2015 Fiscal Year Research-status Report
アルカリ－アンチモン機能性保護膜によるGaAsフォトカソードの高耐久化
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15K04734
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
飯島 北斗 東京理科大学, 理学部, 助教 (90361534)
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2015-10-21 – 2018-03-31
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| Keywords | アルカリ－アンチモン / 光陰極 / ヒ化ガリウム / 機能性材料 / 高耐久化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負電子親和力（Negative Electron Affinity; NEA）表面のヒ化ガリウム（GaAs）は、量子効率が高いことから電子源のカソードとして開発が進められてきた。NEA表面は極めて清浄なGaAs表面にセシウム（Cs）と酸素（O）を蒸着することで形成するが、この表面は非常に弱く、残留ガスの吸着やイオンバックボンバードメントにより著しく量子効率が劣化する。本研究ではアルカリ-アンチモン化合物薄膜を用いて、こうしたフォトカソードの高耐久化を目指す。
本年度は主に装置の成膜機構および、昇温脱離機構の構築を行い、p-GaAs基板にポタシウム－セシウム－アンチモン(K-Cs-Sb)薄膜を成膜し量子効率や寿命の測定を行った。また、成膜したものの組成を昇温脱離法(TPD)による分析を行った。
K-Cs-Sbの量子効率は高い時で波長532nmの光に対し4%程度を得ている。この値はこれまでに報告されている値と遜色がない。また、量子効率はSbの膜厚に比例することが測定された。一般にSbの膜厚は水晶振動子を用いた膜厚計で測定されることが多い。しかし、SbのGaAs基板に対する吸着係数はGaAsの表面状態の違いによって大きく変わるということが分かった。このため本研究ではTPDによるSb脱離曲線からGaAs上のSbの量を算出した。この手法を用いるとSb膜厚と量子効率の比例関係が明確に見えてくる。
また、TPDからはSbが400℃程度から脱離するのに対し、K、Csの脱離は200から300℃と、Sb同様400℃程度からの２つの脱離のピークが観測できた。また、同時に光電流を測定すると200℃を越えたあたりから急激な量子効率の減少が始まり、300℃で光電流は観測されなくなることが分かった。寿命に関しては100時間程度を達成している。これは同一チェンバー内で作成したNEA-GaAsの寿命に対しておおよそ10倍程度の寿命であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究課題実施項目は大きく分けて三つあった。一つ目は質量分析計を用いた昇温脱離法によるアルカリ－アンチモン薄膜の分析機構を構築することである。これに関しては当初の予定通り、四重極型質量分析計を成膜装置に取付け構築を完了させただけでなく、実際にGaAs基板上に成膜したアルカリ－アンチモン薄膜の昇温脱離曲線の取得も行えている。
二つ目はGaAs基板への成膜パラメータを決定することであった。結果、4%程度の量子効率と、100時間程度の寿命を得ている。またアンチモンの膜厚に対する量子効率の相関の測定を行い、比例関係を見出している。
最後はハロゲンランプと分光器を組み合わせた波長可変光源の構築である。これは光源単体での動作確認は行えているが、当初予定していた予備実験としてのアルカリ－アンチモン薄膜への照射までには至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究ではアルカリ－アンチモンの化合物としてK-Cs-Sbに関する測定を行ってきた。この薄膜に対して数%の量子効率と100時間程度の寿命を得られたことは高耐久という目標にある程度達したといえる。一方で、Sbの膜厚測定はTPDを利用していることから相対的なSb膜厚の変化は測定できるが、その絶対値が不明瞭であるが、現状、膜厚計等の測定結果から推測するとおおよそ10nm相当ではないかと予測される。この厚さは非常に薄いため理想的な「膜」ではなく、例えば粒状を形成してGaAs基板上に存在している可能性がある。現在、K-Cs-Sbを成膜したGaAs(100)基板表面を電子顕微鏡で観測すること、また基板を劈開し、その劈開面を観測することで成膜したK-Cs-Sbの膜厚を測定することを検討している。
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| Causes of Carryover |
予定していた国内会議のうちの一つの参加を取りやめため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度予定されている、国内会議の旅費として使用する。
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