Угловое распределение эмитируемых из GaAs/(Cs,O) фотокатодов электронов / Голяшов В.А., Назаров Н.А., Русецкий В.С., Миронов А.В., Аксенов В.В., Терещенко О.Е.

Фотоэмиттеры электронов, в том числе поляризованных по спину, на основе A3B5гетероструктур, поверхность которых активирована слоями (Cs,O) до состояния эффективногоотрицательного электронного сродства (ОЭС), давно нашли широкое применение в различныхоптоэлектронных приборах и ускорительной технике. Однако несмотря на это, детали процессафотоэмиссии из фотокатодов с ОЭС остаются неизученными. В частности, интерес представляетполучение полных энергетических и угловых распределений фотоэлектронов, эмитируемых изфотокатодов с ОЭС, и построение соответствующей детальной модели процесса эмиссии электроновиз области пространственного заряда (ОПЗ) на поверхности полупроводника с ОЭС в вакуум [1].Ожидается, что при упругом выходе в вакуум электронов с квантоворазмерных уровней ОПЗ наповерхности фотокатода должна сохраняться параллельная поверхности компонента квазиимпульсаэлектронов, и, вследствие изменения эффективной массы электрона, должно происходить«преломление» траекторий электронов. Эти предположения дают для p+-GaAs/(Cs,O) фотокатодаоценку предельного угла фотоэмиссии ~15º и предсказывают немонотонную связь угла эмиссии иэнергии эмитируемых электронов относительно уровня вакуума. Однако экспериментально такойзависимости не наблюдалось. С другой стороны, особенности, связанные с наличиемквантоворазмерных уровней ОПЗ, наблюдались при изучении энергетических распределенийфотоэлектронов в вакуумных диодах при низких температурах. Основной проблемой при изучениифотокатодов с ОЭС является очень низкая (до 300 мэВ) кинетическая энергия эмитируемыхфотоэлектронов и, как следствие, сильное влияние любых неоднородностей потенциалаВ данной работе исследовались эмиссионные свойства p+-GaAs/(Cs,O) фотокатодов ввакуумных фотодиодах, в которых в качестве анода использовались полупроводниковыегетероструктуры GaAs/AlGaAs с квантовыми ямами GaAs, поверхность которых была такжеактивирована до состояния ОЭС слоями (Cs,O) [2,3]. Такие фотодиоды позволяют изучать процессыкак фотоэмиссии, так и инжекции свободных электронов гетероструктурах с ОЭС, причем анодявляется относительно эффективным детектором электронов и спина электронов с пространственнымразрешением.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. По измеренным пространственным картинамкатодолюминесценции (КЛ), возникающей при инжекции эмитированных из малой (диаметр ~30мкм) области фотокатода электронов в анодную структуру, рассчитаны усредненные угловыераспределения фотоэлектронов в диапазоне температур 20-300 K. Обсуждается возможностьвосстановления полного энергетического распределения из картин КЛ и энергетическихраспределений электронов.