Ultrabright and Ultrafast III–V Semiconductor Photocathodes

Abstract

Crucial photoemission properties of layered III-V semiconductor cathodes are predicted using Monte Carlo simulations. Using this modeling, a layered GaAs structure is designed to reduce simultaneously the transverse energy and response time of the emitted electrons. This structure, grown by molecular beam epitaxy and activated to negative electron affinity, is characterized. The measured values of quantum efficiency and transverse energy are found to agree well with the simulations. Such advanced layered structures will allow generation of short electron bunches from photoinjectors with superior beam brightness.

Reduction of Intrinsic Electron Emittance from Photocathodes Using Ordered Crystalline Surfaces

“…However, the use of single crystal ordered surfaces and utilization of the conservation of transverse momentum for achieving directed elec-tron emission to reduce the rms transverse momentum has largely remained unexplored. Few prior experiments have investigated this direction, however, they have been inconclusive due to insufficient surface preparation [16] or due to a disordered mono-atomic overlayer on the surface [7] or due to inaccurate measurement of the rms transverse momentum [17].…”

“…Reduction of the emittance at the cathode is critical to the operation of many electron and x-ray sources. For example, in XFELs the smallest lasing wavelength is limited by the emittance of the electron beam at the cathode [6] and in UED the transverse coherence length which limits the largest lattice size that can be studied is inversely proportional to the transverse emittance [7]. The laser spot size (σ x ) is set either by the ability to focus the drive laser on the cathode or by the electric field at the cathode and the bunch charge required by the application [8] leaving the rms transverse momentum (σ px ) as the only parameter that can be changed to minimize emittance.…”

Модификация поверхности GaAs и наблюдение эффекта гигантского рамановского рассеяния после диффузии индия

“…Этот интерес значительно усилился в последнее десятилетие в связи с бурным развитием приборов на основе наногетерострук-тур. Процессы первоначального формирования и роста квантовых слоев и точек, а также свойства приборов на их основе в значительной степени определяются релье-фом поверхности, а также дефектами, формирующимися в процессе отжига [3,4]. Например, было показано, что подвижность электронов в InAs нанопроволоках зависит от шероховатости поверхности [5], или излучательная способность GaAs фотокатода зависит от состояния поверхности [3].…”

“…Процессы первоначального формирования и роста квантовых слоев и точек, а также свойства приборов на их основе в значительной степени определяются релье-фом поверхности, а также дефектами, формирующимися в процессе отжига [3,4]. Например, было показано, что подвижность электронов в InAs нанопроволоках зависит от шероховатости поверхности [5], или излучательная способность GaAs фотокатода зависит от состояния поверхности [3]. Известно, что шероховатость поверхно-сти зависит от температуры отжига, среды, в которой этот отжиг осуществляется, а также от присутствия сурфактантов на поверхности во время отжига [4].…”

Ab initiostudies of Cs on GaAs (100) and (110) surfaces

“…5,6 However, even for the best quality GaAs(100) surfaces grown using molecular beam epitaxy, experimental observations indicate MTE values of 25-100meV. 7 The larger MTE values have been explained by introducing an ad-hoc scattering at the surface due to the non-conservation of transverse momentum. The cause of this scattering has not been understood.…”