Nea (Negative Electron Affinity)

Negative electron affinity (NEA) menunjukkan bahwa tingkat vakum pada permukaan materi lebih rendah dari pita konduksi minimum di dalam bulk, yaitu afininitas elektron efektif dari materi lebih kecil daripada nol. Aktivasi fotokatoda NEA berarti bahwa keadaan negatif afinitas elektron dicapai dengan menutup permukaan atom fotokatoda dengan materi listrik rendah menyerupai 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 sanggup disimpulkan dari persamaan difusi dari tiga proses tersebut. Fotokatoda NEA dari materi GaN dan GaAs yaitu fotokatoda yang sangat penting. Fotokatoda NEA dari materi GaN dan dari materi GaAs sangat menyerupai sebab semuanya merupakan senyawa bergolongan III-V.

·         Fotokatoda NEA dari materi GaN

Fotokatoda GaN sanggup diaktifkan dengan Cs dan O secara bersamaan. Sumber cahaya untuk aktivasi GaN yaitu merkuri. Panjang gelombang cahaya sanggup diatur ke pita UV dan cahaya 300 nm sanggup 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 sehabis aktivasi hanya dengan Cs.

Kurva spektral untuk fotokatoda GaN mode refleksi ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Efisiensi kuantum yaitu sebuah fungsi dari energi foton yang tiba dalam gambar. Untuk mode refleksi fotokatoda GaN, efisiensi kuantum berkisar antar 5% dikala energi foton sama dengan energi ambang pita gap GaN, yaitu 3,4 eV (untuk panjang gelombang 365 nm). Efisiensi kuantum sanggup meningkat sampai 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 materi GaAs

Fotokatoda terdiri dari p-doping dari kristal GaAs yang diaktifkan dengan mendepositkan beberapa monolayer cesium (Cs) dan oksidator berpengaruh menyerupai flourine (F) atau oksigen (O) pada permukaan kristal secara berulang untuk menghasilkan elektron yang berpengaruh dikala disinari oleh laser dengan banyak sekali 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 dibuat selama aktivasi katoda. 

Afinitas elektron didefinisika sebagai potensial penghalang yang mana sebuah elektron pada pita konduksi minimum (E_cb­) dari katoda harus keluar untuk menuju tingkat vakum (E_vac) dari sistem. Dengan p-doping kristal GaAs, tingkat energi Fermi (E_F) sistem diturunkan terhadap pita valensi maksimum kristal (E_vb).

           Kualitas fotokatoda sanggup 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. Kaprikornus untuk daya laser yang datang, P pada panjang gelombang  pada kristal menghasilkan photocurrent I_p 

            Faktor kedua yaitu merit, yaitu rentang waktu dimana sebuah katoda diaktifkan secara kontinyu untuk menghasilkan QE yang memuaskan. dua perbedaan waktu paruh katoda yaitu relevan, jika 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 meliputi yang perpindahan atom permukaan yang masuk atau keluar. Akibatnya, terbentuk lapisan dipol elektrostatik yang akan mengubah afinitas elektron yang diukur. Adanya perbedaan nilai dipol mengakibatkan pengukuran χ dipengaruhi oleh imbas permukaan dan nilai-nilai χ yang terukur tidak akan bermakna bagi semikonduktor heterogen, kecuali imbas permukaan dipol sangat kecil sehingga sanggup diabaikan. Selain itu imbas 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 menyerupai itu sebab tolakan antara elektron coulombic tetapi juga sebab pertukaran mekanika kuantum imbas (terutama  prinsip pengecualian Pauli).

Referensi

1. Sze, Kwok. 2007. Physics of Semiconductor Devices. New Jersey.
2. Henderson, B. S., 2009. Study of Negative electron Affinity GaAs Photocathodes. Department of Physics and Astronomy : Rice University, Houston, Texas.