इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह प्राप्त करने के लिए एक विशेष धातु या अर्धचालक इलेक्ट्रोड होता है - कैथोड.

इलेक्ट्रॉनों को कैथोड से आगे जाने के लिए, विरोधी ताकतों को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के बाहर से एनएम को सूचित करना आवश्यक है। इलेक्ट्रॉनों को अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करने की विधि के आधार पर, निम्न प्रकार के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन को प्रतिष्ठित किया जाता है:

• ऊष्मीय, जिस पर कैथोड हीटिंग के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों को अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान की जाती है;
• फोटोइलेक्ट्रॉनिक, जिस पर विद्युत चुम्बकीय विकिरण कैथोड सतह पर कार्य करता है;
• माध्यमिक इलेक्ट्रॉनिक, जो उच्च गति से गतिमान इलेक्ट्रॉनों या आयनों की एक धारा द्वारा कैथोड की बमबारी का परिणाम है;
• इलेक्ट्रोस्टैटिक, जिस पर कैथोड सतह के पास एक मजबूत विद्युत क्षेत्र बल बनाता है जो अपनी सीमा से परे इलेक्ट्रॉनों के पलायन में योगदान देता है।

आइए हम प्रत्येक सूचीबद्ध प्रकार के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन पर अधिक विस्तार से विचार करें।

किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन।ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना 18 वीं शताब्दी के अंत में पहले से ही ज्ञात थी। वी. वी. पेट्रोव (1812), टी.एल. एडिसन (1889), और अन्य द्वारा इस घटना की कई गुणात्मक नियमितताएं स्थापित की गईं। 1930 के दशक तक, थर्मोनिक उत्सर्जन की मुख्य विश्लेषणात्मक निर्भरता निर्धारित की गई थी।

जब धातु को गर्म किया जाता है, तो चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों का ऊर्जा वितरण बदल जाता है (चित्र 1, वक्र 2)। इलेक्ट्रॉन फर्मी स्तर से अधिक ऊर्जा के साथ दिखाई देते हैं। ऐसे इलेक्ट्रॉन धातु से बच सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है। ऊष्मीय उत्सर्जन धारा का परिमाण कैथोड तापमान, कार्य फलन और सतह के गुणों (रिचर्डसन-डैशमैन समीकरण) पर निर्भर करता है:

कहाँ पे जेईउत्सर्जन वर्तमान घनत्व है, ए / सेमी²; लेकिन- उत्सर्जन स्थिरांक, विकिरण सतह के गुणों के आधार पर और अधिकांश शुद्ध धातुओं के बराबर - 40 ... 70 ए / (सेमी² के² '); टीकैथोड का निरपेक्ष तापमान है; इ- प्राकृतिक लघुगणक का आधार (ई = 2.718); ईφओएक धातु से एक इलेक्ट्रॉन का कार्य फलन है, J; κ \u003d 1.38 10‾²³ जे / के - बोल्ट्जमैन का स्थिरांक।

ऊष्मीय उत्सर्जन के लिए उपरोक्त समीकरण धातुओं के लिए मान्य है। अशुद्धता अर्धचालकों के लिए, कुछ अलग निर्भरता होती है, लेकिन उत्सर्जन वर्तमान और तापमान और कार्य फ़ंक्शन के बीच संबंध गुणात्मक रूप से समान रहता है। समीकरण से पता चलता है कि उत्सर्जन धारा का परिमाण कैथोड के तापमान पर सबसे बड़ी सीमा तक निर्भर करता है। हालांकि, तापमान में वृद्धि के साथ, कैथोड सामग्री के वाष्पीकरण की दर में तेजी से वृद्धि होती है और इसकी सेवा का जीवन कम हो जाता है। इसलिए, कैथोड को ऑपरेटिंग तापमान की एक कड़ाई से परिभाषित सीमा में काम करना चाहिए। निचली तापमान सीमा आवश्यक उत्सर्जन प्राप्त करने की संभावना से निर्धारित होती है, और ऊपरी एक उत्सर्जन सामग्री के वाष्पीकरण या पिघलने से निर्धारित होती है।

कैथोड सतह के पास अभिनय करने वाले बाहरी त्वरित विद्युत क्षेत्र द्वारा उत्सर्जन धारा का मूल्य महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होता है। इस घटना को शोट्की प्रभाव कहा जाता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में कैथोड छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉन पर दो बल कार्य करते हैं - विद्युत आकर्षण का बल, जो इलेक्ट्रॉन को लौटाता है, और बाहरी क्षेत्र का बल, जो कैथोड सतह से दिशा में इलेक्ट्रॉन को गति देता है। इस प्रकार, बाहरी त्वरण क्षेत्र संभावित अवरोध को कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप कैथोड से इलेक्ट्रॉनों का कार्य कार्य कम हो जाता है और इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन बढ़ जाता है।

फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन।पहली बार, 1887 में जी हर्ट्ज द्वारा फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (या बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) की घटना देखी गई थी। प्रायोगिक अध्ययन जिसने फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के लिए मात्रात्मक संबंध स्थापित करना संभव बना दिया, 1888 में एजी स्टोलेटोव द्वारा किया गया था। मुख्य कानून प्रकाश के फोटॉन सिद्धांतों के आधार पर ए आइंस्टीन द्वारा फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या की गई थी। इस सिद्धांत के अनुसार, दीप्तिमान ऊर्जा को एक सतत धारा के रूप में नहीं, बल्कि केवल कुछ भागों (क्वांटा) में संचरित और अवशोषित किया जा सकता है, और प्रत्येक क्वांटम में ऊर्जा की मात्रा होती है एचवी, जहां एच प्लैंक स्थिरांक है, और वीविकिरण आवृत्ति है। इस प्रकार, विद्युत चुम्बकीय विकिरण (दृश्यमान और अदृश्य प्रकाश, एक्स-रे, आदि) व्यक्तिगत ऊर्जा क्वांटा की एक धारा है, जिसे फोटॉन कहा जाता है। फोटोकैथोड की सतह पर गिरने पर, फोटॉन ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करने में खर्च होती है। इस ऊर्जा के कारण द्रव्यमान वाला एक इलेक्ट्रॉन मुझे, बाहर निकलने का काम करता है वाहऔर एक प्रारंभिक वेग Vo प्राप्त करता है, जिसे गणितीय रूप से आइंस्टीन समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है:

एक इलेक्ट्रॉन कैथोड से आगे जा सकता है यदि कार्य फलन क्वांटम ऊर्जा से कम है, क्योंकि केवल इन परिस्थितियों में प्रारंभिक वेग वो, और इसलिए इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा:

हम फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की मुख्य विशेषताओं पर ध्यान देते हैं:

• जब फोटोकैथोड की सतह को निरंतर वर्णक्रमीय संरचना के एक उज्ज्वल प्रवाह के साथ विकिरणित किया जाता है, तो फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन प्रवाह प्रवाह की तीव्रता (स्टोलेटोव के नियम) के समानुपाती होता है:

