负电子亲和势光电阴极及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1传统光电阴极简述 1

1.1.1金属光电阴极 1

1.1.2传统光电阴极的发展 2

1.2从传统光电阴极到NEA光电阴极 5

1.2.1碱—锑光电阴极光电发射机理 5

1.2.2 NEA光电阴极出现的背景 7

1.3 GaAs-NEA光电阴极的发展 10

1.3.1改进技术，使研究成果实用化 10

1.3.2寻求新的NEA光电发射体 11

1.3.3发展透射式GaAs - NEA光电阴极 11

1.3.4进行基础理论与实验研究 11

1.4 NEA光电阴极对传统光电阴极发展的推动 12

1.4.1 S-25光电阴极—扩展红响应的多碱光电阴极 12

1.4.2来自Ⅲ-Ⅴ族半导体NEA光电阴极的启迪 13

1.4.3晶体完整性对光电发射影响的理论与实验基础 13

1.4.4多碱光电阴极改进的某些尝试 14

1.5两种类型光电阴极未来发展的展望 16

参考文献 17

第2章 功函数与电子亲和势 20

2.1功函数与电子亲和势 20

2.1.1功函数定义 20

2.1.2电子亲和势及有效电子亲和势 20

2.2负电子亲和势 21

2.2.1有效负电子亲和势 21

2.2.2真负电子亲和势 22

2.3半导体表面态与表面能带弯曲 23

2.3.1 GaAs （110）半导体本征表面态 23

2.3.2 GaAs（110）非本征表面态——改进的缺陷模型（AUDM） 24

2.3.3半导体表面能带弯曲 25

2.4 GaAs（110）表面的功函数降低 27

2.5功函数的测试方法 31

2.5.1开尔文探针方法 31

2.5.2交流阻滞场方法 32

2.5.3紫外光电发射能谱（UPS）法 34

2.5.4扫描隧道显微镜测试法 35

2.5.5某些有关材料的电子亲和势和功函数（表2.1、表2.2） 36

参考文献 38

第3章 GaAs光电阴极的光学特性与载流子输运过程 41

3.1光吸收指数定律 41

3.2直接带隙与间接带隙吸收 42

3.3 AlGaAs-GaAs界面相关的光学 44

3.4 GaAs带边光吸收 46

3.4.1激子对带边光吸收的影响 46

3.4.2杂质浓度对带边的影响 46

3.4.3 GaAs带隙随温度的变化 47

3.4.4带尾态 48

3.5光生载流子的产生率 49

3.6 GaAs光电阴极中的载流子扩散运动 52

3.6.1载流子输运方程 52

3.6.2光电阴极量子效率 53

3.6.3载流子扩散长度 55

3.6.4载流子界面复合速率 56

3.6.5双模扩散方程 56

3.7电子-声子相互作用与载流子热化 59

3.7.1声子概念 59

3.7.2声子能量与色散关系 59

3.7.3声子散射速率 60

3.7.4声子散射与光电子热化 61

参考文献 62

第4章 GaAs光电阴极表面激活层 64

4.1 X射线光电发射谱（XPS）在GaAs光电阴极研究中的应用 64

4.1.1结合能与化学位移 64

4.1.2 XPS在GaAs光电阴极研究中的应用 65

4.2俄歇谱仪在GaAs光电阴极研究中的应用 66

4.3 Cs，O与GaAs表面相互作用的物理与化学机理 67

4.3.1 Cs与GaAs（110）表面相互作用的物理与化学机理 67

4.3.2氧与GaAs（110）表面的相互作用 71

4.3.3 Cs与GaAs（100）表面的相互作用 75

4.3.4氧与GaAs（001）表面的相互作用 76

4.3.5 Cs和O与GaAs（100）表面的相互作用 77

4.4 Cs2O的物理和化学性质 79

4.5 GaAs光电阴极表面NEA模型 82

4.5.1偶极子模型 82

4.5.2异质结模型 85

4.5.3原子团模型 86

