[拼音]：fudianzi qinheshi guangyinji

[外文]：negative electron affinity photocathode

表面勢(shì)壘低于導(dǎo)帶底的光陰極（如GaAs:Cs-O)。表面勢(shì)壘高于導(dǎo)帶底的稱為正電子親和勢(shì)光陰極(如Sb-K-Na-Cs)；表面勢(shì)壘平于導(dǎo)帶底的稱為零電子親和勢(shì)光陰極（如GaAs:Cs）（圖1）。

1963年美國(guó) R. E.西蒙斯根據(jù)半導(dǎo)體能帶理論提出負(fù)電子親和勢(shì)概念。1965年荷蘭J.J.席爾和J.范拉制成GaAs:Gs光陰極。人們又制出其他Ⅲ-Ⅴ族化合物光陰極，如 InP，Ga_xIn_1-xAs(0<x<1)，Ga_yIn_1-yP_zAs_1-z（0<y<1，0<z<1)等，統(tǒng)稱為Ⅲ-Ⅴ族化合物負(fù)電子親和勢(shì)光陰極。

對(duì)負(fù)電子親和勢(shì)光陰極表面吸附的Cs-O層的解釋，有異質(zhì)結(jié)和偶極子兩種模型（圖2）。異質(zhì)結(jié)模型認(rèn)為，Cs-O表面層是一層體狀的、具有N型半導(dǎo)體性質(zhì)的Cs₂O，它與P型Ⅲ-Ⅴ族化合物晶體（如摻Zn的GaSb）接觸，形成異質(zhì)結(jié)。此模型給出在表面吸附層內(nèi)有一界面勢(shì)壘（約 1.2電子伏）。根據(jù)偶極子模型，Cs-O層是很薄的Cs偶極子與Cs₂O偶極子串聯(lián)的雙偶極子，其厚度約8埃。這與單原子尺度的實(shí)驗(yàn)是一致的。

光陰極分反射式和透射式兩種。入射光的方向與電子發(fā)射的方向相反，稱為反射式；入射光的方向與電子發(fā)射的方向相同，稱為透射式。

透射式GaAs光陰極的靈敏度最高可達(dá)2毫安/流，量子效率(電子/光子)為27％，表面逸出幾率為42％，λ_th為0.9微米。

實(shí)驗(yàn)證明，E_g<1.2電子伏（即λ_th>1微米）的 Ⅲ-Ⅴ族化合物的激活條件比較臨界，難以獲得最佳表面狀態(tài)而且長(zhǎng)波量子效率很低。這是由于Ⅲ- Ⅴ族化合物發(fā)射層與Cs-O表面吸附層形成的界面勢(shì)壘所致。當(dāng)發(fā)射層的E_g<1.2電子伏時(shí)，被激發(fā)到導(dǎo)帶底相應(yīng)能量的電子被這個(gè)界面勢(shì)壘所“阻擋”而不能逸至真空。應(yīng)用偏壓輔助場(chǎng)則使被“阻擋”的電子獲得附加的能量，越過(guò)這個(gè)界面勢(shì)壘或利用隧道效應(yīng)穿過(guò)這個(gè)界面勢(shì)壘，在外電場(chǎng)的作用下發(fā)射至真空中，從而提高λ_th>1 微米的量子效率。為了進(jìn)一步改善電子在晶體內(nèi)的傳輸性能，以便得到最優(yōu)化條件，可將入射光的吸收層與電子發(fā)射層分開(kāi)，這就是轉(zhuǎn)移電子負(fù)電子親和勢(shì)光陰極。實(shí)際上在同一個(gè) Ⅲ-Ⅴ族化合物負(fù)電子親和勢(shì)光陰極中可同時(shí)使用偏壓輔助場(chǎng)和轉(zhuǎn)移電子的工藝。

透射式Ⅲ- Ⅴ族化合物負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的光譜響應(yīng)范圍在一定的條件下是可以設(shè)計(jì)的，其λ_th受窗口玻璃或襯底的限制;而λ_th并決定于發(fā)射體的E_g。設(shè)計(jì)時(shí)須注意選擇襯底、過(guò)渡層（突變或緩變）、發(fā)射層、窗口玻璃的光學(xué)性能（除發(fā)射層吸收入射光以外，其他各層對(duì)入射光應(yīng)盡可能透過(guò)）、晶體性能（襯底與外延層的晶格要匹配）、熱性能（各層的熱膨脹系數(shù)要接近）和選擇性腐蝕液。

反射式Ga_0.23In_0.77As光陰極的λ_th約為2.1微米。為使λ_th再向長(zhǎng)波延長(zhǎng)， 只有選擇E_g比較小的三元或四元Ⅲ-Ⅴ族化合物，例如InP_xAs_1-x，Ga_xIn_1-xSb，InP_xSb_1-x，Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y(以上)，InP_xAs_ySb_z(x+y+z=1)。要實(shí)現(xiàn)這些Ⅲ-Ⅴ族化合物負(fù)電子親和勢(shì)光陰極，首先要解決多 層異質(zhì)外延生長(zhǎng)，其次要解決光陰極的冷卻（因?yàn)?i>λ_th越長(zhǎng)，則熱發(fā)射越大）。

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標(biāo)簽：fudianzi qinheshi guangyinji、負(fù)電子親和勢(shì)光陰極

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文章名稱：《負(fù)電子親和勢(shì)光陰極》

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