कहाँ पे यदि photocurrent का मान है; एफदीप्तिमान प्रवाह का परिमाण है; प्रतिविकिरण के लिए फोटोकैथोड सतह की संवेदनशीलता को दर्शाने वाली आनुपातिकता का गुणांक है।

• फोटोकैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गति जितनी अधिक होगी, आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी वीअवशोषित विकिरण; फोटोइलेक्ट्रॉनों की प्रारंभिक गतिज ऊर्जा बढ़ती आवृत्ति v के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है।
• फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव केवल तभी देखा जाता है जब एक आवृत्ति के साथ एक उज्ज्वल प्रवाह के साथ विकिरणित किया जाता है वी वीसीआर, जहां वीसीआर महत्वपूर्ण आवृत्ति है, जिसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की "लाल सीमा" कहा जाता है। क्रिटिकल वेवलेंथ:

, जहां c विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार वेग है। पर > k, कोई फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन नहीं है।

• फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव व्यावहारिक रूप से जड़ताहीन होता है, अर्थात विकिरण की शुरुआत और फोटोइलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के बीच कोई देरी नहीं होती है (विलंब का समय 3 10∧-9 s से अधिक नहीं होता है)।

जैसा कि थर्मोनिक उत्सर्जन के मामले में, फोटोकैथोड के पास बाहरी विद्युत क्षेत्र की ताकत में वृद्धि से कैथोड के संभावित अवरोध को कम करके फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन में भी वृद्धि होती है। इस मामले में, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की दहलीज लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित हो जाती है।

जिस धातु से फोटोकैथोड बनाया जाता है, उसका कार्य कार्य जितना कम होगा, इस फोटोकैथोड के लिए थ्रेशोल्ड आवृत्ति उतनी ही कम होगी। उदाहरण के लिए, एक फोटोकैथोड दृश्य प्रकाश के प्रति संवेदनशील होने के लिए, इसकी सामग्री का कार्य कार्य 3.1 eV से कम होना चाहिए। यह कार्य कार्य क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं (सीज़ियम, पोटेशियम, सोडियम) के लिए विशिष्ट है। फोटोकैथोड की संवेदनशीलता को रेडिएंट फ्लक्स की अन्य श्रेणियों में बढ़ाने के लिए, अधिक जटिल प्रकारअर्धचालक फोटोकैथोड (क्षारीय-हाइड्रोजन, ऑक्सीजन-सीज़ियम, सुरमा-सीज़ियम, आदि)।

माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन. द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का तंत्र थर्मोनिक और फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के तंत्र से भिन्न होता है। यदि, थर्मोनिक और फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के दौरान, इलेक्ट्रॉन मुख्य रूप से चालन बैंड के स्तर पर स्थित होते हैं, तो जब कैथोड सतह पर प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों या आयनों द्वारा बमबारी की जाती है, तो उनकी ऊर्जा को भरे हुए बैंड के इलेक्ट्रॉनों द्वारा भी अवशोषित किया जा सकता है। इसलिए, कंडक्टरों और अर्धचालकों और डाइलेक्ट्रिक्स दोनों से द्वितीयक उत्सर्जन संभव है।

द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन को चिह्नित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर द्वितीयक उत्सर्जन गुणांक है σ . यह कैथोड सतह से उत्सर्जित द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों की संख्या का अनुपात है एन 2, कैथोड पर आपतित प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या तक n1,या द्वितीयक एलेरॉन उत्सर्जन धारा का अनुपात I2प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की धारा के लिए मैं1:

कुछ इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का उपयोग किया जाता है - फोटोमल्टीप्लायर, टेलीविजन ट्रांसमिशन ट्यूब और कुछ प्रकार के वैक्यूम ट्यूब। हालांकि, कई मामलों में, विशेष रूप से अधिकांश वैक्यूम ट्यूबों में, यह अवांछनीय है और कम हो जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्सर्जन।यदि कैथोड सतह के पास बाहरी विद्युत क्षेत्र में संभावित अवरोध के मंदन प्रभाव की पूरी तरह से क्षतिपूर्ति करने के लिए पर्याप्त ताकत है, तो कम कैथोड तापमान पर भी, महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन प्राप्त किया जा सकता है। यह गणना की जाती है कि संभावित अवरोध की भरपाई के लिए, कैथोड सतह पर तीव्रता 10∧8 V/cm के क्रम पर होनी चाहिए। हालांकि, लगभग 10∧6 V/cm क्षेत्र की ताकत पर भी, ठंडी सतहों से महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन देखा जाता है।

इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्सर्जन की घटना के लिए पर्याप्त क्षेत्र शक्ति मूल्यों की तकनीकी प्राप्ति महत्वपूर्ण कठिनाइयों को प्रस्तुत करती है। इसलिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्सर्जन मुख्य रूप से आयन उपकरणों में तरल पारा कैथोड के साथ प्रयोग किया जाता है। इस मामले में, कैथोड सतह के पास आयनित पारा वाष्प की एक परत बनाकर पर्याप्त त्वचा क्षेत्र की ताकत प्राप्त की जा सकती है।

स्रोत - गेर्शुन्स्की बी.एस. इलेक्ट्रॉनिक्स के बुनियादी सिद्धांत (1977)

कंडक्टर के इलेक्ट्रॉन अपनी सीमाओं के भीतर स्वतंत्र रूप से चलते हैं, और जब पर्याप्त ऊर्जा अवशोषित हो जाती है, तो वे शरीर की सतह के पास संभावित कुएं की दीवार को तोड़ते हुए बाहर भी जा सकते हैं (चित्र 10.6)। इस घटना को इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कहा जाता है (एक परमाणु में, एक समान घटना को आयनीकरण कहा जाता है)।

पर टी = 0 उत्सर्जन के लिए आवश्यक ऊर्जा स्तरों के बीच के अंतर से निर्धारित होती है डब्ल्यू = 0 और फर्मी स्तर ई आर(चित्र 10.6) और इसे कार्य फलन कहते हैं। ऊर्जा स्रोत फोटॉन हो सकता है (पैराग्राफ 9.3 देखें), जिससे फोटो उत्सर्जन (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) हो सकता है।

चावल। 10.6

ऊष्मीय उत्सर्जन का कारण धातु का गर्म होना है। जब इलेक्ट्रॉन वितरण फलन विकृत हो जाता है (चित्र 10.5 देखें, बी)यह "पूंछ" संभावित कुएं के कटऑफ से आगे जा सकता है, अर्थात। कुछ इलेक्ट्रॉनों में धातु छोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। यह आमतौर पर एक निर्वात में इलेक्ट्रॉनों की आपूर्ति के लिए प्रयोग किया जाता है।

