为了研究蓝宝石/SiO2/AlN/GaN光阴极组件外延片热应力分布及影响因素, 以直径 d为φ40 mm的 GaN外延片为研究对象, 利用有限元分析法对其表面热应力分布进行了理论计算和仿真, 验证了仿真模型的合理性。分析了外延片径向和厚度方向的应力分布, 结果显示: 在 1200℃的生长温度下, 径向区域内的热应力分布比较均匀, 热应力变化范围为±1.38%; 生长温度在 400℃到 1200℃范围内, 外延层表面应力与生长温度呈近似正比关系。分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和 SiO2、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。研究成果可为该类外延片生长工艺研究和低应力外延片的筛选标准制定提供借鉴。

为了研究真空系统中被加热的蓝宝石衬底应力的变化, 利用有限元分析方法, 借助 ANSYS Workbench软件仿真了温度场以及应力场, 对两种不同结构的加热器及加热工艺参数进行了分析。用多圈钨丝螺旋结构外加抛物面釜的加热器, 并改变工作电流, 将 200℃下温度差异由 41.13℃降低至2.33℃, 使厚度为2 mm、直径40 mm的蓝宝石衬底整个圆面内的应力差异由2.11 MPa减小为1.56 MPa, 应力差异减小了 26.1%。结果表明, 采用多圈钨丝螺旋结构外加抛物面釜可获得高均匀性的加热器温度场, 且当工作电流为 12 A时, 加热的蓝宝石衬底整个表面应力分布均匀。并采用蓝宝石衬底的应力检测结果进行了验证。研究结果对真空系统中被加热的其它材料如 GaAs、InGaAs、GaN、Si、石英玻璃等应力分析研究具有一定的借鉴意义。

为了研究SiO2对多层结构GaN外延片的热应力的影响，以直径d为Φ40 mm的GaN外延片为研究对象，利用有限元分析法分别对蓝宝石/AlN/GaN和蓝宝石/SiO2/AlN/GaN这两种光阴极组件外延片表面热应力进行理论计算和仿真。在其他结构参数相同的情况下，分别分析了两种光阴极组件外延片径向和厚度方向的应力分布，分析了外延片热应力分布及影响因素。分析结果显示: 在1 200 ℃的生长温度下，径向区域内的热应力分布比较均匀，厚度方向的热应力均在衬底和外延层的界面上发生突变。最后分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和GaN、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。

为了研究蓝宝石/AlN/GaN外延片表面层热应力分布及影响因素, 以直径d为Φ40 mm的外延片为研究对象, 利用有限元分析法对其表面热应力分布进行了理论计算和仿真, 验证了仿真模型的合理性。分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。结果显示: 在1 200 ℃的生长温度下, 外延片径向应力比轴向应力大一个量级; 在径向(d＜Φ32 mm)区域内的热应力分布比较均匀, 热应力变化范围为±0.38%; 生长温度在600~1 200 ℃范围内, 外延层表面应力与生长温度呈近似正比关系。研究成果可为该类外延片生长工艺研究和低应力外延片的筛选标准制定提供借鉴。

采用基于密度泛函理论（DFT）框架下广义梯度近似投影缀加平面波方法，在六方结构GaN结构优化的基础上，计算了GaN(0001)A面吸附Cs后功函数变化，指出吸附系统表面形成了一个有效的GaN－Cs电偶极子层，降低了原本的GaN表面势垒，形成更加有利于电子逸出的外光电发射效应特性。接着图示吸附Cs、O后的电子结构，指出吸附原子和衬底之间的键合。六方结构GaN材料的光学性质通过Kramers-Kronig 关系得出。根据GaN的介电函数谱，得出了254nm光波长下以GaN为激活层材料的反射式光电阴极在不同少子扩散长度下的内量子效率。计算结果表明六方结构GaN(0001)A面是可见光盲光电阴极的优良发射表面，且254 nm处的量子效率可达到60％,远大于碱金属卤化物紫外光电阴极。

测量了未经Cs-Sb激活的Na2KSb膜层和经过Cs-Sb激活的Na2KSb(Cs)膜层的光谱反射率.测量结果表明:两种膜层在200~700 nm波长范围内光谱反射率基本相同，因此可以推断出这两种膜层的折射率也基本相同，说明经过表面Cs-Sb激活的Na2KSb(Cs)膜层内部的成份基本未发生变化，两种膜层的光程差基本相同；推断出Na2KSb膜层表面的Cs-Sb层很薄，其表面激活过程是一种表面效应.对Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层进行了XPS能谱分析，测量结果表明Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面除主要存在Na、K和Sb三种元素之外，还存在C、O以及少量的Cs元素；Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面存在C和O的原因是在样品解封的过程中受到了污染.对Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面进行时间为10 s的氩离子刻蚀，再进行XPS分析，结果表明能谱中不再出现Cs原子的谱峰.对Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面进行总时间为600 s的氩离子刻蚀，XPS能谱中出现了Si原子的谱峰，说明氩离子已经刻蚀到阴极玻璃窗的表面.根据刻蚀时间分析，Na2KSb(Cs)多碱阴极膜层表面存在的Cs原子层的厚度约为3 nm，并且该Cs原子层只是存在于多碱阴极膜层的表面，并未深入到多碱阴极的膜层内部，这也说明Na2KSb膜层的表面Cs激活是一种表面效应.测量了未经过Cs-Sb激活和经过Cs-Sb激活的两种多碱阴极样品的荧光谱，测量结果表明：经Cs-Sb激活的多碱阴极样品与未经过Cs-Sb激活的多碱阴极样品相比，其荧光谱的峰值强度有所增加，而荧光谱的峰值波长却有所减小.说明Na2KSb多碱阴极在Cs-Sb激活之后，跃迁电子的数量有所增加，同时跃迁电子的能级也有所提高，这种现象可以解释为多碱阴极在激活过程中的“体积”效应.所以多碱阴极在表面Cs激活过程中，既有表面效应，又有“体积”效应，而这种“体积”效应是指Na2KSb膜层内部的能带结构变化，并非Cs原子扩散到Na2KSb膜层内部.

