Spectral quantum efficency measurements on Cs-K-Sb photocathodes for the energy-recovery linac test facility bERLinPro

Abstract

Cs-K-Sb Photokathoden sind aufgrund hoher Quanteneffizienzen im sichtbaren Spektrum vielversprechende Kandidaten als Elektronenquellen fur zukunftige Synchrotron-Lichtquellen, wie die Energy-Recovery Linac (ERL) Testanlage bERLinPro. Diese Masterarbeit beschaftigt sich mit der Inbetriebnahme eines Versuchsaufbaus, der in der Lage ist die spektrale Quanteneffizienz von Kathoden im Bereich von 370 bis 700 nm zu messen, den Photostrom wahrend des Photokathodenwachstums zu uberwachen und die Kathodenlebensdauer bei 515 nm zu messen. Mit diesem Aufbau wurden 5 Photokathoden charakterisiert, um das Wachstum besser zu verstehen und zu optimieren. Neben der spektralen Quanteneffizienz konnte die mittlere Lebensdauer der Kathoden bei 515 nm auf weniger als einen Tag bestimmt werden. Ein Scan uber die Oberflache der Kathode zeigt eine unregelmasige Verteilung der Quanteneffizienz bei 515 nm. Da die Photokathoden in einer supraleitenden Umgebung eingesetzt werden, wurde eine Kathode auf -120°C herunter gekuhlt, wahrend die spektrale Quanteneffizienz gemessen wurde. Es zeigt sich, dass niedrige Temperaturen keinen signifikanten Einfluss auf die Quanteneffizienz haben. Mit Hilfe des Spicer Modells konnten zwei verschiedene Austrittsarbeiten aus den spektralen Quanteneffizienzen extrahiert werden. Der Wert der ersten Arbeitsfunktion ergibt sich zu 1,96 +/- 0,02 eV. Weiterhin wird gezeigt, dass die Quanteneffizienz bei 515 nm hauptsachlich von der zweiten Austrittsarbeit abhangt. So leistet der experimentelle Aufbau einerseits einen wichtigen Beitrag fur das bERLinPro Photokathoden R&D Projekt und ist andererseits ein wichtiges Hilfsmittel um Photokathoden zu charakterisieren. %%%%Photocathodes made of Cs-K-Sb are promising candidates as electron sources for future synchrotron light sources like the energy recovery linac (ERL) test facility bERLinPro, since they provide high quantum efficiencies in the visible spectrum. This master thesis deals with the commissioning of an experimental setup, which is able to measure the spectral quantum efficiency of cathodes from 370 to 700 nm, to monitor the photocurrent during the photocathode growth process and to measure the cathodes lifetime at 515 nm. With this setup, 5 photocathodes were characterized, in order to better understand and to optimize the growth and the preparation process. Besides the spectral quantum efficiency, the mean lifetime of the cathodes at 515 nm could be determined to less than one day. A mapping over the cathode's surface shows an irregular distribution of the quantum efficiency at 515 nm. Since the photocathodes will be working in a superconducting environement, one cathode was cooled down to -120°C, while measuring the spectral quantum efficiency. It is shown, that low temperatures had no significant influence on the quantum efficiency. Two different work functions could be extracted by fitting each measured spectral quantum efficiency to the so called Spicer model. The value of the …