थर्मल उत्सर्जन का उपयोग करने वाला सबसे सरल उपकरण इलेक्ट्रोवैक्यूम डायोड है (चित्र 10.7, एक)।इसके कैथोड K को EMF स्रोत से गर्म किया जाता है ? तथाऔर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जो एनोड और कैथोड के बीच एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया द्वारा एक वर्तमान आयोडीन बनाते हैं। एक इलेक्ट्रोवैक्यूम डायोड मुख्य रूप से ऊर्जा के स्रोत में एक फोटोडायोड से भिन्न होता है जो इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन का कारण बनता है, इसलिए उनकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ समान होती हैं। अधिक तनाव यू एएनोड और कैथोड के बीच, कैथोड पर उनके बादल से इलेक्ट्रॉनों का बड़ा हिस्सा प्रति इकाई समय में विद्युत क्षेत्र द्वारा खींचा जाता है। इसलिए, जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है यू एवर्तमान मैंवृद्धि हो रही है। कुछ वोल्टेज पर, शून्य पहले से ही खींचता है सबकैथोड छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉन, और आगे की वृद्धिवोल्टेज से करंट में वृद्धि नहीं होती है - संतृप्ति होती है।

चावल। 10.7

प्रश्न। संतृप्ति वर्तमान क्यों है टी, G से अधिक, (चित्र 10.7, बी)?उत्तर। पर टी 2> D, प्रति इकाई समय में अधिक इलेक्ट्रॉन कैथोड छोड़ते हैं।

लागू वोल्टेज की रिवर्स पोलरिटी के साथ ("माइनस" एनोड से जुड़ा है, और "प्लस") कैथोड से जुड़ा है, इलेक्ट्रॉनों को त्वरित नहीं किया जाता है, लेकिन धीमा कर दिया जाता है, इसलिए इलेक्ट्रोवैक्यूम डायोड केवल एक में करंट पास करने में सक्षम होता है। दिशा, यानी उसके पास एकतरफा चालन।यह इसके लिए उपयोग करने की अनुमति देता है दिष्टकारी धारा(चित्र 10.7, में):वोल्टेज की एक सकारात्मक अर्ध-लहर की कार्रवाई के दौरान, डायोड करंट पास करता है, लेकिन एक नकारात्मक हाफ-वेव के दौरान, ऐसा नहीं होता है।

1907 में, अमेरिकन ली डे फॉरेस्ट ने डायोड में एक तीसरा ग्रिड इलेक्ट्रोड जोड़ा, जिससे विद्युत संकेतों को बढ़ाना संभव हो गया। इस तरह के एक ट्रायोड को फिर अन्य इलेक्ट्रोड के साथ पूरक किया गया, जिससे विभिन्न प्रकार के निर्माण करना संभव हो गया एम्पलीफायरों, जनरेटरतथा कन्वर्टर्स।इससे इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, रेडियो इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स का तेजी से विकास हुआ। फिर बैटन को सेमीकंडक्टर उपकरणों द्वारा उठाया गया, जिसने वैक्यूम ट्यूबों को बदल दिया, लेकिन सीआरटी, एक्स-रे ट्यूब, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और कुछ वैक्यूम ट्यूबों में, थर्मल उत्सर्जन अभी भी प्रासंगिक है।

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का एक अन्य स्रोत विभिन्न कणों द्वारा भौतिक सतह पर बमबारी हो सकता है। माध्यमिक इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन बाहरी इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है, जो अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करते हैं। इस तरह के उत्सर्जन का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (पीएमटी) में (चित्र। 10.8, एक)।उसका फोटोकैथोड 1 प्रकाश के संपर्क में आने पर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। वे इलेक्ट्रोड (डायनोड) की ओर त्वरित होते हैं 2, जिससे वे द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देते हैं, वे डायनोड की ओर त्वरित हो जाते हैं 3 आदि। नतीजतन, प्राथमिक फोटोक्रेक्ट को इस हद तक गुणा किया जाता है कि पीएमटी एकल फोटॉन को भी पंजीकृत करने में सक्षम होता है।

चावल। 10.8

नई पीढ़ी के इमेज इंटेंसिफायर ट्यूब (पैराग्राफ 9.3 देखें) में भी यही सिद्धांत लागू किया गया था। इसमें सैकड़ों हजारों फोटोमल्टीप्लायर (वस्तुओं की छवियों को बनाने वाले पिक्सेल की संख्या के अनुसार) शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक एक धातुयुक्त माइक्रोचैनल ~ 10 माइक्रोन चौड़ा है। इस चैनल के साथ, इलेक्ट्रॉन एक ही ज़िगज़ैग तरीके से चलते हैं, जैसे ऑप्टिकल फाइबर में प्रकाश और पीएमटी में इलेक्ट्रॉनों की तरह, माध्यमिक उत्सर्जन के कारण चैनल की दीवारों के साथ प्रत्येक टकराव पर गुणा करते हैं। चूंकि इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र एक रेक्टिलिनियर (केवल चैनल चौड़ाई के भीतर) से नगण्य रूप से भिन्न होता है, फोटोकैथोड और स्क्रीन के बीच स्थित ऐसे चैनलों का एक पैकेज (चित्र। 10.8, बी)फोटोइलेक्ट्रॉनों पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता को समाप्त करता है (चित्र 9.4 से तुलना करें)। प्रत्येक चैनल न केवल इलेक्ट्रॉनों का प्रजनन करता है, बल्कि आवश्यक बिंदु पर उनका स्थानांतरण भी करता है, जो छवि की स्पष्टता सुनिश्चित करता है।

द्वितीयक आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन में प्राथमिक कण-ऊर्जा वाहक आयन होते हैं। पर गैस-निर्वहन उपकरणवे कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के प्रजनन को सुनिश्चित करते हैं, जो तब गैस अणुओं के आयनीकरण से गुणा करते हैं (पैराग्राफ 5.9 देखें)।

एक बहुत ही विदेशी प्रकार का उत्सर्जन भी है, जिसकी उत्पत्ति हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा समझाया गया है। यदि धातु की सतह में एक विद्युत क्षेत्र होता है जो इलेक्ट्रॉनों को तेज करता है, तो एक सीधी रेखा संभावित कगार पर आरोपित होती है 1 भूतपूर्व(चित्र 10.6 में 2), और लेज एक अवरोध 3 में बदल जाता है। यदि इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा बराबर है डब्ल्यू,वे। एक पर वूबाधा की ऊंचाई से कम, फिर, शास्त्रीय विचारों के अनुसार, इसे "ले", यानी। बाहर जाओ, वह नहीं कर सकता। हालाँकि, क्वांटम अवधारणाओं के अनुसार, एक इलेक्ट्रॉन भी होता है हिलाना,जो न केवल प्रतिबिंबितएक वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से, लेकिन यह भी अपवर्तित।उसी समय, एक समारोह की उपस्थिति बैरियर के अंदरइसका मतलब है कि वहां एक इलेक्ट्रॉन मिलने की परिमित संभावना है। "शास्त्रीय" दृष्टिकोण में, यह असंभव है, क्योंकि पूराइलेक्ट्रॉन ऊर्जा डब्ल्यू,और इसके घटक संभावनाऊर्जा - इस क्षेत्र में बराबर है डब्ल्यू+एवीके, यानी। हिस्सा पूरे से बड़ा है! साथ ही, कुछ अनिश्चितता AVK ऊर्जा जो समय पर निर्भर करती है परबैरियर के अंदर एक इलेक्ट्रॉन का रहना: एडब्ल्यूएटी> एच।घटाना पर:अनिश्चितता ए.डब्ल्यू.आवश्यक मूल्य तक पहुँच सकते हैं, और श्रोडिंगर समीकरण का समाधान परिमित मान देता है | पी | 2 s बाहरबाधा, अर्थात् एक मौका है कि इलेक्ट्रॉन बाधा से कूदे बिना बाहर निकल जाएगा! यह उच्च है निचला एडब्ल्यू एन एट।

