Elektron cihazlarda sərbəst elektron axını əldə etmək üçün xüsusi bir metal və ya yarımkeçirici elektrod var - katod.

Elektronların katoddan kənara çıxması üçün əks qüvvələrə qalib gəlmək üçün kifayət qədər enerjinin xaricdən nm-yə bildirilməsi lazımdır. Elektronlara əlavə enerjinin verilməsi üsulundan asılı olaraq elektron emissiyasının aşağıdakı növləri fərqləndirilir:

• termion, bu zaman katodun istiləşməsi nəticəsində elektronlara əlavə enerji verilir;
• fotoelektronik, elektromaqnit şüalanmasının katod səthinə təsir etdiyi;
• ikinci dərəcəli elektron, yüksək sürətlə hərəkət edən elektron və ya ion axını ilə katodun bombalanmasının nəticəsidir;
• elektrostatik, bu zaman katod səthinin yaxınlığında güclü bir elektrik sahəsi elektronların hüdudlarından kənara çıxmasına kömək edən qüvvələr yaradır.

Sadalanan elektron emissiya növlərinin hər birini daha ətraflı nəzərdən keçirək.

Termion emissiyası. Termion emissiyası fenomeni artıq 18-ci əsrin sonlarında məlum idi. Bu hadisənin bir sıra keyfiyyət qanunauyğunluqları V. V. Petrov (1812), T. L. Edison (1889) və başqaları tərəfindən müəyyən edilmişdir.1930-cu illərə qədər termion emissiyanın əsas analitik asılılıqları müəyyən edilmişdir.

Metal qızdırıldıqda keçiricilik zolağında elektronların enerji paylanması dəyişir (şəkil 1, əyri 2). Fermi səviyyəsini aşan enerji ilə elektronlar görünür. Belə elektronlar metaldan qaça bilər və nəticədə elektronların emissiyası baş verir. Termion emissiya cərəyanının böyüklüyü katod temperaturundan, iş funksiyasından və səth xüsusiyyətlərindən asılıdır (Richardson-Dashman tənliyi):

harada Je emissiya cərəyanının sıxlığı, A/sm²; AMMA- emissiya sabiti, şüalanma səthinin xüsusiyyətlərindən asılı olaraq və əksər təmiz metallara bərabərdir - 40 ... 70 A / (sm² K² '); T katodun mütləq temperaturudur; e- natural loqarifmlərin əsası (e = 2,718); eφo metaldan elektronun iş funksiyasıdır, J; κ \u003d 1.38 10‾²³ J / K - Boltzman sabiti.

Termion emissiyası üçün yuxarıdakı tənlik metallar üçün etibarlıdır. Çirkli yarımkeçiricilər üçün bir qədər fərqli bir asılılıq var, lakin emissiya cərəyanı ilə temperatur və iş funksiyası arasındakı əlaqə keyfiyyətcə eyni qalır. Tənlik göstərir ki, emissiya cərəyanının böyüklüyü ən çox katodun temperaturundan asılıdır. Bununla belə, temperaturun artması ilə katod materialının buxarlanma sürəti kəskin şəkildə artır və onun xidmət müddəti azalır. Buna görə katod ciddi şəkildə müəyyən edilmiş iş temperaturu diapazonunda işləməlidir. Aşağı temperatur həddi tələb olunan emissiyanı əldə etmək imkanı ilə, yuxarı isə emissiya materialının buxarlanması və ya əriməsi ilə müəyyən edilir.

Emissiya cərəyanının dəyəri katod səthinin yaxınlığında hərəkət edən xarici sürətləndirici elektrik sahəsi tərəfindən əhəmiyyətli dərəcədə təsirlənir. Bu fenomen Şottki effekti adlanır. Xarici elektrik sahəsinin mövcudluğunda katoddan çıxan elektrona iki qüvvə təsir edir - elektronu qaytaran elektrik cazibə qüvvəsi və elektronu katod səthindən istiqamətə sürətləndirən xarici sahənin qüvvəsi. Beləliklə, xarici sürətləndirici sahə potensial maneəni azaldır, bunun nəticəsində katoddan gələn elektronların iş funksiyası azalır və elektron emissiyası artır.

Fotoelektron emissiya.İlk dəfə olaraq fotoelektron emissiyası (və ya xarici fotoelektrik effekt) hadisəsini 1887-ci ildə Q.Hertz müşahidə etmişdir.Fotoelektron emissiyası üçün kəmiyyət əlaqələri qurmağa imkan verən eksperimental tədqiqatlar 1888-ci ildə A.Q.Stoletov tərəfindən aparılmışdır.Əsas qanunlar fotoelektrik effekti A. Eynşteyn işığın foton nəzəriyyələri əsasında izah etmişdir. Bu nəzəriyyəyə uyğun olaraq, şüa enerjisi davamlı axın şəklində deyil, yalnız müəyyən hissələrdə (kvanta) ötürülə və udula bilər və hər kvant müəyyən miqdarda enerjiyə malikdir. hv, burada h Plank sabitidir və vşüalanma tezliyidir. Beləliklə, elektromaqnit şüalanma (görünən və görünməyən işıq, rentgen şüaları və s.) fotonlar adlanan fərdi enerji kvantlarının axınıdır. Fotokatodun səthinə düşən zaman foton enerjisi elektronlara əlavə enerjinin verilməsinə sərf olunur. Bu enerji sayəsində kütləsi olan bir elektron mən, çıxış işini görür Vay və Eynşteyn tənliyi ilə riyazi olaraq ifadə olunan Vo başlanğıc sürətini əldə edir:

İş funksiyası kvant enerjisindən az olarsa, elektron katoddan kənara çıxa bilər, çünki yalnız bu şərtlərdə ilkin sürət Vo, və deməli, elektronun kinetik enerjisi:

Fotoelektrik effektin əsas xüsusiyyətlərini qeyd edirik:

• Fotokatodun səthi sabit spektral tərkibli bir şüa axını ilə şüalandıqda, fotoelektron emissiya cərəyanı axının intensivliyinə mütənasibdir (Stoletov qanunu):

harada Əgər foto cərəyanın dəyəridir; Fşüalanma axınının böyüklüyüdür; Kimə fotokatod səthinin şüalanmaya həssaslığını xarakterizə edən mütənasiblik əmsalıdır.

