Эмиссия и инжекция электронов низких энергий в вакуумных диодах с электродами на основе полупроводниковых гетероструктур с эффективным отрицательным электронным сродством

Несмотря на более чем пятидесятилетнюю историю развития фотоэмиттеров с эффективнымотрицательным электронным сродством (ОЭС), по-прежнему остаётся много вопросов, как в физикефотоэмиссии, так и в достижении предельных параметров приборов на основе различныхполупроводниковых фотокатодов с ОЭС. В частности, интерес представляет получениеэнергетических и угловых распределений фотоэлектронов, эмитируемых из фотокатодов с ОЭС ипостроение соответствующей детальной модели процесса эмиссии электронов из областипространственного заряда на поверхности полупроводника с ОЭС в вакуум [1]. Основной проблемойпри изучении фотокатодов с ОЭС является очень низкая (до 300 мэВ) кинетическая энергияэмитируемых фотоэлектронов, и, как следствие, сильное влияние любых неоднородностейприкладываемого электрического поля. Эту проблему удается избежать при изучении процессовфотоэмиссии электронов в вакуумных фотодиодах, в которых оба электрода являютсяполупроводниковыми гетероструктурами с эффективным отрицательным электронным сродством[2]. Кроме того, такие фотодиоды позволяют изучать инжекцию свободных электронов (в том числеполяризованных по спину) в полупроводниковые гетероструктуры.Фотодиод с двумя ОЭС электродами продемонстрировал способность генерации фототока вшироком диапазоне длин волн (350-900 нм) без потенциала смещения. Показано, что значениеэффективности преобразования световой энергии в электрическую может достигать значенияквантовой эффективности фотокатода, т.е. свыше 50%. Предложен новый вакуумныймногокаскадный солнечный элемент с несколькими p-n переходами, разделенными вакуумнымизазорами [3]. Измерения энергетических распределений фотоэлектронов при низких температурахподтвердили наличие тонкой структуры в фотоэмиссионных спектрах, связанной с рассеяниемэлектронов на оптических фононах при выходе в вакуум через квантово-размерные состояния вобласти пространственного заряда.Методом поляризованной катодолюминесценции (КЛ) изучена инжекция свободныхполяризованных по спину электронов в гетероструктуры AlGaAs с квантовыми ямами GaAs.Измерена зависимость циркулярной поляризации КЛ от энергии инжектируемых электронов винтервале 0.5-4 эВ, которая удовлетворительно описывается релаксацией спина по механизмуДьяконова-Переля. Показана возможность измерения пространственного распределения поляризацииэлектронов по одной проекции спина в сечении пучка электронов путем измеренияпространственного распределения интенсивности и поляризации КЛ. Обсуждается влияние угловогораспределения эмитированных из фотокатода электронов на получаемые картины КЛ и возможностьвосстановления полного их энергетического распределения из картин КЛ.