專利名稱：GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaAs光電陰極的制備的成敗的判斷技術(shù)，特別是一種GaAs光電陰極 退火后表面淸潔程度的判斷方法。二 背聚敏術(shù)GaAs負(fù)電子親合勢(shì)光電陰極的制備過(guò)程分為五個(gè)大的環(huán)節(jié)清洗；高溫退火處理； 第一步激活；低溫退火處理；第二步激活。這五個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)最終制備的光電陰極的效果 都有很大的影響，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能忽視。其中高溫退火處理過(guò)程和低溫退火處理過(guò) 程尤為重要。高溫退火處理的目的是除掉材料表面的水蒸氣、氧化物等雜質(zhì)，以達(dá)到 原子清潔橡表面，使第一步激活后能夠得到較好的積分靈敏度。低溫退火處理的目的 是調(diào)整表麗的銫和氧的比值以及鎵和砷的比值，使第二步激活后積分靈敏度和高溫相 比有所提高。如果高溫退火處理和低溫退火處理不能達(dá)到理想的效果，那么此后的激 活過(guò)程的意義不大。所以對(duì)高溫退火處理后的材料表面清潔程度和低溫退火處理后材 料表面鎵元素和砷元素含量的比值的調(diào)整的判斷對(duì)于整個(gè)激活過(guò)程的成敗十分重要， 其中高溫激活處理尤為關(guān)鍵，如果高溫處理不能使材料表面達(dá)到原子級(jí)清潔的話，整 個(gè)激活過(guò)程就已經(jīng)基本失敗了 。國(guó)外也對(duì)對(duì)能夠?qū)Ω邷赝嘶鹛幚砗偷蜏赝嘶鹛幚硇Ч呐袛喾椒ㄟM(jìn)行了研究 (LEED-AUGER CHARACTERIZATION OF GaAs DURING ACTIVATION TO NEGATIVE ELECTRON AFFINITY BY THE ADSORPTION OF Cs AND O. surface science 47(1975) P.143-161)。在表面科學(xué)1995年發(fā)表的論文(Anomalous behaviors observed in the isothermal desorption of GaAs surface oxides. Surface Science.l購(gòu)5,339:L914-L918)中介紹了一種方法。該方法是把GaAs光電陰極放在超高 真空系統(tǒng)中進(jìn)行分階段加熱，在加熱的過(guò)程中使用X光電子能譜儀、低能電子衍射裝 置和四極質(zhì)譜儀對(duì)各個(gè)階段超高系統(tǒng)的氣體成分進(jìn)行分析，由產(chǎn)生的氣體的組分對(duì)髙 溫退火處璣和低鰛退火處理的效果進(jìn)行判斷。從理論上來(lái)講，該方法可以取得較好的效果，但是該方法耗時(shí)較長(zhǎng)。這種情況下陰極被二次污染的可能性就較大，得到的結(jié) 果有偏差，而且這些儀器的價(jià)格都很昂貴，想要一次性擁有這么多好的儀器進(jìn)行分析， 代價(jià)很大，分析的成本太高。三發(fā)明,容本發(fā)嘴的目的在于提供一種成本低廉、方便可靠、切實(shí)可行的對(duì)GaAs光電陰極退 火后表面清潔程度進(jìn)行判斷的方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案為 一種GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷 方法，在對(duì)CMAs陰極進(jìn)行激活以前，需要對(duì)陰極材料的退火效果進(jìn)行判斷，以確定陰 極表面是否達(dá)到激活的要求，即對(duì)由計(jì)算機(jī)采集到的高溫退火處理或低溫退火處理過(guò) 程中超高真空系統(tǒng)中真空度的變化曲線進(jìn)行微分處理，該微分處理首先是對(duì)不均勻采 樣間隔的離散信號(hào)進(jìn)行差值處理，使離散信號(hào)變?yōu)榫鶆虿蓸娱g隔的離散信號(hào)，然后對(duì) 均勻采樣闌隔的離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去掉信號(hào)中的干擾，再利用泰勒展開(kāi)式求出 系統(tǒng)真空度變化曲線的微分，最后把微分后的真空度曲線與微分前的真空度曲線進(jìn)行 比較和分析，由比較和分析的結(jié)果判斷出退火處理的效果。