Untersuchung von NEA-Photokathoden mittels zeitlich hochauflösender Vermessung von Intensitäts- und Spinpolarisationsverteilungen

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung von Photokathoden mit negativer Elektronenaffinität (NEA) mittels zeitlich hochauflösender Vermessung der emittierten Ladungs- und Spinpolarisationsverteilungen nach Anregung mit einem ultrakurzen Laserpuls. Untersucht wurden uniaxial deformierte GaAsP-Photokathoden mit dünnen emittierenden Schichten (≤150nm), sowie undeformierte GaAs-Photokathoden mit unterschiedlichen Schichtdicken. Die Untersuchungen wurden an einer 100keV-Elektronenquelle durchgeführt, wie sie am Mainzer Mikrotron (MAMI) zur Erzeugung eines Spinpolarisierten Elektronenstrahls verwendet wird. Mit der Apparatur konnte eine Zeitauflösung von 2,5ps erreicht werden. Es zeigte sich, dass die tatsächliche Antwortzeit der Photokathoden die erreichte Zeitauflösung noch unterschreitet. Eine Depolarisation in den kurzen, wegen der Zeitauflösung auf 2,5ps begrenzten, Elektronenpulsen konnte aber nachgewiesen werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass der Polarisationsverlust der emittierten Elektronen bei dünnen Schichten im Wesentlichen auf eine energiekorrelierte Depolarisation beim Durchqueren der Bandbiegungszone zurückzuführen ist. Als weiteres Resultat wird, für die GaAsP-Photokathoden mit einer Schichtdicke von 150nm, eine Obergrenze für die mittlere Emissionszeit von <t>≤1,25ps angegeben. Daraus ergibt sich nach dem hier verwendeten Diffusionsmodell eine Untergrenze für die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Bandbiegungszone von S≥1,2·10^7 cm/s.

This theses investigates photocathodes with negative electron affinity (NEA) by measuring the distribution of charge and spin polarization emitted after excitation by an ultrashort laser pulse with a high time resolution. Investigations were made for strained layer GaAsP-photocathodes with thin active layers (≤150nm) as well as for unstrained GaAs-photocathodes with different layer thicknesses. The measurements were conducted at a 100keV-electron source as used at the Mainzer Mikrotron (MAMI) to produce a spin-polarized electron beam. A time resolution of 2.5ps could be achieved with this setup. The real pulse duration was found to be even less than the achieved time resolution. Anyhow depolarization was detected even in the short electron pulses limited to 2.5ps by the time resolution. Further it was shown that the depolarization of the emitted electrons is dominated by an energy correlated depolarization during the transition of the bent band region. Additionally it can be concluded that the average emission time for the GaAsP-photocathode with a layer thickness of 150nm has an upper limit of <t>≤1,25ps. Referring to the Diffusion Model used here this results in a lower limit for the surface recombination velocity of S≥1,2·10^7 cm/s.