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(dǎo)體材料，對(duì)InGaAs表面進(jìn)行合適的敏化可以生成負(fù)電子親和勢(shì)。負(fù)電子親和勢(shì)InGaAs光電陰極在1～3μm的近紅外區(qū)域具有較好的光譜響應(yīng)，對(duì)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(qiáng)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(jì)算方法，對(duì)InGaAs光電陰極的襯底材料、發(fā)射層體性質(zhì)和表面敏化進(jìn)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(dǎo)。

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(wèn)題，雖然加入了GaAlAs緩沖層來(lái)解決晶格失配，但是GaAs襯底質(zhì)量仍會(huì)影響發(fā)射層的晶格生長(zhǎng)，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(diǎn)缺陷的情況。Zn摻雜后GaAs襯底的禁帶寬度變窄，摻雜原子周?chē)x子性增強(qiáng)，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(diǎn)缺陷，分析了點(diǎn)缺陷存在時(shí)GaAs

3、的形成能及光學(xué)性質(zhì)，指出VGa、AsGa、Asin等3種點(diǎn)缺陷在GaAs襯底中比較容易形成，點(diǎn)缺陷的存在使得襯底的光譜響應(yīng)往長(zhǎng)波段移動(dòng)。InxGa1-xAs發(fā)射層中，當(dāng)In組分x不同時(shí)，晶格常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)都會(huì)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(duì)負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極是至關(guān)重要

4、的，但摻雜和空位對(duì)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(shí)，替換In還是Ga原子對(duì)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(shí)，本文著重研究了空位缺陷與Zn摻雜對(duì)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(huì)產(chǎn)生受主能級(jí)，有利于光電子的輸運(yùn);而Ga、In空位會(huì)產(chǎn)生間

5、接帶隙，應(yīng)該盡量避免。
　　InGaAs材料的表面敏化是產(chǎn)生負(fù)電子親和勢(shì)的關(guān)鍵，本文著重研究了其表面敏化機(jī)理。InGaAs材料表面存在弛豫與重構(gòu)，經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為富Asβ2(2×4)表面是有利于敏化的重構(gòu)形式。隨后對(duì)該表面進(jìn)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(wèn)題，提出了Cs覆蓋度的臨界值為0.5 ML。超過(guò)這個(gè)值時(shí)，需要對(duì)表面進(jìn)行Cs與O的交替激