本發(fā)明GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法的高溫退火處理過(guò)程中的 反應(yīng)和脫附過(guò)程如下(1 )加熱開(kāi)始以后，水分逐漸開(kāi)始從表面脫附，水分脫附的溫度區(qū)域是100~150'C ， 在溫度達(dá)到200'C的時(shí)候，水分的脫附過(guò)程結(jié)束；水分的脫附會(huì)使超高真空系統(tǒng)中的真 空度有一個(gè)下降的過(guò)程，20(TC以后，系統(tǒng)內(nèi)的真空度有所回升(2) 溫度繼續(xù)上升，在240 28(TC的區(qū)域內(nèi)，AsO從材料表面脫附，從材料表面 脫附的A力使真空度的再一次下降，AsO的脫附完成以后，真空度會(huì)再次回升；(3) 當(dāng)溫度上升到320 35(TC時(shí)，As203開(kāi)始與GaAs發(fā)生襯底反應(yīng)，生成易于從 陰極材料表面脫附的Ga20和As4;反應(yīng)過(guò)程中，Ga20和As4使超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空 度有第三次下降，當(dāng)AS203耗盡后，真空度會(huì)有所回升；(4) 在溫度達(dá)到610'C后，GaAs襯底開(kāi)始分解，并且與0&203反應(yīng)；隨著Ga203 的分解，同時(shí)由于富Ga的表面的形成，AS4的脫附有所減緩，但是只要是溫度保持在 610'C以上，GaAs襯底持續(xù)分解，超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度就會(huì)保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)溫度下降到61(TC以后，GaAs的分解停止，系統(tǒng)內(nèi)的真空度會(huì)逐漸上升。本發(fā)明GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法的低溫退火處理過(guò)程中材 料表面的變化如下-(1) 高溫退火處理以后材料表面已經(jīng)沒(méi)有水，所以在0 200'C的溫度范圍內(nèi)，沒(méi) 有水分從閿極l才料表面脫附，超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度基本沒(méi)有變化；(2) 由于陰極材料表面已經(jīng)不存在大量的Ga和As的氧化物，所以當(dāng)溫度達(dá)到 240-40(TC度時(shí)，基本沒(méi)有氧化物從陰極材料的表面脫附；(3) 當(dāng)溫度達(dá)到40(TC時(shí)，銫開(kāi)始從表面脫附，從400-45(TC這一溫度范圍是銫的脫附最為劇烈，銫的脫附使材料表面的銫氧比得到調(diào)整；(4) 當(dāng)溫度達(dá)到560'C，由于As的擴(kuò)散系數(shù)大于Ga的擴(kuò)散系數(shù)，所以有一部分As由體內(nèi)達(dá)到表面，但是襯底的溫度還沒(méi)有達(dá)到As的脫附溫度，所以這一部As會(huì)停 留在陰極材料的表面，由體內(nèi)擴(kuò)散到表面的As的停留使陰極材料表面的鎵砷比得到調(diào) 整和優(yōu)化。本發(fā)明GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法是將微分后的真空度曲線 與微分前的真空度曲線進(jìn)行比較和分析，即高溫退火處理和低溫退火處理過(guò)程中陰極 材料表面的各個(gè)變化是否出現(xiàn)都會(huì)使超高真空系統(tǒng)的真空度有一個(gè)變化，從系統(tǒng)真空 度曲線的微分曲線中尋找相應(yīng)的變化，如果各個(gè)階段系統(tǒng)真空度曲線相應(yīng)的變化都出 現(xiàn)的話，那么GaAs陰極材料在退火后達(dá)到了效果；如果系統(tǒng)真空度曲線出現(xiàn)的變化不 完整的話，那么判斷出GaAs陰極材料在退火后沒(méi)有達(dá)到效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是不需要諸如低能電子衍射儀、X射線光電子能譜儀和四極質(zhì)譜儀這一類(lèi)昂貴的分析器件，實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)單、可靠、有效，對(duì)陰 極材料也沒(méi)有影響，使操作者能夠很容易就對(duì)退火后GaAs陰極表面清潔程度進(jìn)行判斷。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。四


