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第1章 绪论 1

1.1三代微光像增强器简介 1

1.1.1三代微光像增强器的基本原理 1

1.1.2 GaAlAs/GaAs光电阴极 4

1.1.3微通道板（MCP） 5

1.1.4积分灵敏度 6

1.1.5分辨力、MTF 6

1.1.6信噪比 7

1.2三代微光像增强器的应用领域及国内外发展现状 8

1.2.1三代微光像增强器的应用领域 8

1.2.2三代微光像增强器的国内外发展现状 11

1.3 GaAs光电阴极的发展概况 13

1.3.1 GaAs光电阴极的发现及特点 13

1.3.2 GaAs光电阴极的制备 14

1.4 GaAs光电阴极的国内外研究现状 17

1.4.1 GaAs光电阴极的材料特性 17

1.4.2 GaAs光电阴极激活工艺的研究 19

1.4.3 GaAs光电阴极的稳定性研究 20

1.4.4 GaAs光电阴极表面模型的研究 22

1.5国内外GaAs光电阴极的性能现状 26

1.5.1国外GaAs光电阴极的技术水平现状 26

1.5.2国内GaAs光电阴极的技术水平现状 29

第2章GaAs和GaAlAs光电阴极材料 31

2.1 GaAs材料的性质 31

2.1.1 GaAs的物理和热学性质 31

2.1.2 GaAs的电阻率和载流子浓度 33

2.1.3 GaAs中载流子离化率 34

2.1.4 GaAs中电子的迁移率、扩散和寿命 34

2.1.5 GaAs中空穴的迁移率、扩散和寿命 37

2.1.6 GaAs的能带间隙 40

2.1.7 GaAs的光学函数 41

2.1.8 GaAs的红外吸收 46

2.1.9 GaAs的光致发光谱 47

2.1.10 GaAs中缺陷和缺陷的红外映像图 51

2.1.11 GaAs的表面结构和氧化 56

2.1.12 GaAs的腐蚀速率 58

2.1.13 GaAs的界面和接触 59

2.2 GaAlAs材料的一般性能 61

2.2.1 GaAlAs中的缺陷能级 61

2.2.2 GaAlAs中的DX缺陷中心 65

2.2.3 GaAlAs的光致发光谱 68

2.2.4 GaAlAs的电子迁移率 70

2.2.5 LPE GaAlAs中的载流子浓度 72

2.2.6 MOCVD GaAlAs的载流子浓度 74

2.2.7 MBE GaAlAs的载流子浓度 75

2.2.8反应离子和反应离子束对GaAlAs的腐蚀速度 76

2.2.9 LPE GaAlAs的光学函数 76

第3章GaAs光电阴极的光电发射与光谱响应理论 90

3.1 GaAs光电阴极光电发射过程 90

3.1.1光电子激发 91

3.1.2光电子往阴极表面的输运 92

3.1.3光电子隧穿表面势垒 95

3.2 GaAs光电阴极电子能量分布 99

3.2.1透射式光电阴极电子能量分布 99

3.2.2反射式光电阴极电子能量分布 102

3.3 GaAs光电阴极量子效率公式的推导 107

3.3.1反射式GaAs光电阴极 108

3.3.2背面光照下的透射式GaAs光电阴极 108

3.3.3正面光照下的透射式GaAs光电阴极 109

3.3.4考虑Г、L能谷及热电子发射的量子效率公式 111

3.3.5考虑前表面复合速率的量子效率公式推导 114

3.4 GaAs光电阴极性能参量对量子效率的影响 120

3.4.1电子表面逸出几率 120

3.4.2电子扩散长度 120

3.4.3光电阴极厚度 121

3.4.4前表面复合速率 122

3.4.5后界面复合速率 123

3.4.6吸收系数 124

3.5 GaAs光电阴极性能参量的评估 125

3.5.1 P、LD、Sfv和Sv值的确定 125

3.5.2积分灵敏度的计算 126

第4章GaAs光电阴极多信息量测控与评估系统 128

