2 Theoretische Grundlagen - Institut für Kernphysik - Johannes ...

2.1 Polarisierte Elektronen und deren Erzeugung
und Leitungsbandunterkante. Zusätzlich definiert man noch die sog. Arbeitsfunktion Φ,
die über
Φ=Evak − EF
(2.10)
gegeben ist.Abbildung 2.4 (a) zeigt den Zustand, wie er ohne äußeres Eingreifen im
Kristall vorliegen würde.
(a) Energieverhältnisse in einem
idealen Halbleiter
(b) p-dotierter Zustand mit
Bandverbiegung
(c) NEA nach Bedampfung mit
Cäsium
Abbildung 2.4: Vorgehensweise zur Herstellung einer Photokathode mit negativer Elektronenaffinität
(NEA)
In einem ersten Schritt wird mit Fremdatomen dotiert. Um χ zu verkleinern, muss man
einen p-dotierten Kristall herstellen, da nur in diesem Fall später eine Bandbiegung in
die richtige Richtung stattfindet. Die hier vermessenen Photokathoden sind mit Beryllium
(Be) dotierte, von GaAs abgeleitete Kristalle. Als Element der zweiten Hauptgruppe
hat Be ein Valenzelektron weniger als Gallium. Es kommt zur Ausbildung eines Akzeptorniveau
28 meV über der ursprünglichen Valenzbandoberkante, in das Elektronen
aufgrund thermischer Anregung leicht angehoben werden können. Dadurch entstehen
Elektronenlöcher im Valenzband und die Fermi-Energie im Inneren des Kristalls wird,
wie in Abbildung 2.4 (b) zu sehen, in dessen Richtung verschoben.
Das allein verringert χ allerdings noch nicht, da sich ja nur die Lage der Fermi-Energie
relativ zum Vakuum, also der Wert von Φ ändert. Der entscheidende Punkt ist, dass
es immer eine Grenzfläche zwischen Kristall und Vakuum geben wird. Diese besteht
in der Regel aus einer Halbleiter-Halbleiteroxid-Schicht und umfasst alle Atomschichten,
deren Bindungsverhältnisse oder Bindungssymmetrien anders sind als im Volumen
selbst. Bindungen mit anderen Atomen, Bindungen mit anderen Bindungsenergien, nicht
abgesättigte Bindungen, etc. führen in dieser Schicht zu zusätzlichen Zuständen, den
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