圖1是本發(fā)明的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法的流程示意圖。 圖2是本發(fā)明在超高真空系統(tǒng)中對(duì)GaAs陰極材料進(jìn)行64(TC高溫退火處理后，系 統(tǒng)真空度寰化幽線黴分前后的對(duì)比圖。圖3是本發(fā)明在超高真空系統(tǒng)中對(duì)GaAs陰極材料進(jìn)行600'C高溫退火處理后，系 統(tǒng)真空度變化曲線微分前后對(duì)比圖。五具體實(shí)施方式
結(jié)合圖l,本發(fā)明GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，是在對(duì)GaAs 陰極進(jìn)行激活以前，需要對(duì)陰極材料的退火效果進(jìn)行判斷，以確定陰極表面是否達(dá)到 激活的要求。為了進(jìn)行有效判斷，對(duì)由計(jì)算機(jī)采集到的高溫退火處理和低溫退火處理 過(guò)程中超高真空系統(tǒng)中真空度的變化曲線進(jìn)行微分處理，把真空度變化過(guò)程中的一些 特征放大，對(duì)^^^前后的真空度曲線進(jìn)行分析，通過(guò)分析判斷出退火效果。即對(duì)由計(jì) 算機(jī)采集到的高溫退火處理或低溫退火處理過(guò)程中超高真空系統(tǒng)中真空度的變化曲線 進(jìn)行微分處理，該微分處理首先是對(duì)對(duì)不均勻采樣間隔的離散信號(hào)進(jìn)行差值處理，使 離散信號(hào)變?yōu)榫鶆虿蓸娱g隔的離散信號(hào)，同時(shí)提高采樣頻率；然后對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行濾 波處理，即通過(guò)低通濾波器去掉高頻毛刺，去掉信號(hào)中的千擾；再利用泰勒展開(kāi)式求 出系統(tǒng)真空度變化曲線的微分，即利用泰勒展開(kāi)式將估計(jì)系統(tǒng)真空度變化曲線的一階 導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化問(wèn)題，然后由最小二乘法估計(jì)得到一階導(dǎo)數(shù)，由估計(jì)得到的一階導(dǎo)數(shù) 得到真空度變化曲線的微分曲線；最后把微分后的真空度曲線與微分前的真空度曲線 進(jìn)行比較和分析，由比較和分析的結(jié)果判斷出退火處理的效果，即高溫退火處理和低 溫退火處理過(guò)程中陰極材料表面的各個(gè)變化是否出現(xiàn)都會(huì)使超高真空系統(tǒng)的真空度有 一個(gè)變化，從系統(tǒng)真空度曲線的微分曲線中尋找相應(yīng)的變化，如果各個(gè)階段系統(tǒng)真空 度曲線相應(yīng)的變化都出現(xiàn)的話，那么GaAs陰極材料在退火后達(dá)到了效果；如果系統(tǒng)真 空度曲線出現(xiàn)的變化不完整的話，那么判斷出GaAs陰極材料在退火后沒(méi)有達(dá)到效果。在進(jìn)行微分處理之前的高溫退火處理或低溫退火處理過(guò)程如下。對(duì)GaAs光電陰極進(jìn)行高溫退火處理的主要目的是去掉陰極材料表面的水和氧化 物等雜質(zhì)，使材料表面達(dá)到原子級(jí)清潔。由國(guó)內(nèi)外已有的研究成果可知，不同成分的 氧化物是在不同的溫度下與襯底發(fā)生一些反應(yīng)，并且從材料的表面脫附的。高溫退火處理過(guò)程中的反應(yīng)和脫附過(guò)程如下-l.加熱開(kāi)始以后，水分逐漸開(kāi)始從表面脫附，水分脫附的溫度區(qū)域主要是 100-15(TC,在溫度達(dá)到20(TC的時(shí)候，水分的脫附過(guò)程結(jié)束。水分的脫附會(huì)使超高真 空系統(tǒng)中的真空度有一個(gè)下降的過(guò)程，200'C以后，系統(tǒng)內(nèi)的真空度會(huì)有所回升。2. 溫度繼續(xù)上升，在240-280。C的這個(gè)區(qū)域內(nèi)，AsO從材料表面脫附。從材料表面 脫附的AsO會(huì)造成真空度的再一次下降。AsO的脫附完成以后，真空度會(huì)再次回升。3. 當(dāng)、溫度上升到320。