●第1章緒論1
1.1三代微光像增強器簡介1
1.1.1三代微光像增強器的基本原理1
1.1.2GaAlAs／GaAs光電陰極4
1.1.3微通道板5
1.1.4積分靈敏度6
1.1.5分辨力、MTF6
1.1.6信噪比7
1.1.7三代微光像增強器的應用領域8
1.1.8三代微光像增強器的國內外發展現狀11
1.2數字微光器件與電子源中的GaAs基光電陰極13
1.2.1數字微光器件13
1.2.2電子源21
1.3GaAs光電陰極的發展概況23
1.3.1GaAs光電陰極的發現及特點23
1.3.2GaAs光電陰極的制備24
1.4GaAs光電陰極國內外研究現狀27
1.4.1GaAs光電陰極材料特性28
1.4.2GaAs光電陰極激活工藝的研究29
1.4.3GaAs光電陰極的穩定性研究31
1.4.4GaAs光電陰極表面模型研究32
1.5國內外GaAs光電陰極性能現狀36
1.5.1國外GaAs光電陰極技術水平現狀36
1.5.2國內GaAs光電陰極技術水平現狀39
1.5.3國內外GaAs光電陰極的光譜響應特性比較40
參考文獻42
第2章GaAs和GaAlAs光電陰極材料51
2.1GaAs材料的性質51
2.1.1GaAs的物理和熱學性質51
2.1.2GaAs的電阻率和載流子濃度53
2.1.3GaAs中載流子離化率54
2.1.4GaAs中電子的遷移率、擴散和壽命55
2.1.5GaAs中空穴的遷移率、擴散和壽命57
2.1.6GaAs的能帶間隙60
2.1.7GaAs的光學函數61
2.1.8GaAs的紅外吸收66
2.1.9GaAs的光致發光譜68
2.1.10GaAs中缺陷和缺陷的紅外映像圖72
2.1.11GaAs的表面結構和氧化76
2.1.12GaAs的濕法腐蝕速率78
2.1.13GaAs的界面和接觸79
2.2GaAlAs材料的一般性能81
2.2.1GaAlAs中的缺陷能級81
2.2.2GaAlAs中的DX缺陷中心85
2.2.3GaAlAs的光致發光譜89
2.2.4GaAlAs的電子遷移率91
2.2.5LPEGaAlAs中的載流子濃度93
2.2.6MOCVDGaAlAs的載流子濃度94
2.2.7MBEGaAlAs的載流子濃度95
2.2.8反應離子和反應離子束對GaAlAs的腐蝕速度96
2.2.9LPEGaAlAs的光學函數97
參考文獻110
第3章GaAs光電陰極的光電發射與光譜響應理論111
3.1GaAs光電陰極光電發射過程111
3.1.1光電子激發111
3.1.2光電子往光電陰極表面的輸運113
3.1.3光電子隧穿表面勢壘115
3.2GaAs光電陰極電子能量分布119
3.2.1透射式光電陰極電子能量分布119
3.2.2反射式光電陰極電子能量分布123
3.3GaAs光電陰極量子效率公式的推導128
3.3.1反射式GaAs光電陰極128
3.3.2背面光照下的透射式GaAs光電陰極129
3.3.3正面光照下的透射式GaAs光電陰極130
3.3.4考慮、L能谷及熱電子發射的量子效率公式131
3.3.5考慮前表面復合速率的量子效率公式推導135
3.4GaAs光電陰極性能參量對量子效率的影響140
3.4.1電子表面逸出幾率140
3.4.2電子擴散長度140
3.4.3光電陰極厚度140
3.4.4前表面復合速率142
3.4.5後界面復合速率143
3.4.6吸收繫數145
3.5GaAs光電陰極性能參量的評估146
3.5.1P、LD、Sfv和Sv值的確定146
3.5.2積分靈敏度的計算147
參考文獻148
第4章GaAs光電陰極多信息量測控與評估繫統152
4.1GaAs光電陰極多信息量測控與評估繫統的設計152
4.1.1Cs源電流的原位監測和記錄152
4.1.2O源電流的原位監測和記錄152
4.1.3超高真空繫統真空度的原位監測和記錄153
4.1.4光電陰極光電流的原位監測和記錄153
4.1.5光電陰極光譜響應的原位監測和記錄154
4.2超高真空激活繫統154
4.2.1超高真空激活繫統的結構和性能155
4.2.2超高真空的獲取158
4.2.3超高真空繫統與國外的差距159
4.3多信息量在線監控繫統的構建159
4.4光譜響應測試儀163
4.4.1光譜響應測試原理163
4.4.2光譜響應測試儀的硬件結構165
4.4.3光譜響應測試儀的軟件編制168
4.4.4光譜響應測試方式173
4.5在線量子效率測試與自動激活繫統174
