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Differential energy analysis of electron beams : a study of photoemission from NEA-GaAs

Hoppe, Markus

German Title: Differentielle Energieanalyse von Elektronenstrahlen : eine Studie zur Photoemission aus NEA-GaAs

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Abstract

Die mittlere transversale Energie von Photoelektronen aus gekühltem (90K) GaAs mit negativer Elektronenaffinität wurde mittels adiabatischer transversaler Strahlkompression in einem longitudinalen magnetischen Führungsfeld systematisch untersucht. Darüberhinaus wurde eine neue differentielle Methode zur Energieanalyse von Elektronenstrahlen entwickelt und implementiert. Die `Markierung' von Photoelektronen in einem engen Intervall longitudinaler Energie erlaubt, durch anschliessende Kompression, die Messung der transversalen Energieverteilung des entsprechenden Subensembles. Durch sequentielle Messungen über den relevanten Bereich der longitudinalen Energie wurde so die erste Bestimmung der zweidimensionalen Energieverteilung ermöglicht. Die Breite der Energieverteilungen zeigt, daß sowohl elastische als auch inelastische Prozesse zum Photoemissionsprozess beitragen. Ein ausgeprägtes Maximum der Verteilung kann möglicherweise dem effektiven Einfang der optisch angeregten Elektronen in einem zweidimensionalen quantisierten Subband in der oberflächennahen Bandverbiegungszone und der darauffolgenden Emission in das Vakuum zugeschrieben werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß die Produktion von Elektronenstrahlen, die transversal mit der niedrigen Kristalltemperatur thermalisiert sind (entsprechend kT=7.8meV), möglich ist. Dazu dürfen nur diejenigen Elektronen extrahiert werden, deren longitudinale Energie die Position des Leitungsbandminimums nicht mehr als etwa 20meV unterschreitet.

Translation of abstract (English)

Systematic measurements of the mean transverse energy of electrons photoemitted from GaAs activated to negative effective electron affinity were performed at cryogenic crystal temperatures (90K), employing the adiabatic transverse compression of the beam in a longitudinal magnetic guiding field. In addition, a new differential method of energy analysis of electron beams was developed and implemented. The `marking' of electrons within a narrow interval of longitudinal energy prior to the compression allows the measurement of the transverse energy distribution of the respective subensemble. Successive measurements covering the relevant range of longitudinal energy permitted the first determination of the two-dimensional electron energy distribution. The width of the distribution indicates that elastic as well as inelastic processes take place during the process of photoemission. A distinctive maximum of the distribution can possibly be assigned to an effective capture of photo-excited electrons in a two-dimensional quantized subband in the surface-near band bending region and the subsequent emission into vacuum therefrom. Furthermore, it was proved that it is possible to produce electron beams which are transversely thermalized with the low crystal temperature (i.e. kT about 7.8meV). For this purpose only electrons should be extracted whose longitudinal energies fall below the position of the conduction band minimum by not more than about 20meV.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Dr. Andreas
Date of thesis defense: 10. January 2001
Date Deposited: 28. Mar 2001 00:00
Date: 2000
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Photoemission, Galliumarsenid, Halbleiteroberfläche, Elektronenquelle, Elektronentemperatur
Uncontrolled Keywords: photoemission , electron source , beam analysis , semiconductor surface , electron affinity
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