ელექტრონულ მოწყობილობებში თავისუფალი ელექტრონების ნაკადის მისაღებად, არსებობს სპეციალური ლითონის ან ნახევარგამტარული ელექტროდი - კათოდი.

იმისთვის, რომ ელექტრონები კათოდის მიღმა გავიდნენ, საჭიროა გარედან ნმ-ის ინფორმირება გარკვეული ენერგიის შესახებ, რომელიც საკმარისია მოწინააღმდეგე ძალების დასაძლევად. ელექტრონებისთვის დამატებითი ენერგიის გადაცემის მეთოდიდან გამომდინარე, განასხვავებენ ელექტრონის ემისიის შემდეგ ტიპებს:

• თერმიონული, რომლის დროსაც კათოდური გათბობის შედეგად ელექტრონებს გადაეცემა დამატებითი ენერგია;
• ფოტოელექტრონული, რომლის დროსაც ელექტრომაგნიტური გამოსხივება მოქმედებს კათოდის ზედაპირზე;
• მეორადი ელექტრონული, რომელიც არის დიდი სიჩქარით მოძრავი ელექტრონების ან იონების ნაკადით კათოდის დაბომბვის შედეგი;
• ელექტროსტატიკური, რომლის დროსაც ძლიერი ელექტრული ველი კათოდური ზედაპირის მახლობლად ქმნის ძალებს, რომლებიც ხელს უწყობენ ელექტრონების გაქცევას მის საზღვრებს მიღმა.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ელექტრონის ემისიის თითოეული ჩამოთვლილი ტიპი.

თერმიონული ემისია.თერმიონული ემისიის ფენომენი უკვე ცნობილი იყო მე-18 საუკუნის ბოლოს. ამ ფენომენის რიგი ხარისხობრივი კანონზომიერებები დაადგინეს ვ.ვ.პეტროვმა (1812), ტ.ლ.ედისონმა (1889) და სხვებმა.1930-იანი წლებისთვის დადგინდა თერმიონული ემისიის ძირითადი ანალიტიკური დამოკიდებულებები.

როდესაც ლითონი თბება, ელექტრონების ენერგიის განაწილება გამტარობის ზოლში იცვლება (ნახ. 1, მრუდი 2). ელექტრონები ჩნდებიან ენერგიით, რომელიც აღემატება ფერმის დონეს. ასეთ ელექტრონებს შეუძლიათ გაექცნენ ლითონს, რის შედეგადაც ხდება ელექტრონების გამოსხივება. თერმიონული ემისიის დენის სიდიდე დამოკიდებულია კათოდის ტემპერატურაზე, სამუშაო ფუნქციასა და ზედაპირის თვისებებზე (რიჩარდსონ-დაშმანის განტოლება):

სადაც ჯეარის ემისიის დენის სიმკვრივე, A/cm²; მაგრამ- ემისიის მუდმივი, დამოკიდებულია რადიაციული ზედაპირის თვისებებზე და უტოლდება ყველაზე სუფთა მეტალებს - 40 ... 70 A / (cm² K² '); თარის კათოდის აბსოლუტური ტემპერატურა; ე- ბუნებრივი ლოგარითმების საფუძველი (e = 2.718); eφoარის ელექტრონის სამუშაო ფუნქცია ლითონისგან, J; κ \u003d 1,38 10‾²³ J / K - ბოლცმანის მუდმივი.

თერმიონული ემისიის ზემოაღნიშნული განტოლება მოქმედებს ლითონებზე. მინარევების ნახევარგამტარებისთვის არის გარკვეულწილად განსხვავებული დამოკიდებულება, მაგრამ კავშირი ემისიის დენსა და ტემპერატურასა და მუშაობის ფუნქციას შორის ხარისხობრივად იგივე რჩება. განტოლება აჩვენებს, რომ ემისიის დენის სიდიდე ყველაზე მეტად დამოკიდებულია კათოდის ტემპერატურაზე. თუმცა, ტემპერატურის მატებასთან ერთად, კათოდური მასალის აორთქლების სიჩქარე მკვეთრად იზრდება და მისი მომსახურების ვადა მცირდება. ამიტომ, კათოდი უნდა მუშაობდეს ოპერაციული ტემპერატურის მკაცრად განსაზღვრულ დიაპაზონში. ქვედა ტემპერატურული ზღვარი განისაზღვრება საჭირო გამონაბოლქვის მიღების შესაძლებლობით, ხოლო ზედა - აორთქლების ან გამოსხივების მასალის დნობის გზით.

ემისიის დენის მნიშვნელობაზე მნიშვნელოვნად მოქმედებს გარე აჩქარებული ელექტრული ველი, რომელიც მოქმედებს კათოდის ზედაპირთან ახლოს. ამ ფენომენს შოტკის ეფექტს უწოდებენ. ორი ძალა მოქმედებს ელექტრონზე, რომელიც ტოვებს კათოდს გარე ელექტრული ველის თანდასწრებით - ელექტრული მიზიდულობის ძალა, რომელიც აბრუნებს ელექტრონს და გარე ველის ძალა, რომელიც აჩქარებს ელექტრონს კათოდის ზედაპირიდან მოშორებით. ამრიგად, გარე აჩქარებული ველი ამცირებს პოტენციურ ბარიერს, რის შედეგადაც მცირდება ელექტრონების სამუშაო ფუნქცია კათოდიდან და იზრდება ელექტრონების ემისია.

ფოტოელექტრონული ემისია.პირველად ფოტოელექტრონის ემისიის (ან გარე ფოტოელექტრული ეფექტის) ფენომენი დააფიქსირა გ.ჰერცმა 1887 წელს. ექსპერიმენტული კვლევები, რამაც შესაძლებელი გახადა რაოდენობრივი კავშირის დამყარება ფოტოელექტრონის ემისიაზე, ჩაატარა ა.გ.სტოლეტოვმა 1888 წელს. ძირითადი კანონები. ფოტოელექტრული ეფექტის ახსნა ა. აინშტაინმა სინათლის ფოტონის თეორიების საფუძველზე. ამ თეორიის თანახმად, გასხივოსნებული ენერგია შეიძლება გადაიცეს და შეიწოვება არა უწყვეტი ნაკადის სახით, არამედ მხოლოდ გარკვეულ ნაწილებში (კვანტები), და თითოეულ კვანტს აქვს ენერგიის რაოდენობა. hv, სადაც h არის პლანკის მუდმივი და ვარის რადიაციის სიხშირე. ამრიგად, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება (ხილული და უხილავი სინათლე, რენტგენის სხივები და ა.შ.) არის ინდივიდუალური ენერგიის კვანტების ნაკადი, რომელსაც ეწოდება ფოტონები. ფოტოკათოდის ზედაპირზე დაცემისას ფოტონის ენერგია იხარჯება ელექტრონების დამატებითი ენერგიის გადაცემაზე. ამ ენერგიის გამო მასის მქონე ელექტრონი მე, აკეთებს გასასვლელის სამუშაოს ვაიდა იძენს საწყის სიჩქარეს Vo, რომელიც მათემატიკურად გამოიხატება აინშტაინის განტოლებით:

ელექტრონს შეუძლია გასცდეს კათოდს, თუ სამუშაო ფუნქცია ნაკლებია კვანტურ ენერგიაზე, რადგან მხოლოდ ამ პირობებში საწყისი სიჩქარე ვოდა, შესაბამისად, ელექტრონის კინეტიკური ენერგია:

ჩვენ აღვნიშნავთ ფოტოელექტრული ეფექტის ძირითად მახასიათებლებს:

• როდესაც ფოტოკათოდის ზედაპირი დასხივებულია მუდმივი სპექტრული შემადგენლობის გასხივოსნებული ნაკადით, ფოტოელექტრონის ემისიის დენი პროპორციულია ნაკადის ინტენსივობისა (სტოლეტოვის კანონი):

სადაც თუარის ფოტოდენის მნიშვნელობა; ფარის გასხივოსნებული ნაკადის სიდიდე; რომარის ფოტოკათოდური ზედაპირის რადიაციისადმი მგრძნობელობის დამახასიათებელი პროპორციულობის კოეფიციენტი.