C時(shí)，As203開(kāi)始與GaAs襯底發(fā)生如下反應(yīng) As203+2GaAs ~~^Ga20+2As2 (orAs4) ; t由上述化學(xué)式可知AS203與GaAs襯底反應(yīng)生成易于從陰極材料表面脫附的Ga20 和AS4。反應(yīng)主要集中在溫度320-350'C這一范圍內(nèi)。反應(yīng)過(guò)程中，Ga20和As4會(huì)使超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度有第三次下降，當(dāng)AS203耗盡后，真空度會(huì)有所回升。因?yàn)榈?個(gè)過(guò)程和第三個(gè)過(guò)程溫度比較接近，所以如果陰極材料升溫過(guò)快，這兩個(gè)過(guò)程在系統(tǒng) 真空度變化曲線中反映出來(lái)是一個(gè)過(guò)程。在溫度達(dá)到610。C后，GaAs襯底開(kāi)始分解，并且與Ga2Cb反應(yīng)，相關(guān)化學(xué)方程式 如下所示4GaAs~- 4Ga+2As2(or As4) tGa2。3+4Ga—3Ga20個(gè)隨著Ga2(b的分解，同時(shí)由于富Ga的表面的形成，As4的脫附會(huì)有所減緩，但是 只要是溫度保持在61(TC以上，GaAs襯底就會(huì)持續(xù)分解，超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度就 會(huì)保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)溫度下降到61(TC以后，GaAs的分解停止，系統(tǒng)內(nèi)的真空度 會(huì)逐漸上升。根據(jù)被廣泛接受的GaAs光電陰極的制備方法，陰極材料在第一步激活完成以后， 在進(jìn)行低溫退火處理和第二步激活。所謂低溫退火是指第二次退火處理所用的溫度低 于第一次退火處理所用的溫度。進(jìn)行低溫退火處理的目的是調(diào)整和優(yōu)化材料表面的鎵砷比和銫氧比，使第二步lr活后陰極材料的光譜相應(yīng)曲線的積分靈敏度能夠比第一步激活后的闕極t才料的光譜相應(yīng)曲線的積分靈敏度提高10-30% 。 低溫退火處理過(guò)程中材料表面的變化如下1. 因?yàn)楦邷赝嘶鹛幚硪院蟛牧媳砻嬉呀?jīng)沒(méi)有水，所以在0-20(TC這個(gè)溫度范圍內(nèi)， 沒(méi)有水分從陰極材料表面脫附，超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度基本沒(méi)有變化。2. 同樣的，由于陰極材料表面已經(jīng)不存在大量的Ga和As的氧化物，所以當(dāng)溫度 達(dá)到240-400'C度時(shí)，基本沒(méi)有氧化物從陰極材料的表面脫附。3. 當(dāng)溫度達(dá)到400'C時(shí)，銫開(kāi)始從表面脫附，從400-450'C這一區(qū)域是銫的脫附最 為劇烈。鏡的脫附使材料表面的銫氧比得到調(diào)整。4.當(dāng)溫度達(dá)到560°C，由于As的擴(kuò)散系數(shù)大于Ga的擴(kuò)散系數(shù)，所以會(huì)有一部分 As由體內(nèi)達(dá)到表面，但是襯底的溫度還沒(méi)有達(dá)到As的脫附溫度，所以這一部As會(huì)停 留在陰極材料的表面。由體內(nèi)擴(kuò)散到表面的As的停留使陰極材料表面的鎵砷比得到調(diào) 整和優(yōu)化。上述的高溫退火處理和低溫退火處理過(guò)程中各個(gè)階段中的陰極材料表面的變化對(duì) 于退火處理的效果都有著重要的作用，每個(gè)階段的變化都是不可或缺的。任何一個(gè)變 化的缺失有可能導(dǎo)致整個(gè)GaAs光電陰極制備過(guò)程的失敗。所以高溫退火處理和低溫退 火處理過(guò)程中陰極材料表面的各個(gè)變化是否出現(xiàn)就可以判斷出高溫退火處理和低溫退 火處理是否達(dá)到了預(yù)想的效果。因此，不同階段的反應(yīng)和脫附的過(guò)程都會(huì)使超高真空 系統(tǒng)的真空度有一個(gè)變化，從系統(tǒng)真空度曲線的微分曲線中尋找相應(yīng)的變化。如果各 個(gè)階段系統(tǒng)真空度曲線相應(yīng)的變化都出現(xiàn)的話，就可以說(shuō)GaAs陰極材料在退火后達(dá)到 了效果；如果系統(tǒng)真空度曲線出現(xiàn)的變化不完整的話，那么就可以判斷GaAs陰極材料 在退火后沒(méi)有達(dá)到效果。