CN114927396B - 一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实时控制NEAGaN电子源扩散长度的方法，具体为：建立一个目标扩散长度与温度相对应，通过改变温度实现扩散长度实时可变的模型。输入目标偏离值s、目标扩散长度L和标定需要的数据数量m；获取NEAGaN电子源当前的扩散长度L0，所处环境的温度T0，然后在此温度下多次测量获得m组扩散长度数据，将上述m组数据代入模型公式中，拟合得到常数μ0和τ0，将标定好的常数以及目标扩散长度L代入模型公式中，计算得到温度T1；设定NEAGaN电子源温度为T1，测量其实际扩散长度L1并计算偏离值s1，若s1小于s，则输出温度T＝T1，反之，则根据T1和L1继续标定μ1和τ1，计算温度T2，测量T2下的L2，比较偏离值s2和s。循环往复，直至sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝Tn，达到实时控制扩散长度的目的。与现有的方法相比，该方法能够使NEAGaN电子源实际扩散长度值与目标值不断接近，最终满足不同情况下的扩散长度要求，具有自校准功能和灵活可变，操作简单，控制稳定的特点。

Description

一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，具体涉及一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法。
背景技术
GaN作为第三代半导体材料，具有耐腐蚀、耐高温、抗辐射等优良特性。NEA GaN光阴极具有量子效率高、禁带宽度宽、物理化学性质稳定、发射电子能量分布集中等优点，是高性能的紫外光阴极。光阴极由激光控制，可以产生超短、高峰值亮度、低发射度的高品质电子束，相比传统的热发射和场致发射电子源，光阴极是非常理想的电子源。
根据现有的技术，在不同应用需求下，要改变NEA GaN电子源的量子效率需要更换材料并重新激活，这种方法步骤繁琐，操作复杂，控制单一且精度难把握，实验效率低。
从NEA GaN电子源的量子效率计算公式中可以看出，NEA GaN电子源的扩散长度会直接影响量子效率的值。在不同的NEA GaN电子源的量子效率需求下，通过控制扩散长度可以间接控制量子效率，从而实现在不改变NEA GaN电子源材料的情况下实时控制NEA GaN电子源的量子效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，从而满足不同情况下的扩散长度需求，使NEA GaN电子源的扩散长度更灵活可控。
为了达到上述目的，本发明建立了一个目标扩散长度与温度相对应，通过改变温度实现扩散长度实时可变的模型。
进一步地，根据温度对扩散长度影响的公式推导出了目标扩散长度对应的温度公式：
T＝L2e/kμτ。
进一步地，所述方法包括以下步骤：
(1)输入目标偏离值s、目标扩散长度L和标定需要的数据数量m，且m需大于20，L需大于0nm小于1000nm；
(2)作为初始条件，首先获取置入的NEA GaN电子源的初始值，包括NEA GaN电子源当前的扩散长度L0，所处环境的温度T0，在T0温度下多次测量获得m组扩散长度数据；
(3)将上述m组数据代入目标扩散长度对应的温度公式中：
T0＝L01 2e/kμτ
...
T0＝L0m 2e/kμτ。
(4)根据最小二乘法拟合得到常数μ0和τ0；
(5)将标定好的常数以及目标扩散长度L代入模型公式中，计算得到温度T1：
T1＝L2e/kμ0τ0。
(6)设定NEA GaN电子源温度为T1，测量其实际扩散长度L1并计算偏离值s1，若s1小于s，则输出温度T＝T1，反之，则根据T1和L1继续标定μ1和τ1，计算温度T2，测量T2下的L2，比较偏离值s2和s；
(7)循环往复，直至sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝Tn，达到实时控制扩散长度的目的。
进一步地，所述方法通过光谱响应曲线获得的量子产额曲线拟合得到扩散长度的值。
进一步地，所述方法的目标扩散长度L为实际应用需要的值；偏离度设定值s由实际应用需要的精确程度决定；m组数据为某温度下测量m次的扩散长度；在第二次及以后标定常数时，以计算出的温度以及目标扩散长度为基础，再次测量m次，获取m组扩散长度数值。
进一步地，所述方法偏离度定义为
Figure BDA0003616701770000021
进一步地，所述方法若第一次未得到最佳温度，则按模型多次计算并修正需标定的常数，直至偏离值sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝Tn。
进一步地，所述方法可以实时在线地自动控制工作中的NEA GaN电子源的扩散长度，而不需要更换NEA GaN电子源材料。
进一步地，所述方法测量和校准过程均由计算机软硬件自动执行，只需要输入目标扩散长度L、偏离度设定值s和标定需要的数据数量m即可，且可以输出符合要求的温度T、循环次数n和实际偏离值sn。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例一
NEA GaN电子源所用材料厚度为500nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1019cm-3，尺寸为10*10mm，衬底为蓝宝石。
一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法包括以下步骤：
(1)输入目标偏离值s＝5％、目标扩散长度L＝68nm和标定需要的数据数量m＝50；
(2)作为初始条件，首先获取置入的NEA GaN电子源的初始值，包括NEA GaN电子源当前的扩散长度L0，所处环境的温度T0，在T0温度下多次测量获得50组扩散长度数据；
(3)将上述50组数据代入目标扩散长度对应的温度公式中：
T0＝L01 2e/kμτ
...
