InGaAs光电阴极材料的第一性原理研究

发布时间：2020-05-30 06:34

【摘要】：微光夜视技术是利用夜晚天空辐射对物体的照射,亦或利用地球表面物体自身热辐射特性,并借助科学仪器观察景物图像,核心技术均是传感器,目前微光夜视成像的仪器主要由微光像增强器和红外探测器组成。负电子亲和势InGaAs光电阴极在夜视技术、森林火灾预防和严酷的气候检测等方面有重要的应用前景,但目前对InGaAs光电阴极材料的性质和光电发射方面的研究还不够完善,这些都将制约其进一步的发展,需要更深一步的探索和研究。在此研究背景下,本文基于第一性原理计算方法,从InGaAs光电阴极结构层次研究其光电性质,为InGaAs光电阴极材料在理论与实验等方面开展研究工作提供参考。本文的主要研究工作包括:1.研究了InGaAs光电阴极材料表面Cs原子的吸附特性。采用对比的研究方式,先对Cs原子吸附后的In_(0.53)Ga_(0.47)As(100)β_2(2×4)与Al_(0.5)Ga_(0.5)As(100)β_2(2×4)两个光电阴极表面的功函数、吸附能、电子态密度等参数进行了对比和分析,并结合实验研究方法,利用课题组自主设计的多信息量测控系统测量了在单Cs吸附过程中的两种不同阴极材料的光电流变化。同时对Cs原子吸附前后In_(0.53)Ga_(0.47)As(100)β_2(2×4)光电阴极的光学性质进行了相关研究和分析,为光电阴极的制备提供了理论指导。2.研究了Zn掺杂对InGaAs阴极材料光电性质的影响。先讨论了Zn原子替位掺杂在In_(0.53)Ga_(0.47)As(100)β_2(2×4)光电阴极材料的不同位置时,材料的几何结构、电荷分布、形成能和能带结构发生的变化情况。同时,对比分析了Zn原子分别采取替位式掺杂和间隙式掺杂两种不同掺杂方式掺杂在In_(0.53)Ga_(0.47)As(100)β_2(2×4)光电阴极材料后,材料的电子结构和光学性质的变化情况,为光电阴极的实际应用提供了参考和理论基础。3.研究了InGaAs阴极材料的光电特性。利用飞秒泵浦-探测实验分别探测了GaAs与InGaAs两种不同结构模型的瞬态反射率随延迟时间的变化。通过对比分析,探究了发射层结构分别为固定In组分和变In组分两种不同InGaAs光电阴极材料结构的光谱响应和量子效率,为设计出符合不同需求的高效率InGaAs光电阴极材料提供了借鉴。
【图文】：

(a) 正电子亲和势 (b) 负电子亲和势图 1.1 正负电子亲和势的能级图1.2 NEA 光电阴极发展概述19 世纪末，由于电气产业的迅速发展，稀薄气体放电现象引起了大家的关注，其中 J.J.Thomson 于 1896 年通过对气体放电现象以及阴极射线的研究发现了电子，在此之前，1888 年，H.Hertz 发现了光电效应，，但是对其产生机制还不清楚，直到电子发现后，才知道这是光照后大量电子从金属表面逸出的一种现象。同年，Righi 把金属片打磨光滑，并在其前放置一个金属网，当紫外光照射时，发现检流计中出现了电流。科学家们在 1912 年又用天然的氢化钠和氢化钾进行实验研究，并在此基础上制备了[K]-KH-K 和[K]-K2O-K；1922 年，Geitel通过实验知道了当金属表面吸附有碱金属时，存在光电发射现象；1924 年，Kingdon 通过把钨丝先在 10-2torr 的氧气中加热氧化，然后再用铯处理的方法，降低了逸出功，使得其光电发射增加；1929 年，Koller 制备出了银氧铯(Ag-O-Cs)

MOCVD生长装置
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O462;O611.2

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本文编号：2687728