4.5.4 Clark的综合模型 87

参考文献 87

第5章 GaAs-NEA光电阴极原理 92

5.1 GaAs透射式光电阴极的异质结结构 92

5.1.1 AlGaAs三元半导体的晶格匹配及带隙 92

5.1.2 AlGaAs/GaAs异质结的界面势垒 93

5.1.3少数载流子异质结约束效应 94

5.1.4 AlGaAs层在GaAs光电阴极中的作用 95

5.2 GaAs光电阴极的能带特点 95

5.3 Spicer三步模型理论 96

5.4光电子在能带弯曲区的运动及能量损失 99

5.5光电子的表面逸出概率 101

5.6超薄GaAs光电阴极概念 102

参考文献 103

第6章 GaAs透射式光电阴极的制作技术 105

6.1GaAs光电阴极基底的制备 105

6.1.1多晶GaAs薄膜阴极 105

6.1.2外延GaAs光电阴极的探索 106

6.1.3双异质结GaAs光电阴极基片 109

6.1.4 GaAs基片制作技术的进一步发展 110

6.1.5 GaAs光电阴极有效层的改进 111

6.2 GaAs光电阴极材料的外延技术 113

6.2.1液相外延 113

6.2.2气相外延 115

6.2.3 MOCVD外延技术 115

6.2.4 MBE外延技术 117

6.3 SiO2保护膜和Si3 N4减反射膜 119

6.3.1SiO2保护膜 119

6.3.2 Si3 N4减反射膜 119

6.4 GaAs光电阴极基片与管子面板的键合 121

6.4.1GaAs基片与玻璃面板键合的一般问题 121

6.4.2键合实例简介 122

6.4.3 GaAs基片与纤维光学面板键合 125

6.4.4 GaAs基片与玻璃衬底的静电键合 126

6.5 GaAs光电阴极衬底表面的清洁处理 127

6.5.1真空室外的化学处理 127

6.5.2 GaAs光电阴极基片的热清洗 128

6.5.3热清洗过程中温度测量的改进 129

6.5.4低温等离子清洗 130

6.5.5 GaAs表面的原子H清洗 131

6.5.6 GaAs表面清洗效果检测 132

6.6 GaAs光电阴极的Cs， O激活处理 135

6.6.1反复交替激活（Yo-Yo激活） 135

6.6.2 Cs，O同时激活 136

6.6.3交替与同时相结合 136

6.6.4双温激活 137

6.6.5 GaAs光电阴极的其他激活方法 137

6.7激活用的碱金属源和氧源 138

6.7.1对碱金属的一般要求 139

6.7.2碱金属铬酸盐 139

6.7.3碱金属钨酸盐 140

6.7.4 CsB化合物Cs源 141

6.7.5 CsSi （CsGe）化合物Cs源 141

6.7.6 CsBi合金Cs源 142

6.7.7 GaAs -NEA光电阴极激活用的氧源 142

参考文献 143

第7章 GaAs-NEA光电阴极性能 147

7.1 GaAs光电阴极的积分灵敏度和光谱特性 147

7.1.1GaAs光电阴极积分灵敏度 147

7.1.2 GaAs光电阴极光谱响应特性 147

7.2 GaAs光电阴极的光电子能量分布 150

7.2.1光电子能谱测量的意义 150

7.2.2 GaAs - NEA光电阴极光电子能量分布的主要实验结果 151

7.2.3 GaAs - NEA光电阴极EDC的理论分析 154

7.2.4 GaAs - NEA光电阴极光电子EDC测试方法 157

7.2.5发射光电子的角度分布 160

7.3 GaAs光电阴极的时间响应特性 164

7.3.1光电阴极时间响应特性意义 164

7.3.2三步模型在时间响应估算方面的问题 164

7.3.3扩散模型的简化计算 165

7.3.4改进GaAs - NEA光电阴极时间响应的措施 167

7.4 GaAs光电阴极的暗电子发射特性 168

7.5 GaAs光电阴极的稳定性 171

