课题基金基金详情
蓝绿敏感变组分变掺杂多层结构AlGaAs/GaAs阴极光电发射机理研究
结题报告
批准号:
61308089
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
陈亮
依托单位:
学科分类:
F0509.光学和光电子材料
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
程宏昌、张淑琴、拜晓锋、刘福莉、余军、周占春
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中文摘要
蓝绿敏感AlGaAs/GaAs光电阴极采用Al组分和掺杂浓度由体内向表面逐渐降低的变组分变掺杂的方法,形成从内到外的可变能带结构,从而使光生电子以电场漂移和浓度扩散双重方式向表面输运。本项目利用第一性原理研究变组分变掺杂结构材料的能带结构,建立变组分变掺杂结构材料的稳态光电压谱模型和量子效率模型,借助瞬态浓度光栅和稳态光电压谱实现对阴极材料性能的复合评价分析,并和阴极材料激活后的量子效率曲线进行对比研究实现对光生电子隧穿表面势垒层的表面电子逸出几率曲线的准确拟合,从而构建阴极材料激活前后的闭环评价体系。利用该闭环评价体系,开展变组分变掺杂结构优化设计、表面势垒隧穿机理分析和响应光谱调制等方面的研究。高性能蓝绿敏感AlGaAs/GaAs光电阴极在我国泥土和沙漠探测、海洋探潜、海底通信、海底成像等领域具有广泛的应用前景。
英文摘要
The sensitive to blue and green AlGaAs/GaAs photocathode will be prepared with varied Al composition and varied doping concentration by varied doping from body to surface in order to form a varied energy band for cathode material, thus the photo-excited electrons can transport to surface not only through concentration diffusion but also through electric field drift. This project will firstly carry out research on energy band of varied composition and doping concentration by first principles study, thus the models of steady-state photovoltage spectroscopy and quantum efficiency can be well established. The parameters of cathode materials will be composite evaluated by steady-state photovoltage spectroscopy and instantaneous concentration grating, furthermore the surface escaping probability for excited electrons to tunnel through surface barriers can be well fitted through the comparative research between composited evaluations before activation and quantum efficiency after activation. Finally this comparative research method can form a closed-loop research system for AlGaAs/GaAs photocathode and we can carry out research on optimal design of cathode materials、surface barriers tunneling mechanism、 spectral response band modulation and other aspects. High-performance extended blue AlGaAs/GaAs photocathode will have wide applications in desert and earth detection、ocean submarine detection、ocean communication、 seabed imaging and other aspects.
本项目利用第一性原理研究不同Al组分含量和掺杂浓度变化条件下,阴极能带结构的形状和大小,研究不同掺杂浓度区域交界面处耗尽层的宽度,内建电场的大小及对电子运动规律影响。计算了不同Al组分Ga1-xAlxAs体材料的性质,结果表明Al-As键的极性强于Ga-As键,随着Al组分的增加,吸收峰向高能端移动。掺杂Ga0.5Al0.5As模型的计算表明间隙掺杂表现出n型特性,替位掺杂表现出p型性质。Be原子形成间隙掺杂和替位掺杂的概率接近,而Zn原子更倾向于形成替位掺杂。构造了Al2O3和Ga2O3在Ga0.5Al0.5As(001)β2(2×4)重构相上的吸附模型,通过计算得出Al2O3形成能和吸附能均高于Ga2O3,为阴极高温清洗需要更高的温度提供了理论支撑。对比研究了Cs吸附于Ga0.5Al0.5As(001)β2(2×4)表面不同吸附位的性质。不同覆盖度Cs吸附研究表明,随着Cs覆盖度的增加,吸附能逐渐升高,吸附稳定性降低,功函数先是逐渐降低,在0.75ML时达到最低,随后开始回升。依据变组分变掺杂材料能带结构和内建电场,建立阴极材料的稳态光电压谱理论模型,并结合光生载流子扩散方程,推导出阴极材料稳压光电压谱的理论拟合方程。最终依据实验测试曲线,通过最小二乘法拟合出阴极材料的核心关键参数。同时和阴极激活后的量子效率测试构成阴极的闭环评价体系,实现对表面势垒和电子溢出几率的拟合测试。围绕蓝绿光波段的量子效率提升进行阴极材料的结构优化设计,并对不同设计结构下阴极响应光谱的调制进行研究,并结合不同结构阴极材料对比评价研究开展阴极Cs-O激活工艺和阴极稳定性的综合评价研究。相关研究成果对我国沙漠探测、海洋探潜、海底通信、海底成像等领域相关蓝绿敏感光电探测器件研究具有重要的理论意义和广泛的应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.apsusc.2014.10.088
发表时间:2015
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Yang Shen;Liang Chen;Y. Qian;D. Yanyan;Shuqin Zhang;Meishan Wang
通讯作者:Yang Shen;Liang Chen;Y. Qian;D. Yanyan;Shuqin Zhang;Meishan Wang
Resolution properties of reflection-mode exponential-doping GaAs photocathodes
反射模式指数掺杂砷化镓光电阴极的分辨率特性
DOI:10.1016/j.mssp.2014.03.006
发表时间:2014-08
期刊:Materials Science in Semiconductor Processing
影响因子:4.1
作者:Honggang Wang 等
通讯作者:Honggang Wang 等
DOI:--
发表时间:2016
期刊:OPTIK
影响因子:3.1
作者:Lin Yin;Liang Chen
通讯作者:Liang Chen
DOI:10.1016/j.optcom.2014.10.004
发表时间:2015-03
期刊:Optics Communications
影响因子:2.4
作者:Liang Chen;Yang Shen;Shuqin Zhang;Y. Qian;Sunan Xu
通讯作者:Liang Chen;Yang Shen;Shuqin Zhang;Y. Qian;Sunan Xu
Quantum efficiency decay mechanism of NEA GaN photocathode: A first-principles research
NEA GaN光电阴极量子效率衰减机制:第一性原理研究
DOI:10.3788/col201513.100401
发表时间:2015-10
期刊:Chinese Optics Letters
影响因子:3.5
作者:Yang Shen;Liang Chen;Shuqin Zhang;Yunsheng Qian
通讯作者:Yunsheng Qian
日盲紫外AlGaN真空探测光阴极发射机理及结构优化研究
  • 批准号:
    61775203
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    陈亮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金