由對(duì)上述退火過(guò)程各個(gè)階段的分析可得，由計(jì)算機(jī)釆集到的高溫退火處理和低溫 退火處理過(guò)程中超高真空系統(tǒng)的真空度的變化曲線中包含了陰極材料表面在各個(gè)階段 出現(xiàn)的變化的信息，但是系統(tǒng)的真空度變化曲線并不能明顯的反映出所需的信息。為 了能夠從系統(tǒng)的真空度的變化曲線中提取出反映陰極材料表面變化的信息，可以對(duì)真 空度的變化曲線進(jìn)行微分，把退火處理過(guò)程中真空度的變化進(jìn)行放大。通過(guò)對(duì)微分后 的真空度的變化曲線進(jìn)行分析，可以判斷出陰極材料的表面發(fā)生了哪些變化，從而對(duì) 高溫退火和低溫退火處理的效果進(jìn)行準(zhǔn)確和有效的判斷。計(jì)算機(jī)采集到的退火過(guò)程中超高真空系統(tǒng)的真空度隨溫度和時(shí)間的變化曲線是離 散信號(hào)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明傳統(tǒng)的、從微分的定義著手對(duì)系統(tǒng)真空度變化曲線進(jìn)行微分 的方法行不通，微分后的真空度變化曲線很不平滑，看不到真空度的變化特征，不能 對(duì)系統(tǒng)真空度變化起到放大作用。為了能夠?qū)ο到y(tǒng)的真空度變化曲線進(jìn)行微分從而提 出了本發(fā)明上述的方法。實(shí)施倒l:結(jié)合圖2，在超高真空系統(tǒng)中對(duì)GaAs陰極材料進(jìn)行高溫退火處理。高溫退火過(guò)程為襯底在5分鐘內(nèi)由20'C上升到100'C; 215分鐘內(nèi)再由lOOt上升到 640°C;然后襯底溫度在640。C這個(gè)溫度點(diǎn)保持20分鐘；接著襯底溫度在60分鐘內(nèi)由 64(TC下降到20(TC,退火結(jié)束，襯底由200'C自然冷卻到室溫。在高溫退火結(jié)束以后，首先對(duì)采集到的離散的真空度信號(hào)進(jìn)行差值處理，使離散 的信號(hào)變?yōu)檫B續(xù)的信號(hào)，然后對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行濾波，去掉干擾信號(hào)，接著把去掉了噪 聲以后的信號(hào)進(jìn)行微分。在得到微分后的曲線后，把微分前后的真空度變化曲線進(jìn)行 比較，判斷高溫退火處理的效果。結(jié)合圖2對(duì)本發(fā)明GaAs光電陰極退火后表面清潔程 度的判斷方法進(jìn)行以下分析1. 在100-160'C這一范圍內(nèi)系統(tǒng)真空度有一個(gè)變化過(guò)程。這是由于水蒸汽的脫附所致。2. 在240-280'C這一范圍內(nèi)系統(tǒng)真空度有第二個(gè)變化過(guò)程。這是由于AsO的脫附 所致。3. 在320-35(TC這一范圍內(nèi)系統(tǒng)真空度有第三個(gè)變化過(guò)程。這是由于As203與GaAs 襯底反應(yīng)生成的Ga20和As4的脫附所致。4. 在610。C以后，系統(tǒng)真空度有第四個(gè)下降過(guò)程。這是由于GaAs襯底的分解生成 的As4和Ga203和Ga反應(yīng)生成的Ga20的脫附所致。5. 在溫度下降到61(TC以后，沒(méi)有脫附物使系統(tǒng)真空度發(fā)生變化，系統(tǒng)真空度開(kāi)始 逐漸回升。由以上分析可得，此次高溫退火過(guò)程清除了陰極材料表面的水分和氧化物等雜質(zhì)， 由此可以判斷出這次高溫退火處理過(guò)程達(dá)到了效果。為了驗(yàn)證判斷，在此次高溫退火 處理以后對(duì)材料進(jìn)行了激活，得到的結(jié)果很好。由激活的結(jié)果可得，判斷正確。實(shí)施例2:結(jié)合圖3，在超高真空系統(tǒng)中對(duì)GaAs陰極材料進(jìn)行高溫退火處理。高 溫退火過(guò)程為襯底在10分鐘內(nèi)由20。C上升到200°C; 40分鐘內(nèi)再由20(TC上升到 600°C;然后襯底溫度在600。C這個(gè)溫度點(diǎn)保持20分鐘；接著襯底溫度在30分鐘內(nèi)由 600。C下降到20(TC，退火結(jié)束，襯底由20(TC自然冷卻到室溫。在高溫退火結(jié)束以后，首先對(duì)采集到的離散的真空度信號(hào)進(jìn)行差值處理，使離散的信號(hào)變?yōu)檫B續(xù)的信號(hào)，然后對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)獰濾波，去掉干擾信號(hào)，接著把去掉了噪 聲以后的信號(hào)進(jìn)行微分。