测量了透射式 GaAs光电阴极四层、二层结构组件和三代像增强器光电阴极的荧光谱。激发光的波长分别为 514.5 nm和 785 nm。测量结果表明， GaAs外延层荧光谱的峰值波长较 GaAs衬底荧光峰值波长长。当 GaAs阴极四层结构组件变为二层结构组件时，GaAs发射层的荧光谱峰值波长向长波方向移动。将 GaAs阴极二层结构组件减薄激活之后，GaAs阴极发射层的荧光谱峰值波长向短波方向移动。三代像增强器 GaAs阴极组件在制作过程中荧光谱峰值波长变化的原因主要是 GaAs发射层内部晶格存在应变，因此当四层 GaAs阴极组件变为二层 GaAs阴极组件之后，由于 GaAs发射层内部晶格应变状态的变化，致使荧光谱的峰值波长向长波方向移动。当二层 GaAs阴极组件经过减薄、热清洗和激活之后，由于 GaAs发射层内部应力的释放，应变在一定程度上得到消除，因此 GaAs发射层的荧光谱峰值波长又向短波方向移动。通常情况下，GaAs材料的荧光谱是一条高斯型的曲线，但对三代管 GaAs阴极组件而言，当 GaAs发射层中存在不均匀的晶格应变时，其荧光谱曲线在峰值附近会出现不规则的形状，而当不均匀的晶格应变消除后，荧光谱曲线会恢复到正常的形状。所以 GaAs发射层中存在的应变会通过荧光谱反映出来，这样在 GaAs光电阴极的制作过程中，除了通过测量积分光荧光来评价 GaAs光电阴极的制作过程之外，还可以通过测量 GaAs光电阴极荧光谱的峰值波长变化来监控 GaAs光电阴极的制作过程。

由于微通道板除气不彻底, 导致双微通道板像增强器在工作时视场上出现闪烁噪声, 因而无法正常工作。为了消除闪烁噪声并使微通道板增益进入一个稳定值区间, 采用不同的电子清刷控制方法, 对两块微通道板进行彻底除气, 结果表明:增大萃取电荷量的方法在减少闪烁噪声的同时也会降低像增强器的增益, 而增加台外预先电子清刷阶段并且使第二块微通道板的预先萃取电荷量大于第一块微通道板, 可以完全消除闪烁噪声。选择合适的预先萃取电荷量, 可以保证像增强器的增益达到 105以上, 制作出合格的双微通道板像增强器。

鉴于不同的铯氧电流激活GaAs光阴极时会对激活过程和结果产生不同的影响，从而影响GaAs光阴极的灵敏度和稳定性。以固定铯源电流，改变氧源电流的方式获取不同铯、氧电流比，激活同类GaAs光阴极，得到了3组实验数据。对数据进行分析，结果表明：同类光阴极在相同条件下激活时，光电流出现的时间几乎一致，并且首个光电流峰值也非常接近；激活时ICs/IO=1.07是目前获得高灵敏度、高稳定性GaAs光阴极的最佳电流比，而ICs/IO=1.10时光阴极灵敏度低但稳定性好，ICs/IO=1.03时光阴极灵敏度高但稳定性差。双偶极层模型认为Cs、O激活后GaAs表面形成了稳定均匀的GaAs-O-Cs:Cs-O-Cs双偶极层，并达到了负电子亲和势，这一点与实验数据的分析结果相一致。该方法可用于提高GaAs光阴极灵敏度和稳定性。

为解决透射式Cs₂Te光阴极厚度不均匀问题，通过理论和实验研究，分析了产生此问题的机理及其影响因素。这些因素包括：蒸发源发生器形状及其与阴极基底之间的相对位置；Cs／Te原子在阴极基底表面上完成化学反应所需的结合能以及制作阴极前基底表面所能达到的温度均匀性水平等。实验证明，上述最后一个因素是影响Cs₂Te光阴极厚度不均匀的主要原因。通过改变加温程序，优化保温时间，均衡阴极基底与阴极托盘温度梯度等途径，使得制作的透射式Cs₂Te光阴极厚度不均匀性由原来的76．4%，改善为＜10%。