Për të marrë një rrjedhë të elektroneve të lira në pajisjet elektronike, ekziston një elektrodë e veçantë metalike ose gjysmëpërçuese - katodë.

Në mënyrë që elektronet të shkojnë përtej katodës, është e nevojshme të jepet një sasi energjie nga jashtë në nm, e mjaftueshme për të kapërcyer forcat kundërshtare. Në varësi të metodës së dhënies së energjisë shtesë elektroneve, dallohen llojet e mëposhtme të emetimit të elektroneve:

• termionike, në të cilën energji shtesë u jepet elektroneve si rezultat i ngrohjes së katodës;
• fotoelektronike, në të cilën rrezatimi elektromagnetik vepron në sipërfaqen e katodës;
• elektronike sekondare, që është rezultat i bombardimit të katodës nga një rrymë elektronesh ose jonesh që lëvizin me shpejtësi të madhe;
• elektrostatike, në të cilën një fushë e fortë elektrike pranë sipërfaqes së katodës krijon forca që kontribuojnë në ikjen e elektroneve përtej kufijve të saj.

Le të shqyrtojmë më në detaje secilin nga llojet e listuara të emetimit të elektroneve.

Emetimi termionik. Fenomeni i emetimit termionik ishte i njohur tashmë në fund të shekullit të 18-të. Një sërë rregullsish cilësore të këtij fenomeni u krijuan nga V. V. Petrov (1812), T. L. Edison (1889) dhe të tjerë. Nga vitet 1930, u përcaktuan varësitë kryesore analitike të emetimit termionik.

Kur metali nxehet, shpërndarja e energjisë e elektroneve në brezin e përcjelljes ndryshon (Fig. 1, kurba 2). Elektronet shfaqen me energji që tejkalon nivelin e Fermit. Elektrone të tilla mund të ikin nga metali, duke rezultuar në emetimin e elektroneve. Madhësia e rrymës së emetimit termionik varet nga temperatura e katodës, funksioni i punës dhe vetitë e sipërfaqes (ekuacioni Richardson-Dashman):

ku Jeështë dendësia e rrymës së emetimit, A/cm²; POR- konstante e emetimit, në varësi të vetive të sipërfaqes rrezatuese dhe e barabartë me shumicën e metaleve të pastër - 40 ... 70 A / (cm² K² '); Tështë temperatura absolute e katodës; e- baza e logaritmeve natyrore (e = 2,718); eφoështë funksioni i punës së një elektroni nga një metal, J; κ \u003d 1,38 10‾²³ J / K - Konstanta e Boltzmann-it.

Ekuacioni i mësipërm për emetimin termionik është i vlefshëm për metalet. Për gjysmëpërçuesit e papastërtive, ekziston një varësi disi e ndryshme, por marrëdhënia midis rrymës së emetimit dhe temperaturës dhe funksionit të punës mbetet cilësisht e njëjtë. Ekuacioni tregon se madhësia e rrymës së emetimit varet në masën më të madhe nga temperatura e katodës. Sidoqoftë, me një rritje të temperaturës, shkalla e avullimit të materialit katodë rritet ndjeshëm dhe jeta e tij e shërbimit zvogëlohet. Prandaj, katoda duhet të funksionojë në një gamë të përcaktuar rreptësisht të temperaturave të funksionimit. Kufiri i poshtëm i temperaturës përcaktohet nga mundësia e marrjes së emetimit të kërkuar, dhe ai i sipërm nga avullimi ose shkrirja e materialit që lëshon.

Vlera e rrymës së emetimit ndikohet ndjeshëm nga një fushë elektrike e jashtme përshpejtuese që vepron pranë sipërfaqes së katodës. Ky fenomen quhet efekti Schottky. Dy forca veprojnë në një elektron që largohet nga katoda në prani të një fushe elektrike të jashtme - forca e tërheqjes elektrike, e cila e kthen elektronin dhe forca e fushës së jashtme, e cila e përshpejton elektronin në drejtimin larg nga sipërfaqja e katodës. Kështu, fusha e jashtme përshpejtuese zvogëlon pengesën potenciale, si rezultat i së cilës funksioni i punës së elektroneve nga katoda zvogëlohet dhe emetimi i elektroneve rritet.

Emetimi fotoelektronik. Për herë të parë, fenomeni i emetimit të fotoelektronit (ose efekti fotoelektrik i jashtëm) u vëzhgua nga G. Hertz në 1887. Studimet eksperimentale që bënë të mundur vendosjen e marrëdhënieve sasiore për emetimin e fotoelektronit u kryen nga A.G. Stoletov në 1888. Ligjet kryesore të efektit fotoelektrik u shpjeguan nga A. Ajnshtajni në bazë të teorive fotonike të dritës. Sipas kësaj teorie, energjia rrezatuese mund të transmetohet dhe absorbohet jo në formën e një rryme të vazhdueshme, por vetëm në pjesë të caktuara (kuanta), dhe secila kuantike ka një sasi energjie. hv, ku h është konstanta e Planck-ut, dhe vështë frekuenca e rrezatimit. Kështu, rrezatimi elektromagnetik (drita e dukshme dhe e padukshme, rrezet x, etj.) është një rrjedhë kuantesh individuale të energjisë, të quajtura fotone. Kur bie në sipërfaqen e fotokatodës, energjia e fotonit shpenzohet për t'u dhënë energji shtesë elektroneve. Për shkak të kësaj energjie, një elektron me një masë mua, bën punën e daljes Ue dhe fiton një shpejtësi fillestare Vo, e cila shprehet matematikisht nga ekuacioni i Ajnshtajnit:

Një elektron mund të shkojë përtej katodës nëse funksioni i punës është më i vogël se energjia kuantike, pasi vetëm në këto kushte shpejtësia fillestare Vo, dhe kështu energjia kinetike e elektronit:

Ne vërejmë tiparet kryesore të efektit fotoelektrik:

• Kur sipërfaqja e fotokatodës rrezatohet me një fluks rrezatues të përbërjes spektrale konstante, rryma e emetimit të fotoelektronit është proporcionale me intensitetin e fluksit (ligji i Stoletov):

ku Nëseështë vlera e fotorrymës; Fështë madhësia e fluksit rrezatues; teështë koeficienti i proporcionalitetit që karakterizon ndjeshmërinë e sipërfaqes së fotokatodës ndaj rrezatimit.

