Už bolo poznamenané, že pri prechode rozhraním medzi vodičom a vákuom sa intenzita a indukcia elektrického poľa náhle zmení. S tým sú spojené špecifické javy. Elektrón je voľný iba v rámci hraníc kovu. Akonáhle sa pokúsi prekročiť hranicu „kov-vákuum“, medzi elektrónom a nadbytočným kladným nábojom vytvoreným na povrchu vzniká Coulombova sila príťažlivosti (obr. 6.1).
V blízkosti povrchu sa vytvorí elektrónový oblak a na rozhraní sa vytvorí elektrická dvojvrstva s rozdielom potenciálov (). Potenciálne skoky na kovovej hranici sú znázornené na obrázku 6.2.
Potenciálna energetická jama sa vytvára v objeme, ktorý zaberá kov, pretože v rámci kovu sú elektróny voľné a ich interakčná energia s miestami mriežky je nulová. Mimo kovu získava elektrón energiu W 0 Toto je energia príťažlivosti. Aby elektrón opustil kov, musí prekonať potenciálnu bariéru a vykonať prácu
| (6.1.1) |
Táto práca sa nazýva pracovná funkcia elektrónu opúšťajúceho kov
. Aby sa to dosiahlo, musí byť elektrón vybavený dostatočnou energiou. 
Termionická emisia
Hodnota pracovnej funkcie závisí od chemickej povahy látky, od jej termodynamického stavu a od stavu rozhrania. Ak je energia dostatočná na vykonanie pracovnej funkcie odovzdaná elektrónom zahrievaním, potom Proces opúšťania elektrónov z kovu sa nazýva termionická emisia .
V klasickej termodynamike je kov reprezentovaný ako iónová mriežka obsahujúca elektrónový plyn. Predpokladá sa, že spoločenstvo voľných elektrónov sa riadi zákonmi ideálneho plynu. V dôsledku toho, v súlade s Maxwellovým rozdelením, pri teplotách iných ako 0 K, kov obsahuje určitý počet elektrónov, ktorých tepelná energia je väčšia ako pracovná funkcia. Tieto elektróny opúšťajú kov. Ak sa teplota zvýši, zvýši sa aj počet takýchto elektrónov.
Jav emisie elektrónov zohriatymi telesami (emitormi) do vákua alebo iného prostredia sa nazýva tzv termionická emisia . Zahrievanie je potrebné, aby energia tepelného pohybu elektrónu bola dostatočná na prekonanie síl Coulombovej príťažlivosti medzi záporne nabitým elektrónom a ním indukovaným kladným nábojom na povrchu kovu pri jeho odstránení z povrchu (obr. 6.1). Navyše, pri dostatočne vysokej teplote sa nad povrchom kovu vytvorí negatívne nabitý elektrónový oblak, ktorý bráni elektrónu opustiť povrch kovu do vákua. Tieto dva a možno aj ďalšie dôvody určujú pracovnú funkciu elektrónu z kovu.
Fenomén termionickej emisie objavil v roku 1883 Edison, slávny americký vynálezca. Tento jav pozoroval vo vákuovej trubici s dvoma elektródami – anódou s kladným potenciálom a katódou so záporným potenciálom. Katódou výbojky môže byť vlákno zo žiaruvzdorného kovu (volfrám, molybdén, tantal atď.), ohrievané elektrickým prúdom (obr. 6.3). Takáto lampa sa nazýva vákuová dióda. Ak je katóda studená, potom v obvode katóda-anóda nie je prakticky žiadny prúd. Keď sa teplota katódy zvýši, v obvode katóda-anóda sa objaví elektrický prúd, ktorý je tým väčší, čím vyššia je teplota katódy. Pri konštantnej teplote katódy sa prúd v obvode katóda-anóda zvyšuje so zvyšujúcim sa potenciálom U medzi katódou a anódou a dochádza k nejakej stacionárnej hodnote tzv saturačný prúd ja n. V čom všetka termionika emitovaná katódou dosiahne anódu. Anódový prúd nie je úmerný U, a preto Pre vákuovú diódu neplatí Ohmov zákon.
Obrázok 6.3 znázorňuje obvod vákuovej diódy a charakteristiky prúdového napätia (voltampérové charakteristiky) Ia(Ua). Tu U h – oneskorenie napätie, pri ktorom ja = 0.