• Fotokatodun yaydığı elektronların sürəti nə qədər böyükdürsə, tezlik də bir o qədər yüksəkdir v udulmuş radiasiya; fotoelektronların ilkin kinetik enerjisi v tezliyinin artması ilə xətti artır.
• Fotoelektrik effekt yalnız tezliyi olan bir şüa axını ilə şüalandıqda müşahidə olunur V ≥ Vcr, burada Vcr kritik tezlikdir, fotoelektrik effektin "qırmızı sərhədi" adlanır. Kritik dalğa uzunluğu:

, burada c elektromaqnit dalğalarının yayılma sürətidir. At λ > λk, fotoelektron emissiyası yoxdur.

• Fotoelektrik effekt praktiki olaraq ətalətsizdir, yəni şüalanmanın başlanğıcı ilə fotoelektronların görünüşü arasında gecikmə yoxdur (gecikmə vaxtı 3 10∧-9 s-dən çox deyil).

Termion emissiyası vəziyyətində olduğu kimi, fotokatod yaxınlığında xarici elektrik sahəsinin gücünün artması da katodun potensial maneəsini azaltmaqla fotoelektron emissiyasını artırır. Bu halda fotoelektrik effektin həddi daha uzun dalğa uzunluqlarına doğru sürüşür.

Fotokatodun hazırlandığı metalın iş funksiyası nə qədər aşağı olarsa, bu fotokatod üçün eşik tezliyi bir o qədər aşağı olar. Məsələn, fotokatodun görünən işığa həssas olması üçün onun materialının iş funksiyası 3,1 eV-dən az olmalıdır. Bu iş funksiyası qələvi və qələvi torpaq metalları (sezium, kalium, natrium) üçün xarakterikdir. Fotokatodun şüalanma axınının digər diapazonlarına həssaslığını artırmaq üçün daha çox mürəkkəb növlər yarımkeçirici fotokatodlar (qələvi-hidrogen, oksigen-sezium, surma-sezium və s.).

İkincili elektron emissiyası. İkinci dərəcəli elektron emissiya mexanizmi termion və fotoelektron emissiya mexanizmindən fərqlənir. Əgər termion və fotoelektron emissiya zamanı elektronlar əsasən keçiricilik zolağının səviyyələrində yerləşirsə, onda katod səthi ilkin elektronlar və ya ionlar tərəfindən bombardman edildikdə, onların enerjisi doldurulmuş zolaqların elektronları tərəfindən də udula bilər. Buna görə də, ikincili emissiya həm keçiricilərdən, həm də yarımkeçiricilərdən və dielektriklərdən mümkündür.

İkincili elektron emissiyasını xarakterizə edən ən vacib parametr ikincili emissiya əmsalıdır σ . Bu, katod səthindən buraxılan ikinci dərəcəli elektronların sayının nisbətidir n2, katoda düşən ilkin elektronların sayına n1, və ya ikincil aileron emissiya cərəyanının nisbəti I2 ilkin elektronların cərəyanına I1:

İkinci elektron emissiya bəzi elektron cihazlarda - fotoçoxaltıcılarda, televiziya ötürücü borularda və müəyyən növ vakuum borularında istifadə olunur. Bununla belə, bir çox hallarda, xüsusən də əksər vakuum borularında arzuolunmazdır və azalmağa meyllidir.

elektrostatik emissiya. Katod səthinin yaxınlığındakı xarici elektrik sahəsi potensial maneənin gecikdirici təsirini tam kompensasiya etmək üçün kifayət qədər gücə malikdirsə, o zaman aşağı katod temperaturlarında belə əhəmiyyətli elektron emissiyası əldə edilə bilər. Hesablanmışdır ki, potensial maneəni kompensasiya etmək üçün katod səthində intensivlik 10∧8 V/sm olmalıdır. Bununla belə, hətta təxminən 10∧6 V/sm sahə gücündə soyuq səthlərdən əhəmiyyətli elektron emissiyası müşahidə olunur.

Elektrostatik emissiyanın baş verməsi üçün kifayət qədər sahə gücü dəyərlərinin texniki əldə edilməsi əhəmiyyətli çətinliklər yaradır. Buna görə də, elektrostatik emissiya əsasən maye civə katodlu ion cihazlarında istifadə olunur. Bu halda, katod səthinin yaxınlığında ionlaşmış civə buxarının təbəqəsi yaratmaqla kifayət qədər dəri sahəsinin gücü əldə edilə bilər.

Mənbə - Gershunsky B.S. Elektronikanın əsasları (1977)

Konduktorun elektronları onun hüdudları daxilində sərbəst hərəkət edir və kifayət qədər enerji udulmuş zaman onlar da gövdənin səthinə yaxın potensial quyunun divarını qıraraq çölə çıxa bilirlər (şək. 10.6). Bu hadisəyə elektron emissiya deyilir (tək atomda oxşar hadisə ionlaşma adlanır).

At T = 0 emissiya üçün tələb olunan enerji səviyyələr arasındakı fərqlə müəyyən edilir W= 0 və Fermi səviyyəsi E R(şək. 10.6) və iş funksiyası adlanır. Enerji mənbəyi foton ola bilər (bax 9.3-cü paraqraf), fotoemissiyaya səbəb olur (fotoelektrik effekt).

düyü. 10.6

Termion emissiyasının səbəbi metalın qızdırılmasıdır. Elektron paylama funksiyası pozulduqda (bax. Şəkil 10.5, b) bu "quyruq" potensial quyunun kəsilməsindən kənara çıxa bilər, yəni. bəzi elektronların metalı tərk etmək üçün kifayət qədər enerjisi var. Bu adətən elektronları vakuuma çatdırmaq üçün istifadə olunur.