• Shpejtësia e elektroneve të emetuara nga fotokatoda është sa më e madhe, aq më e lartë është frekuenca v rrezatimi i absorbuar; energjia kinetike fillestare e fotoelektroneve rritet në mënyrë lineare me rritjen e frekuencës v.
• Efekti fotoelektrik vërehet vetëm kur rrezatohet me një fluks rrezatues me një frekuencë V ≥ Vcr, ku Vcr është frekuenca kritike, e quajtur "kufiri i kuq" i efektit fotoelektrik. Gjatësia kritike e valës:

, ku c është shpejtësia e përhapjes së valëve elektromagnetike. Në λ > λc, nuk ka emetim fotoelektroni.

• Efekti fotoelektrik është praktikisht pa inerci, d.m.th. nuk ka vonesë midis fillimit të rrezatimit dhe shfaqjes së fotoelektroneve (koha e vonesës nuk i kalon 3 10∧-9 s).

Ashtu si në rastin e emetimit termionik, një rritje në fuqinë e fushës elektrike të jashtme pranë fotokatodës rrit gjithashtu emetimin e fotoelektronit duke ulur pengesën potenciale të katodës. Në këtë rast, pragu i efektit fotoelektrik zhvendoset drejt gjatësive të valëve më të gjata.

Sa më i ulët të jetë funksioni i punës së metalit nga i cili është bërë fotokatoda, aq më e ulët është frekuenca e pragut për këtë fotokatodë. Për shembull, në mënyrë që një fotokatodë të jetë e ndjeshme ndaj dritës së dukshme, materiali i saj duhet të ketë një funksion pune më të vogël se 3.1 eV. Ky funksion i punës është tipik për metalet alkaline dhe alkaline tokësore (cesium, kalium, natrium). Për të rritur ndjeshmërinë e fotokatodës ndaj vargjeve të tjera të flukseve rrezatuese, më shumë lloje komplekse fotokatoda gjysmëpërçuese (alkaline-hidrogjen, oksigjen-cezium, antimon-cesium, etj.).

Emetimi sekondar i elektroneve. Mekanizmi i emetimit sekondar të elektroneve ndryshon nga mekanizmi i emetimit termionik dhe fotoelektronik. Nëse gjatë emetimit termionik dhe fotoelektronik elektronet ndodhen kryesisht në nivelet e brezit të përcjelljes, atëherë kur sipërfaqja e katodës bombardohet nga elektrone ose jone parësore, energjia e tyre mund të absorbohet edhe nga elektronet e brezave të mbushur. Prandaj, emetimi sekondar është i mundur si nga përçuesit ashtu edhe nga gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët.

Parametri më i rëndësishëm që karakterizon emetimin sekondar të elektroneve është koeficienti i emetimit sekondar σ . Është raporti i numrit të elektroneve dytësore të emetuara nga sipërfaqja e katodës n2, në numrin e elektroneve parësore që bien në katodë n1, ose raporti i rrymës së emetimit sekondar të aileronit I2 ndaj rrymës së elektroneve parësore I1:

Emetimi sekondar i elektroneve përdoret në disa pajisje elektronike - fotoshumëzues, tubat e transmetimit televiziv dhe disa lloje të tubave vakum. Megjithatë, në shumë raste, veçanërisht në shumicën e tubave vakum, është i padëshirueshëm dhe tenton të reduktohet.

emetimi elektrostatik. Nëse fusha elektrike e jashtme pranë sipërfaqes së katodës ka një forcë të mjaftueshme për të kompensuar plotësisht efektin ngadalësues të pengesës potenciale, atëherë edhe në temperatura të ulëta të katodës, mund të arrihet një emetim domethënës i elektroneve. Është llogaritur se për të kompensuar pengesën potenciale, intensiteti në sipërfaqen e katodës duhet të jetë i rendit 10∧8 V/cm. Megjithatë, edhe në një forcë fushe prej rreth 10∧6 V/cm, vërehet emetim domethënës i elektroneve nga sipërfaqet e ftohta.

Përftimi teknik i vlerave të fuqisë së fushës të mjaftueshme për shfaqjen e emetimeve elektrostatike paraqet vështirësi të konsiderueshme. Prandaj, emetimi elektrostatik përdoret kryesisht në pajisjet jonike me një katodë të lëngshme të merkurit. Në këtë rast, një forcë e mjaftueshme e fushës së lëkurës mund të merret duke krijuar një shtresë avulli të jonizuar të merkurit pranë sipërfaqes së katodës.

Burimi - Gershunsky B.S. Bazat e Elektronikës (1977)

Elektronet e përcjellësit lëvizin lirshëm brenda kufijve të tij dhe kur thithet energji e mjaftueshme, ato mund të dalin edhe jashtë, duke thyer murin e pusit potencial afër sipërfaqes së trupit (Fig. 10.6). Ky fenomen quhet emetim elektron (në një atom të vetëm, një fenomen i ngjashëm quhet jonizimi).

Në T = 0 energjia e nevojshme për emetim përcaktohet nga diferenca ndërmjet niveleve W= 0 dhe niveli Fermi E R(Fig. 10.6) dhe quhet funksioni i punës. Burimi i energjisë mund të jenë fotone (shih paragrafin 9.3), duke shkaktuar fotoemetim (efekt fotoelektrik).

Oriz. 10.6

Shkaku i emetimit termionik është ngrohja e metalit. Kur funksioni i shpërndarjes së elektroneve është i shtrembëruar (shih Fig. 10.5, b) ky "bisht" mund të shkojë përtej kufirit të pusit potencial, d.m.th. disa elektrone kanë energji të mjaftueshme për të lënë metalin. Kjo zakonisht përdoret për të furnizuar elektrone në një vakum.