T0＝L050 2e/kμτ。
(4)根据最小二乘法拟合得到常数μ0和τ0；
(5)将标定好的常数以及目标扩散长度L代入模型公式中，计算得到温度T1：
T1＝L2e/kμ0τ0。
(6)设定NEA GaN电子源温度为T1，测量其实际扩散长度L1并计算偏离值s1，若s1小于s，则输出温度T＝T1，反之，则根据T1和L1继续标定μ1和τ1，计算温度T2，测量T2下的L2，比较偏离值s2和s；
(7)循环往复，直至sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝15K，达到实时控制扩散长度的目的。
进一步地，所述方法通过光谱响应曲线获得的量子产额曲线拟合得到扩散长度的值。
进一步地，所述方法的目标扩散长度L为实际应用需要的值；偏离度设定值s由实际应用需要的精确程度决定；50组数据为某温度下测量50次的扩散长度；在第二次及以后标定常数时，以计算出的温度以及目标扩散长度为基础，再次测量50次，获取50组扩散长度数值。
进一步地，所述方法偏离度定义为
Figure BDA0003616701770000031
进一步地，所述方法若第一次未得到最佳温度，则按模型多次计算并修正需标定的常数，直至偏离值sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝15K。
进一步地，所述方法可以实时在线地自动控制工作中的NEA GaN电子源的扩散长度，而不需要更换NEA GaN电子源材料。
进一步地，所述方法测量和校准过程均由计算机软硬件自动执行，只需要输入目标扩散长度L＝68nm、偏离度设定值s＝5％和标定需要的数据数量m＝50即可，且可以输出符合要求的温度T＝15K、循环次数n和实际偏离值sn。
实施例二
NEA GaN电子源所用材料厚度为300nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为1017cm-3，尺寸为10*10mm，衬底为蓝宝石。
一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法包括以下步骤：
(1)输入目标偏离值s＝3％、目标扩散长度L＝125nm和标定需要的数据数量m＝100；
(2)作为初始条件，首先获取置入的NEA GaN电子源的初始值，包括NEA GaN电子源当前的扩散长度L0，所处环境的温度T0，在T0温度下多次测量获得100组扩散长度数据；
(3)将上述100组数据代入目标扩散长度对应的温度公式中：
T0＝L01 2e/kμτ
...
T0＝L0100 2e/kμτ。
(4)根据最小二乘法拟合得到常数μ0和τ0；
(5)将标定好的常数以及目标扩散长度L代入模型公式中，根据最小二乘法计算得到温度T1：
T1＝L2e/kμ0τ0。
(6)设定NEA GaN电子源温度为T1，测量其实际扩散长度L1并计算偏离值s1，若s1小于s，则输出温度T＝T1，反之，则根据T1和L1继续标定μ1和τ1，计算温度T2，测量T2下的L2，比较偏离值s2和s；
(7)循环往复，直至sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝120K，达到实时控制扩散长度的目的。
进一步地，所述方法通过光谱响应曲线获得的量子产额曲线拟合得到扩散长度的值。
进一步地，所述方法的目标扩散长度L为实际应用需要的值；偏离度设定值s由实际应用需要的精确程度决定；100组数据为某温度下测量100次的扩散长度；在第二次及以后标定常数时，以计算出的温度以及目标扩散长度为基础，再次测量100次，获取100组扩散长度数值。
进一步地，所述方法偏离度定义为
Figure BDA0003616701770000041
进一步地，所述方法若第一次未得到最佳温度，则按模型多次计算并修正需标定的常数，直至偏离值sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝120K。
进一步地，所述方法可以实时在线地自动控制工作中的NEA GaN电子源的扩散长度，而不需要更换NEA GaN电子源材料。
进一步地，所述方法测量和校准过程均由计算机软硬件自动执行，只需要输入目标扩散长度L＝125nm、偏离度设定值s＝3％和标定需要的数据数量m＝100即可，且可以输出符合要求的温度T＝120K、循环次数n和实际偏离值sn。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，对于本技术领域的技术人员而言，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，其特征在于，建立了一个目标扩散长度与温度相对应的模型，包括如下步骤：
(1)定义偏离度为
Figure FDA0004151838440000011
(2)输入目标偏离值s、目标扩散长度L和标定需要的数据数量m；
(3)获取NEA GaN电子源当前的扩散长度L0，所处环境的温度T0，在T0温度下多次测量获得m组扩散长度数据；
(4)将上述m组数据代入模型公式中：
T0＝L01 2e/kμτ
...
T0＝L0m 2e/kμτ；
(5)拟合得到常数μ0和τ0；
(6)将标定好的常数以及目标扩散长度L代入模型公式中，计算得到温度T1：
T1＝L2e/kμ0τ0；
(7)设定NEA GaN电子源温度为T1，测量其实际扩散长度L1并计算偏离值s1，若s1小于s，则输出温度T＝T1，反之，则根据T1和L1继续标定μ1和τ1，计算温度T2，测量T2下的L2，比较偏离值s2和s；
(8)循环往复，直至sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝Tn，达到实时控制扩散长度的目的。
2.如权利要求1所述的一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，其特征在于，所述方法通过光谱响应曲线获得的量子产额曲线拟合得到扩散长度的值。
3.如权利要求1所述的一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，其特征在于，所述方法的目标扩散长度L为实际应用需要的值；偏离度设定值s由实际应用需要的精确程度决定；m组数据为某温度下测量m次的扩散长度。
4.如权利要求1所述的一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，其特征在于，所述方法若第一次未得到最佳温度，则按模型多次计算并修正需标定的常数，直至偏离值sn小于s，输出对应L的最佳温度T＝Tn。
5.如权利要求1所述的一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，其特征在于，所述方法可以实时在线地控制工作中的NEA GaN电子源的扩散长度。
6.如权利要求1所述的一种实时控制NEA GaN电子源扩散长度的方法，其特征在于，所述方法测量和校准过程均由计算机软硬件自动执行，只需要输入目标扩散长度L、偏离度设定值s和标定需要的数据数量m即可，且可以输出符合要求的温度T、循环次数n和实际偏离值sn。
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