GaSb光电阴极的光电发射特性研究

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1、学号：S15010088硕士学位论文GaSb光电阴极的光电发射特性研究研究生姓名：蔡宸学科、专业：电子科学与技术二○一八年六月分类号：TN221密级：可公开UDC：编号：GaSb光电阴极的光电发射特性研究PhotoelectronEmissionCharacteristicsofGaSbPhotocathode学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：电子科学与技术（077400）研究方向：光电成像器件与系统申请学位级别：硕士指导教师：石峰研究员研究生：蔡宸论文起止时间：2017.12—2018.3摘要作为基于光电阴极的光电探测器的核心部件，光电阴极的重要研究方向之一是

2、如何延伸其长波响应，以提升光电探测器的近红外波段探测性能，在此研究背景下，本文提出了以锑化物代表材料GaSb作为光电阴极材料，围绕GaSb光电阴极的材料特性参数、光电阴极表面模型、光电发射过程、异质结偏压计算、量子效率理论模型、阴极材料的结构设计、制备工艺和光电发射性能评估等方面展开研究。根据Caughey-Thomas等经验公式模拟了对GaSb光电阴极光电发射性能有重要影响的GaSb材料光吸收系数、少子扩散长度等材料特性参数，为GaSb光电阴极结构参数设计提供了重要参考；依据Spicer光电发射三步模型，分析了GaSb光电阴极光电发射物理过程，为GaSb光电阴极结构设计提供了理论依据；模拟了

3、GaSb光电阴极吸收层与发射层异质结能带结构，得出在发射层掺杂浓度为1×1016cm-3，吸收层掺杂浓度为1×1017cm-3，发射层厚度为0.5μm的情况下外加偏压达到10V才能较好地消除p-GaSb/p-GaAs异质结的势垒；依据GaSb光电阴极光电发射的几个物理过程，分步求解一维少子连续方程和不同边界条件约束，推导了GaSb光电阴极量子效率公式，并分析了式中各参数对阴极光电发射性能的影响，并给出了各阴极结构参数的优化取值范围，吸收层掺杂浓度小于1×1017cm-3，发射层掺杂浓度为1×1016cm-3，发射层厚度大于0.5μm。从MOCVD生长过程控制理论出发，分析了生长过程中各项参数对

4、GaSb外延层生长的影响，综合考虑GaSb光电阴极的性能要求，依据MOCVD外延生长理论，选择了较为合适的生长条件制备GaSb外延层；通过金相显微镜、SEM和XRD测试了GaSb外延层样品的表面形貌和结晶质量，通过比对测试结果，得到了一组GaSb外延层优化生长条件，以该条件制备了高质量的掺Zn重掺杂GaSb外延层，AFM测试表面高度起伏峰-峰值分别为4.1nm，XRDω摇摆曲线测试半高宽为0.2647º(888.12arcsec)；利用表面光电压谱测试表征未激活GaSb外延层的光电发射性能，依据表面光电压谱测试结果拟合了外延层样品的少子扩散长度，并与GaSb少子扩散长度模拟计算结果做比较，结果

5、显示两者匹配程度较高，认为表面光电压谱测试能有效地评估GaSb外延层光电发射性能。通过求解一维少子连续方程和不同边界，推导变掺杂GaSb表面光电压表达式，设计并生长了不同掺杂结构GaSb外延层，通过表面光电压测试研究了不同掺杂结构GaSb外延层的光电性能，结合测试情况和模拟结果，进行GaSb光电阴极结构参数设计。关键词：GaSb光电阴极MOCVD表面光电压IABSTRACTAsoneofthekeycomponentsofphotocathode-basedphotodetectors,oneoftheimportantresearchdirectionsofphotocathodesisho

6、wtoextendtheirlong-waveresponsetoenhancethedetectionperformanceofthephotodetectorinthenear-infraredregion.Underthebackgroundofthisresearch,thispaperproposesThematerialrepresentsGaSbasthematerialofthephotocathode,materialparametersoftheGaSbphotocathodesurrounding,photocathodesurfacemodel,photoemissiv

7、eprocess,heterojunctionbiascalculation,quantumefficiencytheoreticalmodel,structuraldesignofthecathodematerial,preparationprocessandPhotoelectricemissionperformanceevaluationandotheraspectsofthestudy.A