用光谱响应测试仪得到了反射式梯度掺杂GaN光电阴极在激活和衰减过程中的光谱响应曲线, 发现此曲线不断发生变化。在激活过程中光谱响应不断提高,且长波响应提高较快;衰减过程中光 谱响应不断下降,长波响应下降得更快。结果表明:光谱响应曲线的变化与光电阴极高能光电子的 逸出有关。GaN光电阴极发射的电子能量分布随入射光子能量升高而向高能端偏移,阴极表面势垒 形状的变化对低能光激发电子的影响更大,导致光谱响应曲线随入射光波长改变而产生了不同的变化。

采用直流磁控溅射法制备了不同厚度的金纳米薄膜，在高纯氮气气氛、800 ℃条件下快速退火，在石英基底上制备了具有表面微纳颗粒的新型金阴极。应用扫描电子显微镜对阴极的表面形貌进行表征，结果表明：阴极表面形成了均匀分布的金纳米颗粒，平均粒径随金纳米薄膜厚度的增加(5 nm至20 nm)从300 nm增大到800 nm。在190~360 nm紫外光下，对阴极的光电子发射特性进行了研究，结果表明：相对于平面阴极，新型金阴极的光电子发射效率提高了10倍以上，最高可达到平面阴极的16倍，且随颗粒粒径的减小而增大。采用“三步”光电发射模型对上述结果进行理论分析，表明阴极光电效率的提高主要由于阴极光电发射面积的增加和局域强电场导致的表面势垒降低。

研究了高温Cs激活过程中, GaAs光电阴极表面势垒的变化机理。 在考虑GaAs材料体内负电性p型掺杂杂质与材料表面正电性Cs+所形成的偶极子对表面势垒的作用后, 通过求解均匀掺杂阴极中电子所遵循的一维连续性方程, 得到了反射式均匀掺杂阴极的量子效率公式, 通过求解薛定谔方程得到了到达阴极表面的光电子的逸出概率公式, 利用公式对GaAs光电阴极的Cs激活过程进行了分析。 分析发现, 激活过程中GaAs光电阴极的量子效率和光电子的逸出概率正比于偶极子层的电场强度。

GaAs光电阴极量子效率公式中用到的表面电子逸出概率,在阴极工作波段范围内通常视为与入射光子波长无关的常数。应用该结论对反射式GaAs光电阴极激活实验结果进行了拟合分析。实验采用分子束外延GaAs材料,外延发射层厚度为1.6 μm、掺杂浓度为1×1019 cm-3,分析结果显示理论曲线与实验曲线存在偏差,而在激活台内阴极灵敏度下降后的光谱响应曲线拟合结果偏差更大。这种偏差是由于表面电子逸出概率对入射光子波长的依赖关系造成的,并非通常认为的与波长无关。经过光谱响应曲线的拟合分析得出,反射式阴极表面电子逸出概率与入射光子波长之间近似满足指数关系,两者通过表面势垒因子相联系。高、低温激活后阴极表面势垒因子分别为3.53和1.36。