• ფოტოკათოდის მიერ გამოსხივებული ელექტრონების სიჩქარე რაც მეტია, მით უფრო მაღალია სიხშირე ვშეიწოვება რადიაცია; ფოტოელექტრონების საწყისი კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება v სიხშირის ზრდასთან ერთად.
• ფოტოელექტრული ეფექტი შეინიშნება მხოლოდ სიხშირის მქონე გასხივოსნებული ნაკადით დასხივებისას V ≥ Vcr, სადაც Vcr არის კრიტიკული სიხშირე, რომელსაც ეწოდება ფოტოელექტრული ეფექტის "წითელი საზღვარი". კრიტიკული ტალღის სიგრძე:

, სადაც c არის ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარე. ზე λ > λc, არ არსებობს ფოტოელექტრონის ემისია.

• ფოტოელექტრული ეფექტი პრაქტიკულად ინერციულია, ანუ არ არის შეფერხება დასხივების დაწყებასა და ფოტოელექტრონების გამოჩენას შორის (დაყოვნების დრო არ აღემატება 3 10∧-9 წმ-ს).

როგორც თერმიონული ემისიის შემთხვევაში, ფოტოკათოდის მახლობლად გარე ელექტრული ველის სიძლიერის ზრდა ასევე ზრდის ფოტოელექტრონის ემისიას კათოდის პოტენციური ბარიერის შემცირებით. ამ შემთხვევაში, ფოტოელექტრული ეფექტის ბარიერი გადადის უფრო გრძელი ტალღის სიგრძეზე.

რაც უფრო დაბალია ლითონის სამუშაო ფუნქცია, საიდანაც მზადდება ფოტოკათოდი, მით უფრო დაბალია ამ ფოტოკათოდის ზღურბლის სიხშირე. მაგალითად, იმისათვის, რომ ფოტოკათოდი იყოს მგრძნობიარე ხილული სინათლის მიმართ, მის მასალას უნდა ჰქონდეს სამუშაო ფუნქცია 3,1 ევ-ზე ნაკლები. ეს სამუშაო ფუნქცია დამახასიათებელია ტუტე და მიწის ტუტე ლითონებისთვის (ცეზიუმი, კალიუმი, ნატრიუმი). გაზრდის ფოტოკათოდის მგრძნობელობის სხვა დიაპაზონი გასხივოსნებული ნაკადად, მეტი რთული ტიპებინახევარგამტარული ფოტოკათოდები (ტუტე-წყალბადი, ჟანგბად-ცეზიუმი, ანტიმონი-ცეზიუმი და სხვ.).

მეორადი ელექტრონის ემისია. მეორადი ელექტრონის ემისიის მექანიზმი განსხვავდება თერმიონული და ფოტოელექტრონული ემისიის მექანიზმისაგან. თუ თერმიონული და ფოტოელექტრონული ემისიის დროს ელექტრონები ძირითადად განლაგებულია გამტარობის ზოლის დონეზე, მაშინ როდესაც კათოდის ზედაპირი იბომბება პირველადი ელექტრონებით ან იონებით, მათი ენერგია ასევე შეიძლება შეიწოვოს შევსებული ზოლების ელექტრონებით. ამრიგად, მეორადი ემისია შესაძლებელია როგორც გამტარებიდან, ასევე ნახევარგამტარებიდან და დიელექტრიკებიდან.

მეორადი ელექტრონის ემისიის დამახასიათებელი ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრი არის მეორადი ემისიის კოეფიციენტი σ . ეს არის კათოდის ზედაპირიდან გამოსხივებული მეორადი ელექტრონების რაოდენობის თანაფარდობა N2, კათოდზე მოხვედრილი პირველადი ელექტრონების რაოდენობამდე N1,ან მეორადი ალერონის ემისიის დენის თანაფარდობა I2პირველადი ელექტრონების დენამდე I1:

ელექტრონის მეორადი ემისია გამოიყენება ზოგიერთ ელექტრონულ მოწყობილობაში - ფოტოგამრავლებში, სატელევიზიო გადაცემის მილებში და გარკვეული ტიპის ვაკუუმ მილებში. თუმცა, ხშირ შემთხვევაში, განსაკუთრებით ვაკუუმის მილების უმეტესობაში, ის არასასურველია და მცირდება.

ელექტროსტატიკური ემისია.თუ კათოდის ზედაპირის მახლობლად გარე ელექტრულ ველს აქვს საკმარისი ძალა პოტენციური ბარიერის შემაფერხებელი ეფექტის სრულად კომპენსირებისთვის, მაშინაც კი, კათოდის დაბალ ტემპერატურაზე, მნიშვნელოვანი ელექტრონების გამოსხივება შეიძლება. გამოთვლილია, რომ პოტენციური ბარიერის კომპენსაციის მიზნით, ინტენსივობა კათოდის ზედაპირზე უნდა იყოს 10∧8 ვ/სმ. თუმცა, დაახლოებით 10∧6 ვ/სმ ველის სიმტკიცის შემთხვევაშიც შეინიშნება ცივი ზედაპირებიდან მნიშვნელოვანი ელექტრონების ემისია.

ელექტროსტატიკური ემისიის წარმოქმნისთვის საკმარისი ველის სიძლიერის მნიშვნელობების ტექნიკური მიღება მნიშვნელოვან სირთულეებს წარმოადგენს. ამიტომ ელექტროსტატიკური ემისია ძირითადად გამოიყენება იონურ მოწყობილობებში თხევადი ვერცხლისწყლის კათოდით. ამ შემთხვევაში კანის ველის საკმარისი სიძლიერის მიღება შესაძლებელია კათოდის ზედაპირთან ახლოს იონიზებული ვერცხლისწყლის ორთქლის ფენის შექმნით.

წყარო - გერშუნსკი ბ.ს. ელექტრონიკის საფუძვლები (1977)

გამტარის ელექტრონები თავისუფლად მოძრაობენ მის საზღვრებში და როდესაც საკმარისი ენერგია შეიწოვება, მათ შეუძლიათ გარეთ გასვლაც და სხეულის ზედაპირთან არსებული პოტენციური ჭაბურღილის კედელი გატეხონ (სურ. 10.6). ამ მოვლენას ელექტრონის ემისია ეწოდება (ერთ ატომში მსგავს მოვლენას იონიზაცია ეწოდება).

ზე T = 0 ემისიაზე საჭირო ენერგია განისაზღვრება დონეებს შორის სხვაობით W= 0 და ფერმის დონე ე რ(სურ. 10.6) და ეწოდება სამუშაო ფუნქცია. ენერგიის წყარო შეიძლება იყოს ფოტონები (იხ. პუნქტი 9.3), რომლებიც იწვევენ ფოტოემისიას (ფოტოელექტრული ეფექტი).

ბრინჯი. 10.6

თერმიონის გამოყოფის მიზეზი ლითონის გაცხელებაა. როდესაც ელექტრონების განაწილების ფუნქცია დამახინჯებულია (იხ. სურ. 10.5, ბ)ეს "კუდი" შეიძლება გასცდეს პოტენციური ჭაბურღილის წყვეტას, ე.ი. ზოგიერთ ელექტრონს აქვს საკმარისი ენერგია ლითონის დასატოვებლად. ეს ჩვეულებრივ გამოიყენება ვაკუუმში ელექტრონების მიწოდებისთვის.