4.1 GaAs光电阴极多信息量测控与评估系统的设计 128

4.1.1 Cs源电流的原位监测和记录 128

4.1.2 O源电流的原位监测和记录 128

4.1.3超高真空系统真空度的原位监测和记录 129

4.1.4光电阴极光电流的原位监测和记录 129

4.1.5光电阴极光谱响应的原位监测和记录 129

4.2超高真空激活系统 130

4.2.1超高真空激活系统的结构和性能 131

4.2.2超高真空的获取 134

4.2.3超高真空系统与国外的差距 134

4.3多信息量在线监控系统的构建 135

4.4光谱响应测试仪 138

4.4.1光谱响应测试原理 139

4.4.2光谱响应测试仪的硬件结构 140

4.4.3光谱响应测试仪的软件编制 144

4.4.4光谱响应测试方式 149

4.5在线量子效率测试与自动激活系统 149

4.5.1系统结构 150

4.5.2系统硬件设计 151

4.5.3自动激活策略 156

4.5.4软件设计 158

4.5.5实验与结果 169

4.6 GaAs光电阴极表面分析系统 171

4.6.1 X射线光电子能谱仪 171

4.6.2紫外光电子能谱仪 173

4.6.3变角XPS表面分析技术 174

4.7超高真空的残气分析系统 176

4.7.1四极质谱仪原理与结构 176

4.7.2 HAL201残余气体分析仪软件 177

4.7.3超高真空的残气分析 178

4.8研制的GaAs光电阴极多信息量测试与评估系统 184

第5章 反射式GaAs光电阴极的激活工艺及其优化研究 186

5.1反射式GaAs光电阴极激活工艺概述 186

5.2 Cs源、O源的除气工艺 187

5.3 GaAs表面的净化工艺研究 188

5.3.1化学清洗工艺 189

5.3.2加热净化工艺的优化设计 190

5.3.3 GaAs（100）面净化后的表面模型 191

5.3.4阴极表面净化与XPS分析试验 193

5.4 GaAs光电阴极Cs-O激活机理 196

5.4.1 ［GaAs（Zn）：Cs]：O-Cs光电发射模型 196

5.4.2在Cs-O激活中掺Zn的富砷（2×4）GaAs（100）表面的演变 197

5.4.3基于[GaAs（Zn）：Cs］：O-Cs模型的计算 200

5.5 GaAs光电阴极激活过程中多信息量监控 214

5.6 GaAs光电阴极的Cs、O激活工艺及其优化研究 216

5.6.1首次进Cs量对光电阴极的影响 216

5.6.2 Cs/O流量比对光电阴极激活结果的影响 220

5.6.3不同激活方式比较 222

5.6.4高低温两步激活工艺研究 224

5.6.5高低温激活过程中光电子的逸出 228

5.6.6 GaAs光电阴极表面势垒的评估 233

5.6.7 Cs、O激活工艺的优化措施 237

5.7 GaAs光电阴极的稳定性研究 238

5.7.1光照强度与光电流对光电阴极稳定性的影响 238

5.7.2 Cs气氛下光电阴极的稳定性 241

5.7.3重新铯化后光电阴极的稳定性 243

5.7.4光电阴极光电流衰减时量子效率曲线的变化 243

5.7.5重新铯化后光电阴极量子效率曲线的变化 246

第6章 反射式变掺杂GaAs光电阴极材料与量子效率理论研究 248

6.1反射式变掺杂GaAs光电阴极能带结构理论研究 248

6.1.1梯度掺杂GaAs光电阴极的能带结构 248

6.1.2指数掺杂GaAs光电阴极的能带结构 250

6.1.3指数掺杂GaAs光电阴极的电子扩散漂移长度 251

6.2反射式变掺杂GaAs光电阴极量子效率理论研究 253

6.2.1指数掺杂光电阴极量子效率公式 253

6.2.2指数掺杂光电阴极灵敏度与量子效率理论仿真 254

6.2.3梯度掺杂GaAs光电阴极量子效率模型研究 257

6.3变掺杂GaAs光电阴极材料的外延生长 258

