负电子亲和势砷化镓(GaAs)光电阴极作为三代微光像增强器的核心器件,具有量子效率高、暗发射小、发射电子能量分布及角分布集中、长波阈可调、长波响应扩展潜力大等优点。GaAs光电阴极经Cs-O(铯-氧)激活后灵敏度的高低直接影响三代微光像增强器性能。Cs-O激活前GaAs光电阴极需要进行表面净化处理,否则阻碍Cs-O沉积,GaAs表面无法形成负电子亲和势,从而获取不到光电流。GaAs光电阴极表面状态及其表面净化技术研究十分重要。本文主要进行GaAs光电阴极表面状态研究,根据双偶极子模型结合实际Cs-O激活光电流曲线建立三偶极子模型假设。Cs-O激活前需要进行GaAs表面净化处理,因此如何评测GaAs表面状态成为激活前的首要问题。为解决表面状态评测问题,设计一系列分析实验,通过X射线光电子能谱仪(简称XPS)对GaAs表面进行测量,并结合Ar离子刻蚀检验高温净化技术的效果,通过Cs-O激活光电流曲线验证三偶极子模型,确定最佳GaAs表面高温净化技术,提高Cs-O激活后GaAs光电阴极灵敏度。结合Spicer光电发射“三步模型”,对GaAs材料光电发射理论进行了深入研究。对比已有的异质结模型、双偶极层模型、铯的弱核力场效应、表面非晶态模型以及群模型等,结合实际激活过程的光电流变化情况,提出GaAs三偶极子表面模型假设。根据GaAs光电阴极激活过程中光电流变化规律模拟了表面势垒形成过程,提出了Cs、O在光电阴极表面存在状态假设,认为表面势垒由GaAs(Zn)--Cs+、Cs-O-Cs、GaAs-O-Cs三种偶极子组成,后两种偶极子嵌入第一偶极层中,三者交叠在一起形成了分段均匀的电场,这些偶极子的精确分布及相互关系仍有待探索。为了研究表面状态,进行Cs-O激活,首先必须获得洁净且结构缺陷少的GaAs表面结构,需要特殊的表面净化处理方法。希望从GaAs表面状态来判断目前GaAs表面热清洗工艺的效果,设计实验进行测试与分析。通过XPS对高温净化前后GaAs光电阴极表面进行定性、定量检测光电阴极的表面元素种类、分布、含量,并结合Ar离子刻蚀获取深度方向的二维分布,分析热清洗工艺前后GaAs表面元素种类及相对含量,通过检测GaAs表面状态,评价热清洗工艺效果。本文通过研究GaAs表面状态和净化技术对认清GaAs材料Cs-O激活机理,高温净化后表面状态以及提高阴极激活灵敏度都有积极作用,研究成果对批量制备高性能GaAs光电阴极具有指导意义。