Новые электронные состояния на интерфейсе p-GaN(Cs,O)-вакуум при больших (Cs,O)-покрытиях

Abstract

Фотокатоды с эффективным отрицательным электронным сродством (ОЭС), созданные на основе эпитаксиальных p-GaN – слоёв с субмонослойными (Cs,O) –покрытиями, обладают высокой квантовой эффективностью в УФ – области спектра. Фотоприёмники с такими фотокатодами широко используются в системах дистанционного контроля потерь электроэнергии на высоковольтных установках и линиях электропередачи, а также в важных системах специального назначения. Несмотря на существенные успехи в разработках p-GaN(Cs,O)-фотокатодов для УФ – фотоприёмников, связи неупорядоченной атомной структуры интерфейсов p-GaN(Cs,O)-вакуум с их фото - и термо - эмиссионными свойствами изучены недостаточно. Существующие методики формирования оптимального (Cs,O) – покрытия (оп), обеспечивающего максимальную вероятность выхода фотоэлектронов из p-GaN(Cs,O) – фотокатода в вакуум (Pe), найдены эмпирически и не гарантируют достижения её физически – предельного значения. Пытаясь глубже понять закономерности формирования атомной структуры и энергетической диаграммы ОЭС – интерфейса p-GaN(Cs,O) – фотокатода, мы впервые изучили в данной работе спонтанные изменения Pe(t) и энергетических распределений фотоэлектронов (ne(lon,t)), эмитированных из фотокатода с (Cs,O) – покрытием, «толщина» которого существенно превышала оп. Для измерения ne(lon,t) - распределений мы установили в камеру формирования (Cs,O) – покрытия простейший электронный спектрометр с однородным тормозящим электрическим полем [1]. Эксперименты проводились в экстремально – высоком вакууме, в котором изменения Pe(t) в результате адсорбции остаточных газов были невелики [1]. На поверхность p-GaN было нанесено (Cs,O) – покрытие в три раза превышающее оп. Результаты измерений эволюции ne(lon,t) – распределений во времени показаны на рисунке. Время t на рисунке соответствуют интервалу времени между моментом завершения нанесения (Cs,O) – покрытия и моментом измерения соответствующего ne(lon) – распределения. Энергетические положения дна зоны проводимости (cb) в объёме p-GaN-слоя обозначены на рисунке вертикальными стрелками соответствующего цвета. Необычной особенностью ne(lon) – распределений на рисунке является узкий пик, расположенный при малых lon. Из рисунка следует, что амплитуда пика снижалась в течение первых ~ 60 часов, в то время как изменения энергетического положения его максимума и положения cb в течение этого времени оказались близки к погрешности измерений. Отметим, что форма высокоэнергетического крыла ne(lon) – распределения в течение первых ~ 50 часов фактически не изменялась. Дальнейшее увеличение t сопровождалось смещением cb в область меньших lon и выраженным снижением амплитуды высокоэнергетического крыла ne(lon) – распределения из – увеличения вероятности рассеяния и рекомбинации выходящих в вакуум фотоэлектронов. Мы полагаем, что возникновение пика в ne(lon) – распределениях связано с резонансным электронным состоянием на интерфейсе p-GaN(Сs,O)-вакуум, увеличивающим вероятность выхода электронов.