7.5.1光电阴极寿命的定义 171

7.5.2光电阴极性能衰变的机构 171

7.5.3改善光电阴极稳定性和延长寿命的对策 175

参考文献 179

第8章 GaAs-NEA光电阴极的应用 183

8.1 GaAs-NEA光电阴极的主要特点 183

8.2 GaAs光电阴极在光电成像器件中的应用 184

8.2.1Ⅲ代像增强器 184

8.2.2 ICCD 187

8.2.3 EBCCD 187

8.2.4 EBAPS[ 14～16] 189

8.3 GaAs光电阴极在光电倍增管中的应用 189

8.3.1反射式GaAs光电阴极在光电倍增管中的应用 190

8.3.2透射式GaAs光电阴极在MCP - PMT中的应用 190

8.3.3反射弗伦斯（ReFrence）管 191

8.4 GaAs电子自旋极化光电阴极 192

8.4.1大块GaAs电子自旋极化光电阴极 192

8.4.2应变层GaAs - NEA自旋极化光电阴极 193

8.4.3以超晶格为基础的自旋极化光电阴极 196

8.5 GaAs高亮度光电阴极 199

8.5.1半导体光刻技术的特点 199

8.5.2电子束光刻的分辨率 199

8.5.3光电阴极在电子束光刻中的应用方案 200

8.5.4图形化的阵列GaAs - NEA光电阴极 201

8.5.5 NEA光电阴极用于光刻的优点 203

8.5.6动态真空系统中改善GaAs - NEA光电阴极的稳定性与寿命的方法 203

参考文献 204

第9章GaAsP-NEA光电阴极 207

9.1 GaAsP-NEA光电阴极的历史发展 207

9.2 GaAsP-NEA光电阴极的主要性能特点 207

9.3 GaAsP-NEA光电阴极的制作工艺 210

9.4 GaAsP-NEA光电阴极的主要应用 211

参考文献 213

第10章 非场助1.06μm近红外NEA光电阴极 214

10.1发展1.06 μm波长光电阴极的意义 214

10.2 GaAs-NEA光电阴极光谱近红外扩展的基本原理 215

10.3 1.06μm光电阴极的早期发展 215

10.3.1 InAsP - Cs2O光电阴极 215

10.3.2 InGaAs -Cs2 O光电阴极 215

10.3.3 InGaAsP近红外光电阴极 216

10.4透射式InGaAs 1.06μm近红外光电阴极 217

10.4.1 1.06μm波长透射式光电阴极研发进展情况 217

10.4.2 InGaAs光电阴极的主要工艺方案 218

10.5 GaAs-NEA光电阴极光谱近红外扩展的限制 220

10.5.1对GaSb-Cs2 O半导体光电发射体的测试 221

10.5.2对InAsP光电发射的实验结果 222

10.5.3势垒存在的进一步论证 222

参考文献 224

第11章 场助转移电子光电阴极 225

11.1转移电子光电阴极的发展 225

11.1.1转移电子光电阴极产生的历史背景 225

11.1.2转移电子光电发射的基本概念 225

11.1.3转移电子光电阴极的发展 226

11.2转移电子光电阴极的早期工作 227

11.2.1直接转移型转移电子光电阴极 227

11.2.2异质结转移电子光电阴极 230

11.3转移电子光电阴极的技术改进 232

11.3.1转移电子光电阴极肖特基势垒结构的改进 232

11.3.2转移电子光电阴极的结构改进 233

11.3.3转移电子光电阴极的制作技术改进 235

11.4转移电子光电阴极的典型性能 236

11.4.1量子效率 236

11.4.2暗电流 237

11.5其他场助光电阴极方案 238

11.5.1带有PN结的转移电子光电阴极 238

11.5.2可以室温工作的转移电子光电阴极 239

11.5.3长波阈值扩展到2.3 μm的转移电子光电阴极 240

