Energy Bandgap Engineering of Transmission-Mode AlGaAs/GaAs Photocathode

Abstract

Aiming to enhance the photoemission capability in the waveband region of interest, a graded bandgap structure was applied to the conventional transmission-mode AlGaAs/ GaAs photocathodes based on energy bandgap engineering, wherein the composition in Al x Ga 1Àx As window layer and the doping concentration in GaAs active layer were gradual. According to Spicer's three-step model, a photoemission theoretical model applicable to the novel transmission-mode Al x Ga 1Àx As/GaAs photocathodes was deduced so as to guide the cathode structural design. Then the cathode material was grown by the metalorganic chemical vapor deposition technique, and the epitaxial cathode material quality was evaluated by the means of scanning electron microscope, electrochemical capacitance-voltage, X-ray diffraction and spectrophotometry. Through a series of specific processes, the cathode material was made into the multilayered module, possessing a glass/Si 3 N 4 /Al x Ga 1Àx As/GaAs structure. After the surface treatment including heat cleaning and Cs▬O activation for the cathode module, the image intensifier tube comprising the activated cathode module, microchannel plate, and phosphor screen was fabricated by indium sealing. The spectral response test results confirm the validity of the novel structure for the enhancement of blue-green photoresponse.

Лазерное, Фотоэмиссионное Возбуждение Упругих Колебаний В Микрооптоэлектромеханических Системах

“…Квантовый выход внешнего фотоэффекта полупроводниковых структур на основе GaAs в ближнем ИК-диапазоне может достигать Y ≃ 30% [1], что может приводить с учетом довольно узкого углового распределения фотоэлектронов θ 10 • [2] к заметному импульсу отдачи, приобретаемому освещаемым участком поверхности, и, следовательно, к действию на этот участок фотоиндуцированной силы ( f ). Поскольку GaAs (наряду с Si, Ge) является одним из основных материалов, используемых при создании микрооптомеханических резонансных систем (MOMRS) [3], представляется актуальным рассмотреть условия эффективного лазерного возбуждения акустомеханических колебаний МОМRS за счет фотоэмиссии, что определяет цель настоящей работы.…”

“…силой F e (I 0 ) = p e S: s(F e ) ≈ 3(1 − γ 2 )D 4 F e /16πEh 3 , где p e -поверхностная плотность силы отдачи, действующей на КЭ с толщиной h, модулем Юнга E и коэффициентом Пуассона γ; S = πa 2 -площадь сечения коллимированного лазерного пучка. Микромембрана -фотокатод -может иметь достаточно сложную структуру, состоящую из ряда эпитаксиальных слоев GaAs с общей толщиной h ≈ 2−3 µm [1], что обеспечивает практически полное поглощение ИК-излучения при λ 850 nm. Полупрозрачный анод может представлять собой, например, стеклянную пластину, покрытую тонкой пленкой золота (Au).…”

“…можно определить с помощью методов, разработанных в [7][8][9]. Однако изза сложного характера реальной функции распределения фотоэлектронов по скоростям (ФР) [1,2] это требует проведения сложных численных расчетов, которые в силу большого числа степеней свободы системы не позволяют в полной мере решить основную задачуустановить аналитическую зависимость эффективности данного механизма возбуждения колебаний от основных параметров системы. В связи с этим нами предложен упрощенный способ оценки силы отдачи F e , основанный на приближенном рассмотрении тока через ВД в виде череды отдельных актов переноса дискретных порций зарядов (q k ) -сгустков фотоэлектронов с фотокатода на анод.…”

“…Для GaAs-фотокатодов с характеристиками Y = 30%, R = 0.3 [1,2] при допустимых параметрах МOEMS (I 0 = 1.5 • 10 6 W/m 2 , ε f = 1.5 eV (λ ≈ 820 nm), R 0 = 0.5, a = 20 µm, I 0 S ≈ 2 mW) в соответствии с (2) получим F min ≈ 15F p , откуда следует, что фотоэлектронная эмиссия в качестве механизма возбуждения колебаний может быть значительно более эффективной, чем давление света: F e ≫ F p . Стационарное значение F e может быть использовано также в случае модулированного излучения, если длительность импульсов τ > τ rel ≃ (τ 2 0 + τ 2 opt + τ 2 RC ) 1/2 , где τ opt , τ RC -время установления оптической моды в NFPC и длительность переходных процессов во внешней цепи с фотокатодом и анодом, которые уподобляются конденсатору, τ 0 ≃ σ/eJ s at ≈ 2L D /v 0 -время формирования ОЗ вблизи фотокатода.…”

“…2, a) и, таким образом, не вносят вклада в ток через ВД. В связи с этим отметим существенную немоноэнергетичность фотоэлектронов, эмитируемых фотокатодом (GaAs) с работой выхода A ≈ 1.2 eV[1,2], максимальная энергия (k m ) и скорость (v m ) которых, согласно закону Эйнштейна, составляют k m = mv 2 m /2 = ε f − A (m -масса электрона). Плотность потока насыщения, составляющая J s at = (1 − R)Y I/ε f , в соответствии с уравнением неразрывности приводит к концентрации вблизи фотокатода n 0…”