इन निष्कर्षों की पुष्टि एक सुरंग, या उप-अवरोध, प्रभाव की उपस्थिति से होती है। यह ~ 10 6 -10 7 V/cm के क्षेत्रों में धातु से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन को प्रदान करते हुए, आवेदन भी पाता है। चूंकि ऐसा उत्सर्जन बिना ताप, विकिरण या कण बमबारी के होता है, इसलिए इसे क्षेत्र उत्सर्जन कहा जाता है। आमतौर पर यह सभी प्रकार के बिंदुओं, उभार आदि से होता है, जहां क्षेत्र की ताकत तेजी से बढ़ जाती है। इससे वैक्यूम गैप का इलेक्ट्रिकल ब्रेकडाउन भी हो सकता है।

1986 में, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार ने स्कैनिंग के आविष्कार को सम्मानित किया इलेक्ट्रान सूक्ष्मदर्शी. इसके पुरस्कार विजेता जर्मन भौतिक विज्ञानी ई. रुस्का और जी. बिनिग और स्विस भौतिक विज्ञानी जी. रोहरर हैं। इस उपकरण में, एक पतली सुई सतह से थोड़ी दूरी पर स्कैन करती है। इस मामले में उत्पन्न होने वाली टनलिंग धारा इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा अवस्थाओं के बारे में जानकारी देती है। इस प्रकार, परमाणु परिशुद्धता के साथ सतह की एक छवि प्राप्त करना संभव है, जो कि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

सुरंग प्रभाव आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (ऊपर देखें) के दौरान पुनर्संयोजन के लिए जिम्मेदार है, घर्षण द्वारा विद्युतीकरण के लिए, जिसमें एक सामग्री सुरंग के परमाणुओं से दूसरे के परमाणुओं तक इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह सहसंयोजक बंधन में इलेक्ट्रॉनों के समाजीकरण को भी निर्धारित करता है, जिससे ऊर्जा स्तरों का विभाजन होता है (चित्र 10.5 देखें)। एक)।

शरीर में एक इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा स्तरों और आयन ε 1 - ε i 1 के बीच अंतर के बराबर ऊर्जा की अधिकता की रिहाई। इस ऊर्जा को या तो प्रारंभिक ऊर्जा 2 (बरमा प्रक्रिया) के साथ शरीर के दूसरे इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित किया जा सकता है या प्रकाश की मात्रा के रूप में जारी किया जा सकता है। दूसरी प्रक्रिया की संभावना कम है। यदि किसी उत्तेजित इलेक्ट्रॉन ε = 2 + (ε 1 – i 1) की ऊर्जा शून्य से अधिक है, तो वह उत्सर्जक को छोड़ने में सक्षम होगा। इस प्रकार, शरीर के दो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के कार्य में भाग लेते हैं: एक शरीर से आयन तक सुरंग बनाकर ऊर्जा छोड़ता है, दूसरे को इस उत्तेजना ऊर्जा को प्राप्त करता है और शरीर को छोड़ देता है, अर्थात। हमारे पास सुरंग संक्रमण प्रक्रिया और उत्तेजना प्रक्रिया दोनों हैं।

10.7 गर्म इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन

गर्म इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में अर्धचालक द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है। कंडक्शन बैंड से गर्म इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। इसीलिए आवश्यक शर्तइन इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की संभावना मुख्य बैंड से या दाता स्तर से चालन बैंड तक उनकी प्रारंभिक थर्मल उत्तेजना है। इस प्रकार, गर्म इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के दौरान, इलेक्ट्रॉन उत्तेजना के दो अलग-अलग तंत्र वास्तव में लागू होते हैं: 1) जाली की तापीय ऊर्जा के कारण चालन बैंड में उनका उत्तेजना; 2) निर्वात स्तर से अधिक ऊर्जा स्तर तक चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों का उत्तेजना। इस प्रकार का उत्तेजन अर्धचालक में विद्युत क्षेत्र बलों के कार्य के कारण होता है; अंततः, यह ऊर्जा एक बाहरी वोल्टेज स्रोत से ली जाती है जो एक क्षेत्र बनाता है। अर्धचालक में विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति चालन बैंड में स्थित इलेक्ट्रॉनों के त्वरण का कारण बनती है। ये इलेक्ट्रॉन शरीर के फोनोन के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इलेक्ट्रॉनों के इस तरह के टकराव में, उनके आंदोलन की दिशा में तेज परिवर्तन हो सकता है और उनकी गति का केवल एक छोटा सा नुकसान होता है। नतीजतन, आयनों की तुलना में औसत इलेक्ट्रॉन ऊर्जा अधिक होती है; हम कह सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन गैस का तापमान क्रिस्टल जालक के तापमान से अधिक होता है। यह इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की उपस्थिति की ओर जाता है, जिसे सशर्त रूप से "थर्मल उत्सर्जन" कहा जा सकता है, लेकिन तापमान जो इसे निर्धारित करता है वह जाली के तापमान से अधिक होगा।

10.8 संयुक्त उत्सर्जन

Schottky प्रभाव के आधार पर सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला संयुक्त प्रकार का उत्सर्जन है। जैसा कि पहले ही पैराग्राफ 2 में चर्चा की गई है, जब एक बाहरी विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो बाधा की ऊंचाई कम हो जाती है और इस तरह घट जाती है प्रभावी कार्यबाहर निकलना। इसलिए, इस मामले में, इलेक्ट्रॉनों के एक छोटे (ऊर्जा के संदर्भ में) प्रारंभिक उत्तेजना की आवश्यकता होती है ताकि उन्हें उच्च संभावित बाधा ऊंचाई के ऊर्जा स्तरों में स्थानांतरित किया जा सके। इस प्रकार, एक विद्युत क्षेत्र का आरोपण पूर्व-उत्तेजना के साथ सभी प्रकार के उत्सर्जन को उत्तेजित करता है। इसलिए, संयुक्त प्रकार के उत्सर्जन में मुख्य रूप से निम्नलिखित शामिल होंगे: ऑटो-

इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जनएक ठोस या तरल की सतह द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है। एक इलेक्ट्रॉन के लिए एक निर्वात या गैस में एक संघनित माध्यम छोड़ने के लिए, ऊर्जा खर्च की जानी चाहिए, जिसे कार्य कार्य कहा जाता है। उत्सर्जक और निर्वात (या अन्य माध्यम) की सीमा पर निर्देशांक पर एक इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा की निर्भरता को संभावित अवरोध कहा जाता है। इसे उत्सर्जक छोड़कर इलेक्ट्रॉन द्वारा दूर किया जाना चाहिए।