უმარტივესი მოწყობილობა, რომელიც იყენებს თერმული ემისიას, არის ელექტროვაკუუმის დიოდი (ნახ. 10.7, ა).მისი კათოდი K თბება EMF წყაროდან ? დადა გამოყოფს ელექტრონებს, რომლებიც ანოდსა და კათოდს შორის ელექტრული ველის მოქმედებით ქმნიან დენ იოდს. ელექტროვაკუუმის დიოდი განსხვავდება ფოტოდიოდისგან ძირითადად ენერგიის წყაროთი, რამაც გამოიწვია ელექტრონების ემისია, ამიტომ მათი დენის ძაბვის მახასიათებლები მსგავსია. მით მეტი დაძაბულობა U აანოდსა და კათოდს შორის, ელექტრონების უმეტესი ნაწილი მათი ღრუბლიდან კათოდში იზიდება ელექტრული ველით დროის ერთეულზე. ამიტომ, როგორც ძაბვა იზრდება U ამიმდინარე მეიზრდება. ზოგიერთ ძაბვაზე ნული უკვე იწევს ყველაელექტრონები ტოვებენ კათოდს და შემდგომი ზრდაძაბვა არ იწვევს დენის ზრდას - ხდება გაჯერება.

ბრინჯი. 10.7

ᲙᲘᲗᲮᲕᲐ. რატომ არის გაჯერების დენი T,მეტი ვიდრე G, (ნახ. 10.7, ბ)?პასუხი. ზე T 2 > D, მეტი ელექტრონი ტოვებს კათოდს დროის ერთეულზე.

გამოყენებული ძაბვის საპირისპირო პოლარობით ("მინუსი" დაკავშირებულია ანოდთან და "პლუს" კათოდთან), ელექტრონები არ აჩქარდებიან, არამედ შენელდებიან, შესაბამისად, ელექტროვაკუუმ დიოდს შეუძლია დენის გავლა მხოლოდ ერთში. მიმართულება, ე.ი. მას აქვს ცალმხრივი გამტარობა.ეს საშუალებას აძლევს მას გამოიყენოს გამსწორებელი დენი(ნახ. 10.7, in):ძაბვის დადებითი ნახევარტალღის მოქმედების დროს დიოდი გადის დენს, მაგრამ უარყოფითი ნახევარტალღის დროს არა.

1907 წელს ამერიკელმა ლი დე ფორესტმა დიოდს დაამატა მესამე ქსელის ელექტროდი, რამაც შესაძლებელი გახადა ელექტრული სიგნალების გაძლიერება. შემდეგ ასეთი ტრიოდი დაემატა სხვა ელექტროდებს, რამაც შესაძლებელი გახადა სხვადასხვა სახის შექმნა გამაძლიერებლები, გენერატორებიდა კონვერტორები.ამან გამოიწვია ელექტროტექნიკის, რადიოინჟინერიისა და ელექტრონიკის სწრაფი განვითარება. შემდეგ ხელკეტი აიღეს ნახევარგამტარულმა მოწყობილობებმა, რომლებმაც შეცვალეს ვაკუუმური მილები, მაგრამ CRT-ებში, რენტგენის მილებში, ელექტრონულ მიკროსკოპებში და ზოგიერთ ვაკუუმ მილში თერმული ემისია კვლავ აქტუალურია.

ელექტრონის ემისიის კიდევ ერთი წყარო შეიძლება იყოს მასალის ზედაპირის დაბომბვა სხვადასხვა ნაწილაკებით. მეორადი ელექტრონ-ელექტრონის ემისია წარმოიქმნება გარე ელექტრონების ზემოქმედების შედეგად, რომლებიც თავიანთი ენერგიის ნაწილს ნივთიერების ელექტრონებს გადასცემენ. ასეთი ემისია გამოიყენება, მაგალითად, ფოტოგამრავლების მილში (PMT) (ნახ. 10.8, ა).მისი ფოტოკათოდი 1 სინათლის ზემოქმედებისას გამოყოფს ელექტრონებს. ისინი აჩქარებულია ელექტროდისკენ (დინოდისკენ) 2, საიდანაც ისინი აკუტებენ მეორად ელექტრონებს, ისინი აჩქარდებიან დინოდისკენ 3 და ა.შ. შედეგად, პირველადი ფოტოდენი მრავლდება იმდენად, რომ PMT-ს შეუძლია ცალკეული ფოტონების რეგისტრაციაც კი.

ბრინჯი. 10.8

იგივე პრინციპი იყო გამოყენებული ახალი თაობის გამოსახულების გამაძლიერებლის მილში (იხ. პუნქტი 9.3). იგი შეიცავს ასიათასობით ფოტომულტიპლიკატორს (პიქსელების რაოდენობის მიხედვით, რომლებიც ქმნიან ობიექტების გამოსახულებებს), რომელთაგან თითოეული წარმოადგენს მეტალიზებულ მიკროარხს ~ 10 μm სიგანეზე. ამ არხის გასწვრივ ელექტრონები მოძრაობენ იმავე ზიგზაგში, როგორც სინათლე ოპტიკურ ბოჭკოში და როგორც ელექტრონები PMT-ში, რომლებიც მრავლდებიან არხის კედლებთან ყოველი შეჯახებისას მეორადი ემისიის გამო. ვინაიდან ელექტრონული ტრაექტორია უმნიშვნელოდ განსხვავდება მართკუთხასგან (მხოლოდ არხის სიგანეში), ასეთი არხების პაკეტი მდებარეობს ფოტოკათოდსა და ეკრანს შორის (ნახ. 10.8, ბ)გამორიცხავს ფოტოელექტრონების ფოკუსირების აუცილებლობას (შეადარეთ ნახ. 9.4). თითოეული არხი ახორციელებს არა მხოლოდ ელექტრონების რეპროდუქციას, არამედ მათ გადატანას საჭირო წერტილში, რაც უზრუნველყოფს გამოსახულების სიცხადეს.

მეორადი იონ-ელექტრონული ემისიის დროს პირველადი ნაწილაკები - ენერგიის მატარებლები არიან იონები. AT გაზგამშვები მოწყობილობებიისინი უზრუნველყოფენ ელექტრონების რეპროდუქციას კათოდიდან, რომლებიც შემდეგ მრავლდებიან გაზის მოლეკულების იონიზაციის გზით (იხ. პუნქტი 5.9).

