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第1章 绪论1

1.1三代微光像增强器简介1

1.1.1三代微光像增强器的基本原理1

1.1.2 GaAlAs/GaAs光电阴极4

1.1.3微通道板（MCP）5

1.1.4积分灵敏度6

1.1.5分辨力、MTF6

1.1.6信噪比7

1.2三代微光像增强器的应用领域及国内外发展现状8

1.2.1三代微光像增强器的应用领域8

1.2.2三代微光像增强器的国内外发展现状11

1.3 GaAs光电阴极的发展概况13

1.3.1 GaAs光电阴极的发现及特点13

1.3.2 GaAs光电阴极的制备14

1.4 GaAs光电阴极的国内外研究现状17

1.4.1 GaAs光电阴极的材料特性17

1.4.2 GaAs光电阴极激活工艺的研究19

1.4.3 GaAs光电阴极的稳定性研究20

1.4.4 GaAs光电阴极表面模型的研究22

1.5国内外GaAs光电阴极的性能现状26

1.5.1国外GaAs光电阴极的技术水平现状26

1.5.2国内GaAs光电阴极的技术水平现状29

第2章GaAs和GaAlAs光电阴极材料31

2.1 GaAs材料的性质31

2.1.1 GaAs的物理和热学性质31

2.1.2 GaAs的电阻率和载流子浓度33

2.1.3 GaAs中载流子离化率34

2.1.4 GaAs中电子的迁移率、扩散和寿命34

2.1.5 GaAs中空穴的迁移率、扩散和寿命37

2.1.6 GaAs的能带间隙40

2.1.7 GaAs的光学函数41

2.1.8 GaAs的红外吸收46

2.1.9 GaAs的光致发光谱47

2.1.10 GaAs中缺陷和缺陷的红外映像图51

2.1.11 GaAs的表面结构和氧化56

2.1.12 GaAs的腐蚀速率58

2.1.13 GaAs的界面和接触59

2.2 GaAlAs材料的一般性能61

2.2.1 GaAlAs中的缺陷能级61

2.2.2 GaAlAs中的DX缺陷中心65

2.2.3 GaAlAs的光致发光谱68

2.2.4 GaAlAs的电子迁移率70

2.2.5 LPE GaAlAs中的载流子浓度72

2.2.6 MOCVD GaAlAs的载流子浓度74

2.2.7 MBE GaAlAs的载流子浓度75

2.2.8反应离子和反应离子束对GaAlAs的腐蚀速度76

2.2.9 LPE GaAlAs的光学函数76

第3章GaAs光电阴极的光电发射与光谱响应理论90

3.1 GaAs光电阴极光电发射过程90

3.1.1光电子激发91

3.1.2光电子往阴极表面的输运92

3.1.3光电子隧穿表面势垒95

3.2 GaAs光电阴极电子能量分布99

3.2.1透射式光电阴极电子能量分布99

3.2.2反射式光电阴极电子能量分布102

3.3 GaAs光电阴极量子效率公式的推导107

3.3.1反射式GaAs光电阴极108

3.3.2背面光照下的透射式GaAs光电阴极108

3.3.3正面光照下的透射式GaAs光电阴极109

3.3.4考虑Г、L能谷及热电子发射的量子效率公式111

3.3.5考虑前表面复合速率的量子效率公式推导114

3.4 GaAs光电阴极性能参量对量子效率的影响120

3.4.1电子表面逸出几率120

3.4.2电子扩散长度120

3.4.3光电阴极厚度121

3.4.4前表面复合速率122

3.4.5后界面复合速率123

3.4.6吸收系数124

3.5 GaAs光电阴极性能参量的评估125

3.5.1 P、LD、Sfv和Sv值的确定125

3.5.2积分灵敏度的计算126

第4章GaAs光电阴极多信息量测控与评估系统128

4.1 GaAs光电阴极多信息量测控与评估系统的设计128

4.1.1 Cs源电流的原位监测和记录128

4.1.2 O源电流的原位监测和记录128

4.1.3超高真空系统真空度的原位监测和记录129

4.1.4光电阴极光电流的原位监测和记录129

4.1.5光电阴极光谱响应的原位监测和记录129

4.2超高真空激活系统130

4.2.1超高真空激活系统的结构和性能131

4.2.2超高真空的获取134

4.2.3超高真空系统与国外的差距134

4.3多信息量在线监控系统的构建135

4.4光谱响应测试仪138

4.4.1光谱响应测试原理139

4.4.2光谱响应测试仪的硬件结构140

4.4.3光谱响应测试仪的软件编制144

4.4.4光谱响应测试方式149

4.5在线量子效率测试与自动激活系统149

4.5.1系统结构150

4.5.2系统硬件设计151

4.5.3自动激活策略156

4.5.4软件设计158

4.5.5实验与结果169

4.6 GaAs光电阴极表面分析系统171

4.6.1 X射线光电子能谱仪171

4.6.2紫外光电子能谱仪173

4.6.3变角XPS表面分析技术174

4.7超高真空的残气分析系统176

4.7.1四极质谱仪原理与结构176

4.7.2 HAL201残余气体分析仪软件177

4.7.3超高真空的残气分析178

4.8研制的GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统184

第5章 反射式GaAs光电阴极的激活工艺及其优化研究186

5.1反射式GaAs光电阴极激活工艺概述186

5.2 Cs源、O源的除气工艺187

5.3 GaAs表面的净化工艺研究188

5.3.1化学清洗工艺189

5.3.2加热净化工艺的优化设计190

5.3.3 GaAs（100）面净化后的表面模型191

5.3.4阴极表面净化与XPS分析试验193