在得到微分后的曲線后，把微分前后的真空度變化曲線進(jìn)行比較，判斷高溫退火處理的效果。結(jié)合圖3對(duì)本發(fā)明GaAs光電陰極退火后表面清潔程 度的判斷方法進(jìn)行以下分析1. 在100-16(TC之間有一個(gè)系統(tǒng)的真空度的變化過(guò)程。這是由于水蒸汽的脫附所致。2. 在240-350'C之間有第二個(gè)系統(tǒng)的真空度的變化過(guò)程。這是由于襯底升溫過(guò)快， 使AsO的脫附和As203和GaAs襯底反應(yīng)生成的Ga20和As4的脫附在一個(gè)變化里面表 現(xiàn)出來(lái)。3. 在35(TC以后，沒(méi)有新的脫附物使系統(tǒng)真空度發(fā)生變化，系統(tǒng)真空度開(kāi)始回升。 由以上分析可得，此次高溫退火處理缺少了 GaAs襯底的分解和Ga203與GaAs襯底的反應(yīng)，并沒(méi)有完全清除掉襯底表面的氧化物雜質(zhì)。由此可以判斷出這次髙溫退火 處理沒(méi)有達(dá)到效果。為了驗(yàn)證判斷，在此次高溫退火處理以后對(duì)材料進(jìn)行了激活，得 到的結(jié)果很差。由激活結(jié)果可得，判斷正確。
權(quán)利要求
1. 一種GAas光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特征在于在對(duì)GaAs陰極進(jìn)行激活以前，需要對(duì)陰極材料的退火效果進(jìn)行判斷，以確定陰極表面是否達(dá)到激活的要求，即對(duì)由計(jì)算機(jī)采集到的高溫退火處理或低溫退火處理過(guò)程中超高真空系統(tǒng)中真空度的變化曲線進(jìn)行微分處理，該微分處理首先是對(duì)不均勻采樣間隔的離散信號(hào)進(jìn)行差值處理，使離散信號(hào)變?yōu)榫鶆虿蓸娱g隔的離散信號(hào)，然后對(duì)均勻采樣間隔的離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去掉信號(hào)中的干擾，再利用泰勒展開(kāi)式求出系統(tǒng)真空度變化曲線的微分，最后把微分后的真空度曲線與微分前的真空度曲線進(jìn)行比較和分析，由比較和分析的結(jié)果判斷出退火處理的效果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特 征在于高溫退火處理過(guò)程中的反應(yīng)和脫附過(guò)程如下(1 )加熱開(kāi)始以后，水分逐漸開(kāi)始從表面脫附,水分脫附的溫度區(qū)域是100~150°C ， 在溫度達(dá)到200'C的時(shí)候，水分的脫附過(guò)程結(jié)束；水分的脫附會(huì)使超高真空系統(tǒng)中的真 空度有一個(gè)下降的過(guò)程，200'C以后，系統(tǒng)內(nèi)的真空度有所回升；(2) 溫度繼續(xù)上升，在240 280'C的區(qū)域內(nèi)，AsO從材料表面脫附，從材料表面 脫附的AsO使真空度的再一次下降，AsO的脫附完成以后，真空度會(huì)再次回升；(3) 當(dāng)溫度上升到320 35(TC時(shí)，As203開(kāi)始與GaAs發(fā)生襯底反應(yīng)，生成易于從 陰極材料表面脫附的Ga20和As4;反應(yīng)過(guò)程中，Ga20和As4使超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空 度有第三次下降，當(dāng)AS203耗盡后，真空度會(huì)有所回升；(4) 在溫度達(dá)到61(TC后，GaAs襯底開(kāi)始分解，并且與03203反應(yīng)；隨著Ga203 的分解，同時(shí)由于富Ga的表面的形成，As4的脫附有所減緩，但是只要是溫度保持在 61(TC以上，GaAs襯底持續(xù)分解，超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度就會(huì)保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡， 當(dāng)溫度下降到610。C以后，GaAs的分解停止，系統(tǒng)內(nèi)的真空度會(huì)逐漸上升。