4.5.1繫統結構174
4.5.2繫統硬件設計176
4.5.3自動激活策略180
4.5.4軟件設計183
4.5.5實驗與結果193
4.5.6自動激活與人工激活對比性實驗195
4.6GaAs光電陰極表面分析繫統197
4.6.1X射線光電子能譜儀197
4.6.2紫外光電子能譜儀199
4.6.3變角XPS表面分析技術200
4.7超高真空的殘氣分析繫統202
4.7.1四極質譜儀原理與結構202
4.7.2HAL201殘餘氣體分析儀軟件203
4.7.3超高真空的殘氣分析204
4.8研制的GaAs光電陰極多信息量測試與評估繫統210
參考文獻212
第5章反射式GaAs光電陰極的激活工藝及其優化研究214
5.1反射式GaAs光電陰極激活工藝概述214
5.2Cs源、O源的除氣工藝215
5.3GaAs表面的淨化工藝研究216
5.3.1化學清洗工藝217
5.3.2加熱淨化工藝的優化設計218
5.3.3GaAs（100）面淨化後的表面模型219
5.3.4材料表面淨化與XPS分析試驗221
5.4GaAs光電陰極Cs—O激活機理223
5.4.1（GaAs（Zn）：Cs）：O—Cs光電發射模型224
5.4.2在Cs—O激活中摻Zn的富砷GaAs（100）（2*4）表面的演變225
5.4.3基於（GaAs（Zn）：Cs）：O—Cs模型的計算228
5.5GaAs光電陰極激活過程中多信息量監控240
5.6GaAs光電陰極的Cs、O激活工藝及其優化研究241
5.6.1首次進Cs量對光電陰極的影響241
5.6.2Cs／O流量比對光電陰極激活結果的影響245
5.6.3不同激活方式比較247
5.6.4高低溫兩步激活工藝研究250
5.6.5高低溫激活過程中光電子的逸出253
5.6.6GaAs光電陰極表面勢壘的評估258
5.6.7Cs、O激活工藝的優化措施262
5.7GaAs光電陰極的穩定性研究263
5.7.1光照強度與光電流對光電陰極穩定性的影響263
5.7.2Cs氣氛下光電陰極的穩定性266
5.7.3重新銫化後光電陰極的穩定性268
5.7.4光電陰極光電流衰減時量子效率曲線的變化269
5.7.5重新銫化後光電陰極量子效率曲線的變化272
參考文獻274
第6章GaAs基光電陰極中電子與原子結構研究279
6.1研究方法與理論基礎279
6.1.1單電子近似理論279
6.1.2密度泛函理論281
6.1.3平面波贗勢法284
6.1.4光學性質計算公式285
6.1.5第一性原理計算軟件286
6.2Ga1—xAlxAs光電陰極結構設計287
6.2.1不同Al組分Ga1—xAlxAs性質研究與Al組分的選取287
6.2.2空位缺陷Ga0：5Al0：5As電子結構和光學性質研究295
6.2.素的選取與摻雜Ga0：5Al0：5As性質研究301
6.3Ga1—xAlxAs光電陰極表面淨化304
6.3.1氧化物的去除與高溫清洗溫度的選取305
6.3.2晶面選取中的電子與原子結構研究307
6.3.3Ga0：5Al0：5As（001）表面重構相的研究316
6.3.4摻雜表面電子和原子結構研究321
6.3.5殘餘氣體分子吸附研究324
6.4Ga1—xAlxAs光電陰極Cs、O激活331
6.4.1Ga0：5Al0：5As（001）β2（2×4）重構相Cs、O吸附研究331
6.4.2摻雜Ga0：5Al0：5As（001）β2（2×4）重構相Cs、O吸附研究340
參考文獻345
第7章窄帶響應GaAlAs光電陰極的制備與性能351
7.1NEAGaAlAs光電陰極的光電發射理論351
7.1.1GaAlAs（100）表面Cs、O雙偶極層模型352
7.1.2GaAlAs（100）和GaAs（100）表面Cs吸附比較研究355
7.1.3GaAlAs光電陰極量子效率模型研究357
7.2窄帶響應GaAlAs光電陰極的結構設計與生長365
7.2.1GaAlAs材料基本性質365
7.2.2窄帶響應GaAlAs光電陰極結構設計基礎367
7.2.3影響GaAlAs光電陰極量子效率的性能參量368
7.2.4窄帶響應GaAlAs光電陰極的結構設計374
7.2.5窄帶響應GaAlAs材料生長378
7.3窄帶響應GaAlAs光電陰極的制備380
7.3.1窄帶響應GaAlAs材料的化學清洗380
7.3.2窄帶響應GaAlAs材料的加熱淨化389
7.3.3窄帶響應GaAlAs材料的Cs、O激活390