Pajisja më e thjeshtë që përdor emetimin termik është një diodë elektrovakum (Fig. 10.7, a). Katoda e saj K nxehet nga burimi EMF ? dhe dhe lëshon elektrone, të cilat krijojnë një jod rrymë nga veprimi i një fushe elektrike midis anodës dhe katodës. Një diodë elektrovakuumi ndryshon nga një fotodiodë kryesisht në burimin e energjisë që shkaktoi emetimin e elektroneve, kështu që karakteristikat e tyre të tensionit aktual janë të ngjashme. Sa më shumë tension U a ndërmjet anodës dhe katodës, pjesa më e madhe e elektroneve nga reja e tyre në katodë është tërhequr nga fusha elektrike për njësi të kohës. Prandaj, me rritjen e tensionit U a aktuale Iështë duke u rritur. Në disa tensione, zero tërheq tashmë të gjitha elektronet që largohen nga katoda, dhe rritje të mëtejshme voltazhi nuk çon në një rritje të rrymës - ndodh ngopja.

Oriz. 10.7

PYETJE. Pse është rryma e ngopjes në T, më shumë se me G, (Fig. 10.7, b)? PËRGJIGJE. Në T 2 > D, më shumë elektrone largohen nga katoda për njësi të kohës.

Me polaritetin e kundërt të tensionit të aplikuar ("minus" është i lidhur me anodën, dhe "plus" me katodën), elektronet nuk përshpejtohen, por ngadalësohen, prandaj, dioda e elektrovakumit është në gjendje të kalojë rrymë vetëm në një drejtim, d.m.th. ai ka përçueshmëri njëkahëshe. Kjo lejon që ajo të përdoret për rryma ndreqëse(Fig. 10.7, në): gjatë veprimit të një gjysmëvale pozitive të tensionit, dioda kalon rrymë, por gjatë një gjysmëvale negative, nuk kalon.

Në vitin 1907, amerikani Lee de Forest shtoi një elektrodë të tretë të rrjetit në diodë, e cila bëri të mundur përforcimin e sinjaleve elektrike. Një triodë e tillë u plotësua më pas me elektroda të tjera, të cilat bënë të mundur krijimin e llojeve të ndryshme amplifikatorë, gjeneratorë dhe konvertuesit. Kjo çoi në zhvillimin e shpejtë të inxhinierisë elektrike, radio-inxhinierisë dhe elektronikës. Pastaj shkopi u kap nga pajisjet gjysmëpërçuese, të cilat zëvendësuan tubat me vakum, por në CRT-të, tubat me rreze X, mikroskopët elektronikë dhe disa tuba vakum, emetimi termik është ende i rëndësishëm.

Një burim tjetër i emetimit të elektroneve mund të jetë bombardimi i sipërfaqes së materialit nga grimca të ndryshme. Emetimi sekondar elektron-elektron lind si rezultat i ndikimeve të elektroneve të jashtme, të cilat transferojnë një pjesë të energjisë së tyre tek elektronet e substancës. Një emetim i tillë përdoret, për shembull, në një tub fotoshumësues (PMT) (Fig. 10.8, a). Fotokatoda e tij 1 lëshon elektrone kur ekspozohet ndaj dritës. Ata janë të përshpejtuar drejt elektrodës (dinodit) 2, nga të cilat trokasin elektronet dytësore, ato përshpejtohen drejt dinodit 3 etj. Si rezultat, fotorryma primare shumëzohet në atë masë sa që PMT është në gjendje të regjistrojë edhe fotone të vetme.

Oriz. 10.8

I njëjti parim u zbatua në tubin e intensifikimit të imazhit (shih paragrafin 9.3) të gjeneratës së re. Ai përmban qindra mijëra fotoshumëzues (sipas numrit të pikselëve që formojnë imazhet e objekteve), secila prej të cilave është një mikrokanal i metalizuar ~ 10 μm i gjerë. Përgjatë këtij kanali, elektronet lëvizin në të njëjtën mënyrë zigzag, si drita në një fibër optike dhe si elektronet në një PMT, duke u shumëzuar në çdo përplasje me muret e kanalit për shkak të emetimit dytësor. Meqenëse trajektorja e elektroneve ndryshon në mënyrë të papërfillshme nga ajo drejtvizore (vetëm brenda gjerësisë së kanalit), një paketë kanalesh të tilla ndodhet midis fotokatodës dhe ekranit (Fig. 10.8, b) eliminon nevojën për fokusimin e fotoelektroneve (krahaso me Fig. 9.4). Çdo kanal kryen jo vetëm riprodhimin e elektroneve, por edhe transferimin e tyre në pikën e kërkuar, gjë që siguron qartësinë e imazhit.

Në emetimin sekondar të jon-elektronit, grimcat primare - bartës të energjisë janë jonet. AT pajisje për shkarkimin e gazit ato sigurojnë riprodhimin e elektroneve nga katoda, të cilat më pas shumohen me jonizimin e molekulave të gazit (shih paragrafin 5.9).

Ekziston edhe një lloj emetimi shumë ekzotik, origjina e të cilit shpjegohet me parimin e pasigurisë së Heisenberg. Nëse sipërfaqja metalike ka një fushë elektrike që përshpejton elektronet, atëherë një vijë e drejtë mbivendoset në parvazin e mundshëm 1 psh(2 në Fig. 10.6), dhe parvazi kthehet në një pengesë 3. Nëse energjia totale e elektronit është e barabartë me W, ato. ne nje W më pak se lartësia e pengesës, atëherë, sipas ideve klasike, "merre" atë, d.m.th. dil jashtë, ai nuk mundet. Megjithatë, sipas koncepteve kuantike, një elektron është gjithashtu valë, të cilat jo vetëm pasqyrohet nga një medium optikisht më i dendur, por gjithashtu përthyer. Në të njëjtën kohë, prania e një funksioni brenda pengesës nënkupton probabilitetin e kufizuar për të gjetur një elektron atje. Në pikëpamjen "klasike", kjo është e pamundur, pasi i plotë energjia e elektroneve W, dhe përbërësi i tij potencial energjia - është e barabartë në këtë fushë W+ AVK, d.m.th. pjesa është më e madhe se e tëra! Në të njëjtën kohë, ka disa pasiguria Energjia AVK që varet nga koha Në qëndrimi i një elektroni brenda barrierës: AWAt>h. Në rënie Në: pasiguria A.W. mund të arrijë vlerën e kërkuar, dhe zgjidhja e ekuacionit të Shrodingerit jep vlera të fundme | p | 2 s jashtë pengesë, d.m.th. ekziston mundësia që elektroni të dalë pa u hedhur mbi barrierën! Është më e lartë sa më e ulët AW n Në.

