GaAs透射式光电阴极分辨力特性分析.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．16(2014)167902变组分A1GaAs／GaAs透射式光电阴极分辨力特性分析木邓文娟)2)彭新村2)邹继军1)2)t江少涛2)郭栋2)张益军3)常本康3)1)(东华理工大学，核技术应用教育部工程研究中心，南昌330013)2)(东华理工大学，江西省新能源工艺及装备工程技术研究中心，南昌330013)3)(南京理工大学电子工程与光电技术学院，南京210094)(2014年3月1日收到；2014年4月29日收到修改稿)建立了变组分A1GaAs／GaAs光电阴极二维载流子输运连续性方程．在一定

2、的边界条件下，利用数值计算方法对此方程进行求解，得到了变组分A1GaAs／GaAs光电阴极调制传递函数(MTF)理论计算模型．利用该模型计算了透射式变组分和均匀组分阴极的理论MTF，分析了分辨力与A1组分变化范围、入射光子波长、A1GaAs和GaAs层厚度的关系．计算结果表明，变组分阴极与均匀组分阴极相比，阴极分辨力显著提高．当空间频率，在100—5o0lp．mm区间时，分辨力的提高最为明显，如当f=200lp．i$1m时，一般可提高150％一260％．变组分阴极分辨力的提高是内建电场作用的结果，但内建电场太大时，也会由于Al组分含量过高而影响阴极

3、的长波响应．关键词：变组分，内建电场，分辨力，调制传递函数PACS：79．60．一i，42．30．Lr，73．50．Gr，73．61．EyDOI：10．7498／aps．63．167902源、电子加速器、蓝延伸微光探测及高速摄影等领1引言域有着更为广阔的应用前景[r-ll】．在GaAs光电阴极的研究中，人们对于其量子负电子亲和势(NEA1GaAs光电阴极是当前效率、能量分布、角度分布以及稳定性机理等方面最灵敏的辐射探测材料之一，在微光成像等领域中的研究较多，而较少关注阴极的分辨力，然而，阴极得到了广泛的应用[I-6】．而变组分A1GaAs／GaAs

4、分辨力对于成像器件分辨力具有重要影响．本研光电阴极是在GaAs光电阴极基础上发展而来的，究组在阴极分辨力方面开展过一些研究，文献f111它是通过生长从AlGaAs到GaAs发射层Al组分逐仿真分析了变掺杂GaAs光电阴极的分辨力特性，渐降低的变组分A1GaAs层，构建从缓冲层到发射但变组分A1GaAs／GaAs光电阴极的内建电场远高层的内建电场．该内建电场非常有利于AIGaAs缓于变掺杂阴极，而且两者的材料光电特性也不尽相冲层中光电子向GaAs发射层输运，对提高光电发同，因而其阴极分辨力将具有自身特点．光电子在射性能很有效．具有相同材料厚度的变组分

5、Al—向发射面输运过程中的横向扩散是造成阴极分辨GaAs／GaAs光电阴极与普通NEAGaAs光电阴极力下降的主要原因，如果有一个促进电子向发射面相比，具有量子效率与成像分辨力更高、响应速度输运的内建电场，则可以在一定程度上减轻这种扩更快、光谱响应范围更宽等众多优点，在真空电子散的影响．图1反映了这种影响，可以看出，在由于}国家自然科学基金(批准号：61067001，61261009，61301023)、教育部科学技术研究重点项目(批准号：212090)、江西省自然科学基金(批准号：20114BAB202009)和江西省教育厅科技项目(批准号：GJ

6、Jl1491)资助的课题．t通讯作者．E-mail：jjzou~ecit．ca@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．cn‘167902．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．16(2014)167902变组分导致的内建电场作用下，点光源照射产生的电子输运到阴极发射面f实线)时与Al组分为0的[+]无内建电场阴极f虚线)相比弥散圆斑半径更小．因一()E(，)g耋一(z)+G()=0此，变组分有利于阴极分辨力提高，但提高程度以(X∈[0，T。】，∈[一n，0])；(

7、2)及阴极分辨力与发射层厚度、组分比例、入射光子波长等参数的关系，则需要进行理论上的计算及仿光电子产生函数真分析．G(x)=a(x)I(y，，)[1一R()]exp[一()]．(3)变组分A1GaAs／GaAs阴极分辨力特性可采用调制传递函数(MTF)法进行分析，MTF最初用于这里，n(x，Y)和p(x，Y)分别为电子浓度和空穴浓描述纯光学系统的成像特性，是傅里叶光学的重要度；E(x，Y)为内建电场强度；，分别为电子迁指标之一【12]．在一定条件下，光学成像系统的物和移率、空穴迁移率；D，D。分别为电子扩散系数空像都可以看成是不同空间频率的正弦光强

8、分布的穴扩散系数；n(x)为反射率；()为光子吸收系集合．阴极中虽然没有类似的光学系统，但作为一数；z(y，f)为入射光强