Termal emissiyadan istifadə edən ən sadə cihaz elektrovakuum diodudur (Şəkil 10.7, a). Onun katod K EMF mənbəyindən qızdırılır ? və və anod və katod arasında elektrik sahəsinin təsiri ilə cərəyan yod yaradan elektronlar buraxır. Elektrovakuum diodu fotodioddan əsasən elektronların emissiyasına səbəb olan enerji mənbəyinə görə fərqlənir, buna görə də onların cərəyan gərginlik xüsusiyyətləri oxşardır. Daha çox gərginlik U a anod və katod arasında, katoddakı buludlarından elektronların böyük hissəsi vaxt vahidinə elektrik sahəsi tərəfindən çəkilir. Buna görə gərginlik artdıqca U a cari I böyüyür. Bəzi gərginliklərdə sıfır artıq çəkilir hamısı katoddan çıxan elektronlar və daha da artım gərginlik cərəyanın artmasına səbəb olmur - doyma baş verir.

düyü. 10.7

SUAL. Doyma cərəyanı niyə belədir T, G ilə müqayisədə daha çox, (Şəkil 10.7, b)? CAVAB. At T 2 > D, vahid vaxtda katoddan daha çox elektron çıxır.

Tətbiq olunan gərginliyin tərs polaritesi ilə ("mənfi" anoda, "artı" isə katoda bağlıdır) elektronlar sürətlənmir, əksinə yavaşlayır, buna görə də elektrovakuum diod cərəyanı yalnız birində keçirə bilir. istiqamət, yəni. o var birtərəfli keçiricilik. Bu, ondan istifadə etməyə imkan verir rektifikator cərəyanı(Şəkil 10.7, in): müsbət yarım dalğa gərginliyin təsiri zamanı diod cərəyan keçir, mənfi yarım dalğa zamanı isə keçmir.

1907-ci ildə Amerikalı Li de Forest dioda üçüncü şəbəkə elektrodu əlavə etdi ki, bu da elektrik siqnallarını gücləndirməyə imkan verdi. Belə bir triod daha sonra müxtəlif növlər yaratmağa imkan verən digər elektrodlarla tamamlandı gücləndiricilər, generatorlar və çeviricilər. Bu, elektrotexnika, radiotexnika və elektronikanın sürətli inkişafına səbəb oldu. Sonra dəyənək vakuum borularını əvəz edən yarımkeçirici qurğular tərəfindən götürüldü, lakin CRT-lərdə, rentgen borularında, elektron mikroskoplarda və bəzi vakuum borularında istilik emissiyası hələ də aktualdır.

Elektron emissiyasının başqa bir mənbəyi material səthinin müxtəlif hissəciklər tərəfindən bombalanması ola bilər. İkincil elektron-elektron emissiyası enerjisinin bir hissəsini maddənin elektronlarına ötürən xarici elektronların təsirləri nəticəsində yaranır. Belə emissiya, məsələn, fotoçoğaltıcı boruda (PMT) istifadə olunur (Şəkil 10.8, a). Onun fotokatod 1 işığa məruz qaldıqda elektronlar buraxır. Onlar elektroda (dinod) doğru sürətlənirlər. 2, ikincil elektronları sökdükdən sonra dinoda doğru sürətlənirlər 3 və s. Nəticədə, ilkin foto cərəyan o qədər çoxalır ki, PMT hətta fərdi fotonları da qeyd edə bilir.

düyü. 10.8

Eyni prinsip yeni nəslin təsvir gücləndirici borusunda (bax bənd 9.3) tətbiq edilmişdir. O, hər biri ~ 10 μm genişlikdə metallaşdırılmış mikrokanal olan yüz minlərlə fotoçoxaldan (obyektlərin təsvirlərini yaradan piksellərin sayına görə) ehtiva edir. Bu kanal boyunca elektronlar eyni ziqzaq şəkildə hərəkət edir, optik lifdəki işıq və PMT-dəki elektronlar kimi, ikincil emissiya səbəbindən kanal divarları ilə hər toqquşmada çoxalırlar. Elektron trayektoriyası düzxətlidən (yalnız kanal eni daxilində) cüzi dərəcədə fərqləndiyindən, belə kanalların paketi fotokatod və ekran arasında yerləşir (Şəkil 10.8, b) fotoelektronların fokuslanması ehtiyacını aradan qaldırır (Şəkil 9.4 ilə müqayisə edin). Hər bir kanal yalnız elektronların çoxalmasını deyil, həm də təsvirin aydınlığını təmin edən lazımi nöqtəyə köçürülməsini həyata keçirir.

İkincili ion-elektron emissiyasında ilkin hissəciklər - enerji daşıyıcıları ionlardır. AT qaz boşaltma cihazları onlar katoddan elektronların təkrar istehsalını təmin edirlər, sonra qaz molekullarının ionlaşması ilə çoxalırlar (bax bənd 5.9).

Mənşəyi Heisenberg qeyri-müəyyənlik prinsipi ilə izah edilən çox ekzotik emissiya növü də var. Əgər metal səthdə elektronları sürətləndirən elektrik sahəsi varsa, o zaman potensial çıxıntıya 1 düz xətt çəkilir. məs(şək. 10.6-da 2), çıxıntı isə maneəyə çevrilir 3. Elektronun ümumi enerjisi bərabər olarsa W, olanlar. üzərində üstündə W maneənin hündürlüyündən azdır, onda klassik fikirlərə görə, onu "götürün", yəni. çölə çıxa bilməz. Bununla belə, kvant anlayışlarına görə elektron da var dalğa, olan təkcə əks olunub optik cəhətdən daha sıx mühitdən, həm də sındı. Eyni zamanda bir funksiyanın mövcudluğu maneənin içərisində orada elektron tapmağın sonlu ehtimalı deməkdir. "Klassik" baxışda bu mümkün deyil, çünki tam elektron enerjisi W, və onun komponenti potensial enerji - bu sahədə bərabərdir W+ AVK, yəni. hissə bütündən böyükdür! Eyni zamanda bəziləri də var qeyri-müəyyənlik Zamandan asılı olan AVK enerjisi At elektronun maneə daxilində qalması: AWAt>h. Azalır Burada: qeyri-müəyyənlik A.V. tələb olunan qiymətə çata bilər və Schrödinger tənliyinin həlli sonlu qiymətlər verir | p | 2 s kənarda maneə, yəni. elektronun maneədən atlamadan çıxma şansı var! Aşağı nə qədər yüksəkdir AW n At.