उत्सर्जन को दो स्थितियों में बनाए रखा जा सकता है। पहला इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा की आपूर्ति है, जो संभावित अवरोध पर काबू पाने, या इतने मजबूत बाहरी क्षेत्र के निर्माण को सुनिश्चित करता है कि संभावित अवरोध पतला हो जाता है और टनलिंग प्रभाव (क्षेत्र उत्सर्जन) महत्वपूर्ण हो जाता है, की क्वांटम पैठ संभावित अवरोध के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों, अर्थात्। कार्य फलन से कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन। फोटॉन द्वारा शरीर पर बमबारी करने से ऊर्जा के हस्तांतरण से प्रकाश उत्सर्जन होता है, इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी से द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है, और आयनों द्वारा - आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है। उत्सर्जन आंतरिक क्षेत्रों के कारण हो सकता है - गर्म इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन। ये सभी तंत्र एक साथ कार्य कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, थर्मल फील्ड उत्सर्जन, फोटोफिल्ड उत्सर्जन)।

दूसरी शर्त एक बाहरी विद्युत क्षेत्र का निर्माण है जो शरीर से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को हटाने को सुनिश्चित करता है; इसके लिए, विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जक में लाना आवश्यक है ताकि यह चार्ज न हो। यदि बाहरी क्षेत्र जो उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को हटाने को सुनिश्चित करता है, क्षेत्र उत्सर्जन के लिए अपर्याप्त है, लेकिन संभावित अवरोध को कम करने के लिए पर्याप्त है, तो Schottky प्रभाव ध्यान देने योग्य हो जाता है - बाहरी क्षेत्र पर उत्सर्जन की निर्भरता। मामले में जब उत्सर्जक सतह अमानवीय होती है और विभिन्न कार्य कार्यों के साथ उस पर "धब्बे" होते हैं, तो इसकी सतह के ऊपर एक विद्युत "स्पॉट फील्ड" दिखाई देता है। यह क्षेत्र कैथोड वर्गों से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों को धीमा कर देता है, जिसका कार्य पड़ोसी की तुलना में कम होता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र को धब्बों के क्षेत्र में जोड़ा जाता है और, बढ़ते हुए, धब्बों के निरोधात्मक प्रभाव को समाप्त करता है। नतीजतन, एक समान उत्सर्जक (विषम Schottky प्रभाव) की तुलना में एक अमानवीय उत्सर्जक से उत्सर्जन धारा तेजी से बढ़ते क्षेत्र के साथ बढ़ती है।

किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन. 19वीं सदी के मध्य में यह ज्ञात था कि गर्म ठोस के पास, हवा बिजली की संवाहक बन जाती है, लेकिन इस घटना का कारण स्पष्ट नहीं रहा। प्रयोगों के परिणामस्वरूप, जे। एल्स्टर और जी। गीतेल ने पाया कि आसपास की हवा के कम दबाव पर, एक सफेद-गर्म धातु की सतह एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है। एक गर्म इलेक्ट्रोड और एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड के बीच एक वैक्यूम में धारा के प्रवाह की खोज टी। एडिसन (1884) द्वारा की गई थी, जिसे जे थॉमसन (1887) द्वारा इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन (नकारात्मक रूप से चार्ज कण) द्वारा समझाया गया था, थर्मोनिक उत्सर्जन का सिद्धांत ओ रिचर्डसन द्वारा विकसित किया गया था (1902, कभी-कभी उन्हें ही खोज और प्रभाव का श्रेय दिया जाता है)। एकतरफा चालन की खोज जे. फ्लेमिंग (1904, जिसे कभी-कभी एडिसन के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है) द्वारा की गई थी, हालांकि उनका डायोड पूरी तरह से वैक्यूम नहीं था, लेकिन स्पेस चार्ज के आंशिक मुआवजे के साथ था। ऊष्मीय उत्सर्जन धारा कैथोड के तापमान (यानी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा) और कार्य कार्य द्वारा निर्धारित की जाती है। अधिकतम उत्सर्जन वर्तमान कार्य कार्य के तापमान के अनुपात से निर्धारित होता है, इसे संतृप्ति धारा कहा जाता है। कैथोड का तापमान, बदले में, कैथोड सामग्री (यानी, जीवन) के वाष्पीकरण द्वारा सीमित होता है।

फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन - विद्युत चुम्बकीय विकिरण (फोटॉन) के प्रभाव में ठोस और तरल पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन, जबकि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या विकिरण की तीव्रता के समानुपाती होती है। प्रत्येक पदार्थ के लिए एक दहलीज होती है - विकिरण की न्यूनतम आवृत्ति (अधिकतम तरंग दैर्ध्य), जिसके नीचे उत्सर्जन नहीं होता है, फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा विकिरण आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है और इसकी तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है। Photoemission सतह के कार्य कार्य के प्रति संवेदनशील है। क्वांटम उपज में वृद्धि और फोटोमिशन थ्रेशोल्ड में बदलाव धातु की सतह को इलेक्ट्रोपोसिटिव सीएस (सीज़ियम) या आरबी (रूबिडियम) परमाणुओं की एक मोनोएटोमिक परत के साथ कोटिंग करके प्राप्त किया जाता है, जो अधिकांश धातुओं के लिए कार्य फ़ंक्शन को 1.4-1.7 eV तक कम कर देता है। . फोटोमिशन की खोज गुस्ताव हर्ट्ज़ (1887) ने की थी, जिन्होंने पाया कि पराबैंगनी प्रकाश के साथ वोल्टेज के तहत स्पार्क गैप इलेक्ट्रोड को रोशन करने से ब्रेकडाउन की सुविधा होती है। वी। गैल्वाक्स, ए। रिगी, ए। जी। स्टोलेटोव (1885) द्वारा व्यवस्थित अध्ययन किया गया और दिखाया गया कि हर्ट्ज के प्रयोग में, मामला प्रकाश की क्रिया के तहत आरोपों के मुक्त होने तक कम हो जाता है। एफ। लेनार्ड और जे। थॉमसन (1898) ने साबित किया कि ये बिल्कुल इलेक्ट्रॉन हैं।

अर्धचालकों और डाइलेक्ट्रिक्स से प्रकाश उत्सर्जन विद्युत चुम्बकीय विकिरण के मजबूत अवशोषण द्वारा निर्धारित किया जाता है।

ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन (क्षेत्र उत्सर्जन, इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्सर्जन, सुरंग उत्सर्जन) - प्रवाहकीय ठोस द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन और तरल शरीरउच्च तीव्रता के बाहरी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इसे आर। वुड (1897) द्वारा वैक्यूम डिस्चार्ज के अध्ययन में खोजा गया था। ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन को सुरंग प्रभाव द्वारा समझाया गया है और अन्य प्रकार के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों के उत्तेजना पर ऊर्जा व्यय के बिना होता है। ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन में, इलेक्ट्रॉन संभावित अवरोध को पार करते हैं, तापीय गति की गतिज ऊर्जा (जैसे थर्मिओनिक उत्सर्जन में) के कारण इसके ऊपर से नहीं गुजरते हैं, लेकिन बाधा के माध्यम से सुरंग बनाकर, विद्युत क्षेत्र द्वारा कम और संकुचित होते हैं।