5.4 GaAs光电阴极Cs-O激活机理196

5.4.1 ［GaAs（Zn）：Cs]：O-Cs光电发射模型196

5.4.2在Cs-O激活中掺Zn的富砷（2×4）GaAs（100）表面的演变197

5.4.3基于[GaAs（Zn）：Cs］：O-Cs模型的计算200

5.5 GaAs光电阴极激活过程中多信息量监控214

5.6 GaAs光电阴极的Cs、O激活工艺及其优化研究216

5.6.1首次进Cs量对光电阴极的影响216

5.6.2 Cs/O流量比对光电阴极激活结果的影响220

5.6.3不同激活方式比较222

5.6.4高低温两步激活工艺研究224

5.6.5高低温激活过程中光电子的逸出228

5.6.6 GaAs光电阴极表面势垒的评估233

5.6.7 Cs、O激活工艺的优化措施237

5.7 GaAs光电阴极的稳定性研究238

5.7.1光照强度与光电流对光电阴极稳定性的影响238

5.7.2 Cs气氛下光电阴极的稳定性241

5.7.3重新铯化后光电阴极的稳定性243

5.7.4光电阴极光电流衰减时量子效率曲线的变化243

5.7.5重新铯化后光电阴极量子效率曲线的变化246

第6章 反射式变掺杂GaAs光电阴极材料与量子效率理论研究248

6.1反射式变掺杂GaAs光电阴极能带结构理论研究248

6.1.1梯度掺杂GaAs光电阴极的能带结构248

6.1.2指数掺杂GaAs光电阴极的能带结构250

6.1.3指数掺杂GaAs光电阴极的电子扩散漂移长度251

6.2反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率理论研究253

6.2.1指数掺杂光电阴极量子效率公式253

6.2.2指数掺杂光电阴极灵敏度与量子效率理论仿真254

6.2.3梯度掺杂GaAs光电阴极量子效率模型研究257

6.3变掺杂GaAs光电阴极材料的外延生长258

6.3.1 GaAs光电阴极材料的生长方法258

6.3.2变掺杂光电阴极材料MBE外延生长技术研究260

6.3.3 MBE外延变掺杂光电阴极材料测试评价研究261

6.4反射式变掺杂GaAs光电阴极掺杂结构的设计与制备工艺研究264

6.4.1变掺杂GaAs光电阴极材料的设计和制备265

6.4.2变掺杂GaAs光电阴极的激活实验267

6.4.3变掺杂GaAs光电阴极的激活结果270

6.4.4高性能反射式变掺杂GaAs光电阴极研究272

6.5反射式变掺杂GaAs光电阴极的评价方法276

6.5.1激活时Cs在GaAs光电阴极表面的吸附效率评估276

6.5.2变掺杂GaAs光电阴极的结构性能评估282

6.5.3不同变掺杂GaAs光电阴极的结构性能对比285

6.6反射式模拟透射式变掺杂GaAs光电阴极设计与实验288

6.6.1 MBE生长的反射式模拟透射式变掺杂GaAs光电阴极设计与实验288

6.6.2 MOCVD生长的反射式模拟透射式变掺杂GaAs光电阴极设计与实验292

第7章 透射式变掺杂GaAs光电阴极理论与实践296

7.1透射式变掺杂GaAs光电阴极能带结构与材料设计296

7.1.1均匀掺杂和指数掺杂GaAs光电阴极能带结构比较296

7.1.2透射式变掺杂GaAs光电阴极结构设计与制备297

7.2透射式变掺杂GaAs光电阴极材料与组件的性能测试299

7.2.1透射式变掺杂GaAs光电阴极材料的SEM测试299

7.2.2透射式变掺杂GaAs光电阴极材料的ECV测试300

7.2.3透射式变掺杂GaAs光电阴极材料的HRXRD测试302

7.2.4透射式变掺杂GaAs光电阴极组件的HRXRD测试303

7.3透射式GaAs光电阴极组件的光学性质与结构模拟304

7.3.1透射式GaAs光电阴极组件光学性能测试304

7.3.2透射式GaAs光电阴极组件结构模拟理论模型306

7.3.3透射式GaAs光电阴极组件光学性能拟合308

7.3.4分光光度计测试误差对光学性能的影响321

7.4透射式变掺杂GaAs光电阴极激活321

7.4.1 MBE生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极激活322

7.4.2 MOCVD生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极激活324

7.4.3透射式变掺杂GaAs光电阴极光谱响应的研究325

7.4.4 MBE与 MOCVD生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极材料与组件的比较333

7.5阴极组件光学性能对微光像增强器光谱响应的影响334

7.5.1透射式GaAs光电阴极光谱响应曲线拟合与结构设计335

7.5.2光电阴极组件光学性能对微光像增强器光谱响应的影响337

7.5.3国内外微光像增强器GaAs光电阴极光谱响应特性比较338

7.6阴极组件工艺对GaAs光电阴极材料性能的影响339

7.6.1反射式和透射式光电阴极的联系和区别339

7.6.2光电阴极组件工艺对GaAs光电阴极材料性能的影响342

7.7变掺杂GaAs光电阴极分辨力特性研究348

7.7.1均匀掺杂和变掺杂GaAs光电阴极理论模型348

7.7.2电子扩散长度、掺杂浓度与光电阴极发射层厚度对分辨力的影响354

7.7.3均匀掺杂、梯度掺杂与指数掺杂光电阴极调制传递函数的比较357

7.7.4微光像增强器的分辨力特性研究361

第8章 回顾与展望366

8.1研究工作的简单回顾366

8.2研究工作中的纠结367

8.3新一代微光像增强器光电阴极的研究展望367

参考文献369