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

Kapitel 6
Modellrechnungen für die gepulste
Photoemission
Die Grundlage aller bisherigen Modellrechnungen für das zeitliche Antwortverhalten
einer NEA-Photokathode ist das in Abschnitt 2.3 vorgestellte 3-Stufen-Modell
von Spicer. Frühere Abschätzungen [15, 16] ergeben Werte, die durchweg mindestens
um eine Größenordnung größer sind als die gemessenen Pulsdauern von
10–20 ps. Die Ursache hierfür liegt darin, daß die Kristalloberfläche, die einen wesentlichen
Einfluß auf die Photoemission ausübt, in diesen Rechnungen nicht berücksichtigt
wurde. Die Photoemission, aber vor allem auch die Bandbiegungszone
(s. Abschnitt 2.4.1) sorgen dafür, daß die Elektronenkonzentration an der Oberfläche
des Kristalls deutlich geringer ist als im Inneren des Halbleiters. Dadurch
entsteht ein Konzentrationsgradient, der den Elektronenfluß zur Oberfläche hin verstärkt.
Für die Berechnung der Pulsdauer wird deshalb
hier das Modell der Diffusion aus einer Platte
endlicher Dicke verwendet, wobei die Elektronenkonzentration
auf den Plattenoberflächen
Laserfleck Eindringtiefe
GaAs
konstant auf Null gehalten wird. Die nebenstehende
Abbildung veranschaulicht die Lage
des Koordinatensystems. Weil die Eindringtiefe
des Lichts in den Halbleiter (α ;1 1 µm)
x
z
klein gegen den Durchmesser des Laserstrahlflecks
(ca. 300 µm) ist, kann die lineare Diffusi-
y
on entlang der x-Achse in guter Näherung den
Puls beschreiben.
Ausgangspunkt der Rechnung ist Gleichung 2.21 auf Seite 22. Die Rekombinationszeit
der Elektronen ist mit 200-300 ps [41, 42] lang gegen die beobachteten Pulsdauern.
Der Rekombinationsterm c(xt)=τ wird deshalb vernachlässigt. Der räum-
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