ასევე არსებობს ემისიის ძალიან ეგზოტიკური ტიპი, რომლის წარმოშობა აიხსნება ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპით. თუ ლითონის ზედაპირს აქვს ელექტრული ველი, რომელიც აჩქარებს ელექტრონებს, მაშინ სწორი ხაზი ზედმეტად ედება პოტენციურ ზღვარზე 1. ყოფილი(2 ნახ. 10.6-ზე), და რაფა გადაიქცევა ბარიერად 3. თუ ელექტრონის ჯამური ენერგია უდრის ვ,იმათ. ზე ვბარიერის სიმაღლეზე ნაკლები, მაშინ, კლასიკური იდეების მიხედვით, „აიღეთ“, ე.ი. გარეთ გადი, მას არ შეუძლია. თუმცა, კვანტური კონცეფციების მიხედვით, ელექტრონიც არის ტალღა,რომელიც არა მარტო აისახაოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან, მაგრამ ასევე გარდატეხილი.ამავდროულად, ფუნქციის არსებობა ბარიერის შიგნითნიშნავს იქ ელექტრონის პოვნის სასრულ ალბათობას. "კლასიკური" თვალსაზრისით, ეს შეუძლებელია, რადგან სრულიელექტრონის ენერგია ვ,და მისი კომპონენტი პოტენციალიენერგია - თანაბარია ამ სფეროში W+ AVK, ე.ი. ნაწილი უფრო დიდია ვიდრე მთელი! ამავე დროს, არის რამდენიმე გაურკვევლობა AVK ენერგია, რომელიც დამოკიდებულია დროზე ზეელექტრონის დარჩენა ბარიერში: AWAt>h.მცირდება მისამართზე:გაურკვევლობა A.W.შეუძლია მიაღწიოს საჭირო მნიშვნელობას, ხოლო შროდინგერის განტოლების ამონახსნი იძლევა სასრულ მნიშვნელობებს | p | 2 წმ გარეთბარიერი, ე.ი. არის შანსი, რომ ელექტრონი გამოვიდეს ბარიერზე გადახტომის გარეშე! უფრო მაღალია, რაც უფრო დაბალია AW n At.

ეს დასკვნები პრაქტიკაში დასტურდება გვირაბის, ანუ ქვებარიერის ეფექტის არსებობით. ის კი პოულობს გამოყენებას, რაც უზრუნველყოფს ლითონისგან ელექტრონების ემისიას ~10 6 -10 7 ვ/სმ ველებში. ვინაიდან ასეთი ემისია ხდება გათბობის, დასხივების ან ნაწილაკების დაბომბვის გარეშე, მას საველე ემისია ეწოდება. ჩვეულებრივ ის ჩნდება ყველა სახის წერტილიდან, გამონაყარიდან და ა.შ., სადაც ველის სიძლიერე მკვეთრად იზრდება. ამან ასევე შეიძლება გამოიწვიოს ვაკუუმის უფსკრული ელექტრული ავარია.

1986 წელს ნობელის პრემია ფიზიკაში მიანიჭა სკანირების გამოგონება ელექტრონული მიკროსკოპი. მისი ლაურეატები არიან გერმანელი ფიზიკოსები ე.რუსკა და გ.ბინიგი და შვეიცარიელი ფიზიკოსი გ.რორერი. ამ მოწყობილობაში თხელი ნემსი სკანირებს ზედაპირის გასწვრივ მისგან მცირე მანძილზე. გვირაბის დენი, რომელიც წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში, ატარებს ინფორმაციას ელექტრონების ენერგეტიკული მდგომარეობის შესახებ. ამრიგად, შესაძლებელია ზედაპირის გამოსახულების მიღება ატომური სიზუსტით, რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მიკროელექტრონიკაში.

გვირაბის ეფექტი პასუხისმგებელია იონ-ელექტრონის ემისიის დროს რეკომბინაციაზე (იხ. ზემოთ), ელექტრიფიკაციაზე ხახუნის გზით, რომლის დროსაც ელექტრონები ერთი მასალის ატომიდან მეორის ატომებამდე მიდიან. ის ასევე განსაზღვრავს ელექტრონების სოციალიზაციას კოვალენტურ კავშირში, რაც იწვევს ენერგიის დონის გაყოფას (იხ. სურ. 10.5, ა).

ენერგიის ჭარბი გამოყოფა, რომელიც ტოლია ელექტრონის ენერგეტიკულ დონეებს შორის განსხვავებას სხეულში და იონში ε 1 – ε i 1 . ეს ენერგია შეიძლება გადავიდეს სხეულის სხვა ელექტრონზე საწყისი ე 2 ენერგიით (Auger პროცესი) ან გამოთავისუფლდეს სინათლის კვანტის სახით. მეორე პროცესი ნაკლებად სავარაუდოა. თუ აღგზნებული ელექტრონის ε = ε 2 + (ε 1 – ε i 1 ) ენერგია ნულზე მეტია, ის შეძლებს ემიტერის დატოვებას. ამრიგად, სხეულის ორი ელექტრონი მონაწილეობს ემისიის აქტში: ერთი გამოყოფს ენერგიას სხეულიდან იონში გვირაბის გზით ამ უკანასკნელის ნეიტრალიზებით, მეორე იღებს ამ აგზნების ენერგიას და ტოვებს სხეულს, ე.ი. ჩვენ გვაქვს როგორც გვირაბის გადასვლის პროცესი, ასევე აგზნების პროცესი.

10.7 ცხელი ელექტრონის ემისია

ცხელი ელექტრონების ემისია არის ელექტრონების გამოყოფა ნახევარგამტარის მიერ მასში ელექტრული ველის არსებობისას. ცხელი ელექტრონები გამოიყოფა გამტარობის ზოლიდან. Ამიტომაც აუცილებელი პირობაამ ელექტრონების ემისიის გამოჩენის შესაძლებლობა არის მათი წინასწარი თერმული აგზნება ძირითადი ზოლიდან ან დონორის დონეებიდან გამტარ ზოლამდე. ამრიგად, ცხელი ელექტრონების ემისიის დროს ფაქტობრივად ხორციელდება ელექტრონის აგზნების ორი განსხვავებული მექანიზმი: 1) მათი აგზნება გამტარ ზოლში გისოსის თერმული ენერგიის გამო; 2) გამტარობის ზოლში ელექტრონების აგზნება ენერგეტიკულ დონეზე, რომელიც აღემატება ვაკუუმის დონეს. ამ ტიპის აგზნება ხდება ნახევარგამტარში ელექტრული ველის ძალების მუშაობის გამო; საბოლოო ჯამში, ეს ენერგია აღებულია გარე ძაბვის წყაროდან, რომელიც ქმნის ველს. ნახევარგამტარში ელექტრული ველის არსებობა იწვევს გამტარობის ზოლში მდებარე ელექტრონების აჩქარებას. ეს ელექტრონები ურთიერთქმედებენ სხეულის ფონონებთან. ელექტრონების ასეთი შეჯახებისას შეიძლება მოხდეს მათი მოძრაობის მიმართულების მკვეთრი ცვლილება და მათი სიჩქარის მხოლოდ მცირე დაკარგვა ხდება. შედეგად, ელექტრონების საშუალო ენერგია უფრო მაღალია, ვიდრე იონების ენერგია; შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ელექტრონული გაზის ტემპერატურა უფრო მაღალია, ვიდრე ბროლის ბადის ტემპერატურა. ეს იწვევს ელექტრონის ემისიის გაჩენას, რომელსაც პირობითად შეიძლება ვუწოდოთ „თერმული ემისია“, მაგრამ ტემპერატურა, რომელიც მას განსაზღვრავს, გისოსის ტემპერატურაზე მაღალი იქნება.

10.8 კომბინირებული გამონაბოლქვი

ყველაზე ხშირად გამოიყენება ემისიის კომბინირებული ტიპი, რომელიც დაფუძნებულია შოტკის ეფექტზე. როგორც უკვე განვიხილეთ მე-2 პუნქტში, როდესაც გარე ელექტრული ველი გამოიყენება, ბარიერის სიმაღლე მცირდება და შესაბამისად მცირდება. ეფექტური მუშაობაგასასვლელი. ამიტომ, ამ შემთხვევაში, საჭიროა ელექტრონების უფრო მცირე (ენერგეტიკული თვალსაზრისით) წინასწარი აგზნება, რათა გადავიდეს ისინი ენერგეტიკულ დონეზე უფრო მაღალი პოტენციური ბარიერის სიმაღლეებზე. ამრიგად, ელექტრული ველის დაწესება ასტიმულირებს ყველა სახის ემისიას წინასწარი აგზნებით. მაშასადამე, ემისიების კომბინირებული ტიპი, პირველ რიგში, მოიცავს შემდეგს: ავტომატური

ელექტრონული ემისიაარის ელექტრონების გამოყოფა მყარი ან თხევადი ზედაპირის მიერ. იმისთვის, რომ ელექტრონმა დატოვოს შედედებული გარემო ვაკუუმში ან გაზში, უნდა დაიხარჯოს ენერგია, რასაც სამუშაო ფუნქცია ეწოდება. ელექტრონის პოტენციური ენერგიის დამოკიდებულებას ემიტერისა და ვაკუუმის (ან სხვა გარემოს) საზღვარზე არსებულ კოორდინატზე პოტენციური ბარიერი ეწოდება. ის უნდა დაძლიოს ელექტრონმა, დატოვოს ემიტერი.