Këto përfundime konfirmohen në praktikë nga prania e një efekti tuneli ose nën-barrierë. Madje gjen aplikim, duke siguruar emetimin e elektroneve nga metali në fusha ~10 6 -10 7 V/cm. Meqenëse një emetim i tillë ndodh pa ngrohje, rrezatim ose bombardim të grimcave, ai quhet emetim në terren. Zakonisht ndodh nga të gjitha llojet e pikave, zgjatjeve, etj., ku forca e fushës rritet ndjeshëm. Mund të çojë gjithashtu në prishje elektrike të hendekut të vakumit.

Në vitin 1986, Çmimi Nobel në Fizikë dha shpikjen e skanimit mikroskop elektronik. Laureatët e saj janë fizikantët gjermanë E. Ruska dhe G. Binnig dhe fizikani zviceran G. Rohrer. Në këtë pajisje, një gjilpërë e hollë skanon përgjatë sipërfaqes në një distancë të vogël prej saj. Rryma e tunelit që lind në këtë rast mbart informacion për gjendjet energjetike të elektroneve. Kështu, është e mundur të merret një imazh i sipërfaqes me saktësi atomike, e cila është veçanërisht e rëndësishme në mikroelektronikë.

Efekti i tunelit është përgjegjës për rikombinimin gjatë emetimit jon-elektron (shih më lart), për elektrifikimin me fërkim, në të cilin elektronet nga atomet e një tuneli material në atomet e një tjetri. Ai gjithashtu përcakton shoqërizimin e elektroneve në një lidhje kovalente, duke çuar në një ndarje të niveleve të energjisë (shih Fig. 10.5, a).

çlirimi i një tepricë energjie të barabartë me diferencën ndërmjet niveleve energjetike të një elektroni në trup dhe në jonin ε 1 – ε i 1 . Kjo energji ose mund të transferohet në një elektron tjetër të trupit me energji fillestare ε2 (procesi Auger) ose të lëshohet si një kuant drite. Procesi i dytë ka më pak gjasa. Nëse energjia e një elektroni të ngacmuar ε = ε 2 + (ε 1 – ε i 1 ) është më e madhe se zero, ai do të jetë në gjendje të largohet nga emetuesi. Kështu, në aktin e emetimit marrin pjesë dy elektrone të trupit: njëri lëshon energji duke u tuneluar nga trupi drejt jonit me neutralizimin e këtij të fundit, tjetri e merr këtë energji ngacmimi dhe largohet nga trupi, d.m.th. ne kemi edhe një proces tranzicioni në tunel dhe një proces ngacmimi.

10.7 Emetimi i elektroneve të nxehtë

Emetimi i elektroneve të nxehtë është emetimi i elektroneve nga një gjysmëpërçues në prani të një fushe elektrike në të. Nga brezi i përcjelljes lëshohen elektrone të nxehta. Kjo është arsyeja pse kusht i nevojshëm Mundësia e shfaqjes së emetimit të këtyre elektroneve është ngacmimi termik paraprak i tyre nga brezi kryesor ose nga nivelet dhuruese në brezin e përcjelljes. Kështu, gjatë emetimit të elektroneve të nxehta, zbatohen në të vërtetë dy mekanizma të ndryshëm të ngacmimit të elektroneve: 1) ngacmimi i tyre në brezin e përcjelljes për shkak të energjisë termike të rrjetës; 2) ngacmimi i elektroneve në brezin e përcjelljes në nivele të energjisë që tejkalojnë nivelin e vakumit. Ky lloj ngacmimi ndodh për shkak të punës së forcave të fushës elektrike në gjysmëpërçues; Në fund të fundit, kjo energji merret nga një burim i jashtëm i tensionit që krijon një fushë. Prania e një fushe elektrike në një gjysmëpërçues shkakton përshpejtimin e elektroneve të vendosura në brezin e përcjelljes. Këto elektrone ndërveprojnë me fononet e trupit. Në përplasje të tilla të elektroneve, mund të ndodhë një ndryshim i mprehtë në drejtimin e lëvizjes së tyre dhe ndodh vetëm një humbje e vogël e shpejtësisë së tyre. Si rezultat, energjitë mesatare të elektroneve janë më të larta se ato për jonet; mund të themi se temperatura e gazit elektronik është më e lartë se temperatura e rrjetës kristalore. Kjo çon në shfaqjen e emetimit të elektroneve, që me kusht mund të quhet "emetim termik", por temperatura që e përcakton atë do të jetë më e lartë se temperatura e rrjetës.

10.8 Emetimet e kombinuara

Më i përdoruri është lloji i kombinuar i emetimit bazuar në efektin Schottky. Siç është diskutuar tashmë në paragrafin 2, kur aplikohet një fushë elektrike e jashtme, lartësia e pengesës zvogëlohet dhe në këtë mënyrë zvogëlohet punë efektive dalje. Prandaj, në këtë rast, kërkohet një ngacmim paraprak më i vogël (përsa i përket energjisë) i elektroneve për t'i transferuar ato në nivele energjetike me lartësi më të larta të pengesës potenciale. Kështu, imponimi i një fushe elektrike stimulon të gjitha llojet e emetimeve me para-ngacmim. Prandaj, lloji i kombinuar i emetimit do të përfshijë kryesisht sa vijon: auto-

EMISIONI ELEKTRONIKështë emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e një trupi të ngurtë ose të lëngshëm. Në mënyrë që një elektron të lërë një mjedis të kondensuar në vakum ose gaz, duhet të shpenzohet energji, e cila quhet funksioni i punës. Varësia e energjisë potenciale të një elektroni nga koordinata në kufirin e emetuesit dhe vakumit (ose mediumit tjetër) quhet pengesë potenciale. Duhet të kapërcehet nga elektroni, duke lënë emetuesin.

