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

5.2 Pulse aus Bulk GaAs Photokathoden 103
sche Untersuchungen an einer großen Menge unterschiedlicher Photokathoden und
ein Modell für die Photoemission aus Photokathoden mit dünnen Epilayern werden
zur weiteren Aufklärung des Zustandekommens der Quantenausbeute einer NEA-
Photokathode beitragen.
Die theoretische Maximalpolarisation der Kristalle von 50 % kann durch Pulsmessungen
mit endlicher Phasenauflösung nicht nachgewiesen werden. Die maximal
meßbare Polarisation kann über die Depolarisationszeitkonstante T 1 abgeschätzt
werden. Über die Phasenauflösung von 5.7 ps (FWHM) fällt die Polarisation von
P 0 =50%aufP 1 = P 0 exp(;5:7=T 1 ) ab. Als untere Grenze für die maximal meßbare
Polarisation wird in erster Näherung der Mittelwert zwischen P 0 und P 1 angenommen.
Diese Werte betragen 47.7% für den Siemens-Kristall und 49 % für
den 0.4µm-Kristall und den 0.2µm-Kristall. Sie liegen systematisch am oberen Ende
oder über dem Fehlerbalken der gemessenen Maximalpolarisationen (Siemens:
43.30.64.3 %, 0.4µm: 42.10.94.3 % und 0.2µm: 47.22.24.3 %), was entweder
auf einen Fehler in der Polarisationsmessung oder einen weiteren Depolarisationseffekt
hindeuten könnte. Wegen der großen Fehlerbalken ist aber mit diesen
Meßwerten keine definitive Aussage möglich. Hier sind Messungen mit größerer
Genauigkeit erforderlich.
Insgesamt erweist sich die mittlere Strahlpolarisation als abhängig vom Verhältnis
aus Spinrelaxationszeit und Pulsdauer. Je größer dieses Verhältnis ist, desto höher
ist die vom Kristall erzeugbare mittlere Strahlpolarisation. Die Spinrelaxationszeit
hängt selbst wiederum von der Dotierung und der Temperatur des Kristalls ab. Die
Pulsdauer wird von Diffusions- und Lichtabsorptionskonstante und von der Dicke
des Epilayers bestimmt.
Die ideale Photokathode kann durch die Bestimmung aller Größen optimiert werden.
Moderne Methoden der Kristallherstellung garantieren eine gleichbleibende
Kristallqualität hinsichtlich der Diffusionskonstanten und der Dotierung. Ist die Diffusionskonstante
eines Materials bekannt, kann die optimale Schichtdicke durch
Berechnung des Gütefaktors P 2 Y (P: Polarisation, Y: Quantenausbeute) berechnet
werden. Die Abhängigkeit der Diffusionskonstanten von der Temperatur konnte im
Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht werden. Ihre Kenntnis ist aber für die Konzeption
der idealen Photokathode notwendig. Messungen der Elektronenbeweglichkeit
an Transistoren [102] belegen, daß der Wert der Diffusionskonstanten mit sinkender
Temperatur zunimmt, wodurch die Pulsdauer verlängert würde. Falls die
Spinrelaxationszeit mit abnehmender Temperatur schneller ansteigt als die Pulsdauer,
kann die Strahlpolarisation durch Kristallkühlung weiter gesteigert werden.
Zusätzlich kann die Quantenausbeute bei dünnen Kristallen durch Aufdampfen eines
dielektrischen Spiegels auf die Rückseite des Kristalls verbessert werden [103].