გამონაბოლქვი შეიძლება შენარჩუნდეს ორი პირობით. პირველი არის ელექტრონების ენერგიის მიწოდება, რაც უზრუნველყოფს პოტენციური ბარიერის გადალახვას, ან ისეთი ძლიერი გარე ველის შექმნას, რომ პოტენციური ბარიერი გახდება თხელი და გვირაბის ეფექტი (ველის ემისია) ხდება მნიშვნელოვანი, კვანტური შეღწევა. ელექტრონები პოტენციური ბარიერის გავლით, ე.ი. ელექტრონების ემისია, რომელთა ენერგია ნაკლებია სამუშაო ფუნქციაზე. სხეულის დაბომბვა ფოტონების მიერ ენერგიის გადაცემას მივყავართ ფოტოემისიამდე, ელექტრონების მიერ დაბომბვა იწვევს მეორადი ელექტრონების გამოსხივებას, ხოლო იონების მიერ - იონ-ელექტრონის ემისიას. ემისია შეიძლება გამოწვეული იყოს შიდა ველებით - ცხელი ელექტრონების გამოყოფით. ყველა ამ მექანიზმს შეუძლია ერთდროულად იმოქმედოს (მაგალითად, თერმული ველის ემისია, ფოტოველის ემისია).

მეორე პირობა არის გარე ელექტრული ველის შექმნა, რომელიც უზრუნველყოფს გამოსხივებული ელექტრონების სხეულიდან ამოღებას; ამისათვის, კერძოდ, აუცილებელია ელექტრონების მიტანა ემიტერში, რათა ის არ დატენოს. თუ გარე ველი, რომელიც უზრუნველყოფს გამოსხივებული ელექტრონების ამოღებას, არასაკმარისია ველის გამოსხივებისთვის, მაგრამ საკმარისია პოტენციური ბარიერის შესამცირებლად, შესამჩნევი ხდება შოტკის ეფექტი - ემისიის დამოკიდებულება გარე ველზე. იმ შემთხვევაში, როდესაც გამოსხივების ზედაპირი არაერთგვაროვანია და მასზე არის სხვადასხვა სამუშაო ფუნქციის მქონე „ლაქები“, მის ზედაპირზე ჩნდება ელექტრული „ლაქების ველი“. ეს ველი ანელებს ელექტრონებს, რომლებიც გამოდიან კათოდური სექციებიდან, სამუშაო ფუნქციით მეზობელზე დაბალი. გარე ელექტრული ველი ემატება ლაქების ველს და იზრდება, აქრობს ლაქების ინჰიბიტორულ ეფექტს. შედეგად, ემისიის დენი არაჰომოგენური ემიტერიდან იზრდება ველის მატებასთან ერთად უფრო სწრაფად, ვიდრე ერთიანი ემიტერის შემთხვევაში (ანომალიური შოთკის ეფექტი).

თერმიონული ემისია. მე-19 საუკუნის შუა ხანებში ცნობილი იყო, რომ გახურებულ მყარ ნაწილებთან ახლოს ჰაერი ხდება ელექტროენერგიის გამტარი, მაგრამ ამ ფენომენის მიზეზი გაურკვეველი დარჩა. ექსპერიმენტების შედეგად ჯ.ელსტერმა და გ.გეიტელმა დაადგინეს, რომ გარემომცველი ჰაერის შემცირებული წნევის დროს თეთრი ცხელი ლითონის ზედაპირი დადებით მუხტს იძენს. დენის გადინება ვაკუუმში ცხელ ელექტროდსა და დადებითად დამუხტულ ელექტროდს შორის აღმოაჩინა ტ.ედისონმა (1884), ახსნა ჯ.ტომსონის (1887) მიერ ელექტრონების (უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების) ემისიით, თერმიონული ემისიის თეორიით. შეიმუშავა ო. რიჩარდსონმა (1902, ზოგჯერ მას მიაწერენ თავად აღმოჩენასა და ეფექტს). ცალმხრივი გამტარობა აღმოაჩინა ჯე. თერმიონული ემისიის დენი განისაზღვრება კათოდის ტემპერატურით (ანუ ელექტრონების ენერგია) და სამუშაო ფუნქციით. მაქსიმალური ემისიის დენი განისაზღვრება სამუშაო ფუნქციის ტემპერატურასთან შეფარდებით, მას გაჯერების დენი ეწოდება. კათოდის ტემპერატურა, თავის მხრივ, შემოიფარგლება კათოდური მასალის აორთქლებით (ანუ სიცოცხლე).

ფოტოელექტრონული ემისია - ელექტრომაგნიტური გამოსხივების (ფოტონების) გავლენის ქვეშ მყარი და სითხეების მიერ ელექტრონების გამოსხივება, ხოლო გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობა გამოსხივების ინტენსივობის პროპორციულია. თითოეული ნივთიერებისთვის არის ზღვარი - გამოსხივების მინიმალური სიხშირე (მაქსიმალური ტალღის სიგრძე), რომლის ქვემოთ ემისია არ ხდება, ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება რადიაციის სიხშირით და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე. ფოტოემისია მგრძნობიარეა ზედაპირის სამუშაო ფუნქციის მიმართ. კვანტური გამოსავლიანობის ზრდა და ფოტოემისიის ზღურბლის ცვლილება მიიღწევა ლითონის ზედაპირის ელექტროდადებითი Cs (ცეზიუმი) ან Rb (რუბიდიუმი) ატომების მონოტომიური ფენით დაფარვით, რაც ამცირებს სამუშაო ფუნქციას მეტალების უმეტესობისთვის 1.4–1.7 eV–მდე. . ფოტოემისია აღმოაჩინა გუსტავ ჰერცმა (1887), რომელმაც აღმოაჩინა, რომ ძაბვის ქვეშ მყოფი ნაპერწკალი ელექტროდების განათება ულტრაიისფერი შუქით ხელს უწყობს დაშლას. სისტემური კვლევები ჩატარდა ვ.გალვაქსის, ა.რიგის, ა.გ.სტოლეტოვის მიერ (1885 წ.) და აჩვენეს, რომ ჰერცის ექსპერიმენტში საკითხი სინათლის მოქმედებით მუხტების გათავისუფლებამდე მცირდება. F. Lenard და J. Thomson (1898) დაამტკიცეს, რომ ეს არის ზუსტად ელექტრონები.

ნახევარგამტარებიდან და დიელექტრიკებიდან ფოტოემისია განისაზღვრება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ძლიერი შთანთქმით.

