对532nm敏感的GaAlAs光电发射机理及其制备技术研究

GaAlAs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方法，形成从内到外的可变能带结构。通过控制内部的Al组分含量、掺杂浓度与GaAlAs层厚度，将表面的禁带宽度控制在2.33 eV，最终获得对532 nm敏感的GaAlAs光电发射材料。本项目利用第一性原理研究GaAlAs材料的能带结构设计，建立变组分变掺杂光电阴极量子效率模型，设计发射层的最佳光学结构，利用多信息量测试设备开展实验与验证研究，并和理论结果进行对比分析，不断优化材料设计，使制备的阴极在532 nm处量子效率达到25%以上，并开展窄带原型微光像增强器研究。本项目是对窄带响应GaAlAs光电阴极材料的一种探索，拟解决传统阴极材料响应波段宽、在532 nm处噪声大、灵敏度低、不能全天候使用的问题。对532 nm敏感的GaAlAs光电阴极对我国海洋探潜、海底通信、海底成像等领域具有广泛的应用前景。

针对传统阴极材料响应波段宽、噪声大、灵敏度低、不能全天候使用的问题，提出了对532 nm敏感的窄带响应GaAlAs光电阴极概念，其对海洋探潜、海底通信、海底成像等领域具有广泛的应用前景。本项目以设计与制备窄带响应GaAlAs光电阴极及探索其光电发射机理为目标，主要进行了以下研究：提出了GaAlAs(100)表面Cs-O双偶极层模型，推导了量子效率公式； 针对Ga1-xAlxAs光电阴极结构设计、空位缺陷、掺杂、表面净化、表面重构相、掺杂表面电子和原子结构以及Cs、O激活等问题，利用第一性原理计算开展了GaAlAs光电阴极电子与原子结构的深入研究；研制了反射式和透射式GaAlAs光电阴极结构设计、性能测试软件，研究了窄带响应光电阴极，实现了光电阴极结构的计算机辅助设计和性能测试的自动化；通过量子效率公式和光学性能计算公式对量子效率进行了仿真研究，在此基础上设计并生长了对532 nm敏感的透射式和反射式GaAlAs光电阴极材料，制备出了量子效率在532 nm处达到26%的反射式光电阴极；研制了基于窄带响应透射式GaAlAs光电阴极的真空光电二极管，该器件实现了在532 nm附近出现峰值响应。本项目为进一步研究对532 nm敏感的窄带微光像增强器打下良好的基础。