高性能GaAs光电阴极研究

论文题目: 高性能GaAs光电阴极研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 杜晓晴

导师: 常本康

关键词: 光电阴极,量子效率,光谱响应,性能评估,激活,变掺杂,电子扩散长度,逸出几率

文献来源: 南京理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 负电子亲和势砷化镓(GaAs)光电阴极具有量子效率高,暗发射小,发射电子能量分布及角分布集中,长波阈可调,长波响应扩展潜力大等优点,以它为核心的第三代微光像增强器大大扩展了夜视仪器的长波阈和视距,在微光夜视领域得到了普遍应用。尽管经过几代科研工作者的努力,国内已经建立了一条比较完整的三代微光像增强器研制线,但目前国内制备的GaAs光电阴极在灵敏度和稳定性上与国外还有较大差距。为了加快我国GaAs光电阴极的研究进程,使其达到应用水平并迅速装备部队,本文结合“十五”国防科技重点演示验证项目《XXX测试技术研究》和“十五”国防科技重点预先研究项目《XXX夜视技术研究》,围绕如何获得高性能GaAs光电阴极,对GaAs光电阴极的理论、材料结构、激活工艺、性能测试与评估进行了深入和全面的研究,主要研究内容如下: 第一章回顾了GaAs光电阴极的发展历史,通过分析国内外GaAs光电阴极的研究现状和性能差异,指出了需要研究和探索的内容,阐述了本文研究的目的和意义,并介绍了本文的主要研究工作。第二章详细研究了GaAs光电阴极的光谱响应理论。首先介绍了GaAs光电阴极的光电发射机理,给出了GaAs光电阴极在不同工作模式下的量子效率公式的推导,然后利用积分法首次推导了考虑前表面复合速率的反射式和透射式GaAs光电阴极的量子效率公式,分析了阴极性能参量对阴极量子效率以及积分灵敏度的影响,并介绍了阴极性能参量的计算方法。第三章重点介绍了GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统的研制。首先介绍了该系统的总体结构,然后分别介绍了超高真空激活系统的结构和性能、多信息量在线监控系统的构建以及表面分析系统的工作原理,其中详细介绍了光谱响应测试仪工程化样机的的研制。第四章利用GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统,对GaAs光电阴极的激活工艺及其优化进行了研究。首先比较和分析了首次进Cs量、Cs/O比例以及不同激活方式对阴极光谱响应特性以及稳定性的影响,然后利用变角X射线光电子能谱(XPS)表面分析技术,研究了高低温两步激活工艺的内在机理,最后建立了GaAs光电阴极激活工艺的优化途径。第五章提出了由体内到表面掺杂浓度由高到低的变掺杂GaAs光电阴极材料结构,并对其讲行了详细而深入的实验和理论研究。首先设计并分子束外延(MBE)