7.4窄帶響應GaAlAs光電陰極的性能評估393
7.4.1制備工藝對反射式GaAlAs光電陰極性能的影響394
7.4.2真空繫統中反射式GaAlAs光電陰極的穩定性402
7.4.3窄帶響應透射式GaAlAs光電陰極的性能評估409
參考文獻412
第8章反射式變摻雜GaAs光電陰極材料與量子效率理論研究417
8.1反射式變摻雜GaAs光電陰極能帶結構理論研究417
8.1.1梯度摻雜GaAs材料的能帶結構417
8.1.2指數摻雜GaAs材料的能帶結構419
8.1.3指數摻雜GaAs光電陰極的電子擴散漂移長度420
8.2反射式變摻雜GaAs光電陰極量子效率理論研究422
8.2.1指數摻雜光電陰極量子效率公式422
8.2.2指數摻雜光電陰極靈敏度與量子效率理論仿真424
8.2.3梯度摻雜GaAs光電陰極量子效率模型研究426
8.3變摻雜GaAs光電陰極材料外延生長427
8.3.1GaAs光電陰極材料生長方法427
8.3.2變摻雜光電陰極材料MBE外延生長技術研究429
8.3.3分子束外延變摻雜光電陰極材料測試評價研究430
8.4反射式變摻雜GaAs光電陰極摻雜結構的設計與制備工藝研究433
8.4.1變摻雜GaAs光電陰極材料的設計和制備434
8.4.2變摻雜GaAs材料的激活實驗436
8.4.3變摻雜GaAs材料的激活結果439
8.4.4高性能反射式變摻雜GaAs光電陰極研究441
8.5反射式變摻雜GaAs光電陰極的評價方法444
8.5.1激活時Cs在GaAs材料表面的吸附效率評估444
8.5.2變摻雜GaAs光電陰極的結構性能評估449
8.5.3不同變摻雜GaAs光電陰極的結構性能對比453
8.6寬帶響應反射式變摻雜GaAs基光電陰極研究456
8.6.1寬帶響應反射式變摻雜GaAs和GaAlAs光電陰極的光譜響應456
8.6.2寬帶響應反射式變摻雜GaAs基光電陰極的對生成閾458
8.7反射式模擬透射式變摻雜GaAs光電陰極設計與實驗460
8.7.1MBE生長的反射式模擬透射式變摻雜GaAs光電陰極設計與實驗461
8.7.2MOCVD生長的反射式模擬透射式變摻雜GaAs光電陰極設計與實驗464
參考文獻468
第9章透射式變摻雜GaAs光電陰極理論與實踐472
9.1透射式變摻雜GaAs光電陰極能帶結構與材料設計472
9.1.1均勻摻雜和指數摻雜GaAs光電陰極能帶結構比較472
9.1.2透射式變摻雜GaAs光電陰極結構設計與制備473
9.2透射式變摻雜GaAlAs／GaAs材料與組件的性能測試475
9.2.1透射式變摻雜GaAlAs／GaAs材料的SEM測試475
9.2.2透射式變摻雜GaAlAs／GaAs材料的ECV測試476
9.2.3透射式變摻雜GaAlAs／GaAs材料的HRXRD測試478
9.2.4透射式變摻雜GaAlAs／GaAs材料組件的HRXRD測試479
9.3透射式GaAs光電陰極組件的光學性質與結構模擬480
9.3.1透射式GaAs光電陰極組件光學性能測試480
9.3.2透射式GaAs光電陰極組件結構模擬理論模型481
9.3.3透射式GaAs光電陰極組件光學性能擬合484
9.3.4分光光度計測試誤差對光學性能的影響496
9.4透射式變摻雜GaAs光電陰極激活497
9.4.1MBE生長的透射式變摻雜GaAs光電陰極激活497
9.4.2MOCVD生長的透射式變摻雜GaAs光電陰極激活499
9.4.3透射式變摻雜GaAs光電陰極光譜響應的研究500
9.4.4MBE與MOCVD生長的透射式變摻雜GaAs光電陰極材料與組件的比較508
9.5陰極組件光學性能對微光像增強器光譜響應的影響510
9.5.1透射式GaAs光電陰極光譜響應曲線擬合與結構設計510
9.5.2光電陰極組件光學性能對微光像增強器光譜響應的影響511
9.5.3國內外微光像增強器GaAs光電陰極光譜響應特性比較512
9.6光電陰極組件工藝對GaAs材料性能的影響514
9.6.1反射式和透射式光電陰極的聯繫和區別514
9.6.2光電陰極組件工藝對GaAs材料電子擴散長度的影響517
9.7微光像增強器的光譜響應性能評估523
9.7.1靈敏度和光譜響應性能監測523
9.7.2衝擊試驗525
9.7.3振動試驗527
9.7.4高溫試驗529
9.7.5低溫試驗530
參考文獻532
第10章近紅外響應InGaAs光電陰極制備與性能535