ავტოელექტრონული ემისია (ველის ემისია, ელექტროსტატიკური ემისია, გვირაბის ემისია) - ელექტრონების ემისია გამტარ მყარი და თხევადი სხეულებიმაღალი ინტენსივობის გარე ელექტრული ველის მოქმედებით იგი აღმოაჩინა რ.ვუდმა (1897) ვაკუუმური გამონადენის შესწავლისას. ავტოელექტრონული ემისია აიხსნება გვირაბის ეფექტით და ხდება ენერგიის დახარჯვის გარეშე ელექტრონების აგზნებაზე, რომელიც აუცილებელია სხვა ტიპის ელექტრონების გამოსხივებისთვის. ავტოელექტრონულ ემისიაში ელექტრონები გადალახავენ პოტენციურ ბარიერს, არ გადიან მასზე თერმული მოძრაობის კინეტიკური ენერგიის გამო (როგორც თერმიონული ემისია), არამედ ბარიერის გვირაბის მეშვეობით, შემცირებული და შევიწროებული ელექტრული ველით.

ველის ემისია ძლიერ არის დამოკიდებული ველზე და სამუშაო ფუნქციაზე და სუსტად დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. დაბალ ტემპერატურაზე მიმდინარე გაყვანა იწვევს ემიტერის გათბობას, ვინაიდან გამავალი ელექტრონები ატარებენ ენერგიას, საშუალოდ, ფერმის ენერგიაზე ნაკლებს, ტემპერატურის მატებასთან ერთად, გათბობა იცვლება გაგრილებით - ეფექტი ცვლის ნიშანს, გადის "ინვერსიის ტემპერატურაზე", რაც შეესაბამება გამავალი ელექტრონების მთლიანი ენერგიის განაწილებას სიმეტრიულად. ფერმის დონემდე. ნახევარგამტარებიდან ველის ემისიის თავისებურებები დაკავშირებულია ელექტრული ველის შეღწევასთან ემიტერში, ელექტრონის დაბალ კონცენტრაციასთან და ზედაპირული მდგომარეობის არსებობასთან. მაქსიმალური დენის სიმჭიდროვე, რომელიც შეიძლება მიღებულ იქნას საველე ემისიის რეჟიმში, შემოიფარგლება ემიტერის ჯოულით გაცხელებით მასში გამავალი დენით და ემიტერის განადგურებით ელექტრული ველით. საველე ემისიის რეჟიმში მიიღება 10 7 ა/სმ 2 რიგის დენები (ემიტერის ზედაპირზე) სტაციონარულ რეჟიმში და 10 9 ა/სმ 2 პულსირებულ რეჟიმში. როდესაც თქვენ ცდილობთ მეტი დენის მიღებას სტაციონარულ რეჟიმში, ემიტერი განადგურებულია. პულსის რეჟიმში, როდესაც თქვენ ცდილობთ დენის გაზრდას, ემიტერი იწყებს მუშაობას სხვა რეჟიმში, ე.წ.

ველის ემისიის ძლიერი დამოკიდებულება სამუშაო ფუნქციაზე იწვევს საველე კათოდის მუშაობის არასტაბილურობას. ზედაპირის სამუშაო ფუნქცია დამოკიდებულია როგორც მაღალ ვაკუუმში ზედაპირზე მიმდინარე პროცესებზე, ასევე არასაკმარისად მაღალი ვაკუუმის გავლენაზე: დიფუზია, მიგრაცია, ზედაპირის გადაწყობა და ნარჩენი აირების შეწოვა. ყველაზე ხშირად გამოყენებული მასალა - ვოლფრამი - კარგად სორბავს გაზებს. ამან გამოიწვია მრავალი მცდელობა გამოეყენებინათ ლითონები, რომლებიც ასე კარგად არ შთანთქავს გაზებს, მაგალითად, რენიუმს ან კიდევ უფრო პასიური ნახშირბადს, რომელსაც, თუმცა, აქვს დიდი წინააღმდეგობა. შემოთავაზებული იყო ლითონის დაფარვა ნახშირბადის ფილმით. ზედაპირზე გაზის შეწოვა შეიძლება შემცირდეს ველის გამტარის მუდმივი მცირე გათბობით ან პერიოდული ძლიერი პულსირებული გათბობით ზედაპირის გასაწმენდად. ზოგადად, ამისთვის სტაბილური ოპერაციათანამედროვე საველე კათოდებს სჭირდება ვაკუუმი ერთიდან სამ ბრძანებით უფრო მაღალი, ვიდრე ცხელი კათოდებისთვის.

გამომავალი სამუშაოს შემდეგ მეორე პარამეტრი, რომელზეც ძლიერ არის დამოკიდებული ველის ემისია, არის ელექტრული ველის სიძლიერე ემიტერზე, რაც, თავის მხრივ, დამოკიდებულია მოწყობილობის საშუალო ველზე (გარე ძაბვის შეფარდება უფსკრულის ზომასთან) და ემიტერის გეომეტრია, რადგან ემიტერზე ველის გასაზრდელად, როგორც წესი, წარმოიქმნება "მკვეთრი" ფორმები - ამობურცვები, ძაფები, წერტილები, პირები, მილის ბოლოები ან მათი სისტემები - ძაფის ჩალიჩები, პირების შეკვრა, ნახშირბადის ნანომილები და ა.შ. შედარებით მაღალი დენების შესარჩევად გამოიყენება მრავალწერტილიანი სისტემები, მულტიემიტერული სისტემები ფილმებისა და ფოლგის კიდეებზე და ა.შ. ის ფაქტი, რომ წვერები გამოიყენება როგორც ემიტერები, იწვევს ელექტრონების ტრაექტორიების არაპარალელიზმს, ხოლო სიჩქარის კომპონენტი, რომელიც დევს ემიტირებული ელექტროდის სიბრტყის პარალელურად, შეიძლება შედარდეს გრძივი კომპონენტთან. სხივი გამოდის გაფართოებული, ვენტილატორის ფორმის და თუ კათოდი მრავალწერტილიანია ან მრავალფრთიანი, მაშინ ის არ არის ლამინირებული.

მეორადი ელექტრონის ემისია (აღმოაჩინეს L. Austin-მა და G. Starke-მა, 1902 წ.) არის ელექტრონების ემისია მყარი სხეულის ზედაპირის მიერ, როდესაც ის დაბომბულია ელექტრონებით. ელექტრონები, რომლებიც სხეულს ბომბავს (ე.წ. პირველადი) ნაწილობრივ აირეკლება სხეულის მიერ ენერგიის დაკარგვის გარეშე (ელასტიურად ასახული ელექტრონები), დანარჩენი ენერგიის დაკარგვით (არაელასტიური ანარეკლი). თუ ელექტრონების ენერგია და იმპულსი, რომლებმაც მიიღეს ენერგია საკმარისია სხეულის ზედაპირზე პოტენციური ბარიერის დასაძლევად, მაშინ ელექტრონები ტოვებენ სხეულის ზედაპირს (მეორადი ელექტრონები). თხელ ფილებში მეორადი ელექტრონის ემისია შეინიშნება არა მხოლოდ დაბომბული ზედაპირიდან (არეკვლის გამოსხივება), არამედ საპირისპირო ზედაპირიდან (გასროლა ემისიის მეშვეობით). რაოდენობრივად, მეორადი ელექტრონების ემისიას ახასიათებს "მეორადი ემისიის კოეფიციენტი" (SEC) - მეორადი ელექტრონების დენის თანაფარდობა პირველადის დენთან, ელექტრონების ელასტიური და არაელასტიური ასახვის კოეფიციენტი, აგრეთვე ემისიის კოეფიციენტი. მეორადი ელექტრონები (შესაბამისი ელექტრონების დენების თანაფარდობა პირველად დენთან). ყველა კოეფიციენტი დამოკიდებულია როგორც პირველადი ელექტრონების ენერგიაზე, ასევე მათ დაცემის კუთხეზე, ქიმიურ შემადგენლობაზე და ნიმუშის ზედაპირის ტოპოგრაფიაზე. მეტალებში, სადაც გამტარი ელექტრონების სიმკვრივე მაღალია, წარმოქმნილი მეორადი ელექტრონების გაქცევის ალბათობა მცირეა. ელექტრონის დაბალი კონცენტრაციის მქონე დიელექტრიკებში მეორადი ელექტრონების გაქცევის ალბათობა უფრო დიდია. ელექტრონის გაქცევის ალბათობა დამოკიდებულია ზედაპირზე პოტენციური ბარიერის სიმაღლეზე.

