GaAs基InAsGaSb红外光电阴极材料研究

理论设计并实验研究一种全新的红外阴极材料结构，采用III-V 族化合物GaAs基InAsGaSb作为复合式红外阴极，改变目前红外条纹变像管只能响应1.7微米以下光波的局面，提升红外条纹变像管工作的光谱范围到2微米以上。理论与实验研究相结合，兼顾量子效率与响应速度，通过建立较为完善的物理数值模型，设计优化红外光电阴极参数。在GaAs衬底上外延生长InAsGaSb 红外阴极结构；引入量子阱结构和势垒增强层，提高量子效率同时降低暗电流。采用现有成熟变像管管型，优化阴极表面Cs-O激活技术提高表面光电子发射效率，降低阴极的室温暗电流小于1nA/cm2。

通过变相管可以实现极高的增益的红外成像，并具有极高的时间响应特性，相对半导体探测器，红外条纹相机可以获得极高的时间分辨。一般半导体探测器，最高的时间分辨达到纳秒（10e-9秒）量级。而基于红外条纹相机的时间响应可以达到皮秒（10e-12秒）量级，红外变相管对众多的超快过程中的红外信息，例如核反应，化学反应过程，超快光谱学、表面相互作用、分子动力学、等离子体物理以及生物光学（例如光合作用等）增强人们通过红外波段研究各种超快现象的能力。为提高人们对相关过程的认识提供有效的分析手段。高质量的红外变相管在红外对抗、核技术、化学研究、药物检测、资源探测等领具有重要的应用价值。 .项目提出在GaAs衬底上外延生长InAsGaSb 红外阴极结构；理论设计一种全新的红外阴极材料，采用III-V 族化合物InAsGaSb作为红外阴极，改变目前红外条纹变像管只能响应1.7微米以下光波的局面，提升红外条纹变像管工作的光谱范围到2微米以上。建立物理数值模型，对GaAs基InAsGaSb光电阴极的工作机理进行研究。设计优化红外光电阴极参数。在GaAs衬底上外延生长InAsGaSb 红外阴极结构；引入量子阱结构和势垒增强层，提高量子效率同时降低暗电流。设计阴极灵敏度测试管的结构设计，优化设计参数；完成光电管的设计和选制方案。研制完成GaAs基InAsGaSb光电阴极光电管样管。完成测试管的制作，并对性能进行测评，并对测试管进行了测评表征。获得了优于2ps的时间分辨，优于美国Livermore实验室报道的5ps的结果。项目为新型的红外光电阴极的研究，在理论和工艺上做了有益的探索。项目运行期间国内外发表文章4篇，申请国家专利一项。共培养研究生5人，其中4人已经毕业。