GaAs光陰極是一種高性能光陰極，它由GaAs/GaAlAs外延片和玻璃基底粘接而成。為了了解外延片的元素深度分布和各層的均勻性，利用X 射線光電子能譜和Ar 離子刻蝕來進(jìn)行深度剖析。結(jié)果表明，由于送樣過程中曾短暫暴露大氣,因而GaAs 光陰極表面吸附有少量C、O污染，并且GaAs表層被氧化；GaAs層中的Ga、As元素含量非常均勻，約為3：2，富Ga;而GaAlAs 層中的Ga、Al 和As 含量比約為1：1：2，Ga 略少于Al，但稍大于Ga0.42Al0.58As 的比例。Ar 離子槍采用3 kV、1 uA 模式,刻蝕面積1 mm × 1 mm，結(jié)合C-V 測試得到的各層厚度數(shù)據(jù)，可以計算出該模式下各層的刻蝕速率，GaAs 層的刻蝕速率約為1.091nm/s，而GaAlAs 層約為0.790nm/s，并且推算出GaAs 的濺射產(chǎn)額為4.00，GaAlAs的濺射產(chǎn)額為2.90。

　　砷化鎵(GaAs)光陰極靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬，在軍事、警用、天文等弱光探測領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。GaAs光陰極對像增強(qiáng)器等光電器件的性能有很大影響，尤其是GaAs 激活層和GaAlAs 緩沖層的均勻性。

　　對于GaAs光陰極各層界面的深度剖析，大多是利用俄歇電子能譜(AES)進(jìn)行的 ，但是AES對表面結(jié)構(gòu)存在一定的破壞性。X射線光電子能譜(XPS)對表面的損傷非常微弱，半定量分析更為準(zhǔn)確，在深度剖析的應(yīng)用中更能準(zhǔn)確地說明元素的二維深度分布。實驗利用XPS來分析GaAs 光陰極表面的元素組成，并結(jié)合Ar離子槍進(jìn)行深度刻蝕，測定GaAs/GaAlAs外延片各層中的元素縱深分布，獲取各層的深度剖析譜圖，了解各層的元素均勻性，最后根據(jù)電化學(xué)C-V測試的厚度數(shù)據(jù)來計算相應(yīng)的刻蝕速率，推導(dǎo)出GaAs和GaAlAs的濺射產(chǎn)額。

1、原理介紹

　　Ar離子刻蝕深度剖析是一種使用最廣泛的深度剖析方法，隨著表面材料的刻蝕和XPS或AES分析的交替進(jìn)行，這樣就可以獲得元素沿樣品深度方向的分布，即樣品的深度剖析。

　　Ar 離子的刻蝕速率

　　式中: S為刻蝕速率(cm/s)； I為離子束束流(A)； Y為濺射產(chǎn)額(原子/離子)；X為靶材料原子量；A為刻蝕面積(cm2)；e為電子電荷;Q為靶密度(g/cm3)；N A 為阿伏伽德羅常數(shù)。

結(jié)論

　　實驗用GaAs/GaAlAs光陰極各層的含量均勻,具有清晰的層狀結(jié)構(gòu)。特別是GaAs層的Ga、As含量非常均勻，可以保證獲得性能優(yōu)異的GaAs 光陰極。在實際工作中，相同材料制作的光陰極經(jīng)過熱清洗激活后，靈敏度平均可達(dá)1600uA/lm 以上。

　　Ar離子槍在3kV、1uA、1 mm × 1 mm 模式下，Ar離子對GaAs的刻蝕速率大約為1.091nm/s，對GaAlAs 大約為0.790nm/s，化合物狀態(tài)下的濺射產(chǎn)額YGaAs= 4.00，YGaAlAs= 2.90。由于化合物狀態(tài)下?lián)駜?yōu)濺射的影響較為嚴(yán)重，因而得到的化合物配比與理想配比之間存在差異，但是3 kV下的刻蝕速率較快，可以借助深度剖析圖來快速了解元素深度分布的趨勢。