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高性能GaAs光电阴极研究

杜晓晴  
【摘要】:负电子亲和势砷化镓(GaAs)光电阴极具有量子效率高,暗发射小,发射电子能量分布及角分布集中,长波阈可调,长波响应扩展潜力大等优点,以它为核心的第三代微光像增强器大大扩展了夜视仪器的长波阈和视距,在微光夜视领域得到了普遍应用。 尽管经过几代科研工作者的努力,国内已经建立了一条比较完整的三代微光像增强器研制线,但目前国内制备的GaAs光电阴极在灵敏度和稳定性上与国外还有较大差距。为了加快我国GaAs光电阴极的研究进程,使其达到应用水平并迅速装备部队,本文结合“十五”国防科技重点演示验证项目《XXX测试技术研究》和“十五”国防科技重点预先研究项目《XXX夜视技术研究》,围绕如何获得高性能GaAs光电阴极,对GaAs光电阴极的理论、材料结构、激活工艺、性能测试与评估进行了深入和全面的研究,主要研究内容如下: 第一章回顾了GaAs光电阴极的发展历史,通过分析国内外GaAs光电阴极的研究现状和性能差异,指出了需要研究和探索的内容,阐述了本文研究的目的和意义,并介绍了本文的主要研究工作。 第二章详细研究了GaAs光电阴极的光谱响应理论。首先介绍了GaAs光电阴极的光电发射机理,给出了GaAs光电阴极在不同工作模式下的量子效率公式的推导,然后利用积分法首次推导了考虑前表面复合速率的反射式和透射式GaAs光电阴极的量子效率公式,分析了阴极性能参量对阴极量子效率以及积分灵敏度的影响,并介绍了阴极性能参量的计算方法。 第三章重点介绍了GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统的研制。首先介绍了该系统的总体结构,然后分别介绍了超高真空激活系统的结构和性能、多信息量在线监控系统的构建以及表面分析系统的工作原理,其中详细介绍了光谱响应测试仪工程化样机的的研制。 第四章利用GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统,对GaAs光电阴极的激活工艺及其优化进行了研究。首先比较和分析了首次进Cs量、Cs/O比例以及不同激活方式对阴极光谱响应特性以及稳定性的影响,然后利用变角X射线光电子能谱(XPS)表面分析技术,研究了高低温两步激活工艺的内在机理,最后建立了GaAs光电阴极激活工艺的优化途径。 第五章提出了由体内到表面掺杂浓度由高到低的变掺杂GaAs光电阴极材料结构,并对其讲行了详细而深入的实验和理论研究。首先设计并分子束外延(MBE)


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