क्षेत्र उत्सर्जन दृढ़ता से क्षेत्र और कार्य कार्य पर निर्भर करता है और कमजोर रूप से तापमान पर निर्भर करता है। कम तापमान पर करंट निकालने से एमिटर गर्म हो जाता है, क्योंकि आउटगोइंग इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को ले जाते हैं, औसतन, फर्मी ऊर्जा से कम, बढ़ते तापमान के साथ, हीटिंग को शीतलन द्वारा बदल दिया जाता है - प्रभाव परिवर्तन संकेत, "उलटा तापमान" से गुजरते हुए, आउटगोइंग इलेक्ट्रॉनों के कुल ऊर्जा वितरण के अनुरूप सम्मान के साथ सममित फर्मी स्तर तक। अर्धचालकों से क्षेत्र उत्सर्जन की विशेषताएं एक विद्युत क्षेत्र के उत्सर्जक में प्रवेश, एक कम इलेक्ट्रॉन एकाग्रता और सतह राज्यों की उपस्थिति से जुड़ी हैं। क्षेत्र उत्सर्जन मोड में प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम वर्तमान घनत्व उत्सर्जक के जूल हीटिंग द्वारा इसके माध्यम से बहने वाली धारा और विद्युत क्षेत्र द्वारा उत्सर्जक के विनाश द्वारा सीमित हैं। क्षेत्र उत्सर्जन मोड में, 10 7 ए/सेमी 2 (उत्सर्जक सतह पर) के क्रम की धाराएं स्थिर और 10 9 ए/सेमी 2 स्पंदित मोड में प्राप्त की जाती हैं। जब आप स्थिर मोड में अधिक धारा प्राप्त करने का प्रयास करते हैं, तो उत्सर्जक नष्ट हो जाता है। पल्स मोड में, जब आप करंट बढ़ाने की कोशिश करते हैं, तो एमिटर एक अलग मोड में काम करना शुरू कर देता है, तथाकथित "विस्फोटक उत्सर्जन मोड"।

कार्य फलन पर क्षेत्र उत्सर्जन की प्रबल निर्भरता फील्ड कैथोड प्रचालन की अस्थिरता की ओर ले जाती है। सतह का कार्य कार्य उच्च निर्वात में सतह पर होने वाली प्रक्रियाओं और अपर्याप्त उच्च निर्वात के प्रभाव पर निर्भर करता है: प्रसार, प्रवास, सतह पुनर्व्यवस्था और अवशिष्ट गैसों का सोखना। सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री - टंगस्टन - गैसों को अच्छी तरह से सोख लेती है। इसके कारण धातुओं का उपयोग करने के कई प्रयास हुए जो गैसों को इतनी अच्छी तरह से अवशोषित नहीं करते हैं, उदाहरण के लिए, रेनियम या इससे भी अधिक निष्क्रिय कार्बन, जिसका प्रतिरोध बहुत अच्छा है। कार्बन की एक फिल्म के साथ धातु को कवर करने का प्रस्ताव था। सतह को साफ करने के लिए क्षेत्र उत्सर्जक या आवधिक मजबूत स्पंदित हीटिंग के लगातार मामूली हीटिंग से सतह पर गैस की कमी को कम किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, के लिए स्थिर संचालनआधुनिक क्षेत्र कैथोड को गर्म कैथोड के लिए आवश्यक से अधिक परिमाण के एक से तीन क्रम के वैक्यूम की आवश्यकता होती है।

आउटपुट कार्य के बाद दूसरा पैरामीटर, जिस पर क्षेत्र उत्सर्जन दृढ़ता से निर्भर करता है, उत्सर्जक पर विद्युत क्षेत्र की ताकत है, जो बदले में, डिवाइस में औसत क्षेत्र (बाहरी वोल्टेज का अंतर आकार का अनुपात) पर निर्भर करता है और एमिटर की ज्यामिति, क्योंकि एमिटर पर क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, एक नियम के रूप में, "तेज" रूप - प्रोट्रूशियंस, थ्रेड्स, पॉइंट्स, ब्लेड्स, ट्यूब एंड्स या उनके सिस्टम - थ्रेड बंडल, ब्लेड पैक, कार्बन नैनोट्यूब, आदि। अपेक्षाकृत उच्च धाराओं का चयन करने के लिए, मल्टीपॉइंट सिस्टम, फिल्मों के किनारों पर मल्टी-एमिटर सिस्टम और फ़ॉइल आदि का उपयोग किया जाता है। तथ्य यह है कि उत्सर्जक के रूप में युक्तियों का उपयोग इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र के गैर-समानांतरता में होता है, और उत्सर्जक इलेक्ट्रोड के विमान के समानांतर स्थित वेग घटक अनुदैर्ध्य घटक के बराबर हो सकता है। बीम का विस्तार, पंखे के आकार का निकला, और यदि कैथोड बहु-नुकीला या बहु-ब्लेड वाला है, तो यह लामिना नहीं है।

द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (एल. ऑस्टिन और जी. स्टार्क, 1902 द्वारा खोजा गया) एक ठोस पिंड की सतह द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है जब इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी की जाती है। शरीर पर बमबारी करने वाले इलेक्ट्रॉन (जिन्हें प्राथमिक कहा जाता है) बिना ऊर्जा हानि (लोचदार रूप से परावर्तित इलेक्ट्रॉनों) के बिना शरीर द्वारा आंशिक रूप से परावर्तित होते हैं, शेष ऊर्जा हानि (अकुशल प्रतिबिंब) के साथ। यदि ऊर्जा प्राप्त करने वाले इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और गति शरीर की सतह पर संभावित अवरोध को दूर करने के लिए पर्याप्त है, तो इलेक्ट्रॉन शरीर की सतह (द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों) को छोड़ देते हैं। पतली फिल्मों में, माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन न केवल उस सतह से देखा जाता है जिस पर बमबारी की जाती है (प्रतिबिंब उत्सर्जन), बल्कि विपरीत सतह (उत्सर्जन के माध्यम से शूट) से भी देखा जाता है। मात्रात्मक रूप से, माध्यमिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन को "माध्यमिक उत्सर्जन गुणांक" (एसईसी) की विशेषता है - प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों के लिए माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों की धारा का अनुपात, इलेक्ट्रॉनों के लोचदार और अकुशल प्रतिबिंब का गुणांक, साथ ही माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन गुणांक। (प्राथमिक धारा से संबंधित इलेक्ट्रॉनों की धाराओं का अनुपात)। सभी गुणांक प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और उनके आपतन कोण, रासायनिक संरचना और नमूना सतह स्थलाकृति दोनों पर निर्भर करते हैं। धातुओं में जहां चालन इलेक्ट्रॉनों का घनत्व अधिक होता है, गठित माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों के बचने की संभावना कम होती है। कम इलेक्ट्रॉन सांद्रता वाले डाइलेक्ट्रिक्स में, माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों के भागने की संभावना अधिक होती है। इलेक्ट्रॉन के पलायन की संभावना सतह पर संभावित अवरोध की ऊंचाई पर निर्भर करती है।

नतीजतन, विशेष रूप से निर्मित प्रभावी उत्सर्जक के लिए कई गैर-धातु पदार्थों (क्षारीय पृथ्वी धातुओं के ऑक्साइड, क्षार हलाइड यौगिकों) ईईएफ> 1, के लिए ( नीचे देखें) टीबीई >> 1, धातुओं और अर्धचालकों के लिए आमतौर पर टीबीई< 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.

