纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN(0001)面的光電發(fā)射性能研究.pdf

1、本文圍繞纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN光電陰極的(0001)面光電發(fā)射模型、量子效率理論、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與生長、制備工藝和陰極性能評估等方面開展了研究。
　　 針對現(xiàn)有的光電陰極表面發(fā)射模型的局限性，為了更好的解釋NEA GaN光電陰極(0001)面光電發(fā)射機理，建立了基于雙偶極子模型的[GaN(Mg)-Cs](∶)[O-Cs]光電發(fā)射模型，討論了激活過程中Cs、O在GaN(0001)表面吸附的過程，認為第一個偶極層GaN(Mg)-Cs具有統(tǒng)一

2、的有利于光電子逸出的指向性，所以進Cs后光電流上升幅度很大，第二個偶極層O-Cs沒有統(tǒng)一的指向性，只是表面的缺陷使得一部分O-Cs偶極子具有有利于光電子逸出的方向，所以進O后光電流有增長但幅度不大。
　　 討論了NEA GaN光電陰極(0001)面的光電發(fā)射過程，并通過求解載流子擴散方程的方法獲得了NEA GaN光電陰極量子效率公式。根據(jù)公式，分析了GaN發(fā)射層吸收系數(shù)αhv、電子表面逸出幾率P、電子擴散長度LD、 GaN發(fā)射層

3、厚度Te以及后界面復(fù)合速率Sv對量子效率的影響。分析了不同生長方法、不同襯底和不同緩沖層材料的優(yōu)劣。設(shè)計了不同p型摻雜濃度的反射式GaN光電陰極、梯度摻雜的反射式GaN光電陰極、發(fā)射層厚度150nm的透射式GaN光電陰極、以及組分漸變Ga1-xAlxN作為緩沖層的透射式GaN光電陰極。
　　 對現(xiàn)有的NEA光電陰極制備與評估系統(tǒng)進行了升級改造，增加了紫外光源和透射式的測試光路，使其可以很好的完成紫外光電陰極制備及評估的工作。利用

4、XPS研究了三種不同的化學(xué)清洗方法對GaN(0001)表面的凈化效果，認為2∶2∶1的H2SO4(98％)∶H2O2(30％)(∶)去離子水混合溶液是一種有效的方法。采用同樣的710℃進行了兩次加熱并且進行了激活實驗，發(fā)現(xiàn)第一次加熱中真空度的變化曲線成“W”型，而第二次加熱過程中成“V”型，并且質(zhì)譜儀記錄的殘氣成分分壓的變化情況也與之相符合。進行了不同光照下激活的實驗，分別在全光譜的氘燈、70μW的300 nm單色光和35μW的300

5、nm單色光光照下對GaN光電陰極進行了激活實驗。
　　 對不同結(jié)構(gòu)的NEA GaN光電陰極性能進行了評估，發(fā)現(xiàn)GaN光電陰極最佳p型摻雜濃度在1017 cm-3數(shù)量級，梯度摻雜的GaN光電陰極最大量子效率達到了56％，明顯優(yōu)于均勻摻雜，采用Ga1-xAlxN緩沖層可以使GaN光電陰極獲得更為理想的透射式的量子效率，發(fā)現(xiàn)透射式GaN光電陰極最佳的發(fā)射層厚度應(yīng)該在90 nm左右。對比了不同制備工藝獲得的NEA GaN光電陰極性能，驗