Bu nəticələr praktikada tunelin və ya alt maneə effektinin olması ilə təsdiqlənir. Hətta ~10 6 -10 7 V/sm sahələrində metaldan elektronların emissiyasını təmin edən tətbiq tapır. Belə emissiya istilik, şüalanma və ya hissəciklərin bombardmanı olmadan baş verdiyi üçün buna sahə emissiyası deyilir. Adətən sahə gücünün kəskin şəkildə artdığı hər cür nöqtələrdən, çıxıntılardan və s.-dən baş verir. Bu, həmçinin vakuum boşluğunun elektriklə pozulmasına səbəb ola bilər.

1986-cı ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatı skanerin ixtirasına layiq görüldü elektron mikroskop. Onun laureatları alman fizikləri E. Ruska və Q. Binniq və isveçrəli fizik Q. Rorerdir. Bu cihazda nazik bir iynə səthi ondan kiçik bir məsafədə skan edir. Bu vəziyyətdə yaranan tunel cərəyanı elektronların enerji vəziyyətləri haqqında məlumat daşıyır. Beləliklə, mikroelektronikada xüsusilə vacib olan atom dəqiqliyi ilə səthin təsvirini əldə etmək mümkündür.

Tunel effekti ion-elektron emissiyası zamanı rekombinasiyadan (yuxarıya bax), elektronların bir material tunelinin atomlarından digərinin atomlarına keçdiyi sürtünmə ilə elektrikləşmədən məsuldur. O, həmçinin enerji səviyyələrinin parçalanmasına gətirib çıxaran kovalent bağda elektronların ictimailəşməsini müəyyən edir (bax. Şəkil 10.5, a).

bədəndə və ε 1 – ε i 1 ionunda elektronun enerji səviyyələri arasındakı fərqə bərabər enerji artıqlığının buraxılması. Bu enerji ya ilkin enerjisi ε 2 (Auger prosesi) olan bədənin başqa elektronuna ötürülə bilər, ya da işıq kvantı kimi buraxıla bilər. İkinci proses daha az ehtimal olunur. Həyəcanlanmış elektronun enerjisi ε = ε 2 + (ε 1 – ε i 1 ) sıfırdan böyükdürsə, o, emitentdən çıxa biləcək. Beləliklə, emissiya aktında bədənin iki elektronu iştirak edir: biri sonuncunun neytrallaşdırılması ilə bədəndən iona tunel edərək enerji buraxır, digəri bu həyəcan enerjisini alır və bədəni tərk edir, yəni. bizdə həm tunel keçid prosesi, həm də həyəcanlanma prosesi var.

10.7 İsti elektron emissiyası

İsti elektronların emissiyası yarımkeçiricinin içərisində elektrik sahəsinin mövcudluğunda elektronların buraxılmasıdır. Keçirici zolağından isti elektronlar buraxılır. Buna görə də zəruri şərt Bu elektronların emissiyasının görünmə ehtimalı onların əsas zolaqdan və ya donor səviyyəsindən keçiricilik zolağına ilkin termal həyəcanlanmasıdır. Beləliklə, isti elektronların emissiyası zamanı elektronların həyəcanlanmasının iki müxtəlif mexanizmi faktiki olaraq həyata keçirilir: 1) şəbəkənin istilik enerjisi hesabına onların keçiricilik zolağına həyəcanlanması; 2) keçiricilik zolağında elektronların vakuum səviyyəsindən artıq enerji səviyyələrinə həyəcanlanması. Bu cür həyəcan yarımkeçiricidə elektrik sahəsi qüvvələrinin işi ilə əlaqədar baş verir; Nəhayət, bu enerji sahə yaradan xarici gərginlik mənbəyindən alınır. Yarımkeçiricidə elektrik sahəsinin olması keçiricilik zonasında yerləşən elektronların sürətlənməsinə səbəb olur. Bu elektronlar bədənin fononları ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Elektronların bu cür toqquşmalarında onların hərəkət istiqamətində kəskin dəyişiklik baş verə bilər və sürətlərinin yalnız kiçik bir itkisi baş verir. Nəticədə orta elektron enerjiləri ionlara nisbətən daha yüksəkdir; elektron qazın temperaturunun kristal qəfəsin temperaturundan yüksək olduğunu deyə bilərik. Bu, şərti olaraq "termal emissiya" adlandırıla bilən elektron emissiyasının görünüşünə səbəb olur, lakin onu təyin edən temperatur qəfəs temperaturundan daha yüksək olacaqdır.

10.8 Qarışıq emissiyalar

Ən çox istifadə edilən Şottki effektinə əsaslanan birləşmiş emissiya növüdür. Artıq 2-ci bənddə müzakirə edildiyi kimi, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, maneə hündürlüyü azalır və bununla da azalır. səmərəli işçıxış. Buna görə də, bu halda elektronları daha yüksək potensial maneə yüksəkliklərinin enerji səviyyələrinə köçürmək üçün daha kiçik (enerji baxımından) ilkin həyəcanlandırma tələb olunur. Beləliklə, elektrik sahəsinin tətbiqi əvvəlcədən həyəcanlandırma ilə bütün növ emissiyaları stimullaşdırır. Beləliklə, emissiyanın birləşdirilmiş növü ilk növbədə aşağıdakıları əhatə edəcəkdir:

ELEKTRON EMISSIYA bərk və ya mayenin səthindən elektronların emissiyasıdır. Elektronun vakuumda və ya qazda kondensasiya olunmuş mühiti tərk etməsi üçün enerji sərf edilməlidir ki, bu da iş funksiyası adlanır. Elektronun potensial enerjisinin emitentlə vakuumun (və ya başqa mühitin) sərhədindəki koordinatdan asılılığına potensial maneə deyilir. Emitenti tərk edərək elektron tərəfindən dəf edilməlidir.