ढांकता हुआ में एक मजबूत विद्युत क्षेत्र (105-106 वी / सेमी) के निर्माण से टीईसी में 50-100 तक की वृद्धि होती है (क्षेत्र द्वारा बढ़ाया गया माध्यमिक उत्सर्जन)। इस स्थिति में, ईईसी परत की सरंध्रता पर निर्भर होना शुरू हो जाता है - छिद्रों की उपस्थिति से उत्सर्जक की प्रभावी सतह बढ़ जाती है, और क्षेत्र उनसे द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है, जो छिद्रों की दीवारों से टकराकर, अंदर कर सकते हैं। बारी, ईईसी> 1 के साथ उत्सर्जन और इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन की घटना। इससे आत्मनिर्भर शीत उत्सर्जन हो सकता है, जो इलेक्ट्रॉन बमबारी बंद होने के बाद भी जारी रहता है (जब उत्सर्जक पर चार्ज लगाया जाता है)।

माध्यमिक इलेक्ट्रॉन कैथोड के आवेदन के मुख्य क्षेत्र हैं माध्यमिक इलेक्ट्रॉन (एसईएम) और फोटोइलेक्ट्रॉनिक (पीएमटी) गुणक, एम-प्रकार ईवीपी (जिसमें इलेक्ट्रॉन परस्पर लंबवत विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में चलते हैं) और माध्यमिक उत्सर्जन के साथ प्राप्त-एम्पलीफाइंग लैंप। सभी अनुप्रयोगों के लिए, सबसे महत्वपूर्ण माध्यमिक उत्सर्जन पैरामीटर हैं: निम्न प्राथमिक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के क्षेत्र में ईईसी के माध्यमिक उत्सर्जन का गुणांक, आमतौर पर उस ऊर्जा की विशेषता होती है जिस पर ईईसी = 1, ईईसी का अधिकतम मूल्य, और प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा जब ईईसी अपने अधिकतम तक पहुंच जाती है।

आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन - आयनों की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन। आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के दो तंत्र ज्ञात हैं: संभावित - आने वाले आयन के क्षेत्र से शरीर से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालना, और गतिज - आयन की गतिज ऊर्जा के कारण शरीर से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालना। आयन की आयनीकरण ऊर्जा में वृद्धि और लक्ष्य के कार्य कार्य में कमी के साथ संभावित उत्सर्जन गुणांक बढ़ता है, और जोड़े के लिए Ne + / W (नीयन / टंगस्टन), He + / W (हीलियम / टंगस्टन), Ar + / डब्ल्यू (आर्गन / टंगस्टन), उदाहरण के लिए, क्रमशः 0, 24, 0.24 और 0.1 है, और कमजोर रूप से आयन ऊर्जा पर निर्भर करता है। मो (मोलिब्डेनम) लक्ष्य और समान आयनों के लिए, ये गुणांक लगभग 10% अधिक हैं।

जब कई चार्ज किए गए आयनों के साथ बमबारी की जाती है, तो आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन बढ़ता है - 2, 3, 4 चार्ज किए गए आयनों के लिए यह क्रमशः 4, 10, 20 गुना, लगभग 4, 10, 20 बार चार्ज किए गए आयनों से अधिक होता है। संभावित आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन सतह की स्थिति पर दृढ़ता से निर्भर करता है, क्योंकि यह कार्य फ़ंक्शन द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसमें प्रायोगिक डेटा का अपेक्षाकृत बड़ा बिखराव शामिल है।

1 केवी से कम ऊर्जा पर व्यावहारिक रूप से कोई गतिज आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन नहीं होता है, फिर यह रैखिक रूप से बढ़ता है, फिर अधिक धीरे-धीरे, अधिकतम से गुजरता है और घटता है, कुछ MeV की ऊर्जा के लिए गुणांक लगभग एकता तक गिर जाता है। आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कई इलेक्ट्रॉनिक गैस-निर्वहन उपकरणों के संचालन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जिसमें इलेक्ट्रॉनों का स्रोत आयनों द्वारा बमबारी कैथोड होता है। कुछ मामलों में, आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की प्रक्रिया डिवाइस की मात्रा में इलेक्ट्रॉनों की मुख्य मात्रा बनाती है।

गर्म इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनों के "हीटिंग" के कारण होने वाला उत्सर्जन है, अर्थात। इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा का स्थानांतरण या विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आना। यदि थर्मोनिक उत्सर्जन ठोस शरीर से बाहर निकलने पर संभावित अवरोध के मूल्य और इसे दूर करने वाले इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा द्वारा निर्धारित किया जाता है, और इसे प्राप्त करने के लिए, ठोस शरीर को गर्म किया जाता है ( सबसे आसान तरीकाइलेक्ट्रॉनों को गर्म करें), फिर आप शरीर को गर्म किए बिना इलेक्ट्रॉनों को गर्म करने का प्रयास कर सकते हैं। चूंकि इलेक्ट्रॉन आवेशित कण होते हैं, इसलिए उन्हें "गर्मी" करने का सबसे सरल तरीका उन पर विद्युत क्षेत्र लागू करना है। गर्म इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के साथ कैथोड का निर्माण, सबसे पहले, एक कंडक्टर या अर्धचालक में एक बड़े विद्युत क्षेत्र का निर्माण होता है। ऐसा करने के लिए, कंडक्टर और अर्धचालक को उनकी चालकता को कम करते हुए "खराब" होना चाहिए, क्योंकि। अन्यथा, इस बड़े क्षेत्र में उनके माध्यम से एक बड़ी धारा प्रवाहित होगी और कैथोड विफल हो जाएगा।

