GaN基光电阴极的结构设计与制备研究
本文关键词：GaN基光电阴极的结构设计与制备研究 出处：《南京理工大学》2015年博士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： GaN光电阴极 AlGaN光电阴极 结构设计 制备 量子效率 稳定性
【摘要】：以GaN基紫外光电阴极为核心单元的紫外真空探测器件,在导弹逼近告警、空间探测、紫外通信以及火灾监控、电晕检测等军、民用领域具有广泛的应用价值并极具发展前景。为获得高性能"日盲"紫外光电阴极,本文对GaN和AlGaN光电阴极的结构设计和制备工艺进行了研究。针对目前制备的GaN光电阴极量子效率不理想这一现状,分别从缓冲层材料的选择、厚度的设计,电子发射层掺杂浓度、掺杂结构以及厚度的设计等方面入手,设计了 5组GaN光电阴极样品;样品激活后获得的量子效率表明,通过将发射层厚度降低为150nm并将掺杂浓度提高到1018cm-3量级以及采用能够引入内建电场的梯度掺杂和变A1组分结构等方法,可以将反射式GaN光电阴极的量子效率从最初的37%提高到60%左右。对现有的光电阴极多信息量测试系统进行了升级改造,增加了紫外光源和透射式的测试光路,升级了测试软件,增加了四级质谱仪测试真空室内残气。分别采用浓H2SO4、H202、去离子水,H2SO4、H202以及HC1溶液等三种方法研究了 GaN材料表面残留物的化学清洗效果,证实了 GaN表面的氧化物主要以Ga203的形式存在。发展了一种通过分析激活室真空度随温度变化关系曲线快速判断GaN材料表面原子级清洁程度的方法。采用ICs/IO =1.64/1.62和ICs/IO =1.83/1.62两种Cs/O电流比进行了梯度掺杂GaN样品的激活实验,实验结果显示首次进Cs量多的样品取得了较大的光电流和较高的量子效率;进行了单独Cs激活和Cs/O激活对比研究,发现尽管单独Cs激活就可以获得NEA GaN光电阴极,但Cs/O共同激活仍可以使量子效率平均提高8%左右。通过对5组样品的激活实验研究发现,其最高的量子效率对应的Cs/O比有一个最佳值,且对不同结构的样品这个值并不相同,指出衡量结构设计的优劣应以能够激发出的最高量子效率为依据。对梯度掺杂结构的内建电场强度和位置进行了计算,分析了光生电子在电场作用下的运动过程,指出该结构通过增加电子的漂移扩散长度提高了量子效率。同时,为了避免过强的电场导致电子负微分迁移率的出现,推算出表面掺杂浓度值约为3.19×1017cm-3。对比研究了梯度掺杂和变A1组分GaN光电阴极Cs/O激活过程,发现后者在首次进O后光电流有了大幅度的提高且获得第一次光电流峰值耗时较短;根据GaN和AlGaN材料的光学特性对两种结构量子效率曲线的变化趋势进行了分析。对结构优化后GaN光电阴极的稳定性进行了评估,通过将衰减九小时后和激活刚完成后GaN光电阴极的量子效率进行对比,证实了 GaN光电阴极具有较高的稳定性,同时发现均匀掺杂的结构优化对进一步提高其稳定性效果不明显。补铯激活可以较好得恢复初始量子效率值,但离最佳量子效率仍有一定的差距。设计并生长了均匀掺杂Al0.24Ga0.76N光电阴极结构,测试了材料的吸收率、反射率和透射率,初步探索了其制备工艺,激活后样品在235nm处获得了 7.6%的量子效率,截止波长限制在315nm,尚未进入"日盲"区。设计并生长了梯度能带Al0.42Ga0.58N光电阴极结构,采用X射线光电子能谱对其进行了材料表征。采用Ar+溅射法进行了表面净化研究,发现这种方法可以有效去除AlGaN材料表面的碳、氧以及镓的氧化物。其激活结果表明,通过提高Al组分使得Al0.42Ga0.58N光电阴极的截止波长限制在285nm左右,并且该结构在235nm处取得了 23.7%的量子效率,比均匀掺杂结构提高了 68%。本文针对GaN基光电阴极的结构设计和制备所开展的研究及取得的研究结果对研制高性能实用型"日盲"紫外光电阴极具有重要的应用价值和现实意义。
[Abstract]:In order to obtain high performance " day - blind " UV photocathodes , the chemical cleaning effects of GaN and AlGaN photocathodes have been studied . The results show that the quantum efficiency of GaN and AlGaN photocathodes is improved from 37 % to about 60 % . The absorption rate , reflectance and transmissivity of the materials were tested . The preparation technology was preliminarily explored . The quantum efficiency of the samples was obtained at 235 nm after activation . The cutoff wavelength was limited to 315 nm . The results showed that this method could effectively remove the carbon , oxygen and gallium oxides on the surface of AlGaN material . The results show that the structure design and preparation of the GaN - based photocathodes have important application value and practical significance for the development of high performance practical " day - blind " UV - cathodes .
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN23
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 尼启良;;极紫外微通道板光子计数成像探测器性能研究[J];光学学报;2013年11期
2 王玺;方晓东;聂劲松;;军用紫外技术[J];红外与激光工程;2013年S1期
3 姜绍君;何英昊;马_g;;基于紫外光电二极管的火焰检测器[J];仪表技术与传感器;2013年02期
4 王晓晖;高频;王洪刚;李飙;常本康;;Influence of wet chemical cleaning on quantum efficiency of GaN photocathode[J];Chinese Physics B;2013年02期
5 于磊;林冠宇;陈斌;;大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究[J];光谱学与光谱分析;2013年01期
6 冯雷;韩军;邢艳辉;范亚明;;生长压力对GaN材料光学与电学性能的影响[J];半导体光电;2012年03期
7 鞠涛;刘志强;张昕;杨军;覃良标;李沼云;;紫外光通信及其军事应用研究[J];光通信技术;2012年04期
8 付小倩;常本康;钱芸生;张俊举;;In-situ multi-information measurement system for preparing gallium nitride photocathode[J];Chinese Physics B;2012年03期
9 卞玉萍;康宇斌;;红外、紫外检测技术在特高压输电线路线路中的应用[J];华北电力技术;2012年02期
10 杨杰;;紫外探测技术的应用与进展[J];光电子技术;2011年04期
相关博士学位论文 前6条
1 王晓晖;纤锌矿结构GaN（0001）面的光电发射性能研究[D];南京理工大学;2013年
2 牛军;变掺杂GaAs光电阴极特性及评估研究[D];南京理工大学;2011年
3 乔建良;反射式NEA GaN光电阴极激活与评估研究[D];南京理工大学;2010年
4 杨智;GaAs光电阴极智能激活与结构设计研究[D];南京理工大学;2010年
5 尤伟;离子注入GaN的光学和电学特性研究[D];兰州大学;2008年
6 靳贵平;紫外探测技术与双光谱图像检测系统的研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2004年
相关硕士学位论文 前2条
1 何曾文;大气背景紫外光谱辐射特性研究[D];电子科技大学;2013年
2 刘期斌;日盲型AlGaN基PIN紫外探测器工艺研究[D];电子科技大学;2010年
，本文编号：1407086
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1407086.html