Emissiyalar iki şərtlə saxlanıla bilər. Birincisi, potensial maneənin aşılmasını təmin edən elektronların enerji təchizatı və ya elə güclü xarici sahənin yaradılmasıdır ki, potensial maneə nazikləşir və tunel effekti (sahə emissiyası) əhəmiyyətli olur, kvant nüfuzu. elektronlar potensial maneə vasitəsilə, yəni. iş funksiyasından daha az enerjiyə malik elektronların emissiyası. Bədəni bombalayan fotonlarla enerjinin ötürülməsi fotoemissiyaya, elektronların bombardmanı ikincil elektron emissiyasına, ionlar tərəfindən isə ion-elektron emissiyasına səbəb olur. Emissiyaya daxili sahələr səbəb ola bilər - isti elektronların emissiyası. Bütün bu mexanizmlər eyni vaxtda fəaliyyət göstərə bilər (məsələn, istilik sahəsinin emissiyası, foto sahəsinin emissiyası).

İkinci şərt, buraxılan elektronların bədəndən çıxarılmasını təmin edən xarici bir elektrik sahəsinin yaradılmasıdır, bunun üçün, xüsusən də elektronları emitentə gətirmək lazımdır ki, o, doldurulmasın. Emissiya edilmiş elektronların çıxarılmasını təmin edən xarici sahə sahə emissiyası üçün kifayət deyilsə, lakin potensial maneəni azaltmaq üçün kifayətdirsə, Schottky effekti nəzərə çarpır - emissiyanın xarici sahədən asılılığı. Emissiya səthi qeyri-bərabər olduqda və üzərində müxtəlif iş funksiyaları olan "ləkələr" olduqda, onun səthinin üstündə elektrik "nöqtə sahəsi" görünür. Bu sahə, qonşu olanlardan daha aşağı iş funksiyası ilə katod bölmələrindən qaçan elektronları ləngidir. Xarici elektrik sahəsi ləkələr sahəsinə əlavə olunur və artaraq, ləkələrin inhibitor təsirini aradan qaldırır. Nəticədə, qeyri-homogen emitentdən gələn emissiya cərəyanı vahid emitent (anomal Şottki effekti) vəziyyətindən daha sürətli artan sahə ilə artır.

Termion emissiyası. 19-cu əsrin ortalarında qızdırılan bərk cisimlərin yaxınlığında havanın elektrik cərəyanının keçiricisinə çevrildiyi məlum idi, lakin bu fenomenin səbəbi qeyri-müəyyən olaraq qaldı. Təcrübələr nəticəsində C.Elster və Q.Qeytel müəyyən etdilər ki, ətrafdakı havanın azaldılmış təzyiqində ağ-isti metal səthi müsbət yük alır. İsti elektrod və müsbət yüklü elektrod arasında vakuumda cərəyanın axını T.Edison (1884) tərəfindən kəşf edilmiş, C. Tomson (1887), termion emissiya nəzəriyyəsi tərəfindən elektronların (mənfi yüklü hissəciklər) emissiyası ilə izah edilmişdir. O. Riçardson tərəfindən hazırlanmışdır (1902, bəzən onu kəşf və effektin özü hesab edirlər). Birtərəfli keçiriciliyi J. Fleming (1904, bəzən Edisona aid edilir) kəşf etdi, baxmayaraq ki, onun diodu tam vakuum deyildi, lakin kosmik yükün qismən kompensasiyası ilə. Termion emissiya cərəyanı katodun temperaturu (yəni elektronların enerjisi) və iş funksiyası ilə müəyyən edilir. Maksimum emissiya cərəyanı iş funksiyasının temperatura nisbəti ilə müəyyən edilir, ona doyma cərəyanı deyilir. Katodun temperaturu, öz növbəsində, katod materialının buxarlanması ilə məhdudlaşır (yəni, həyat).

Fotoelektron emissiya - elektromaqnit şüalanmasının (fotonların) təsiri altında bərk və mayelər tərəfindən elektronların emissiyası, buraxılan elektronların sayı şüalanmanın intensivliyi ilə mütənasibdir. Hər bir maddə üçün bir hədd var - şüalanmanın minimum tezliyi (maksimum dalğa uzunluğu), ondan aşağı emissiya baş vermir, fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi şüalanma tezliyi ilə xətti olaraq artır və onun intensivliyindən asılı deyil. Fotoemissiya səthin iş funksiyasına həssasdır. Kvant məhsuldarlığının artması və fotoemissiya həddinin dəyişməsi metal səthini elektropozitiv Cs (sezium) və ya Rb (rubidium) atomlarının monotomik təbəqəsi ilə örtməklə əldə edilir ki, bu da əksər metallar üçün iş funksiyasını 1,4-1,7 eV-ə endirir. . Fotoemissiya Gustav Hertz (1887) tərəfindən kəşf edilmiş, o, ultrabənövşəyi işıqla gərginlik altında qığılcım boşluğu elektrodlarının işıqlandırılmasının parçalanmasını asanlaşdırdığını kəşf etmişdir. V. Qalvaks, A. Riqi, A. Q. Stoletov (1885) tərəfindən sistematik tədqiqatlar aparılmış və Herts təcrübəsində maddənin işığın təsiri altında yüklərin ayrılmasına qədər azaldığını göstərmişdir. F.Lenard və J.Tomson (1898) bunların məhz elektron olduğunu sübut etdilər.

Yarımkeçiricilərdən və dielektriklərdən fotoemissiya elektromaqnit şüalarının güclü udulması ilə müəyyən edilir.

Avtoelektron emissiya (sahə emissiyası, elektrostatik emissiya, tunel emissiyası) - keçirici bərk və elektronların emissiyası maye cisimlər yüksək intensivliyə malik xarici elektrik sahəsinin təsiri altında vakuum boşalmasının tədqiqi zamanı R.Vud (1897) tərəfindən kəşf edilmişdir. Avtoelektron emissiya tunel effekti ilə izah olunur və digər növ elektron emissiyası üçün zəruri olan elektronların həyəcanlanmasına enerji sərf etmədən baş verir. Avtoelektron emissiyada elektronlar istilik hərəkətinin kinetik enerjisinə görə (termion emissiyasında olduğu kimi) onun üzərindən keçərək deyil, elektrik sahəsi ilə azalaraq və daralaraq maneədən tunel keçərək potensial maneəni aşırlar.

