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(lǐng)域。量子效率、光譜響應(yīng)范圍是研究光電陰極需要關(guān)注的主要性能指標,新技術(shù)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(shù),為這種探索提供了研究方向。半導(dǎo)體微/納米線陣列是典型代表之一,進入半導(dǎo)體陣列的光子因為捕獲效應(yīng)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(yīng)用前景,就GaAs微/納米線陣列能帶結(jié)構(gòu)、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(dǎo)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(nèi)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(diào)制納米線直徑及占空比,并獲得所需結(jié)構(gòu)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(yīng)。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(yīng)。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(jié)構(gòu)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(guān)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(diào)試傳遞函數(shù)(modulation transfer function,簡稱MTFs)值比透射式更高;變組分結(jié)構(gòu)比變摻雜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)MTFs值最高,而反射式光電陰極則線性摻雜線性組分結(jié)構(gòu)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(jié)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(chǔ)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(shù)，但由于商業(yè)上的競爭和制造技術(shù)上的困難，無法與美國抗衡。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 常本康;;負電子親和勢光電陰極50年史話[J];紅外技術(shù);2015年10期

2 常本康;;大面積MCP-PMT K_2CsSb光電陰極理論與測控技術(shù)研究[J];紅外技術(shù);2013年08期

3 張益軍;牛軍;趙靜;鄒繼軍;常本康;;指數(shù)摻雜結(jié)構(gòu)對透射式GaAs光電陰極量子效率的影響研究[J];物理學報;2011年06期

4 鄒繼軍;常本康;楊智;張益軍;喬建良;;指數(shù)摻雜GaAs光電陰極分辨力特性分析[J];物理學報;2009年08期

5 高斐;郭暉;胡倉陸;向世明;石峰;彭岔霞;馮馳;徐曉兵;;透射式GaAs光陰極的靜電鍵合粘結(jié)[J];光子學報;2008年08期

6 程耀進;向世明;師宏立;;三代微光像增強器分辨力計算理論模型[J];應(yīng)用光學;2007年05期

7 鄒繼軍;常本康;楊智;;指數(shù)摻雜GaAs光電陰極量子效率的理論計算[J];物理學報;2007年05期

8 鄒繼軍;錢蕓生;常本康;王惠;王世允;;GaAs光電陰極制備過程中多信息量測試技術(shù)研究[J];真空科學與技術(shù)學報;2006年03期

9 杜曉晴,常本康,鄒繼軍,李敏;利用梯度摻雜獲得高量子效率的GaAs光電陰極[J];光學學報;2005年10期

10 丁海兵,龐文寧,劉義保,尚仁成;液晶相位可變延遲器對自旋極化電子束極化方向的調(diào)制[J];物理學報;2005年09期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 劉偉;高極化度電子源先進光陰極的研究[D];中國科學院大學(中國科學院近代物理研究所);2017年

2 付小倩;GaN基光電陰極的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備研究[D];南京理工大學;2015年

3 盛赟;半導(dǎo)體納米線光電子器件制備與特性研究[D];南京大學;2013年

4 任玲;GaAs光電陰極及像增強器的分辨力研究[D];南京理工大學;2013年

5 郭經(jīng)緯;Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體納米線及異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備與特性研究[D];北京郵電大學;2011年

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

7 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;2010年

8 鄒繼軍;GaAs光電陰極理論及其表征技術(shù)研究[D];南京理工大學;2008年

9 杜曉晴;高性能GaAs光電陰極研究[D];南京理工大學;2005年

10 李曉峰;第三代像增強器研究[D];中國科學院西安光學精密機械研究所;2001年

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 葛小莞;GaAs基微納米線陣列光電發(fā)射理論與實驗研究[D];東華理工大學;2016年

2 王霞;單分散SiO_2微球的制備及其氣液界面自組裝的研究[D];華東師范大學;2015年

3 郭棟;GaAs納米線陣列光陰極制備及其理論研究[D];東華理工大學;2014年

4 王珍鳳;基于時域射線追蹤與FDTD混合方法的UWB室內(nèi)傳播信道模型研究[D];南京郵電大學;2011年

本文編號：2868198