近紅外InGaAs光電陰極材料特性仿真與表面敏化研究.pdf

1、InGaAs是一種重要的三元Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，對InGaAs表面進行合適的敏化可以生成負電子親和勢。負電子親和勢InGaAs光電陰極在1～3μm的近紅外區(qū)域具有較好的光譜響應，對于制備新型的近紅外微光夜視器件和系統(tǒng)，研究高性能的近紅外微光像增強器有比較重要的意義。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，對InGaAs光電陰極的襯底材料、發(fā)射層體性質(zhì)和表面敏化進行了研究，在理論和模擬層面為InGaAs光電陰極的研制提供了指導。

2、r>　　InGaAs光電陰極的GaAs襯底與InGaAs發(fā)射層之間存在晶格失配問題，雖然加入了GaAlAs緩沖層來解決晶格失配，但是GaAs襯底質(zhì)量仍會影響發(fā)射層的晶格生長，從而影響發(fā)射層的光電發(fā)射性能。本文研究了GaAs襯底摻雜和點缺陷的情況。Zn摻雜后GaAs襯底的禁帶寬度變窄，摻雜原子周圍離子性增強，形成了有效的p型襯底。提出在襯底中存在VAs、 VGa、AsGa、GaAs、Asin和Gain6種點缺陷，分析了點缺陷存在時GaAs

3、的形成能及光學性質(zhì)，指出VGa、AsGa、Asin等3種點缺陷在GaAs襯底中比較容易形成，點缺陷的存在使得襯底的光譜響應往長波段移動。InxGa1-xAs發(fā)射層中，當In組分x不同時，晶格常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)都會發(fā)生改變。本文研究了不同組分的InxGa1-xAs發(fā)射層的性質(zhì)，選擇組分為0.53的In0.53Ga0.47As材料為InxGa1-xAs光電陰極發(fā)射層。
　　InGaAs材料的體性能對負電子親和勢光電陰極是至關(guān)重要

4、的，但摻雜和空位對體材料性能的影響尚不清晰。本文研究了本征In0.53Ga0.47As發(fā)射層材料的體特性，并選擇了Zn作為替位式摻雜原子，指出在替位摻雜時，替換In還是Ga原子對材料的影響一致，可以不考慮區(qū)分，都能形成合適的p型摻雜InGaAs材料。同時，本文著重研究了空位缺陷與Zn摻雜對In0.53Ga0.47As材料特性的共同影響。指出As空位缺陷與Zn摻雜原子共同作用后，會產(chǎn)生受主能級，有利于光電子的輸運;而Ga、In空位會產(chǎn)生間

5、接帶隙，應該盡量避免。
　　InGaAs材料的表面敏化是產(chǎn)生負電子親和勢的關(guān)鍵，本文著重研究了其表面敏化機理。InGaAs材料表面存在弛豫與重構(gòu)，經(jīng)過研究認為富Asβ2(2×4)表面是有利于敏化的重構(gòu)形式。隨后對該表面進行了摻雜，分析了摻雜后表面性質(zhì)，指出Zn4摻雜位是最合適的摻雜位，為表面敏化提供了較好的基礎(chǔ)。研究了表面敏化中“Cs中毒”的問題，提出了Cs覆蓋度的臨界值為0.5 ML。超過這個值時，需要對表面進行Cs與O的交替激