შედეგად, რიგი არალითონური ნივთიერებებისთვის (მიწის ტუტე ლითონების ოქსიდები, ტუტე ჰალოიდური ნაერთები) EEF > 1, სპეციალურად წარმოებული ეფექტური ემიტერებისთვის ( იხილეთ ქვემოთ) TBE >> 1, ლითონებისა და ნახევარგამტარებისთვის ჩვეულებრივ 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.

დიელექტრიკში ძლიერი ელექტრული ველის (105-106 ვ/სმ) შექმნა იწვევს TEC-ის გაზრდას 50-100-მდე (ველზე გაძლიერებული მეორადი ემისია). ამ სიტუაციაში, EEC იწყებს ფენის ფორიანობაზე დამოკიდებულებას - ფორების არსებობა ზრდის ემიტერის ეფექტურ ზედაპირს და ველი გამოაქვს მათგან მეორად ელექტრონებს, რომლებიც, თავის მხრივ, ფორების კედლებს ურტყამს. გამოიწვიოს ემისია EEC > 1-ით და ელექტრონული ზვავების გაჩენა. ამან შეიძლება გამოიწვიოს თვითშენარჩუნებული ცივი გამოსხივება, რომელიც გრძელდება (როდესაც მუხტი ვრცელდება ემიტერზე) ელექტრონული დაბომბვის შეწყვეტის შემდეგაც.

მეორადი ელექტრონის კათოდების გამოყენების ძირითადი სფეროებია მეორადი ელექტრონის (SEM) და ფოტოელექტრონის (PMT) მულტიპლიკატორები, M-ტიპის EVP (რომელშიც ელექტრონები მოძრაობენ ურთიერთ პერპენდიკულარულ ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში) და მეორადი ემისიის მქონე გამაძლიერებელი ნათურები. ყველა გამოყენებისთვის, ყველაზე მნიშვნელოვანი მეორადი ემისიის პარამეტრებია: EEC-ის მეორადი ემისიის კოეფიციენტი დაბალი პირველადი ელექტრონების ენერგიების რეგიონში, ჩვეულებრივ ხასიათდება ენერგიით, რომლის დროსაც EEC = 1, EEC-ის მაქსიმალური მნიშვნელობა და პირველადი ელექტრონების ენერგია, როდესაც EEC აღწევს მაქსიმუმს.

იონ-ელექტრონული ემისია - ელექტრონების გამოყოფა იონების მოქმედებით. ცნობილია იონ-ელექტრონის ემისიის ორი მექანიზმი: პოტენციალი - ელექტრონების გამოყვანა სხეულიდან შემომავალი იონის ველით და კინეტიკური - ელექტრონების გამოდევნა სხეულიდან იონის კინეტიკური ენერგიის გამო. პოტენციური ემისიის კოეფიციენტი იზრდება იონის იონიზაციის ენერგიის გაზრდით და სამიზნის სამუშაო ფუნქციის შემცირებით, ხოლო წყვილებისთვის Ne +/W (ნეონი / ვოლფრამი), He + / W (ჰელიუმი / ვოლფრამი), Ar. +/W (არგონი / ვოლფრამი) არის, მაგალითად, 0, 24, 0.24 და 0.1, შესაბამისად, და სუსტად დამოკიდებულია იონის ენერგიაზე. Mo (მოლიბდენის) სამიზნე და იგივე იონებისთვის ეს კოეფიციენტები დაახლოებით 10%-ით მეტია.

გამრავლებული დამუხტული იონებით დაბომბვისას იონ-ელექტრონის ემისია იზრდება - 2, 3, 4 დამუხტული იონისთვის ეს უფრო მეტია, ვიდრე ერთჯერადი დამუხტული იონებისთვის, შესაბამისად, დაახლოებით 4, 10, 20-ჯერ. იონ-ელექტრონის პოტენციური ემისია ძლიერ არის დამოკიდებული ზედაპირის მდგომარეობაზე, ვინაიდან იგი განისაზღვრება სამუშაო ფუნქციით. ეს იწვევს ექსპერიმენტული მონაცემების შედარებით დიდ გაფანტვას.

პრაქტიკულად არ არის კინეტიკური იონ-ელექტრონის ემისია 1 კევ-ზე ნაკლებ ენერგიებში, შემდეგ ის იზრდება წრფივად, შემდეგ უფრო ნელა, გადის მაქსიმუმს და მცირდება, რამდენიმე მევ ენერგიებამდე კოეფიციენტი ეცემა დაახლოებით ერთიანობამდე. იონ-ელექტრონის ემისია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს გაზის გამომშვები ელექტრონული მოწყობილობების მუშაობაში, რომლებშიც ელექტრონების წყარო არის იონებით დაბომბული კათოდი. ზოგიერთ შემთხვევაში, იონ-ელექტრონის ემისიის პროცესი ქმნის ელექტრონების ძირითად რაოდენობას მოწყობილობის მოცულობაში.

ცხელი ელექტრონების ემისია არის ემისია ელექტრონების „გათბობის“ გამო, ე.ი. ენერგიის გადაცემა ელექტრონებზე ან ელექტრული ველის ზემოქმედება. თუ თერმიონული ემისია განისაზღვრება მყარი სხეულიდან გასასვლელში პოტენციური ბარიერის მნიშვნელობით და ელექტრონების ენერგიით, რომლებიც მას სძლევენ და მის მისაღებად, მყარი სხეული თბება ( უმარტივესი გზაგაათბეთ ელექტრონები), შემდეგ შეგიძლიათ სცადოთ ელექტრონების გაცხელება სხეულის გაცხელების გარეშე. ვინაიდან ელექტრონები დამუხტული ნაწილაკებია, მათი „გასათბობად“ უმარტივესი გზაა მათზე ელექტრული ველის გამოყენება. კათოდის შექმნა ცხელი ელექტრონების გამოსხივებით, უპირველეს ყოვლისა, არის დიდი ელექტრული ველის შექმნა გამტარში ან ნახევარგამტარში. ამისათვის დირიჟორი და ნახევარგამტარი უნდა იყოს "გაფუჭებული", მათი გამტარობის შემცირება, რადგან. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მათში დიდი დენი გაივლის ამ დიდ ველში და კათოდი ჩაიშლება.

