变组分AlGaAsGaAs透射式光电阴极分辨力特性分析.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 16 (2014) 167902 变组分AlGaAs/GaAs透射式光电阴极 分辨力特性分析 邓文娟 彭新村 邹继军 江少涛 郭栋 张益军 常本康 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AlGaAs/GaAs 光电阴极二维载流子输运连续性方程. 在一定的边界条件下, 利用数值计 算方法对此方程进行求解, 得到了变组分AlGaAs/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Al 组分变化范围、入射光子波 长、AlGaAs 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—500 lpmm 区间时, 分辨力的提高最为明显, 如当 lpmm 时, 一般可提高 150%—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.–i, 42.30.Lr, 73.50.Gr, 73.61.Ey DOI: 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711 . 在GaAs 光电阴极的研究中, 人们对于其量子 负电子亲和势(NEA) GaAs 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16 . 而变组分AlGaAs/GaAs 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[11] 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AlGaAs 层, 构建从缓冲层到发射 但变组分AlGaAs/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AlGaAs 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NEA GaAs 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 反映了这