6.3.1 GaAs光电阴极材料的生长方法 258

6.3.2变掺杂光电阴极材料MBE外延生长技术研究 260

6.3.3 MBE外延变掺杂光电阴极材料测试评价研究 261

6.4反射式变掺杂GaAs光电阴极掺杂结构的设计与制备工艺研究 264

6.4.1变掺杂GaAs光电阴极材料的设计和制备 265

6.4.2变掺杂GaAs光电阴极的激活实验 267

6.4.3变掺杂GaAs光电阴极的激活结果 270

6.4.4高性能反射式变掺杂GaAs光电阴极研究 272

6.5反射式变掺杂GaAs光电阴极的评价方法 276

6.5.1激活时Cs在GaAs光电阴极表面的吸附效率评估 276

6.5.2变掺杂GaAs光电阴极的结构性能评估 282

6.5.3不同变掺杂GaAs光电阴极的结构性能对比 285

6.6反射式模拟透射式变掺杂GaAs光电阴极设计与实验 288

6.6.1 MBE生长的反射式模拟透射式变掺杂GaAs光电阴极设计与实验 288

6.6.2 MOCVD生长的反射式模拟透射式变掺杂GaAs光电阴极设计与实验 292

第7章 透射式变掺杂GaAs光电阴极理论与实践 296

7.1透射式变掺杂GaAs光电阴极能带结构与材料设计 296

7.1.1均匀掺杂和指数掺杂GaAs光电阴极能带结构比较 296

7.1.2透射式变掺杂GaAs光电阴极结构设计与制备 297

7.2透射式变掺杂GaAs光电阴极材料与组件的性能测试 299

7.2.1透射式变掺杂GaAs光电阴极材料的SEM测试 299

7.2.2透射式变掺杂GaAs光电阴极材料的ECV测试 300

7.2.3透射式变掺杂GaAs光电阴极材料的HRXRD测试 302

7.2.4透射式变掺杂GaAs光电阴极组件的HRXRD测试 303

7.3透射式GaAs光电阴极组件的光学性质与结构模拟 304

7.3.1透射式GaAs光电阴极组件光学性能测试 304

7.3.2透射式GaAs光电阴极组件结构模拟理论模型 306

7.3.3透射式GaAs光电阴极组件光学性能拟合 308

7.3.4分光光度计测试误差对光学性能的影响 321

7.4透射式变掺杂GaAs光电阴极激活 321

7.4.1 MBE生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极激活 322

7.4.2 MOCVD生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极激活 324

7.4.3透射式变掺杂GaAs光电阴极光谱响应的研究 325

7.4.4 MBE与 MOCVD生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极材料与组件的比较 333

7.5阴极组件光学性能对微光像增强器光谱响应的影响 334

7.5.1透射式GaAs光电阴极光谱响应曲线拟合与结构设计 335

7.5.2光电阴极组件光学性能对微光像增强器光谱响应的影响 337

7.5.3国内外微光像增强器GaAs光电阴极光谱响应特性比较 338

7.6阴极组件工艺对GaAs光电阴极材料性能的影响 339

7.6.1反射式和透射式光电阴极的联系和区别 339

7.6.2光电阴极组件工艺对GaAs光电阴极材料性能的影响 342

7.7变掺杂GaAs光电阴极分辨力特性研究 348

7.7.1均匀掺杂和变掺杂GaAs光电阴极理论模型 348

7.7.2电子扩散长度、掺杂浓度与光电阴极发射层厚度对分辨力的影响 354

7.7.3均匀掺杂、梯度掺杂与指数掺杂光电阴极调制传递函数的比较 357

7.7.4微光像增强器的分辨力特性研究 361

第8章 回顾与展望 366

8.1研究工作的简单回顾 366

8.2研究工作中的纠结 367

8.3新一代微光像增强器光电阴极的研究展望 367

参考文献 369