负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正

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1、第>-卷第!#期#%%&年!#月物理学报NO4+>-，(O+!#，P;:;1Q;R，#%%&!%%%0.#&%G#%%&G>（-!#）G-,$.0%-*FI*JKLDMF*DM(MF*$#%%&FS3<+JSTE+DO:+"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正!!）"#）杜晓晴常本康!）（重庆大学光电工程学院，光电技术及系统教育部重点实验室，重庆$%%%$$）#）（南京理工大学电子工程与光电技术

2、学院，南京#!%%&$）（#%%&年!月’日收到；#%%&年$月!#日收到修改稿）量子效率是表征负电子亲和势（()*）光电阴极发射性能的最重要的特性参数，准确建立量子效率公式为揭示各个阴极参量对整体性能的影响以及()*光电阴极的优化设计提供了重要的理论指导+在对()*光电阴极体内及表面光电发射过程的分析基础上，考虑入射光子能量、表面能带弯曲区以及表面势垒对电子发射的影响，对表面逸出概率和电子衰减长度进行了修正，并利用积分法推导了()*光电阴极的量子效率公式，其理论预测曲线与实验曲线基本一致，从而验证了修正公式的实用性+

3、为()*光电阴极的研究提供了有效的理论参考依据+关键词：负电子亲和势光电阴极，量子效率，能带弯曲区，衰减长度!"##：’&,%，’#-%)，’.,%/，’.#%*截止波段与短波响应谱区发生变化的内在原因+特!=引言别是对于紫外响应的A2(0()*光电阴极，由于其禁带宽度宽，表面能带弯曲区又有着较大的弯曲量以负电子亲和势（()*）光电阴极作为一种量子效及较宽的长度，对应的表面电场也将较强，而A2(率高、发射电子能量分布集中、响应阈值可调的高效的短波光子大部分是在近表面被吸收，因此表面冷电子发射源，在弱光探测、高能物理、空

4、间技术等??@对整体光电发射性能有着较大的影响，需要与［!—>］领域一直有着迫切需求+量子效率是表征光电体内光电发射区别考虑+阴极发射性能的最主要的特性参数，也是阴极参量为此，本文分别考虑了()*光电阴极体内及表在光电发射即传统“三步”过程的体现，因此利用“三面的光电发射过程，分析了入射光子能量、表面能带步发射”模型可以建立量子效率理论公式，从而揭示弯曲区以及表面势垒对电子发射的影响，并以此来各个阴极参量与量子效率之间的内在联系，并为阴修正表面逸出概率和电子衰减长度等阴极参量，最极发射性能的预测、影响实际发射性能的原因

5、分析后利用积分推导法，通过体内与表面的分别积分建以及阴极结构与工艺优化提供理论指导+立了总体量子效率公式，为()*光电阴极的研究提传统的量子效率公式是通过求解扩散方程得到供实用而有效的理论指导+的，推导简单，物理意义明确，而且影响阴极最终量子效率的阴极参量主要包括体内电子扩散长度!、#=()*光电阴极光电发射的过程分析光电子表面逸出概率、后界面复合速率等，对实际应［,］用具有一定的指导意义+但在这一推导过程中，将()*光电阴极的光电发射原理如图!所示+这()*光电阴极表面能带弯曲区（??@）以及表面势垒种阴极一般采用B

6、型重掺杂（掺杂浓度一般在!’!&C.对光电发射的影响简单整合进表面逸出概率的参量!%—!%:1）的!族或"0#族半导体材料（如并作为一个常数考虑，从而无法直接揭示阴极表面D3，A2*E，A2(等）作为光电发射材料，在超高真空系参量对阴极发射性能的影响；同时也没有考虑入射统中通过对光电发射材料表面进行低功函数材料光子能量、??@中的高强度内建电场对发射电子能（如FE或FEGH）的激活与吸附来获得真空能级低于量和表面逸出概率的影响，自然也无法揭示阴极在体内导带能级，即)(*状态的表面+由于表面为!国家自然科学基金（批准号：

7、,%’%!%!.，,%-’!%!#）资助的课题+")01234：56789:86+;56+:<,200物理学报3,卷!"#状态，很容易通过隧道效应穿越由激活层构成从前表面发射时，为反射式工作方式；当光从阴极的的表面势垒而进入真空，然后被施加了电压的阳极后表面（入射窗或衬底）入射而电子从前表面发射收集后作为光电流输出$时，为透射式工作方式$这两种工作方式可根据实际图%中还给出了!"#光电阴极的两种工作方应用需求进行选择$式：当光从阴极前表面（激活层表面）入射而电子也由图%看到，光电发射层表面存在一个能带弯图%!"#光电阴

8、极的光电发射原理示意图曲区（&&’），这是(型光电发射材料与激活层材料&&’的光电子以漂移方式很快输运到表面势垒处，相互作用的结果，该能带弯曲量一般钉扎在光电发在这个运动过程中，光电子散射增强并以一个较快［+］射材料禁带宽度的%)*处$根据!"#光电阴极的的光电子衰减速率衰减，有一部分光电子会从!谷［,］偶极层模型，部分激活层将构