正文描述:《指数掺杂结构对透射式gaas光电阴极量子效率的影响研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.60,No.6(2011)067301指数掺杂结构对透射式GaAs光电阴极*量子效率的影响研究张益军牛军赵静邹继军常本康(南京理工大学电子工程与光电技术学院,南京210094)(2010年7月9日收到;2010年9月23日收到修改稿)通过在一维连续性方程光电子产生函数项中加入短波约束因子,修正了指数掺杂和均匀掺杂透射式GaAs光电阴极量子效率公式.利用修正的透射式阴极量子效率公式分别拟合制备的指数掺杂和均匀掺杂透射式阴极量子效率实验曲线,符合得很好.另外拟合
2、得到的阴极性能参数表明,由于内建电场的作用,指数掺杂阴极的性能要好于均匀掺杂阴极,指数掺杂结构能够明显提高透射式阴极的量子效率.关键词:透射式光电阴极,指数掺杂,量子效率,内建电场PACS:73.61.Ey,79.60.Bm,71.20.Mq[10,11]结构.这种结构采用变浓度掺杂方法,即发射1.引言层材料体内到发射表面掺杂浓度由高到低掺杂,不同掺杂浓度区域交界处将产生一个内建电场,负电子亲和势GaAs光电阴极由于其量子效该电场有利于受激发电子向表面运动,提高阴极率高、暗发射小、发射电子能量和角度分
3、布集中等的量子效率.这在反射式GaAs光电阴极应用中得优点,在微光夜视器件和自旋极化电子源等领域到了证实.为了弄清变浓度掺杂结构对透射式阴[1—4]获得了广泛的应用.光电阴极按照工作方式极量子效率的影响,本文采用分子束外延(MBE)的不同可分为反射式和透射式两种类型,而实际技术将一种指数掺杂结构应用于透射式GaAs光应用中主要以透射式GaAs光电阴极为主,通常影电阴极.通常光电阴极的性能参数是通过借助量[11—18]响透射式GaAs光电阴极性能的主要参数有电子子效率公式拟合实验量子效率曲线得到的.[5
4、]扩散长度、后界面复合速率和表面逸出概率,前对于指数掺杂和均匀掺杂反射式GaAs光电阴极,两个参数由生长的阴极材料本身性质决定,而表利用反射式阴极量子效率公式已经可以得到较好[12—15]面逸出概率与晶面取向、表面净化工艺和激活工的拟合效果,但是透射式GaAs阴极情况不艺等方面密切相关.过去几十年的研究一直致力同,拟合的理论曲线在大于短波阈值区域无法和[14,18]于通过改进阴极生长技术和激活工艺来提高光电实验曲线符合得很好.针对透射式阴极与反[6—8]阴极的性能.射式阴极结构的不同,本文推导修正了指
5、数掺杂光电阴极的光电发射过程已经被广泛认为是和均匀掺杂透射式阴极量子效率公式.根据修正[9]一种体效应.三步光电发射过程包括光吸收激的透射式阴极量子效率公式,拟合比较了制备的发电子、受激发电子输运到表面、电子隧穿表面势指数掺杂透射式GaAs光电阴极与均匀掺杂透射垒逸出到真空.“三步模型”理论为设计高性能光式GaAs光电阴极在阴极性能参数上的差异,验证电阴极提供了理论指导方针.有人提出了一种借了指数掺杂结构对透射式阴极量子效率的提高助体内内建电场来提高电子输运效率的光电阴极作用.*国家自然科学基金(批准
6、号:60678043,60801036)、江苏省高等学校研究生科研创新计划(批准号:CX09B-096Z)和南京理工大学科研计划(批准号:2010ZYTS032)资助的课题.通讯联系人.E-mail:bkchang@mail.njust.edu.cn2011中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn067301-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.60,No.6(2011)067301dn(x)述连续性方程满足的边界条件为[Dn
7、-2.指数掺杂透射式阴极量子效率公式dx的修正μEn(x)]x=0=SVn(x)x=0,n(Te)=0,其中SV为后界面复合速率.将以上边界条件代入(1)和由于指数掺杂透射式GaAs光电阴极的发射层dn(x)内产生了一个内建电场,相比于传统的均匀掺杂透(2)式,然后通过YTE(hν)=·PDn/I0可dxx=Te射式阴极而言,指数掺杂透射式阴极少数载流子得修正后的指数掺杂透射式GaAs光电阴极的量子(电子)所遵循的一维连续性方程中多了一项内建效率公式为[19]电场E引起的漂移项,其连续性方程为P(1-
8、R)αLexp(-βT)pDpw2Y(hν)=dn(x)dn(x)n(x)TE2L2+αL-1Dn2-μE-+g(x)=0αpDpEdxdxτ2N(S+αD)exp(LT/2L)pnEeD(x∈[0,Te],(1)×[M其中x为发射层内某点与GaAlAs/GaAs后界面之Qexp(-αT)pe间的距离,n(x)为少数载流子(电子)的浓度,μ为-M电子迁移率,τ为少数载流子(电子)寿命,Dn是电-αLexp(-αT).(3)子的扩散系数,T为发射层厚度,g
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