धातु को "खराब" करने का एक तरीका यह है कि इसे अलग-अलग कणों में तोड़ दिया जाए। यदि उनके बीच का अंतराल छोटा है, लगभग 10 माइक्रोन, तो इलेक्ट्रॉन एक कण से दूसरे कण में सुरंग (संभावित अवरोध को पार करते हुए, एक बड़े क्षेत्र द्वारा कम और संकुचित) करेंगे, और यह चालन होगा। लेकिन एक अखंड धातु के माध्यम से करंट की तुलना में करंट बहुत कम हो जाएगा, यानी। प्रतिरोध बढ़ेगा। इससे क्षेत्र को बढ़ाना संभव हो जाता है। तब इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा इतनी बढ़ जाएगी कि वे निर्वात में उत्सर्जित हो सकेंगी। गर्म इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कैथोड एक ढांकता हुआ सब्सट्रेट के रूप में बने होते हैं, जिस पर धातु या अर्धचालक की एक पतली फिल्म जमा होती है। छोटी फिल्म मोटाई पर, "द्वीप" वाले आमतौर पर प्राप्त होते हैं; अंतराल द्वारा अलग किए गए अलग-अलग छोटे कणों से मिलकर। इलेक्ट्रॉनों की रिहाई की सुविधा के लिए, कैथोड को अक्सर पदार्थों की पतली (लगभग मोनोएटोमिक) फिल्मों के साथ कवर किया जाता है जो सीएस (सीज़ियम), बाओ के कार्य कार्य को कम करते हैं। Au (सोना), SnO 2 , BaO आमतौर पर आधार फिल्म पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है। सर्वोत्तम प्राप्त पैरामीटर इस प्रकार हैं - वर्तमान निकासी 1 ए/सेमी 2 लंबे समय के लिए और 10 ए/सेमी 2 थोड़े समय के लिए है। इस मामले में, दक्षता (फिल्म के माध्यम से बहने वाली धारा के उत्सर्जन का अनुपात) 100% तक पहुंच सकती है।

लियोनिद अशकिनाज़िक

विभिन्न कारणों के प्रभाव में कैथोड द्वारा आपूर्ति किए गए इलेक्ट्रॉनों द्वारा चाप अंतराल की चालकता सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। कैथोड इलेक्ट्रोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों के निकलने की यह प्रक्रिया या सतह के साथ बंधन से इलेक्ट्रॉनों के निकलने की प्रक्रिया को इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कहा जाता है। उत्सर्जन की प्रक्रिया के लिए ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है।

कैथोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा को कार्य फलन कहा जाता है ( यू आउट )

इसे इलेक्ट्रॉन वोल्ट में मापा जाता है और आमतौर पर आयनीकरण के कार्य से 2-3 गुना कम होता है।

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन 4 प्रकार के होते हैं:

1. ऊष्मीय उत्सर्जन

2. क्षेत्र उत्सर्जन

3. फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन

4. भारी कणों के प्रभाव में उत्सर्जन।

इलेक्ट्रोड - कैथोड की सतह के मजबूत हीटिंग के प्रभाव में थर्मिओनिक उत्सर्जन होता है। हीटिंग की क्रिया के तहत, कैथोड सतह पर स्थित इलेक्ट्रॉन ऐसी अवस्था प्राप्त कर लेते हैं जब उनकी गतिज ऊर्जा इलेक्ट्रोड सतह के परमाणुओं के प्रति उनके आकर्षण बल के बराबर या उससे अधिक हो जाती है, वे सतह से संपर्क खो देते हैं और बाहर निकल जाते हैं। चाप अंतराल। इलेक्ट्रोड (कैथोड) के सिरे का मजबूत तापन इसलिए होता है क्योंकि भाग के साथ इसके संपर्क के समय, यह संपर्क अनियमितताओं की उपस्थिति के कारण सतह पर कुछ बिंदुओं पर ही होता है। यह स्थिति, वर्तमान की उपस्थिति में, संपर्क बिंदु के एक मजबूत हीटिंग की ओर ले जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एक चाप शुरू होता है। सतह का तापमान इलेक्ट्रॉनों के अनुकरण को बहुत प्रभावित करता है। उत्सर्जन का अनुमान आमतौर पर वर्तमान घनत्व से लगाया जाता है। ऊष्मीय उत्सर्जन और कैथोड तापमान के बीच संबंध रिचर्डसन और देशमैन द्वारा स्थापित किया गया था।

कहाँ पे j0वर्तमान घनत्व है, ए/सेमी2;

φ इलेक्ट्रॉन कार्य फलन है, e-V;

लेकिन- एक स्थिर, जिसका सैद्धांतिक मूल्य ए \u003d 120 ए / सेमी 2 डिग्री 2 (धातु ए \u003e 62.2 के लिए प्रायोगिक मूल्य) है।

ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन में, इलेक्ट्रॉनों की रिहाई के लिए आवश्यक ऊर्जा बाहरी विद्युत क्षेत्र द्वारा प्रदान की जाती है, जो कि धातु के इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र के प्रभाव की सीमा से परे इलेक्ट्रॉनों को "बेकार" करती है। इस मामले में, वर्तमान घनत्व की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है

, (1.9)

कहाँ पे इविद्युत क्षेत्र की ताकत है, वी / सेमी;

तापमान में वृद्धि के साथ, ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का मूल्य कम हो जाता है, लेकिन कम तापमान पर इसका प्रभाव निर्णायक हो सकता है, विशेष रूप से उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत (10 6 - 10 7 वी / सेमी) पर, जो ब्राउन एम.वाईए के अनुसार। और जी.आई. पोगोडिन-अलेक्सेव को निकट-इलेक्ट्रोड क्षेत्रों में प्राप्त किया जा सकता है।

जब विकिरण ऊर्जा को अवशोषित किया जाता है, तो इतनी उच्च ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन प्रकट हो सकते हैं कि उनमें से कुछ सतह छोड़ देते हैं। फोटोमिशन वर्तमान घनत्व सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

कहाँ पे α - प्रतिबिंब गुणांक, जिसका मूल्य वेल्डिंग आर्क्स के लिए अज्ञात है।

तरंग दैर्ध्य जो प्रकाश उत्सर्जन के साथ-साथ आयनीकरण का कारण बनते हैं, सूत्र द्वारा निर्धारित किए जाते हैं

आयनीकरण के विपरीत, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं की सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन दृश्य प्रकाश के कारण होता है।

कैथोड की सतह भारी कणों (सकारात्मक आयनों) के प्रभाव के अधीन हो सकती है। कैथोड सतह पर प्रभाव के मामले में सकारात्मक आयन कर सकते हैं:

पहले तो, उनके पास मौजूद गतिज ऊर्जा को दे दें।

दूसरे, कैथोड सतह पर निष्प्रभावी किया जा सकता है; जबकि वे इलेक्ट्रोड आयनीकरण ऊर्जा देते हैं।

इस प्रकार, कैथोड अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त करता है, जिसका उपयोग हीटिंग, पिघलने और वाष्पीकरण के लिए किया जाता है, और कुछ हिस्सा सतह से इलेक्ट्रॉनों के पलायन पर फिर से खर्च किया जाता है। कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के पर्याप्त रूप से तीव्र उत्सर्जन और चाप अंतराल के संबंधित आयनीकरण के परिणामस्वरूप, एक स्थिर निर्वहन स्थापित होता है - एक निश्चित वोल्टेज पर सर्किट में प्रवाह की एक निश्चित मात्रा के साथ एक विद्युत चाप।

एक विशेष प्रकार के उत्सर्जन के विकास की डिग्री के आधार पर, तीन प्रकार के वेल्डिंग आर्क को प्रतिष्ठित किया जाता है:

गर्म कैथोड चाप;

शीत कैथोड चाप;