GaAs阵列光电阴极的结构设计与制备研究

发布时间：2020-11-03 06:07

　　 NEA(Negative Electron Affinity,负电子亲和势)GaAs光电阴极材料表面有效电子亲和势小于零,其量子效率大大提高,成为当前最灵敏的光电探测与光电发射材料之一,主要用于微光成像与高性能电子源等领域。量子效率、光谱响应范围是研究光电阴极需要关注的主要性能指标,新技术的发展对这些指标也提出了更高的要求。如何提高GaAs NEA光电阴极性能成为值得探索的课题,逐渐兴起的纳米技术,为这种探索提供了研究方向。半导体微/纳米线阵列是典型代表之一,进入半导体阵列的光子因为捕获效应最终被有效吸收。此外,微/纳米线半径小,表面积大,光电子容易输运到表面,从而隧穿表面发射出去。本文鉴于NEA GaAs微/纳米线阵列光电阴极的重要理论及应用前景,就GaAs微/纳米线阵列能带结构、制备工艺、光电特性,GaAs阵列光电阴极光电发射理论、光电阴极制备等方面开展研究。首先,从半导体光电发射、量子力学等理论着手,研究进入阵列光电阴极的光电子在阵列线内部、能带弯曲区及隧穿表面时体现的输运特性。利用有限差分数值方法仿真GaAs纳米阵列光学特性,获取合理的入射光角度、阵列尺寸、占空比等影响光电阴极性能的参数值。其次,探索了GaAs微米阵列的工艺制备过程,对比了不同直径与形状GaAs微米线阵列与GaAs薄膜漫反射谱、光致发光谱。探索了GaAs纳米阵列制备过程,研究了单分散SiO_2微球制备方法,并采用气液面自组装法,实现非密堆积SiO_2微球自组装,获得SiO_2单层微球薄膜,并以此为阻挡层,刻蚀SiO_2微球以调制纳米线直径及占空比,并获得所需结构GaAs纳米线阵列。第三,比较了不同形状GaAs微米阵列光电阴极的光电流响应。相比圆形GaAs微米阵列,方形GaAs微米阵列具有更好的光谱响应。此外,首次对采用胶体晶体刻蚀工艺制备的GaAs纳米阵列表面做了激活,测得其量子效率为无结构衬底薄膜光电阴极的4.7倍。第四,研究了变掺杂、变组分AlGaAs/GaAs光电阴极分辨力特性,建立了相关理论模型及对其各影响因素进行了仿真。通过分析可知,反射式光电阴极调试传递函数(modulation transfer function,简称MTFs)值比透射式更高;变组分结构比变掺杂结构对于光电阴极MTFs改善效果更好;透射式光电阴极,指数掺杂线性组分结构MTFs值最高,而反射式光电阴极则线性掺杂线性组分结构MTFs值最高。第五,对变掺杂变组分AlGaAs/GaAs纳米线器件的微观光电流特性进行了探索,首次建立了小注入时变掺杂和变组分AlGaAs/GaAs纳米器件扫描光电流谱动态模型,对AlGaAs/GaAs纳米线器件扫描光电流进行了理论研究及仿真。通过仿真结果可以分析材料的掺杂类型、组分变化特性等。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O462
【部分图文】：

–1传统光电阴极与GaAs光电阴极的比较

–2微光像增强器分辨力测试卡

研制出多种三代微光像增强器[104,105]，并在此基础上发展了四代微光像增强器[106]。图1–4 为 2009 年美国 ITT 公司公布的标准三代光电阴极量子效率曲线图。除美国外，法国 LEP 实验室、荷兰菲利浦公司、英国剑桥大学、俄罗斯普通物理研究所等也研究三代微光像增强技术，但由于商业上的竞争和制造技术上的困难，无法与美国抗衡。
【参考文献】

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本文编号：2868198