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 GaAs光电阴极的发展概况

1.1.1 GaAs光电阴极的发现及特点

1.1.2 GaAs光电阴极的制备

1.1.3 GaAs光电阴极的结构和应用发展

1.2 GaAs光电阴极国内外研究现状

1.2.1 GaAs光电阴极材料特性

1.2.2 GaAs光电阴极激活工艺的研究

1.2.3 GaAs光电阴极的稳定性研究

1.2.4 GaAs光电阴极表面模型研究

1.3 国内外GaAs光电阴极性能现状

1.3.1 国外GaAs光电阴极的性能现状

1.3.2 国内GaAs光电阴极的性能现状

1.3.3 国内外GaAs光电阴极的光谱响应特性比较

1.4 本文研究的背景和意义

1.5 本文的主要工作

2 GaAs光电阴极的光谱响应理论研究

2.1 GaAs光电阴极的光谱响应特性

2.2 GaAs光电阴极的光电发射机理

2.3 不同工作模式下GaAs光电阴极量子效率的推导

2.3.1 反射式GaAs光电阴极

2.3.2 背面光照下的透射式GaAs光电阴极

2.3.3 正面光照下的透射式GaAs光电阴极

2.4 考虑前表面复合速率的量子效率推导

2.5 GaAs光电阴极性能参量对量子效率的影响

2.5.1 电子表面逸出几率

2.5.2 电子扩散长度

2.5.3 阴极厚度

2.5.4 前表面复合速率

2.5.5 后界面复合速率

2.5.6 吸收系数

2.6 GaAs光电阴极性能参量的评估

2.7 本章小结

3 GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统研究

3.1 GaAs光电阴极的多信息量测试与评估系统设计

3.2 超高真空激活系统

3.2.1 超高真空激活系统的结构和性能

3.2.2 超高真空的获取

3.3 多信息量在线监控系统的构建

3.4 光谱响应测试仪工程化样机的研制

3.4.1 引言

3.4.2 光谱响应测试原理

3.4.3 光谱响应测试仪的硬件结构

3.4.4 光谱响应测试仪的软件编制

3.4.5 光谱响应测试方式

3.5 表面分析系统

3.5.1 X射线光电子能谱仪

3.5.2 紫外光电子能谱仪

3.5.3 变角XPS表面分析技术

3.6 本章小结

4 GaAs光电阴极的激活工艺及其优化研究

4.1 引言

4.2 Cs源、O源的除气工艺

4.3 GaAs表面的净化工艺研究

4.3.1 化学清洗工艺

4.3.2 加热净化工艺的优化设计

4.4 GaAs光电阴极的Cs、O激活工艺及其优化研究

4.4.1 首次进Cs量对阴极的影响

4.4.2 Cs／O比例对阴极的影响

4.4.3 不同激活方式比较

4.4.4 高低温两步激活工艺研究

4.4.5 Cs、O激活工艺的优化途径

4.5 本章小结

5 变掺杂GaAs光电阴极研究

5.1 引言

5.2 变掺杂GaAs光电阴极材料的设计和制备

5.3 变掺杂GaAs光电阴极的激活实验

5.4 变掺杂GaAs光电阴极的激活结果

5.4.1 光谱响应测试曲线

5.4.2 稳定性测试

5.4.3 结论

5.5 变掺杂GaAs光电阴极的光电发射机理探讨

5.6 变掺杂GaAs光电阴极的光谱响应理论研究

5.6.1 用分段积分法推导变掺杂GaAs光电阴极量子效率

5.6.2 变掺杂GaAs光电阴极光谱响应曲线分析

5.7 变掺杂GaAs光电阴极材料结构的进一步优化

5.8 本章小结

6 三代实验管GaAs光电阴极的性能评估

6.1 三代实验管GaAs光电阴极的均匀性测试与分析

6.1.1 GaAs光电阴极的均匀性测试方法

6.1.2 阴极不同分区的光谱响应测试曲线比较

6.1.3 阴极不同分区的阴极参量计算及分析

6.1.4 导致阴极非均匀性的原因及其影响因素探讨

6.2 三代实验管GaAs光电阴极在光照下的稳定性测试与分析

6.2.1 光照下阴极光谱响应曲线随时间的变化

6.2.2 光照下阴极性能参量的变化

6.2.3 影响三代实验管GaAs光电阴极光照稳定性的因素分析

6.3 三代实验管铟封前后的光谱响应特性比较

6.3.1 激活台内透射式GaAs光电阴极的光谱响应测试方法

6.3.2 三代实验管铟封前后光谱响应测试曲线比较

6.3.3 三代实验管铟封前后阴极参量比较

6.3.4 导致三代实验管铟封前后光谱响应曲线变化的影响因素探讨

6.4 本章小结

7 结束语

7.1 本文工作总结

7.2 有待进一步解决的问题和发展建议

致谢

参考文献

攻读博士期间发表的论文

攻读博士期间获奖情况

发布时间: 2005-09-12

参考文献

[1].GaAs光电阴极理论及其表征技术研究[D]. 邹继军.南京理工大学2008
[2].近红外InGaAs光电阴极的制备与性能研究[D]. 金睦淳.南京理工大学2016
[3].Ga1-xAlxN光电阴极的光电性质与铯氧激活机理研究[D]. 杨明珠.南京理工大学2016
[4].GaN基光电阴极的结构设计与制备研究[D]. 付小倩.南京理工大学2015
[5].变掺杂GaAs光电阴极特性及评估研究[D]. 牛军.南京理工大学2011
[6].GaAs光电阴极智能激活与结构设计研究[D]. 杨智.南京理工大学2010
[7].透射式GaAs光电阴极的光学与光电发射性能研究[D]. 赵静.南京理工大学2013
[8].透射式变掺杂GaAs光电阴极及其在微光像增强器中应用研究[D]. 石峰.南京理工大学2013
[9].近红外InGaAs光电阴极材料特性仿真与表面敏化研究[D]. 郭婧.南京理工大学2016
[10].GaAs光电阴极及像增强器的分辨力研究[D]. 任玲.南京理工大学2013

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