电阴极表面势垒对光电发射性能影响的研究

摘要

GaN光电阴极是紫外真空探测器和真空电子源的核心部件,在国防和工业上有着广泛的应用,受到各国科学家的极大重视。为了改善GaN光电阴极的光电发射性能,本文主要开展了以下研究:
　　 应用Boltzmann分布和基于Airy函数的传递矩阵法,计算了GaN光电阴极的电子逸出几率。发现电子逸出几率主要由Ⅰ势垒决定,Ⅱ势垒对电子逸出几率的影响有限。理论计算结果与激活光电流测试结果一致,其原因是Cs单独激活对降低真空能级的贡献远大于Cs/O共同激活。
　　 在考虑谷间散射的情况下,利用Boltzmann分布和基于Airy函数的传递矩阵法,计算了反射式GaN光电阴极的发射电子能量分布。分析了表面势垒变化对量子效率衰减的影响,理论与实验符合较好。激活层有效偶极子数的减少使表面势垒宽度和高度增加,引起长波光子激发产生的发射电子能量分布衰减较大,短波光子激发产生的发射电子能量分布衰减较小,这是反射式量子效率在长波段衰减较大,短波段衰减较小的根本原因。
　　 对反射模式和透射模式下GaN光电阴极的量子效率进行了比较分析。长波段反射式与透射式的量子效率相差不大,短波段反射式量子效率比透射式高。这主要是由GaN光电阴极的吸收系数、M-L能谷光电发射和缓冲层的光吸收造成的。优化发射层厚度、寻找合适的缓冲层材料是提高透射式GaN光电阴极量子效率的关键。