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特 征在于低溫退火處理過(guò)程中材料表面的變化如下(1) 高溫退火處理以后材料表面已經(jīng)沒(méi)有水，所以在0 200'C的溫度范圍內(nèi)，沒(méi) 有水分從驟極材料表面脫附，超高真空系統(tǒng)內(nèi)的真空度基本沒(méi)有變化；(2) 由于陰極材料表面已經(jīng)不存在大量的Ga和As的氧化物，所以當(dāng)溫度達(dá)到240-40(TC度時(shí)，基本沒(méi)有氧化物從陰極材料的表面脫附；(3) 當(dāng)溫度達(dá)到400r時(shí)，銫開(kāi)始從表面脫附，從400-450。C這一溫度范圍是銫 的脫附最為劇烈，銫的脫附使材料表面的銫氧比得到調(diào)整；(4) 當(dāng)溫度達(dá)到560'C，由于As的擴(kuò)散系數(shù)大于Ga的擴(kuò)散系數(shù)，所以有一部分 As由體內(nèi)達(dá)到表面，但是襯底的溫度還沒(méi)有達(dá)到As的脫附溫度，所以這一部As會(huì)停 留在陰極材料的表面，由體內(nèi)擴(kuò)散到表面的As的停留使陰極材料表面的鎵砷比得到調(diào) 整和優(yōu)化。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特 征在于對(duì)離敝信號(hào)進(jìn)行插值處理時(shí)，將它變?yōu)榫鶆虿蓸娱g隔的信號(hào)，同時(shí)提高采樣 頻率。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特 征在于對(duì)均勻釆樣間隔的離散信號(hào)進(jìn)行濾波處理，即通過(guò)低通濾波器去掉高頻毛刺。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特 征在于利用泰勒展開(kāi)式將估計(jì)系統(tǒng)真空度變化曲線的一階導(dǎo)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化問(wèn)題，然 后由最小二乘法估計(jì)得到一階導(dǎo)數(shù)，由估計(jì)得到的一階導(dǎo)數(shù)得到真空度變化曲線的微 分曲線。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法，其特 征在于將微分后的真空度曲線與微分前的真空度曲線進(jìn)行比較和分析，即高溫退火處 理和低溫退火處理過(guò)程中陰極材料表面的各個(gè)變化是否出現(xiàn)都會(huì)使超高真空系統(tǒng)的真 空度有一個(gè)變化，從系統(tǒng)真空度曲線的微分曲線中尋找相應(yīng)的變化，如果各個(gè)階段系 統(tǒng)真空度曲線相應(yīng)的變化都出現(xiàn)的話，那么GaAs陰極材料在退火后達(dá)到了效果；如果 系統(tǒng)真空度曲線出現(xiàn)的變化不完整的話，那么判斷出GaAs陰極材料在退火后沒(méi)有達(dá)到 效果。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種GaAs光電陰極退火后表面清潔程度的判斷方法。該方法在對(duì)GaAs陰極進(jìn)行激活以前，需要對(duì)陰極材料的退火效果進(jìn)行判斷，即對(duì)由計(jì)算機(jī)采集到的高溫退火處理和低溫退火處理過(guò)程中超高真空系統(tǒng)中真空度的變化曲線進(jìn)行微分處理，該微分處理首先是對(duì)離散信號(hào)進(jìn)行差值處理，使離散信號(hào)變?yōu)榫鶆虿蓸娱g隔的離散信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行濾波處理，去掉信號(hào)中的干擾，再利用泰勒展開(kāi)式求出系統(tǒng)真空度變化曲線的微分，最后把微分后的真空度曲線與微分前的真空度曲線進(jìn)行比較和分析，由比較和分析的結(jié)果判斷出退火處理的效果。本發(fā)明能明顯降低對(duì)退火后GaAs陰極表面清潔程度的判斷成本，可靠性高，對(duì)陰極表面無(wú)影響，不會(huì)對(duì)退火后的激活過(guò)程副作用。
文檔編號(hào)H01L21/324GK101236873SQ20071001981
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者喬建良, 富容國(guó), 常本康, 智 楊, 邱亞峰, 鄒繼軍, 錢(qián)蕓生, 頻 高 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)