Negative
electron affinity (NEA) menunjukkan bahwa tingkat vakum pada permukaan bahan
lebih rendah dari pita konduksi minimum di dalam bulk, yaitu afininitas
elektron efektif dari bahan lebih kecil daripada nol. Aktivasi fotokatoda NEA
berarti bahwa keadaan negatif afinitas elektron dicapai dengan menutup
permukaan atom fotokatoda dengan bahan listrik rendah seperti Cs atau O.
Fotoemisi dari fotokatoda NEA digambarkan sebagai tiga proses dari
fotoabsorpsi, transport elektron ke permukaan, dan emisi melalui lapisan
aktivasi NEA, dan rumus efisiensi kuantum dapat disimpulkan dari persamaan
difusi dari tiga proses tersebut. Fotokatoda NEA dari bahan GaN dan GaAs adalah
fotokatoda yang sangat penting. Fotokatoda NEA dari bahan GaN dan dari bahan
GaAs sangat mirip karena semuanya merupakan senyawa bergolongan III-V.
·
Fotokatoda NEA dari
bahan GaN
Fotokatoda
GaN dapat diaktifkan dengan Cs dan O secara bersamaan. Sumber cahaya untuk
aktivasi GaN adalah merkuri. Panjang gelombang cahaya dapat diatur ke pita UV
dan cahaya 300 nm dapat dilalui sebuah monokromator dalam eksperimen. Proses
aktivasi menunjukkan beberapa perintah besarnya peningkatan di dalam fotoarus
(photocurrent) selama satu menit pertama dan 16% efisiensi kuantum dicapai setelah
aktivasi hanya dengan Cs.
Kurva
spektral untuk fotokatoda GaN mode refleksi ditunjukkan oleh gambar di bawah
ini. Efisiensi kuantum adalah sebuah fungsi dari energi foton yang datang dalam
gambar. Untuk mode refleksi fotokatoda GaN, efisiensi kuantum berkisar antar 5%
ketika energi foton sama dengan energi ambang pita gap GaN, yaitu 3,4 eV (untuk
panjang gelombang 365 nm). Efisiensi kuantum dapat meningkat hingga 10% pada
3,6 eV (untuk panjang gelombang 345 nm) dan mencapai 20% pada 3,7 eV (untuk
panjang gelombang 335 nm). Ketika energi foton lebih besar dari 3,7 eV,
efisiensi kuantum lebih besar dari 20% dan terus meningkat mengikuti energi
foton.
·
Fotokatoda NEA dari
bahan GaAs
Fotokatoda terdiri dari p-doping dari kristal GaAs
yang diaktifkan dengan mendepositkan beberapa monolayer cesium (Cs) dan
oksidator kuat seperti flourine (F) atau oksigen (O) pada permukaan kristal
secara berulang untuk menghasilkan elektron yang kuat ketika disinari oleh
laser dengan berbagai panjang gelombang. Hal ini diinginkan untuk memperoleh
fotokatoda dengan efisiensi kuantum yang tinggi dan waktu paruh yang lama,
keduanya tergantung pada interaksi permukaan katoda yang dibentuk selama
aktivasi katoda.
Afinitas
elektron didefinisika sebagai potensial penghalang yang mana sebuah elektron
pada pita konduksi minimum (Ecb) dari katoda harus keluar untuk
menuju tingkat vakum (Evac) dari sistem. Dengan p-doping kristal
GaAs, tingkat energi Fermi (EF) sistem diturunkan terhadap pita
valensi maksimum kristal (Evb).
Kualitas fotokatoda dapat dinyatakan dalam dua bentuk
parameter penting. Efisiensi kuantum (QE) dari sebuah katoda didefinisikan
sebagai rasion jumlah elektron yang dihasilkan oleh katoda terhadap jumlah
foton yang datang. Jadi untuk daya laser yang datang, P pada panjang gelombang 
pada
kristal menghasilkan photocurrent Ip
Faktor kedua adalah merit, yaitu rentang waktu dimana sebuah
katoda diaktifkan secara kontinyu untuk menghasilkan QE yang memuaskan. dua
perbedaan waktu paruh katoda adalah relevan, bila waktu paruh operasional di
bawah kondis produksi arus tinggi dan waktu paruh ‘gelap’ diukur pada daya
laser rendah yang mana tergantung pada interaksi dan penataan ulang pada
permukaan katoda.
Umumnya, semua permukaan semikonduktor mengalami
rekonstruksi, yaitu sebuah penataan ulang atom pada permukaan semikonduktor
untuk mengurangi energi total dari permukaan semikonduktor. Rekonstruksi
permukaan tersebut sering mencakup yang perpindahan atom permukaan yang masuk
atau keluar. Akibatnya, terbentuk lapisan dipol elektrostatik yang akan
mengubah afinitas elektron yang diukur. Adanya perbedaan nilai dipol menyebabkan
pengukuran χ dipengaruhi oleh efek permukaan dan nilai-nilai χ yang terukur
tidak akan bermakna bagi semikonduktor heterogen, kecuali pengaruh permukaan
dipol sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Selain itu efek korelasi elektron
juga mempengaruhi nilai-nilai afinitas elektron yang diukur. Ketika satu
elektron diambil dari sebuah semikonduktor dan dinaikkan ke tingkat vakum, sisa
elektron akan mengatur ulang dirinya sendiri dalam rangka untuk mengurangi
energi total sistem elektron. Efek korelasi seperti itu karena tolakan antara
elektron coulombic tetapi juga karena pertukaran mekanika kuantum efek
(terutama prinsip pengecualian Pauli).
Referensi
- Sze,
Kwok. 2007. Physics of
Semiconductor Devices. New Jersey.
- Henderson,
B. S., 2009. Study of Negative
electron Affinity GaAs Photocathodes. Department of Physics and
Astronomy : Rice University, Houston, Texas.
0 komentar:
Posting Komentar