Emetimet mund të mbahen në dy kushte. E para është furnizimi i elektroneve me energji, i cili siguron tejkalimin e pengesës potenciale, ose krijimin e një fushe të jashtme aq të fortë sa pengesa potenciale të bëhet e hollë dhe efekti i tunelit (emetimi i fushës) bëhet i rëndësishëm, depërtimi kuantik i elektronet nëpër barrierën potenciale, d.m.th. emetimi i elektroneve që kanë një energji më të vogël se funksioni i punës. Transferimi i energjisë nga fotonet që bombardojnë trupin çon në fotoemetim, bombardimi nga elektronet shkakton emetim sekondar të elektroneve, dhe nga jonet - emetim jon-elektroni. Emetimi mund të shkaktohet nga fushat e brendshme - emetimi i elektroneve të nxehta. Të gjithë këta mekanizma mund të veprojnë njëkohësisht (për shembull, emetimi i fushës termike, emetimi i fushës së fotove).

Kushti i dytë është krijimi i një fushe elektrike të jashtme që siguron heqjen e elektroneve të emetuara nga trupi; për këtë, në veçanti, është e nevojshme të sillni elektrone në emetues në mënyrë që të mos ngarkohet. Nëse fusha e jashtme që siguron heqjen e elektroneve të emetuara është e pamjaftueshme për emetimin e fushës, por e mjaftueshme për të ulur pengesën potenciale, efekti Schottky bëhet i dukshëm - varësia e emetimit nga fusha e jashtme. Në rastin kur sipërfaqja emetuese është johomogjene dhe mbi të ka “njolla” me funksione të ndryshme pune, mbi sipërfaqen e saj shfaqet një “fushë pikash” elektrike. Kjo fushë ngadalëson elektronet që ikin nga seksionet katodë me një funksion pune më të ulët se ai i atyre fqinjëve. Fusha elektrike e jashtme i shtohet fushës së njollave dhe, duke u rritur, eliminon efektin frenues të njollave. Si rezultat, rryma e emetimit nga një emetues johomogjen rritet me rritjen e fushës më shpejt sesa në rastin e një emetuesi uniform (efekti anomal Schottky).

Emetimi termionik. Në mesin e shekullit të 19-të dihej se afër lëndëve të ngurta të nxehta, ajri bëhet përçues i elektricitetit, por arsyeja e këtij fenomeni mbeti e paqartë. Si rezultat i eksperimenteve, J. Elster dhe G. Geitel zbuluan se me një presion të reduktuar të ajrit përreth, një sipërfaqe metalike e nxehtë e bardhë fiton një ngarkesë pozitive. Rrjedha e rrymës në një vakum midis një elektrode të nxehtë dhe një elektrode të ngarkuar pozitivisht u zbulua nga T. Edison (1884), shpjeguar nga emetimi i elektroneve (grimca të ngarkuara negativisht) nga J. Thomson (1887), teoria e emetimit termionik. u zhvillua nga O. Richardson (1902, ndonjëherë atij i atribuohet vetë zbulimi dhe efekti). Përçueshmëria e njëanshme u zbulua nga J. Fleming (1904, ndonjëherë i atribuohet Edisonit), megjithëse dioda e tij nuk ishte plotësisht vakum, por me kompensim të pjesshëm të ngarkesës hapësinore. Rryma e emetimit termionik përcaktohet nga temperatura e katodës (pra energjia e elektroneve) dhe funksioni i punës. Rryma maksimale e emetimit përcaktohet nga raporti i funksionit të punës me temperaturën, quhet rryma e ngopjes. Temperatura e katodës është, nga ana tjetër, e kufizuar nga avullimi i materialit të katodës (dmth. jeta).

Emisioni fotoelektronik - emetimi i elektroneve nga trupat e ngurtë dhe lëngjet nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik (fotonet), ndërsa numri i elektroneve të emetuara është proporcional me intensitetin e rrezatimit. Për secilën substancë ekziston një prag - frekuenca minimale (gjatësia maksimale e valës) e rrezatimit, nën të cilën nuk ndodh emetimi, energjia maksimale kinetike e fotoelektroneve rritet në mënyrë lineare me frekuencën e rrezatimit dhe nuk varet nga intensiteti i saj. Fotoemetimi është i ndjeshëm ndaj funksionit të punës së sipërfaqes. Një rritje në rendimentin kuantik dhe një zhvendosje në pragun e emetimit të fotove arrihet duke veshur sipërfaqen e metalit me një shtresë monotomike të atomeve elektropozitive Cs (cesium) ose Rb (rubidium), të cilat reduktojnë funksionin e punës për shumicën e metaleve në 1.4-1.7 eV. . Fotoemetimi u zbulua nga Gustav Hertz (1887), i cili zbuloi se ndriçimi i elektrodave të hendekut të shkëndijës nën tension me dritë ultravjollcë lehtëson prishjen. Studimet sistematike u kryen nga V. Galvaks, A. Rigi, A. G. Stoletov (1885) dhe treguan se në eksperimentin e Hertz-it, çështja reduktohet në çlirimin e ngarkesave nën veprimin e dritës. F. Lenard dhe J. Thomson (1898) vërtetuan se këto janë pikërisht elektrone.

Fotoemetimi nga gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët përcaktohet nga thithja e fortë e rrezatimit elektromagnetik.