11.5.4 GaSb - GaAs场助光电阴极 241

11.5.5 GaSb -InAsSb场助红外光电阴极 242

11.5.6 Si-金刚石PN结近红外光电阴极 245

11.6转移电子光电阴极的应用 246

11.6.1TE-EBAPS与TE-EBCCD 246

11.6.2 TE-IPD 248

11.6.3转移电子光电阴极的其他应用 248

11.7 InP-NEA光电阴极 249

11.7.1 InP（100）表面Cs的吸附与功函数降低 249

11.7.2 InP光电阴极表面Cs-O激活层的实验研究 251

11.7.3 InP光电阴极的光电子能量分布曲线（EDC） 255

参考文献 255

第12章 Ⅲ族N化物-NEA紫外光电阴极 257

12.1 GaN-未来的高效率紫外NEA光电阴极材料 257

12.2 Ⅲ族N化物的一般物理特点 258

12.2.1 Ⅲ族N化物的晶体结构 258

12.2.2 Ⅲ族-N化物的布里渊区和能带结构 259

12.2.3 GaN的主要光学特性 259

12.3 Ⅲ族N化物的NEA特性 260

12.3.1 GaN的电子亲和势 260

12.3.2 AlN的电子亲和势 261

12.3.3 BN的电子亲和势特性 263

12.3.4 Ⅲ族N化物合金的电子亲和势特性 264

12.4 Ⅲ族N化物紫外光电阴极的设计与实施方案 264

12.4.1GaN光电阴极 264

12.4.2三元合金AlxGal -xN UV光电阴极 268

12.4.3 InGaN异质结UV光电阴极 269

12.5微通道板GaN光电阴极 270

12.5.1 MCP - GaN光电阴极的优点 270

12.5.2 MCP - GaN光电阴极的制作步骤 270

12.6无Cs激活GaN紫外光电阴极 271

12.6.1压电激活的GaN光电阴极 271

12.6.2表面δ掺杂的GaN光电阴极 272

12.7 GaN光电阴极应用 274

12.7.1 GaN近贴聚焦像增强器 274

12.7.2近贴聚焦光子计数器 275

12.7.3以 GaN为光电阴极的低压EBCCD或EBAPS 276

12.7.4利用反射式GaN光电阴极的斜聚焦电子光学系统 276

参考文献 277

第13章 金刚石NEA紫外光电阴极 280

13.1金刚石类型及一般特点 280

13.2金刚石单晶的NEA表面 282

13.2.1金刚石单晶自由表面的电子亲和势 283

13.2.2 H吸附对单晶金刚石表面NEA的影响 283

13.2.3 Cs吸附对单晶金刚石NEA的影响 285

13.2.4 B掺杂C（111）表面在O， Cs作用下形成NEA 285

13.2.5多种金属对金刚石NEA的影响 285

13.3化学气相沉积多晶金刚石 NEA光电阴极 286

13.3.1用于大面积光电阴极的多晶金刚石薄膜 286

13.3.2 H激活的CVD多晶金刚石UV光电阴极 287

13.3.3 Cs激活的CVD多晶金刚石UV光电阴极 291

13.3.4多晶CVD金刚石薄膜的NEA模型 292

13.3.5利用高偶极矩薄膜降低表面电子亲和势 293

13.4金刚石光电阴极的应用 294

13.4.1以MCP为衬底的金刚石紫外光电阴极 294

13.4.2透射式金刚石NEA光电阴极 294

13.4.3金刚石放大的光电阴极 297

13.4.4金刚石作为光电阴极支撑衬底 297

参考文献 298

第14章 彩色夜视用的NEA光电阴极 301

14.1发展彩色夜视的意义 301

14.2彩色夜视的发展 301

14.3彩色夜视光电阴极 302

14.3.1彩色夜视光电阴极工作原理 302

14.3.2彩色夜视光电阴极具体实施方案 304

14.3.3以转移电子光电阴极为基础的彩色夜视方案 307

参考文献 309

英语缩略语 310