Sahə emissiyası sahədən və iş funksiyasından çox asılıdır və zəif dərəcədə temperaturdan asılıdır. Aşağı temperaturda cari çəkilmə emitentin istiləşməsinə səbəb olur, çünki gedən elektronlar enerjini orta hesabla Fermi enerjisindən daha az aparır, artan temperaturla istilik soyutma ilə əvəz olunur - təsir simmetrik olaraq gedən elektronların ümumi enerji paylanmasına uyğun olaraq "inversiya temperaturundan" keçərək işarəni dəyişir. Fermi səviyyəsinə. Yarımkeçiricilərdən sahə emissiyasının xüsusiyyətləri emitentə bir elektrik sahəsinin nüfuz etməsi, daha aşağı elektron konsentrasiyası və səth vəziyyətlərinin olması ilə əlaqələndirilir. Sahə emissiyası rejimində əldə edilə bilən maksimum cərəyan sıxlıqları emitentin Joule qızdırması və ondan keçən cərəyanla emitentin elektrik sahəsi tərəfindən məhv edilməsi ilə məhdudlaşır. Sahə emissiya rejimində stasionar rejimdə 10 7 A/sm 2 (emitter səthində) və impuls rejimlərində 10 9 A/sm 2 sıralı cərəyanlar alınır. Stasionar rejimdə daha çox cərəyan almağa çalışdığınız zaman emitent məhv olur. Pulse rejimində, cərəyanı artırmağa çalışdığınız zaman, emitent "partlayıcı emissiya rejimi" adlanan fərqli bir rejimdə işləməyə başlayır.

Sahə emissiyasının iş funksiyasından güclü asılılığı sahə katodunun işinin qeyri-sabitliyinə gətirib çıxarır. Səthin iş funksiyası həm yüksək vakuumda səthdə baş verən proseslərdən, həm də kifayət qədər yüksək olmayan vakuumun təsirindən asılıdır: diffuziya, miqrasiya, səthin yenidən qurulması və qalıq qazların sorbsiyası. Ən çox istifadə olunan material - volfram - qazları yaxşı sorb edir. Bu, qazları o qədər də yaxşı qəbul etməyən metallardan, məsələn, reniumdan və ya daha passiv karbondan istifadə etmək üçün çoxsaylı cəhdlərə səbəb oldu, lakin bu, böyük müqavimətə malikdir. Metalın karbon filmi ilə örtülməsi təklif edildi. Səthdə qazın sorbsiyasını sahə emitentinin daimi bir qədər qızdırması və ya səthi təmizləmək üçün dövri güclü impulslu qızdırma yolu ilə azalda bilər. Ümumiyyətlə, üçün stabil əməliyyat müasir sahə katodları isti katodlar üçün tələb olunandan bir-üç dəfə yüksək vakuum tələb edir.

Çıxış işindən sonra, sahə emissiyasının güclü şəkildə asılı olduğu ikinci parametr, emitentdəki elektrik sahəsinin gücüdür, bu da öz növbəsində cihazdakı orta sahədən (xarici gərginliyin boşluq ölçüsünə nisbəti) və emitentin həndəsəsi, çünki emitentdə sahəni artırmaq üçün, bir qayda olaraq, "kəskin" formalar - çıxıntılar, saplar, nöqtələr, bıçaqlar, boru ucları və ya onların sistemləri - iplik dəstələri, bıçaq paketləri, karbon nanoborular və s. Nisbətən yüksək cərəyanları seçmək üçün çox nöqtəli sistemlər, plyonkaların və folqaların kənarlarında çox emitentli sistemlər və s. Uçların emitent kimi istifadə edilməsi faktı elektron trayektoriyalarının qeyri-paralelliyi ilə nəticələnir və emissiya elektrodunun müstəvisinə paralel uzanan sürət komponenti uzununa komponentlə müqayisə edilə bilər. Şüa genişlənən, fan şəklində çıxır və katod çox nöqtəli və ya çox qanadlıdırsa, laminar deyil.

İkinci dərəcəli elektron emissiyası (L.Ostin və Q.Starke, 1902-ci ildə kəşf etmişdir) bərk cismin elektronlarla bombardman edildiyi zaman onun səthindən elektronların buraxılmasıdır. Bədəni bombalayan elektronlar (ilkin adlanır) enerji itkisi olmadan bədən tərəfindən qismən əks olunur (elastik şəkildə əks olunan elektronlar), qalanları enerji itkisi ilə (qeyri-elastik əks). Əgər enerji almış elektronların enerjisi və impulsu cismin səthindəki potensial maneəni aşmaq üçün kifayətdirsə, onda elektronlar cismin səthini tərk edir (ikinci elektronlar). İncə filmlərdə ikincil elektron emissiyası təkcə bombalanan səthdən (əks emissiyası) deyil, həm də əks səthdən (emissiya vasitəsilə atış) müşahidə olunur. Kəmiyyət baxımından ikincili elektron emissiyası "ikincili emissiya əmsalı" (SEC) - ikincili elektronların cərəyanının ilkin cərəyana nisbəti, elektronların elastik və qeyri-elastik əks olunması əmsalı, həmçinin ikincili elektronların emissiya əmsalı ilə xarakterizə olunur. (müvafiq elektronların cərəyanlarının ilkin cərəyana nisbəti). Bütün əmsallar həm ilkin elektronların enerjisindən, həm də onların düşmə bucağından, kimyəvi tərkibindən və nümunə səthinin topoqrafiyasından asılıdır. Keçirici elektronların sıxlığının yüksək olduğu metallarda əmələ gələn ikincili elektronların qaça bilmə ehtimalı azdır. Aşağı elektron konsentrasiyası olan dielektriklərdə ikincil elektronların qaçma ehtimalı daha böyükdür. Elektronun qaçma ehtimalı səthdəki potensial maneənin hündürlüyündən asılıdır.