Emetimi autoelektronik (emetimi në terren, emetimi elektrostatik, emetimi i tunelit) - emetimi i elektroneve nga trupat e ngurtë përçues dhe trupa të lëngshëm nën veprimin e një fushe elektrike të jashtme me intensitet të lartë, ajo u zbulua nga R. Wood (1897) në studimin e një shkarkimi vakum. Emetimi autoelektronik shpjegohet me efektin e tunelit dhe ndodh pa shpenzime energjie për ngacmimin e elektroneve të nevojshme për emetimin e elektroneve të llojeve të tjera. Në emetimin autoelektronik, elektronet e kapërcejnë barrierën potenciale, duke mos e kaluar mbi të për shkak të energjisë kinetike të lëvizjes termike (si në emetimin termionik), por duke tunele nëpër barrierë, të reduktuara dhe të ngushtuara nga fusha elektrike.

Emetimi në terren varet shumë nga fusha dhe funksioni i punës dhe varet dobët nga temperatura. Tërheqja e rrymës në temperatura të ulëta çon në ngrohjen e emetuesit, pasi elektronet dalëse mbartin energjinë, mesatarisht, më pak se energjia Fermi, me rritjen e temperaturës, ngrohja zëvendësohet nga ftohja - efekti ndryshon shenjën, duke kaluar përmes "temperaturës së përmbysjes", që korrespondon me shpërndarjen totale të energjisë së elektroneve dalëse simetrike në lidhje me në nivelin e Fermit. Karakteristikat e emetimit të fushës nga gjysmëpërçuesit shoqërohen me depërtimin e një fushe elektrike në emetues, një përqendrim më të ulët të elektroneve dhe praninë e gjendjeve të sipërfaqes. Dendësia maksimale e rrymës që mund të merret në modalitetin e emetimit të fushës kufizohet nga ngrohja me Xhaul e emetuesit nga rryma që rrjedh nëpër të dhe nga shkatërrimi i emetuesit nga fusha elektrike. Në modalitetin e emetimit në terren, përftohen rryma të rendit 10 7 A/cm 2 (në sipërfaqen e emetuesit) në gjendje stacionare dhe 10 9 A/cm 2 në modalitete pulsuese. Kur përpiqeni të merrni më shumë rrymë në një gjendje stacionare, emetuesi shkatërrohet. Në modalitetin e pulsit, kur përpiqeni të rrisni rrymën, emetuesi fillon të punojë në një mënyrë tjetër, të ashtuquajturin "modaliteti i emetimit shpërthyes".

Varësia e fortë e emetimit në terren nga funksioni i punës çon në paqëndrueshmërinë e funksionimit të katodës në terren. Funksioni i punës së sipërfaqes varet si nga proceset që ndodhin në sipërfaqe në një vakum të lartë dhe nga ndikimi i një vakumi mjaft të lartë: difuzioni, migrimi, rirregullimi i sipërfaqes dhe thithja e gazrave të mbetur. Materiali më i përdorur - tungsteni - thith mirë gazrat. Kjo çoi në përpjekje të shumta për të përdorur metale që nuk thithin aq mirë gazrat, për shembull, renium ose edhe më shumë karbon pasiv, i cili, megjithatë, ka rezistencë të madhe. U propozua të mbulohej metali me një film karboni. Thithja e gazit në sipërfaqe mund të reduktohet me ngrohje të lehtë të vazhdueshme të emetuesit të fushës ose ngrohje periodike me puls të fortë për të pastruar sipërfaqen. Në përgjithësi, për funksionim të qëndrueshëm Katodat moderne të fushës kërkojnë një vakum një deri në tre renditje të madhësisë më të lartë se ai i kërkuar për katoda të nxehta.

Parametri i dytë pas punës së daljes, nga i cili varet fuqishëm emetimi i fushës, është forca e fushës elektrike në emetues, e cila, nga ana tjetër, varet nga fusha mesatare në pajisje (raporti i tensionit të jashtëm me madhësinë e hendekut) dhe gjeometria e emetuesit, sepse për të rritur fushën në emetues, si rregull, formohen forma "të mprehta" - zgjatime, fije, pika, tehe, skajet e tubit ose sistemet e tyre - tufa fijesh, pako tehe, nanotuba karboni, etj. Për zgjedhjen e rrymave relativisht të larta, përdoren sisteme me shumë pika, sisteme me shumë emetues në skajet e filmave dhe fletëve, etj. Fakti që majat përdoren si emetues rezulton në jo paralelizmin e trajektoreve të elektroneve dhe komponenti i shpejtësisë që shtrihet paralel me rrafshin e elektrodës emetuese mund të jetë i krahasueshëm me komponentin gjatësor. Rrezja rezulton të jetë në zgjerim, në formë ventilatori dhe nëse katoda është me shumë cepa ose me shumë tehe, atëherë nuk është laminare.

Emetimi sekondar i elektroneve (zbuluar nga L. Austin dhe G. Starke, 1902) është emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e një trupi të ngurtë kur ai bombardohet nga elektronet. Elektronet që bombardojnë trupin (të quajtur primar) reflektohen pjesërisht nga trupi pa humbje energjie (elektrone të reflektuara në mënyrë elastike), pjesa tjetër me humbje energjie (reflektim joelastik). Nëse energjia dhe momenti i elektroneve që kanë marrë energji janë të mjaftueshme për të kapërcyer pengesën potenciale në sipërfaqen e trupit, atëherë elektronet largohen nga sipërfaqja e trupit (elektronet dytësore). Në filmat e hollë, emetimi sekondar i elektroneve vërehet jo vetëm nga sipërfaqja që bombardohet (emetimi i reflektimit), por edhe nga sipërfaqja e kundërt (xhirimi përmes emetimit). Në mënyrë sasiore, emetimi sekondar i elektroneve karakterizohet nga "koeficienti i emetimit sekondar" (SEC) - raporti i rrymës së elektroneve sekondare me rrymën e atyre parësore, koeficienti i reflektimit elastik dhe joelastik të elektroneve, si dhe koeficienti i emetimit të elektronet sekondare (raporti i rrymave të elektroneve përkatëse me rrymën primare). Të gjithë koeficientët varen si nga energjia e elektroneve parësore ashtu edhe nga këndi i tyre i incidencës, përbërja kimike dhe topografia e sipërfaqes së mostrës. Në metalet ku dendësia e elektroneve përçuese është e lartë, probabiliteti që elektronet dytësore të formuara të mund të shpëtojnë është i vogël. Në dielektrikët me përqendrim të ulët të elektroneve, probabiliteti që elektronet dytësore të shpëtojnë është më i madh. Probabiliteti i ikjes së elektroneve varet nga lartësia e pengesës së mundshme në sipërfaqe.