10.1InxGa1—xAs光電陰極研究現狀及材料基本性質535
10.1.1InxGa1—xAs光電陰極研究現狀535
10.1.2InxGa1—xAs材料基本性質538
10.2InxGa1—xAs光電陰極結構分析546
10.2.1GaAs襯底特性分析546
10.2.2InxGa1—xAs光電陰極組分的選擇與分析554
10.2.3本征In0：53Ga0：47As體材料特性分析557
10.2.4摻雜的形成562
10.2.5空位缺陷的存在對體摻雜發射層的影響567
10.2.6In0：53Ga0：47As表面重構的探討573
10.2.7表面Zn的摻雜位的選取582
10.2.8InGaAs表面負電子親和勢的形成590
10.3InGaAs／InP半導體材料的結構設計與制備工藝研究601
10.3.1InGaAs／InP半導體材料結構設計601
10.3.2InGaAs／InP半導體材料的生長604
10.3.3InGaAs／InP半導體材料的熱淨化研究606
10.4InGaAs／GaAs半導體材料結構設計與制備工藝研究608
10.4.1InGaAs／GaAs半導體材料結構設計608
10.4.2InGaAs／GaAs發射層變組分結構設計609
10.4.3InGaAs／GaAs半導體材料生長質量評估611
10.4.4InGaAs／GaAs半導體材料的化學清洗工藝612
10.4.5InGaAs／GaAs半導體材料的加熱淨化工藝616
10.5InGaAs光電陰極性能評估620
10.5.1不同制備工藝對InGaAs光電陰極性能的影響621
10.5.2不同發射層結構對InGaAs／GaAs光電陰極的影響628
10.5.3真空繫統中InGaAs／GaAs光電陰極的穩定性632
10.5.4InGaAs／GaAs光電陰極性能對比636
參考文獻637
第11章GaAs光電陰極及像增強器的分辨力646
11.1GaAs光電陰極微光像增強器分辨力研究現狀646
11.1.1MTF及分辨力概述646
11.1.2透射式GaAs光電陰極的分辨力648
11.1.3三代微光像增強器各部件的分辨力650
11.2GaAs基光電陰極的電子輸運及分辨力652
11.2.1指數摻雜GaAs光電陰極的分辨力652
11.2.2透射式指數摻雜GaAlAs光電陰極的分辨力660
11.3透射式均勻摻雜GaAs光電陰極分辨力665
11.3.1均勻摻雜GaAs光電陰極光電子輸運性能665
11.3.2透射式均勻摻雜GaAs光電陰極的MTF675
11.4透射式指數摻雜GaAs光電陰極分辨力680
11.4.1透射式指數摻雜GaAs光電陰極光電子輸運模型681
11.4.2透射式指數摻雜GaAs光電陰極光電發射性能理論研究684
11.4.3近貼聚焦場對透射式GaAs光電陰極的滲透影響688
11.5近貼聚焦微光像增強器的分辨力692
11.5.1近貼聚焦繫統光電子輸運及分辨力理論研究692
11.5.2微通道板對近貼聚焦微光像增強器分辨力的影響699
11.6GaAs光電陰極微光像增強器halO效應及分辨力測試707
11.6.1halO效應測試裝置及原理707
11.6.2微光像增強器halO效應及分辨力的測試710
11.6.3GaAs光電陰極微光像增強器halO效應及分辨力研究720
參考文獻725
第12章回顧與展望728
12.1GaAs基光電陰極研究工作的簡單回顧728
12.1.1GaAs光電陰極728
12.1.2窄帶響應GaAlAs光電陰極740
12.1.3近紅外響應InGaAs光電陰極745
12.1.4GaAs光電陰極及其微光像增強器的分辨力748
12.2研究工作中的糾結751
12.3新一代GaAs基光電陰極的研究展望756
參考文獻757
彩圖

本書是著作者承擔國家科研項目的總結，是論述GaAs光電陰極的專著。全書共分10章，介紹了三代微光像增強器、數字微光器件、GaAs和GaAlAs材料和光電陰極的發展概況；研究了GaAs光電陰極的光電發射與光譜響應理論、多信息量測控與評估繫統、激活工藝及其優化；提出了變摻雜GaAs光電陰極物理概念，探索了反射式和透射式變摻雜GaAs光電陰極理論，在三代微光像增強器中進行了實踐；提出了窄帶響應GaAs光電陰極物理概念，研究了窄帶GaAlAs光電陰極的電子與原子結構，探索了陰極設計與制備工藝；最後針對新一代微光像增強技術，對GaAs光電陰極進行了回顧與展望。

常本康 著 著