Nəticədə, bir sıra qeyri-metal maddələr üçün (qələvi torpaq metallarının oksidləri, qələvi halid birləşmələri) EEF > 1, xüsusi hazırlanmış effektiv emitentlər üçün ( aşağıya baxın) TBE >> 1, metallar və yarımkeçiricilər üçün adətən TBE< 2. С увеличением энергии первичных электронов КВЭ сначала возрастает с ростом количества возбужденных электронов, а потом начинает убывать, поскольку существенная часть их рождается на большей глубине и число электронов, выходящих наружу, уменьшается. Аналогично объясняется зависимость КВЭ от угла падения первичных электронов. Монокристаллы анизотропны по отношению к движению электронов, рассеяние, ионизация и дифракция зависят от направления движения, поэтому для них зависимость КВЭ от угла падения первичных электронов становится сложной.

Dielektrikdə güclü elektrik sahəsinin (105-106 V/sm) yaradılması TEC-in 50-100-ə qədər artmasına səbəb olur (sahə ilə gücləndirilmiş ikinci dərəcəli emissiya). Bu vəziyyətdə, EEC təbəqənin məsaməliliyindən asılı olmağa başlayır - məsamələrin olması emitentin effektiv səthini artırır və sahə onlardan məsamələrin divarlarına dəyən ikincil elektronları çıxarır. dönüş, EEC > 1 ilə emissiyaya və elektron uçqunlarının yaranmasına səbəb olur. Bu, elektron bombardmanı dayandırıldıqdan sonra belə davam edən (emitterə bir yük tətbiq edildikdə) özünü saxlaya bilən soyuq emissiyaya səbəb ola bilər.

İkincili elektron katodların əsas tətbiq sahələri ikincil elektron (SEM) və fotoelektronik (PMT) çarpanları, M tipli EVP (elektronların qarşılıqlı perpendikulyar elektrik və maqnit sahələrində hərəkət etdiyi) və ikincili emissiyalı qəbuledici-gücləndirici lampalardır. Bütün tətbiqlər üçün ən əhəmiyyətli ikincili emissiya parametrləri aşağıdakılardır: aşağı ilkin elektron enerjiləri bölgəsində EEC-nin ikincili emissiya əmsalı, adətən EEC = 1 olan enerji ilə xarakterizə olunur, EEC-in maksimum dəyəri və EEC maksimuma çatdıqda ilkin elektronların enerjisi.

İon-elektron emissiyası - ionların təsiri altında elektronların emissiyası. İon-elektron emissiyasının iki mexanizmi məlumdur: potensial - gələn ion sahəsi ilə elektronları bədəndən çıxarmaq və kinetik - ionun kinetik enerjisi səbəbindən elektronları bədəndən çıxarmaq. Potensial emissiya əmsalı ionun ionlaşma enerjisinin artması və hədəfin iş funksiyasının azalması ilə artır və Ne + / W (neon / volfram), He + / W (helium / volfram), Ar cütləri üçün. + / W (arqon / volfram), məsələn, müvafiq olaraq 0, 24, 0,24 və 0,1-dir və zəif olaraq ion enerjisindən asılıdır. Mo (molibden) hədəfi və eyni ionlar üçün bu əmsallar təxminən 10% yüksəkdir.

Çox yüklü ionlarla bombardman edildikdə, ion-elektron emissiyası artır - 2, 3, 4 yüklü ionlar üçün bu, tək yüklü ionlara nisbətən müvafiq olaraq təxminən 4, 10, 20 dəfə çoxdur. Potensial ion-elektron emissiyası səthin vəziyyətindən çox asılıdır, çünki iş funksiyası ilə müəyyən edilir. Bu, nisbətən böyük eksperimental məlumatların yayılmasına səbəb olur.

1 keV-dən az enerjilərdə praktiki olaraq kinetik ion-elektron emissiyası yoxdur, sonra xətti artır, sonra daha yavaş, maksimumdan keçir və azalır, bir neçə MeV enerjiyə qədər əmsal təxminən birliyə enir. İon-elektron emissiyası elektronların mənbəyinin ionlarla bombardman edilmiş bir katod olduğu bir sıra elektron qaz-boşaltma cihazlarının işində mühüm rol oynayır. Bəzi hallarda ion-elektron emissiya prosesi cihazın həcmində elektronların əsas miqdarını yaradır.

İsti elektronların emissiyası elektronların "qızdırılması" səbəbindən emissiyadır, yəni. enerjinin elektronlara ötürülməsi və ya elektrik sahəsinə məruz qalma. Əgər termion emissiya bərk cismin çıxışında potensial maneənin qiyməti və onu aşan elektronların enerjisi ilə müəyyən edilirsə və onu əldə etmək üçün bərk cisim qızdırılır ( ən sadə yol elektronları qızdırın), onda bədəni qızdırmağa müraciət etmədən elektronları qızdırmağa cəhd edə bilərsiniz. Elektronlar yüklü hissəciklər olduğundan, onları "qızdırmağın" ən sadə yolu onlara elektrik sahəsi tətbiq etməkdir. İsti elektronların emissiyası ilə bir katodun yaradılması, ilk növbədə, keçirici və ya yarımkeçiricidə böyük bir elektrik sahəsinin yaradılmasıdır. Bunun üçün dirijor və yarımkeçirici onların keçiriciliyini azaldaraq “korlanmış” olmalıdır, çünki. əks halda bu böyük sahədə onların arasından böyük cərəyan keçəcək və katod sıradan çıxacaq.