Si rezultat, për një numër substancash jometalike (oksidet e metaleve të tokës alkaline, komponimet halide alkali) EEF > 1, për emetuesit efektivë të prodhuar posaçërisht ( Shikoni më poshtë) TBE >> 1, për metalet dhe gjysmëpërçuesit zakonisht 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.

Krijimi i një fushe të fortë elektrike (105-106 V/cm) në dielektrik çon në një rritje të TEC deri në 50-100 (emetimi dytësor i rritur nga fusha). Në këtë situatë, EEC fillon të varet nga poroziteti i shtresës - prania e poreve rrit sipërfaqen efektive të emetuesit dhe fusha nxjerr elektrone dytësore prej tyre, të cilat, duke goditur muret e poreve, mund të shkaktojnë emetim me EEC > 1 dhe shfaqjen e ortekëve elektronikë. Kjo mund të çojë në emetim të ftohtë të vetëqëndrueshëm, i cili vazhdon (kur një ngarkesë aplikohet në emetues) edhe pasi bombardimi elektronik të pushojë.

Fushat kryesore të aplikimit të katodave sekondare të elektroneve janë shumëzuesit sekondarë të elektroneve (SEM) dhe fotoelektroneve (PMT), EVP e tipit M (në të cilat elektronet lëvizin në fusha elektrike dhe magnetike reciproke pingule) dhe llambat amplifikuese marrëse me emetim sekondar. Për të gjitha aplikimet, parametrat më të rëndësishëm të emetimit sekondar janë: koeficienti i emetimit sekondar të EEC në rajonin e energjive të ulëta primare të elektroneve, zakonisht karakterizuar nga energjia në të cilën EEC = 1, vlera maksimale e EEC, dhe energjia e elektroneve parësore kur EEC arrin maksimumin e saj.

Emetimi jon-elektroni - emetimi i elektroneve nën veprimin e joneve. Janë të njohura dy mekanizma të emetimit të jon-elektronit: potenciali - tërheqja e elektroneve nga trupi nga fusha e një joni hyrës dhe kinetike - nxjerrja e elektroneve jashtë trupit për shkak të energjisë kinetike të jonit. Koeficienti i emetimit të mundshëm rritet me një rritje të energjisë së jonizimit të jonit dhe një ulje të funksionit të punës së objektivit, dhe për çiftet Ne + / W (neon / tungsten), He + / W (helium / tungsten), Ar + / W (argon / tungsten) është, për shembull, 0, 24, 0.24 dhe 0.1, përkatësisht, dhe varet dobët nga energjia e joneve. Për objektivin Mo (molibden) dhe të njëjtat jone, këta koeficientë janë afërsisht 10% më të larta.

Kur bombardohet me jone të ngarkuar shumëfish, emetimi i jon-elektronit rritet - për 2, 3, 4 jone të ngarkuar është më i madh se për jonet e ngarkuar vetëm, afërsisht 4, 10, 20 herë, përkatësisht. Emetimi i mundshëm i jon-elektronit varet fuqishëm nga gjendja e sipërfaqes, pasi përcaktohet nga funksioni i punës. Kjo përfshin një shpërndarje relativisht të madhe të të dhënave eksperimentale.

Praktikisht nuk ka emetim kinetik jon-elektroni në energji më pak se 1 keV, pastaj rritet në mënyrë lineare, pastaj më ngadalë, kalon në një maksimum dhe zvogëlohet, në energjitë prej disa MeV koeficienti bie në afërsisht unitetin. Emetimi jon-elektroni luan një rol të rëndësishëm në funksionimin e një numri pajisjesh elektronike të shkarkimit të gazit, në të cilat burimi i elektroneve është një katodë e bombarduar nga jonet. Në disa raste, procesi i emetimit të jon-elektronit krijon sasinë kryesore të elektroneve në vëllimin e pajisjes.

Emetimi i elektroneve të nxehta është emetimi për shkak të "ngrohjes" së elektroneve, d.m.th. transferimi i energjisë tek elektronet ose ekspozimi ndaj një fushe elektrike. Nëse emetimi termionik përcaktohet nga vlera e pengesës potenciale në dalje nga trupi i ngurtë dhe energjia e elektroneve që e kapërcejnë atë, dhe për ta marrë atë, trupi i ngurtë nxehet ( mënyra më e thjeshtë ngrohni elektronet), atëherë mund të përpiqeni të ngrohni elektronet pa u drejtuar në ngrohjen e trupit. Meqenëse elektronet janë grimca të ngarkuara, mënyra më e thjeshtë për t'i "nxehur" ato është të aplikoni një fushë elektrike për to. Krijimi i një katode me emetimin e elektroneve të nxehtë është, para së gjithash, krijimi i një fushe të madhe elektrike në një përcjellës ose gjysmëpërçues. Për ta bërë këtë, përçuesi dhe gjysmëpërçuesi duhet të "prishen", duke zvogëluar përçueshmërinë e tyre, sepse. përndryshe, një rrymë e madhe do të rrjedhë nëpër to në këtë fushë të madhe dhe katoda do të dështojë.

