NEA(Negative Electron Affinity,負電子親和勢)GaAs光電陰極材料表面有效電子親和勢小于零,其量子效率大大提高,成為當前最靈敏的光電探測與光電發(fā)射材料之一,主要用于微光成像與高性能電子源等領域。量子效率、光譜響應范圍是研究光電陰極需要關注的主要性能指標,新技術的發(fā)展對這些指標也提出了更高的要求。如何提高GaAs NEA光電陰極性能成為值得探索的課題,逐漸興起的納米技術,為這種探索提供了研究方向。半導體微/納米線陣列是典型代表之一,進入半導體陣列的光子因為捕獲效應最終被有效吸收。此外,微/納米線半徑小,表面積大,光電子容易輸運到表面,從而隧穿表面發(fā)射出去。本文鑒于NEA GaAs微/納米線陣列光電陰極的重要理論及應用前景,就GaAs微/納米線陣列能帶結構、制備工藝、光電特性,GaAs陣列光電陰極光電發(fā)射理論、光電陰極制備等方面開展研究。首先,從半導體光電發(fā)射、量子力學等理論著手,研究進入陣列光電陰極的光電子在陣列線內部、能帶彎曲區(qū)及隧穿表面時體現(xiàn)的輸運特性。利用有限差分數(shù)值方法仿真GaAs納米陣列光學特性,獲取合理的入射光角度、陣列尺寸、占空比等影響光電陰極性能的參數(shù)值。其次,探索了GaAs微米陣列的工藝制備過程,對比了不同直徑與形狀GaAs微米線陣列與GaAs薄膜漫反射譜、光致發(fā)光譜。探索了GaAs納米陣列制備過程,研究了單分散SiO_2微球制備方法,并采用氣液面自組裝法,實現(xiàn)非密堆積SiO_2微球自組裝,獲得SiO_2單層微球薄膜,并以此為阻擋層,刻蝕SiO_2微球以調制納米線直徑及占空比,并獲得所需結構GaAs納米線陣列。第三,比較了不同形狀GaAs微米陣列光電陰極的光電流響應。相比圓形GaAs微米陣列,方形GaAs微米陣列具有更好的光譜響應。此外,首次對采用膠體晶體刻蝕工藝制備的GaAs納米陣列表面做了激活,測得其量子效率為無結構襯底薄膜光電陰極的4.7倍。第四,研究了變摻雜、變組分AlGaAs/GaAs光電陰極分辨力特性,建立了相關理論模型及對其各影響因素進行了仿真。通過分析可知,反射式光電陰極調試傳遞函數(shù)(modulation transfer function,簡稱MTFs)值比透射式更高;變組分結構比變摻雜結構對于光電陰極MTFs改善效果更好;透射式光電陰極,指數(shù)摻雜線性組分結構MTFs值最高,而反射式光電陰極則線性摻雜線性組分結構MTFs值最高。第五,對變摻雜變組分AlGaAs/GaAs納米線器件的微觀光電流特性進行了探索,首次建立了小注入時變摻雜和變組分AlGaAs/GaAs納米器件掃描光電流譜動態(tài)模型,對AlGaAs/GaAs納米線器件掃描光電流進行了理論研究及仿真。通過仿真結果可以分析材料的摻雜類型、組分變化特性等。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O462
【部分圖文】：

–1傳統(tǒng)光電陰極與GaAs光電陰極的比較

–2微光像增強器分辨力測試卡

研制出多種三代微光像增強器[104,105]，并在此基礎上發(fā)展了四代微光像增強器[106]。圖1–4 為 2009 年美國 ITT 公司公布的標準三代光電陰極量子效率曲線圖。除美國外，法國 LEP 實驗室、荷蘭菲利浦公司、英國劍橋大學、俄羅斯普通物理研究所等也研究三代微光像增強技術，但由于商業(yè)上的競爭和制造技術上的困難，無法與美國抗衡。
【參考文獻】

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本文編號：2868198