本文關(guān)鍵詞：GaN基光電陰極的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備研究　出處：《南京理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： GaN光電陰極 AlGaN光電陰極 結(jié)構(gòu)設(shè)計 制備 量子效率 穩(wěn)定性

【摘要】：以GaN基紫外光電陰極為核心單元的紫外真空探測器件,在導(dǎo)彈逼近告警、空間探測、紫外通信以及火災(zāi)監(jiān)控、電暈檢測等軍、民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值并極具發(fā)展前景。為獲得高性能"日盲"紫外光電陰極,本文對GaN和AlGaN光電陰極的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝進(jìn)行了研究。針對目前制備的GaN光電陰極量子效率不理想這一現(xiàn)狀,分別從緩沖層材料的選擇、厚度的設(shè)計,電子發(fā)射層摻雜濃度、摻雜結(jié)構(gòu)以及厚度的設(shè)計等方面入手,設(shè)計了 5組GaN光電陰極樣品;樣品激活后獲得的量子效率表明,通過將發(fā)射層厚度降低為150nm并將摻雜濃度提高到1018cm-3量級以及采用能夠引入內(nèi)建電場的梯度摻雜和變A1組分結(jié)構(gòu)等方法,可以將反射式GaN光電陰極的量子效率從最初的37%提高到60%左右。對現(xiàn)有的光電陰極多信息量測試系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造,增加了紫外光源和透射式的測試光路,升級了測試軟件,增加了四級質(zhì)譜儀測試真空室內(nèi)殘氣。分別采用濃H2SO4、H202、去離子水,H2SO4、H202以及HC1溶液等三種方法研究了 GaN材料表面殘留物的化學(xué)清洗效果,證實了 GaN表面的氧化物主要以Ga203的形式存在。發(fā)展了一種通過分析激活室真空度隨溫度變化關(guān)系曲線快速判斷GaN材料表面原子級清潔程度的方法。采用ICs/IO =1.64/1.62和ICs/IO =1.83/1.62兩種Cs/O電流比進(jìn)行了梯度摻雜GaN樣品的激活實驗,實驗結(jié)果顯示首次進(jìn)Cs量多的樣品取得了較大的光電流和較高的量子效率;進(jìn)行了單獨Cs激活和Cs/O激活對比研究,發(fā)現(xiàn)盡管單獨Cs激活就可以獲得NEA GaN光電陰極,但Cs/O共同激活仍可以使量子效率平均提高8%左右。通過對5組樣品的激活實驗研究發(fā)現(xiàn),其最高的量子效率對應(yīng)的Cs/O比有一個最佳值,且對不同結(jié)構(gòu)的樣品這個值并不相同,指出衡量結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣應(yīng)以能夠激發(fā)出的最高量子效率為依據(jù)。對梯度摻雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)建電場強度和位置進(jìn)行了計算,分析了光生電子在電場作用下的運動過程,指出該結(jié)構(gòu)通過增加電子的漂移擴散長度提高了量子效率。同時,為了避免過強的電場導(dǎo)致電子負(fù)微分遷移率的出現(xiàn),推算出表面摻雜濃度值約為3.19×1017cm-3。對比研究了梯度摻雜和變A1組分GaN光電陰極Cs/O激活過程,發(fā)現(xiàn)后者在首次進(jìn)O后光電流有了大幅度的提高且獲得第一次光電流峰值耗時較短;根據(jù)GaN和AlGaN材料的光學(xué)特性對兩種結(jié)構(gòu)量子效率曲線的變化趨勢進(jìn)行了分析。對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后GaN光電陰極的穩(wěn)定性進(jìn)行了評估,通過將衰減九小時后和激活剛完成后GaN光電陰極的量子效率進(jìn)行對比,證實了 GaN光電陰極具有較高的穩(wěn)定性,同時發(fā)現(xiàn)均勻摻雜的結(jié)構(gòu)優(yōu)化對進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性效果不明顯。補銫激活可以較好得恢復(fù)初始量子效率值,但離最佳量子效率仍有一定的差距。設(shè)計并生長了均勻摻雜Al0.24Ga0.76N光電陰極結(jié)構(gòu),測試了材料的吸收率、反射率和透射率,初步探索了其制備工藝,激活后樣品在235nm處獲得了 7.6%的量子效率,截止波長限制在315nm,尚未進(jìn)入"日盲"區(qū)。設(shè)計并生長了梯度能帶Al0.42Ga0.58N光電陰極結(jié)構(gòu),采用X射線光電子能譜對其進(jìn)行了材料表征。采用Ar+濺射法進(jìn)行了表面凈化研究,發(fā)現(xiàn)這種方法可以有效去除AlGaN材料表面的碳、氧以及鎵的氧化物。其激活結(jié)果表明,通過提高Al組分使得Al0.42Ga0.58N光電陰極的截止波長限制在285nm左右,并且該結(jié)構(gòu)在235nm處取得了 23.7%的量子效率,比均勻摻雜結(jié)構(gòu)提高了 68%。本文針對GaN基光電陰極的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備所開展的研究及取得的研究結(jié)果對研制高性能實用型"日盲"紫外光電陰極具有重要的應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。
[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 .

【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN23

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 尼啟良;;極紫外微通道板光子計數(shù)成像探測器性能研究[J];光學(xué)學(xué)報;2013年11期

2 王璽;方曉東;聶勁松;;軍用紫外技術(shù)[J];紅外與激光工程;2013年S1期

3 姜紹君;何英昊;馬_g;;基于紫外光電二極管的火焰檢測器[J];儀表技術(shù)與傳感器;2013年02期

4 王曉暉;高頻;王洪剛;李飆;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;陳斌;;大氣遙感遠(yuǎn)紫外光譜儀絕對光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)方法研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2013年01期

6 馮雷;韓軍;邢艷輝;范亞明;;生長壓力對GaN材料光學(xué)與電學(xué)性能的影響[J];半導(dǎo)體光電;2012年03期

7 鞠濤;劉志強;張昕;楊軍;覃良標(biāo);李沼云;;紫外光通信及其軍事應(yīng)用研究[J];光通信技術(shù);2012年04期

8 付小倩;常本康;錢蕓生;張俊舉;;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;;紅外、紫外檢測技術(shù)在特高壓輸電線路線路中的應(yīng)用[J];華北電力技術(shù);2012年02期

10 楊杰;;紫外探測技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)展[J];光電子技術(shù);2011年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 王曉暉;纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN（0001）面的光電發(fā)射性能研究[D];南京理工大學(xué);2013年

2 牛軍;變摻雜GaAs光電陰極特性及評估研究[D];南京理工大學(xué);2011年

3 喬建良;反射式NEA GaN光電陰極激活與評估研究[D];南京理工大學(xué);2010年

4 楊智;GaAs光電陰極智能激活與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D];南京理工大學(xué);2010年

5 尤偉;離子注入GaN的光學(xué)和電學(xué)特性研究[D];蘭州大學(xué);2008年

6 靳貴平;紫外探測技術(shù)與雙光譜圖像檢測系統(tǒng)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 何曾文;大氣背景紫外光譜輻射特性研究[D];電子科技大學(xué);2013年

2 劉期斌;日盲型AlGaN基PIN紫外探測器工藝研究[D];電子科技大學(xué);2010年

，

本文編號：1407086