GaAs光电阴极因其优良的光电特性,被广泛应用于微光夜视等领域。而GaAs光电阴极的表面净化一直是主要研究热点之一。因国内外各自的制备系统不同以及GaAs阴极材料生长方法的不同,对于GaAs表面净化工艺的研究结果存在差异。在此背景下,本文基于“光电阴极制备与表征超高真空互联系统”,针对GaAs（100）光电阴极的表面净化展开研究,重点围绕阴极表面杂质吸附、清洁工艺优化和净化评估,以此提升负电子亲和势（NEA）GaAs（100）光电阴极的光电发射性能。首先运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,构建了氧原子和碳原子在富As重构GaAs（100）β2（2×4）表面不同位置的吸附模型。通过分析吸附模型的结构变化、功函数、吸附能以及光学性质,发现杂质原子的吸附改变了GaAs（100）表面的电子原子结构,进而影响了As二聚体的稳定性。杂质吸附使得表面功函数均变大,不同位置的吸附结构呈现出不同的吸附能,不同吸附表面光学性质也有所差异。其中氧原子吸附模型中As-O-Ga结构成键最不易被去除,碳原子的吸附会使As二聚体断裂并出现悬空键。其次介绍了课题组新研制的“光电阴极制备与表征超高真空互联系统”,该系统集多种表面分析手段为一体,真空度更高、测控与表征技术更先进。基于系统,设计了一系列表面清洁实验。在课题组原有的化学清洗方法基础上增加了紫外臭氧清洗方法,设计了紫外臭氧处理和去油脂的对比实验、紫外臭氧处理和去油脂的结合实验。在高温加热清洗中,设计了不同温度下的残气分析对比实验和不同温度高温加热的表面分析实验。并介绍了系统表面分析手段在实验中的应用,特别是X射线光电子能谱仪（XPS）的微区分析应用。借助系统的表面分析手段,对各项表面清洁实验进行了评估。利用XPS表面微区分析技术,表征了化学清洗和紫外臭氧结合实验的清洁效果。分析表明,该净化方法使得GaAs（100）表面包括氧化物在内的杂质含量最低,氧化层厚度最小,并形成良好的富砷表面更适用于高温加热清洗。利用四极质谱仪（QMS）对高温加热脱附的残气进行分析,发现某些特定气体如As H3和As2的脱附解吸规律可以作为判断GaAs光电阴极表面清洁度的可靠标准之一。利用XPS和紫外光电子能谱仪（UPS）分析不同温度高温加热后的GaAs（100）表面,表征了表面的化学组成成分和价带谱。最后,对经过不同净化工艺处理后的GaAs（100）光电阴极开展了激活对比实验,对激活后的光电阴极进行了原位表面分析。结合光电流和光谱响应曲线分析,验证了优化后的表面净化工艺可以得到表面更清洁、发射性能更好的光电阴极。