Формирование атомарно-гладкой эмитирующей поверхности полупрозрачного р-GaAs(Cs,O) - фотокатода

Полупрозрачные p-GaAs(Cs,O) - фотокатоды (ПФК) c эффективным отрицательным электроннымсродством (ОЭС) широко используются в современных фотоприёмниках различного назначения ипоэтому, поиск путей повышения их технических характеристик является актуальной научнойзадачей. В настоящее время принято считать, что основные характеристики p-GaAs(Cs,O) -фотокатодов, такие как вероятность выхода фотоэлектронов в вакуум и угловое распределениеэмитированных фотоэлектронов, ограничены шероховатостью эмитирующей поверхности p-GaAs -слоя [1]. В данной работе впервые экспериментально показана возможность формирования атомарно– гладкой эмитирующей поверхности p-GaAs - слоя полупрозрачного фотокатода на подложке из«толстого» стекла без введения дислокационной сетки в полупроводниковую структуру. Вэкспериментах использовались многослойные гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС), выращенныеметодом МОС - гидридной эпитаксии. В качестве просветляющего покрытия ГЭС был использованSiO - слой. Сочленение ГЭС со стеклянной подложкой выполнено электродиффузионной сваркой.Выбранные материалы и режимы сварки исключали введение дислокаций в ГЭС. Для удаленияGaAs-подложки и «стопорного» AlGaAs - слоя использовались селективные травители на основеNH4OH : H2O2 и HCl, соответственно. Среднеквадратичная шероховатость поверхности активного pGaAs - слоя после использования селективныхтравителей, измеренная атомно – силовыммикроскопом (АСМ), была близка к ~ 0.2 нм.Финишное «выглаживание» эмитирующейповерхности p-GaAs - слоя включало два этапа. Напервом этапе мы использовали химикомеханическое полирование (ХМП) p-GaAs-слоя вразбавленном щелочном растворе оригинальногосостава без использования абразивных материалов.После ХМП среднеквадратичная шероховатостьповерхности p-GaAs - слоя не превышала ~ 0.1 нм.Дальнейшее «выглаживание» поверхности p-GaAs -слоя ПФК проводилось путём его прогрева в«равновесных» условиях. Для обеспечения этихусловий поверхность р-GaAs - слоя ПФК«прикрывалась» р-GaAs - слоем идентичногосостава и помещалась в «самодельную» печь,заполненную чистым водородом. Прогревпроводился в равновесных условиях, в которыхпотоки мышьяка, галлия и цинка из p-GaAs - слоя ПФК и «прикрывающего» p-GaAs - слояуравновешивали друг друга. Рельеф эмитирующей поверхности р-GaAs-слоя ПФК после второгоэтапа «выглаживания», измеренный методом АСМ, показан на рисунке. Из рисунка следует, что наповерхности p-GaAs - слоя сформировались регулярные террасы атомной высоты. Появлениеатомарно – гладких террас на поверхности p-GaAs - слоя указывает на то, что снижение удельнойсвободной энергии поверхности обусловлено снижением её удельной энтальпии.Фотолюминесцентное изображение p-GaAs - слоя «показало» отсутствие следов дислокационнойсетки в фотокатодной структуре. Мы полагаем, что дальнейшее совершенствование предложеннойметодики финишной обработки поверхности p-GaAs-слоя позволит создать ПФК с физическипредельными характеристиками.