ლითონის „გაფუჭების“ ერთ-ერთი გზა მისი ცალკეულ ნაწილაკებად დაშლაა. თუ მათ შორის უფსკრული მცირეა, 10 მიკრონის რიგითობით, ელექტრონები გვირაბს გადალახავენ (დაძლევენ პოტენციურ ბარიერს, შემცირდება და შევიწროვდება დიდი ველით) ერთი ნაწილაკიდან მეორეზე და ეს გამოიწვევს გამტარობას. მაგრამ დენი მონოლითური ლითონის დენთან შედარებით საგრძნობლად შემცირდება, ე.ი. წინააღმდეგობა გაიზრდება. ეს შესაძლებელს ხდის ველის გაზრდას. მაშინ ელექტრონების ენერგია იმდენად გაიზრდება, რომ ისინი ვაკუუმში გამოსხივებას შეძლებენ. ცხელი ელექტრონის ემისიის კათოდები მზადდება დიელექტრიკული სუბსტრატის სახით, რომელზედაც დეპონირებულია ლითონის ან ნახევარგამტარის თხელი ფილმი. მცირე ფირის სისქეზე, ჩვეულებრივ, მიიღება "კუნძული"; შედგება უფსკრულით გამოყოფილი ცალკეული მცირე ნაწილაკებისგან. ელექტრონების გათავისუფლების გასაადვილებლად, კათოდი ხშირად დაფარულია ნივთიერებების თხელი (დაახლოებით ერთატომური) ფენებით, რომლებიც აქვეითებენ Cs (ცეზიუმი), BaO-ს სამუშაო ფუნქციას. Au (ოქრო), SnO 2, BaO ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც ძირითადი ფირის ნივთიერება. საუკეთესოდ მიღებული პარამეტრები შემდეგია - მიმდინარე გატანა არის 1 ა/სმ 2 დიდი ხნის განმავლობაში და 10 ა/სმ 2 მოკლე დროში. ამ შემთხვევაში, ეფექტურობა (ემისიის დენის თანაფარდობა ფილმში გამავალი დენის მიმართ) შეიძლება მიუახლოვდეს 100% -ს.

ლეონიდ აშკინაზი

რკალის უფსკრულის გამტარობის უზრუნველსაყოფად მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ კათოდის მიერ მოწოდებული ელექტრონები სხვადასხვა მიზეზების გავლენის ქვეშ. კათოდური ელექტროდის ზედაპირიდან ელექტრონების გათავისუფლების პროცესს ან ზედაპირთან კავშირიდან ელექტრონების გამოყოფის პროცესს ელექტრონის ემისია ეწოდება. ემისიის პროცესისთვის საჭიროა ენერგიის დახარჯვა.

ენერგიას, რომელიც საკმარისია კათოდის ზედაპირიდან ელექტრონების გასათავისუფლებლად, ეწოდება სამუშაო ფუნქცია. თქვენ გარეთ )

ის იზომება ელექტრონ ვოლტებში და ჩვეულებრივ 2-3-ჯერ ნაკლებია იონიზაციის სამუშაოზე.

არსებობს ელექტრონის ემისიის 4 ტიპი:

1. თერმიონის ემისია

2. საველე ემისია

3. ფოტოელექტრონული ემისია

4. გამონაბოლქვი მძიმე ნაწილაკების ზემოქმედებით.

თერმიონული ემისია მიმდინარეობს ელექტროდის - კათოდის ზედაპირის ძლიერი გაცხელების გავლენით. გათბობის მოქმედებით კათოდის ზედაპირზე მდებარე ელექტრონები იძენენ ასეთ მდგომარეობას, როდესაც მათი კინეტიკური ენერგია ხდება ელექტროდის ზედაპირის ატომების მიმართ მათი მიზიდულობის ძალების ტოლი ან მეტი, ისინი კარგავენ კონტაქტს ზედაპირთან და გაფრინდებიან. რკალის უფსკრული. ელექტროდის (კათოდის) ბოლოს ძლიერი გათბობა ხდება იმის გამო, რომ ნაწილთან მისი შეხების მომენტში, ეს კონტაქტი ხდება მხოლოდ ზედაპირის გარკვეულ წერტილებში დარღვევების არსებობის გამო. ეს პოზიცია, დენის თანდასწრებით, იწვევს კონტაქტის წერტილის ძლიერ გათბობას, რის შედეგადაც იწყება რკალი. ზედაპირის ტემპერატურა დიდ გავლენას ახდენს ელექტრონების სიმულაციაზე. ემისია ჩვეულებრივ ფასდება დენის სიმკვრივით. კავშირი თერმიონულ ემისიასა და კათოდის ტემპერატურას შორის დაადგინეს რიჩარდსონმა და დეშმანმა.

სადაც j0არის დენის სიმკვრივე, A/cm2;

φ არის ელექტრონების მუშაობის ფუნქცია, e-V;

მაგრამ- მუდმივი, რომლის თეორიული მნიშვნელობა არის A \u003d 120 a / cm 2 deg 2 (მეტალებისთვის ექსპერიმენტული მნიშვნელობა A \u003e 62.2).

ავტოელექტრონულ ემისიაში ელექტრონების განთავისუფლებისთვის საჭირო ენერგიას აწვდის გარე ელექტრული ველი, რომელიც, როგორც იქნა, „წოწავს“ ელექტრონებს ლითონის ელექტროსტატიკური ველის გავლენის საზღვრებს მიღმა. ამ შემთხვევაში, დენის სიმკვრივე შეიძლება გამოითვალოს ფორმულიდან

, (1.9)

სადაც ეარის ელექტრული ველის სიძლიერე, V/სმ;

ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ავტოელექტრონული ემისიის ღირებულება მცირდება, მაგრამ დაბალ ტემპერატურაზე მისი გავლენა შეიძლება იყოს გადამწყვეტი, განსაკუთრებით მაღალი ელექტრული ველის სიძლიერეზე (10 6 - 10 7 V / სმ), რაც, ბრაუნ M.Ya-ს თანახმად. და გ.ი. პოგოდინ-ალექსეევის მიღება შესაძლებელია ელექტროდის მახლობლად რეგიონებში.

როდესაც რადიაციის ენერგია შეიწოვება, ისეთი მაღალი ენერგიის ელექტრონები შეიძლება გამოჩნდნენ, რომ ზოგიერთი მათგანი ტოვებს ზედაპირს. ფოტოემისიის დენის სიმკვრივე განისაზღვრება ფორმულით

სადაც α - ასახვის კოეფიციენტი, რომლის მნიშვნელობა შედუღების რკალებისთვის უცნობია.

ტალღის სიგრძეები, რომლებიც იწვევენ ფოტოემისიას, ასევე იონიზაციისთვის, განისაზღვრება ფორმულით

იონიზაციისგან განსხვავებით, ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონების ზედაპირიდან ელექტრონების გამოყოფა გამოწვეულია ხილული სინათლით.

კათოდის ზედაპირი შეიძლება დაექვემდებაროს მძიმე ნაწილაკების (დადებითი იონების) ზემოქმედებას. პოზიტიურ იონებს კათოდის ზედაპირზე ზემოქმედების შემთხვევაში შეუძლიათ:

ჯერ ერთი, აძლევენ მათ კინეტიკურ ენერგიას.

მეორეც, შეიძლება განეიტრალდეს კათოდის ზედაპირზე; ხოლო ისინი ელექტროდს იონიზაციის ენერგიას აძლევენ.

ამრიგად, კათოდი იძენს დამატებით ენერგიას, რომელიც გამოიყენება გასათბობად, დნობისა და აორთქლებისთვის, ხოლო ნაწილი კვლავ იხარჯება ზედაპირიდან ელექტრონების გაქცევაზე. კათოდიდან ელექტრონების საკმარისად ინტენსიური გამოსხივების და რკალის უფსკრულის შესაბამისი იონიზაციის შედეგად იქმნება სტაბილური გამონადენი - ელექტრული რკალი გარკვეული რაოდენობის დენით, რომელიც მიედინება წრეში გარკვეული ძაბვის დროს.

კონკრეტული ტიპის ემისიის განვითარების ხარისხიდან გამომდინარე, განასხვავებენ შედუღების რკალების სამ ტიპს:

ცხელი კათოდური რკალი;

ცივი კათოდური რკალი;