Metalı "korlamağın" bir yolu onu ayrı hissəciklərə bölməkdir. Aralarındakı boşluqlar kiçikdirsə, təxminən 10 mikrondursa, elektronlar bir hissəcikdən digərinə tunel edəcək (potensial maneəni aşır, böyük bir sahə ilə azalır və daralır) və bu, keçiricilik olacaqdır. Ancaq monolit metaldan keçən cərəyanla müqayisədə cərəyan çox azalacaq, yəni. müqaviməti artacaq. Bu, sahəni artırmağa imkan verir. Sonra elektronların enerjisi o qədər artacaq ki, onlar vakuuma yayıla biləcəklər. İsti elektron emissiya katodları nazik bir metal və ya yarımkeçirici təbəqənin çökdüyü bir dielektrik substrat şəklində hazırlanır. Kiçik film qalınlığında adətən "ada"lar alınır; boşluqlarla ayrılmış ayrı-ayrı kiçik hissəciklərdən ibarətdir. Elektronların sərbəst buraxılmasını asanlaşdırmaq üçün katod tez-tez Cs (sezium), BaO iş funksiyasını azaldan maddələrin nazik (təxminən biratomik) filmləri ilə örtülür. Əsas film maddəsi kimi adətən Au (qızıl), SnO 2, BaO istifadə olunur. Ən yaxşı əldə edilən parametrlər aşağıdakılardır - cari çəkilmə uzun müddət üçün 1 A / sm 2 və qısa müddət üçün 10 A / sm 2 təşkil edir. Bu vəziyyətdə səmərəlilik (emissiya cərəyanının filmdən keçən cərəyana nisbəti) 100% -ə yaxınlaşa bilər.

Leonid Aşkinazi

Qövs boşluğunun keçiriciliyinin təmin edilməsində mühüm rolu müxtəlif səbəblərin təsiri altında katod tərəfindən təmin edilən elektronlar oynayır. Katod elektrodunun səthindən elektronların ayrılması prosesi və ya səthlə əlaqədən elektronların buraxılması prosesi elektron emissiya adlanır. Emissiya prosesi üçün enerji sərf etmək lazımdır.

Katodun səthindən elektronları buraxmaq üçün kifayət edən enerjiyə iş funksiyası deyilir ( U həyata )

Elektron voltla ölçülür və adətən ionlaşma işindən 2-3 dəfə azdır.

Elektron emissiyanın 4 növü var:

1. Termion emissiyası

2. Sahə emissiyası

3. Fotoelektron emissiya

4. Ağır hissəciklərin təsiri altında emissiya.

Termion emissiyası elektrodun - katodun səthinin güclü istiləşməsinin təsiri altında davam edir. İstilik təsiri altında, katod səthində yerləşən elektronlar, kinetik enerjiləri elektrod səthinin atomlarına cazibə qüvvələrinə bərabər və ya daha çox olduqda, səthlə əlaqəni itirdikdə və içəriyə uçduqda belə bir vəziyyət əldə edirlər. qövs boşluğu. Elektrodun (katodun) ucunun güclü istiləşməsi ona görə baş verir ki, onun hissə ilə təmasda olduğu anda bu təmas yalnız səthin müəyyən nöqtələrində pozuntuların olması səbəbindən baş verir. Bu mövqe, cərəyanın mövcudluğunda, təmas nöqtəsinin güclü istiləşməsinə səbəb olur, bunun nəticəsində bir qövs başlanır. Səthin temperaturu elektronların simulyasiyasına çox təsir edir. Emissiya adətən cari sıxlıqla qiymətləndirilir. Termion emissiyası və katod temperaturu arasındakı əlaqə Riçardson və Deşman tərəfindən qurulmuşdur.

harada j0 cari sıxlıqdır, A/sm2;

φ elektron iş funksiyasıdır, e-V;

AMMA- nəzəri dəyəri A \u003d 120 a / sm 2 deg 2 olan sabit (metallar üçün eksperimental dəyər A \u003e 62.2).

Avtoelektron emissiyada elektronların sərbəst buraxılması üçün lazım olan enerji, metalın elektrostatik sahəsinin təsirinin hüdudlarından kənarda elektronları sanki "soran" bir xarici elektrik sahəsi tərəfindən verilir. Bu halda, cari sıxlığı düsturdan hesablamaq olar

, (1.9)

harada E elektrik sahəsinin gücüdür, V/sm;

Temperaturun artması ilə avtoelektron emissiyanın dəyəri azalır, lakin aşağı temperaturda onun təsiri, xüsusən də yüksək elektrik sahəsinin gücündə (10 6 - 10 7 V / sm) həlledici ola bilər, bu da Brown M.Ya. və G.İ. Poqodin-Alekseev yaxın elektrod bölgələrində əldə edilə bilər.

Radiasiya enerjisi udulmuş zaman o qədər yüksək enerjili elektronlar görünə bilər ki, onların bəziləri səthi tərk edir. Fotoemissiya cərəyanının sıxlığı düsturla müəyyən edilir

harada α - qaynaq qövsləri üçün dəyəri bilinməyən əks əmsalı.

Fotoemissiyaya səbəb olan dalğa uzunluqları, eləcə də ionlaşma üçün formula ilə müəyyən edilir

İonlaşmadan fərqli olaraq, qələvi və qələvi torpaq metallarının səthindən elektronların emissiyası görünən işıqdan qaynaqlanır.

Katodun səthi ağır hissəciklərin (müsbət ionların) təsirinə məruz qala bilər. Katod səthinə təsir edən müsbət ionlar:

Birincisi, sahib olduqları kinetik enerjini verirlər.

İkincisi, katod səthində zərərsizləşdirilə bilər; onlar elektroda ionlaşma enerjisi verərkən.

Beləliklə, katod qızdırmaq, əritmək və buxarlanma üçün istifadə olunan əlavə enerji əldə edir və bir hissəsi yenidən elektronların səthdən qaçmasına sərf olunur. Katoddan elektronların kifayət qədər intensiv emissiyası və qövs boşluğunun müvafiq ionlaşması nəticəsində sabit bir boşalma qurulur - müəyyən bir gərginlikdə dövrədə müəyyən miqdarda cərəyan axan bir elektrik qövsü.

Müəyyən bir emissiya növünün inkişaf dərəcəsindən asılı olaraq üç növ qaynaq qövsü fərqləndirilir:

İsti katod qövsləri;

Soyuq katod qövsləri;