变组分AlGaAs/GaAs NEA光电发射材料研究

变组分AlGaAs/GaAs NEA光电发射材料是指在一定厚度的AlGaAs缓冲层内，生长从AlGaAs到GaAs发射层Al组分逐渐降低的变组分AlGaAs层，构建从缓冲层到发射层的内建电场，在内建电场作用下，AlGaAs中产生的光电子很快漂移到发射层，从而提高材料对蓝紫光探测的量子效率和X射线探测的能量分辨率。本项目拟探索变组分AlGaAs/GaAs NEA光电发射材料能带结构和内建电场，并基于内建电场作用下的电子输运，建立变组分AlGaAs/GaAs材料的近红外、可见光量子效率理论和X射线探测理论；基于上述理论对材料结构进行优化设计，利用表面光电压谱、荧光光谱等测试仪器对设计的材料进行性能表征，并通过制备实验验证变组分AlGaAs/GaAs材料的设计思想和理论模型。变组分AlGaAs/GaAs光电发射材料在微光夜视、生物医学、环境监测、核技术、空间探测等领域具有广泛应用前景。

本项目建立了用于光电探测和X射线探测的变组分AlGaAs/GaAs材料光电发射理论模型和数值计算方法。该模型不仅考虑了载流子在变组分材料内建电场作用下的动力学输运过程，而且考虑了材料参数受Al组分含量和掺杂浓度的影响。利用该理论模型对变组分材料用于光电探测和X射线探测的量子效率和分辨力特性进行了仿真分析。理论仿真了反射式GaAs:Cs光电发射材料电子能量分布曲线，并通过实验能量分布曲线的拟合分析得到了GaAs:Cs材料的扩散长度和表面势垒参数。项目设计并生长了10多种不同结构AlGaAs/GaAs材料，利用扫描电镜、电化学C-V、表面光电压谱仪对生长的材料进行了性能表征，提出了一种简单有效的表面光电压谱表征分析方法。在超高真空激活系统中成功制备了大量AlGaAs/GaAs光电发射材料，通过制备实验优化了材料结构，实验结果验证了变组分对提升光电发射材料性能的重要作用。这种作用尤其表现在透射式材料方面，变组分能显著提升透射式材料短波光子量子效率而不影响长波。变组分材料的这些优点使得该材料在微光夜视、生物医学、环境监测、核技术、空间探测等领域具有广泛应用前景。