Një mënyrë për të "prishur" metalin është thyerja e tij në grimca të veçanta. Nëse boshllëqet ndërmjet tyre janë të vogla, në rendin prej 10 mikron, elektronet do të tunelojnë (kapërcejnë pengesën potenciale, reduktohen dhe ngushtohen nga një fushë e madhe) nga një grimcë në tjetrën, dhe kjo do të çojë në përçueshmëri. Por rryma në krahasim me rrymën përmes një metali monolit do të ulet shumë, d.m.th. rezistenca do të rritet. Kjo bën të mundur rritjen e fushës. Atëherë energjia e elektroneve do të rritet aq shumë sa do të jenë në gjendje të emetojnë në vakum. Katoda të emetimit të elektroneve të nxehta bëhen në formën e një nënshtrese dielektrike, mbi të cilën depozitohet një film i hollë metali ose gjysmëpërçuesi. Në trashësi të vogla të filmit, zakonisht merren ato "ishullore"; i përbërë nga grimca të vogla të veçanta të ndara me boshllëqe. Për të lehtësuar lirimin e elektroneve, katoda shpesh mbulohet me filma të hollë (përafërsisht monoatomike) substancash që reduktojnë funksionin e punës së Cs (cesium), BaO. Au (ari), SnO 2, BaO zakonisht përdoren si substancë e filmit bazë. Parametrat më të mirë të marrë janë si më poshtë - tërheqja aktuale është 1 A/cm 2 për një kohë të gjatë dhe 10 A/cm 2 për një kohë të shkurtër. Në këtë rast, efikasiteti (raporti i rrymës së emetimit me rrymën që rrjedh nëpër film) mund të afrohet 100%.

Leonid Ashkinazi

Një rol të rëndësishëm në sigurimin e përçueshmërisë së hendekut të harkut luhet nga elektronet e furnizuara nga katoda nën ndikimin e arsyeve të ndryshme. Ky proces i lirimit të elektroneve nga sipërfaqja e elektrodës katodë ose procesi i çlirimit të elektroneve nga lidhja me sipërfaqen quhet emetim i elektroneve. Për procesin e emetimit, është e nevojshme të shpenzoni energji.

Energjia që është e mjaftueshme për të lëshuar elektrone nga sipërfaqja e katodës quhet funksioni i punës ( Ju jashtë )

Ajo matet në elektron volt dhe zakonisht është 2-3 herë më pak se puna e jonizimit.

Ekzistojnë 4 lloje të emetimit të elektroneve:

1. Emetimi termionik

2. Emetimi në terren

3. Emetimi fotoelektronik

4. Emetimi nën ndikimin e grimcave të rënda.

Emetimi termionik vazhdon nën ndikimin e ngrohjes së fortë të sipërfaqes së elektrodës - katodës. Nën veprimin e ngrohjes, elektronet e vendosura në sipërfaqen e katodës fitojnë një gjendje të tillë kur energjia e tyre kinetike bëhet e barabartë ose më e madhe se forcat e tërheqjes së tyre ndaj atomeve të sipërfaqes së elektrodës, ata humbasin kontaktin me sipërfaqen dhe fluturojnë jashtë në hendeku i harkut. Ngrohja e fortë e skajit të elektrodës (katodës) ndodh sepse në momentin e kontaktit të saj me pjesën, ky kontakt ndodh vetëm në pika të caktuara të sipërfaqes për shkak të pranisë së parregullsive. Ky pozicion, në prani të rrymës, çon në një ngrohje të fortë të pikës së kontaktit, si rezultat i së cilës fillon një hark. Temperatura e sipërfaqes ndikon shumë në simulimin e elektroneve. Emetimi zakonisht vlerësohet nga dendësia e rrymës. Marrëdhënia midis emetimit termionik dhe temperaturës së katodës u krijua nga Richardson dhe Deshman.

ku j0është dendësia e rrymës, A/cm2;

φ është funksioni i punës së elektroneve, e-V;

POR- një konstante, vlera teorike e së cilës është A \u003d 120 a / cm 2 deg 2 (vlera eksperimentale për metalet A \u003e 62.2).

Në emetimin autoelektronik, energjia e nevojshme për lëshimin e elektroneve jepet nga një fushë elektrike e jashtme, e cila, si të thuash, "thith" elektronet përtej kufijve të ndikimit të fushës elektrostatike të metalit. Në këtë rast, densiteti i rrymës mund të llogaritet nga formula

, (1.9)

ku Eështë forca e fushës elektrike, V/cm;

Me një rritje të temperaturës, vlera e emetimit autoelektronik zvogëlohet, por në temperatura të ulëta ndikimi i tij mund të jetë vendimtar, veçanërisht në një forcë të lartë të fushës elektrike (10 6 - 10 7 V / cm), e cila, sipas Brown M.Ya. dhe G.I. Pogodin-Alekseev mund të merret në rajonet afër elektrodës.

Kur energjia e rrezatimit absorbohet, elektronet me energji kaq të lartë mund të shfaqen saqë disa prej tyre largohen nga sipërfaqja. Dendësia e rrymës së emetimit të fotove përcaktohet nga formula

ku α - koeficienti i reflektimit, vlera e të cilit për harqet e saldimit nuk dihet.

Gjatësitë e valëve që shkaktojnë fotoemetim si dhe për jonizimin përcaktohen nga formula

Ndryshe nga jonizimi, emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e metaleve alkaline dhe alkaline tokësore shkaktohet nga drita e dukshme.

Sipërfaqja e katodës mund t'i nënshtrohet ndikimeve të grimcave të rënda (joneve pozitive). Jonet pozitive në rast të ndikimit në sipërfaqen e katodës mund të:

Së pari, japin energjinë kinetike që zotërojnë.

Së dyti, mund të neutralizohet në sipërfaqen e katodës; ndërsa elektrodës i japin energji jonizimit.

Kështu, katoda fiton energji shtesë, e cila përdoret për ngrohje, shkrirje dhe avullim, dhe një pjesë shpenzohet përsëri për ikjen e elektroneve nga sipërfaqja. Si rezultat i një emetimi mjaft intensiv të elektroneve nga katoda dhe jonizimit përkatës të hendekut të harkut, krijohet një shkarkesë e qëndrueshme - një hark elektrik me një sasi të caktuar rryme që rrjedh në qark me një tension të caktuar.

Në varësi të shkallës së zhvillimit të një lloji të caktuar të emetimit, dallohen tre lloje të harqeve të saldimit:

harqe katodë të nxehtë;

harqe katodë të ftohtë;