Aufbau einer gepulsten Quelle polarisierter Elektronen - Institut für ...

5.2 Pulse aus Bulk GaAs Photokathoden 101
Die Abbildungen 5.9 und 5.10 zeigen die erzeugten Pulse. Während der Puls des
0.4µm-Kristalls noch die typische Pulsform eines Pulses aus Bulk-Kathoden hat,
sind die beiden Flanken des Pulses aus den 0.2µm-Kristall nahezu identisch. Dessen
Pulsdauer von 10 ps FWHM wird dominiert von der (quadratischen) Summe
aus Laserpulsdauer und Phasenauflösung, die insgesamt 5.7 ps FWHM ausmacht.
Aussagen zur Pulsform sind bei diesem Kristall nur eingeschränkt möglich.
Die Messung der phasenaufgelösten Polarisation ergab einen Maximalwert von
42.10.94.3 % und eine Abfallzeitkonstante von 136 +11
;10
ps für den 0.4µm-
Kristall bzw. 47.22.24.3 % und 104 +60
;28
ps für den 0.2µm-Kristall. Diese im Vergleich
mit dem Siemens-Kristall längeren Zeitkonstanten können durch die geringere
Dotierung zustandekommen. Ein Vergleich mit den Daten aus Ref. [40] zeigt,
daß der Trend in die richtige Richtung geht.
Abbildung 5.11 zeigt einen Vergleich der auf ihr Strommaximum normierten Pulse.
Eine Abhängigkeit der Pulsform von der Kristalldicke ist klar ersichtlich, was die
Vermutung bestätigt, daß Elektronen in der abfallenden Flanke der Pulse in tieferen
Schichten des Kristalls erzeugt werden. Wäre das nicht der Fall, sollte sich nur die
Quantenausbeute, nicht aber die Pulsform ändern.
Die Quantenausbeute einer Photokathode wird sowohl von Oberflächengrößen als
auch von Volumengrößen beeinflußt. Zu den Oberflächengrößen zählt vor allem
der Wert der negativen Elektronenaffinität, während mit Volumengrößen die Dicke
der Photokathode oder der Wert der Diffusionskonstanten gemeint sind. Durch die
Pulsmessungen kann der Einfluß der Oberflächeneffekte vom Einfluß der Volumeneffekte
unterschieden werden. Die bei gleichen Wellenlängen gemessenen Kurven
in Abbildung 5.6 lassen den Schluß zu, daß die Veränderung der Quantenausbeute
durch den Alterungsprozeß bei hohem Strahlstrom nicht von Volumengrößen, wie
der Diffusionskonstanten, oder der Lichtabsorption abhängen. Im Gegensatz dazu
hängt die maximal erreichte Quantenausbeute der drei undeformierten Kathoden
zumindest teilweise von der Kristalldicke ab. Falls die Präparation der Photokathoden
zum gleichen Zustand der Potentialverhältnisse an der Kristalloberfläche führt,
sollten sich die Verhältnisse der direkt nach der Präparation bei 633 nm erreichten
maximalen Quantenausbeuten zueinander genauso verhalten, wie die Flächen
unter den auf ihr Strommaximum normierten Pulsen in Abbildung 5.11. Die gemessenen
Quantenausbeuten verhalten sich wie 13.2%:4.5%:2.8% = 4.7:1.6:1. Zur
Berechnung der Fläche unter den Pulsen wurde aus den Meßdaten jeweils der Mittelwert
aus Untersumme und Obersumme gebildet. Die Verhältnisse ergaben sich
zu 2.41:1.77:1. Dabei muß beachtet werden, daß die Fläche des Pulses aus dem
0.2µm-Kristall durch die Messung überschätzt wird. Die Fläche unter dem Puls des
Siemens-Kristalls wird durch die Meßdaten zu klein abgeschätzt, da die Meßdaten
vor dem Ende der abfallenden Pulsflanke abbrechen. Der fehlende Faktor zwei wird
bei Berücksichtigung der Flanke allerdings nicht erwartet. Obwohl die berechneten
Verhältnisse der Flächen nicht genau mit den Verhältnissen der Quantenausbeuten
übereinstimmen, zeigt der Trend in die richtige Richtung. Zukünftige systemati-