文献综述
- 课题背景
NEA光电阴极具有量子效率高[1]，暗发射小，发射电子的能量分布及角分集中，长波阈可调，长波响应扩展潜力大等优点[2]，在被发现后各国的研究人员从材料选择、制备工艺、发射结构和机理等方面对NEA光电阴极进行了广泛深入的研究，已经形成了比较完善的理论体系和成熟的制备技术[1]。NEA光电阴极的制备工艺不同于普通的光电阴极，它主要分为外延层的生长和表面激活两部分[3]。
为了获得一个优良的NEA光电发射体，所用阴极材料自身应当是一种尽可能完美无缺的单晶，晶体的位错密度要小，掺杂要适度，电子扩散长度要长，表面要均匀。为了满足这些要求，采用的是外延生长方法。早期生长NEA光电阴极的外延层，多采用气相外延(VPE)和液相外延(LPE)，或者气相和液相的混合外延法(hybrid)，也有用分子束外延(MBE)的。近年来，常采用金属有机化合物气相淀积法(MOCVD[11]或MOVPE)，因为它可以用来进行大面积、均匀、超薄、多层的半导体生长，是当前研制和生产NEA光电阴极最成功的外延生长方法[3]。
对NEA光电阴极而言，激活实际就是指降低材料表面的逸出功以达到负电子亲和势状态的技术。这项技术的总要求是获得一个原子清洁的半导体材料表面并用低逸出功材料覆盖它以降低表面逸出功。最常用的低逸出功材料即是铯和氧[2,3]。
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相关原理
- 变掺杂GaAs光电阴极的表面净化技术
要制备高性能NEA GaAs光电阴极，首先必须要获得原子级清洁的表面。普遍采用的方法是先进行化学清洗后送入真空系统进行净化处理[16]。化学清洗去除表面氧化物等杂质，净化处理得到原子级清洁表面[4]。目前应用最广泛的是加热退火处理法[15]。
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- 变掺杂GaAs光电阴极表面模型
在过去的四十多年里，人们提出各种各样的表面模型来解释GaAs光电阴极
的NEA形成机理，如双偶极层模型[7]、异质结模型[8]和群模型[9]等，其中迄今为止仍具有较大影响力的是双偶极层模型。
双偶极层模型的发展先后经历了两个阶段。首先是在1972年，Fisher等人根据隧穿效应提出了双偶极屡模型。该模型认为：第一个偶极层由吸附在阴极表面的Cs离子与GaAs组成，其厚度约1.7 Aring;，它使表面的真空能级降到约1.4 eV，达到零电子亲和势状态；此后的Cs、O交替过程在GaAs表面形成了Cs -O-2-Cs 结构的第二个偶极层，它将真空能级再次降到约0.9 eV，从而使阴极表面达到NEA状态。两个偶极层的总厚度约为8 Aring;。由于第一个偶极层的厚度很薄，因此电子可以穿越表面而逸出。这种双偶极层模型能较好地解释GaAs光电阴极的激活层厚度问题，但不能解释激活层与基底的界面势垒的形成。
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