Studená a výbušná emisia
Emisia elektrónov spôsobená pôsobením síl elektrického poľa na voľné elektróny v kove sa nazýva studené emisie alebo poľná elektronika . Na to musí byť intenzita poľa dostatočná a musí byť splnená podmienka
| (6.1.2) |
Tu d– hrúbka dvojitej elektrickej vrstvy na rozhraní. Zvyčajne v čistých kovoch a 
získame V praxi sa pozoruje studená emisia pri hodnote sily rádovo Tento nesúlad sa pripisuje nejednotnosti klasických konceptov na popis procesov na mikroúrovni.
Emisie poľa možno pozorovať v dobre evakuovanej vákuovej trubici, ktorej katóda je hrot a anóda je obyčajná elektróda s plochým alebo mierne zakriveným povrchom. Intenzita elektrického poľa na povrchu hrotu s polomerom zakrivenia r a potenciál U vzhľadom na anódu je rovnaký
At a , čo povedie k vzniku slabého prúdu v dôsledku emisie poľa z povrchu katódy. Sila emisného prúdu sa rýchlo zvyšuje so zvyšujúcim sa potenciálom U. V tomto prípade nie je katóda špeciálne zahrievaná, a preto sa emisia nazýva studená.
Pomocou emisie poľa je v princípe možné získať prúdovú hustotu 
ale to si vyžaduje žiariče vo forme kolekcie veľkého počtu hrotov, tvarovo identických (obr. 6.4), čo je prakticky nemožné a navyše zvýšenie prúdu na 10 8 A/cm 2 vedie k explozívnej deštrukcii. hrotov a celého žiariča.
Hustota prúdu AEE pod vplyvom vesmírneho náboja sa rovná (Child-Langmuirov zákon)
Kde 
– koeficient úmernosti určený geometriou a materiálom katódy.
Jednoducho povedané, Childe-Langmuirov zákon ukazuje, že hustota prúdu je úmerná (zákon troch sekúnd).
Prúd poľnej emisie, keď je koncentrácia energie v mikroobjemoch katódy do 10 4 J×m –1 alebo viac (s celkovou energiou 10 -8 J), môže iniciovať kvalitatívne odlišný typ emisie v dôsledku výbuch mikrohrotov na katóde (obr. 6.4).
V tomto prípade sa objaví elektrónový prúd, ktorý je rádovo väčší ako počiatočný prúd - pozorované výbušná emisia elektrónov (VEE). VEE bol objavený a študovaný na Tomskom polytechnickom inštitúte v roku 1966 tímom zamestnancov pod vedením G.A. Mesiace.
VEE je jediný typ emisie elektrónov, ktorý umožňuje získať toky elektrónov s výkonom až 10 13 W s prúdovou hustotou až 10 9 A/cm 2 .
 |  |
|
| Ryža. 6.4 | Ryža. 6.5 |
Prúd VEE má nezvyčajnú štruktúru. Pozostáva z jednotlivých častí elektrónov 10 11 ¸ 10 12 kusov, ktoré majú charakter elektrónových lavín, tzv. ektóny(počiatočné písmená " výbušné centrum") (obr. 6.5). Čas vzniku lavíny je 10 -9 ¸ 10 -8 s.
Výskyt elektrónov v ektóne je spôsobený rýchlym prehriatím mikrorezov katódy a v podstate ide o typ termionickej emisie. Existencia ektónu sa prejavuje vytvorením krátera na povrchu katódy. Zastavenie emisie elektrónov v ektóne je spôsobené ochladením emisnej zóny v dôsledku tepelnej vodivosti, znížením prúdovej hustoty a vyparovaním atómov.
Výbušná emisia elektrónov a ektónov hrá zásadnú úlohu pri vákuových iskrách a oblúkoch, pri nízkotlakových výbojoch, v stlačených a vysokopevnostných plynoch, v mikromedzerách, t.j. kde je na povrchu katódy elektrické pole vysokej intenzity.
Fenomén explozívnej emisie elektrónov slúžil ako základ pre vytvorenie pulzných elektrofyzikálnych inštalácií, ako sú vysokoprúdové elektrónové urýchľovače, výkonné pulzné a röntgenové zariadenia a výkonné relativistické mikrovlnné generátory. Napríklad impulzné elektrónové urýchľovače majú výkon 10 13 W alebo viac s dobou trvania impulzu 10 -10 ¸ 10 - 6 s, elektrónovým prúdom 10 6 A a energiou elektrónov 10 4 ¸ 10 7 eV. Takéto lúče sa široko používajú na výskum v oblasti fyziky plazmy, fyziky žiarenia a chémie, na čerpanie plynových laserov atď.
Fotoelektrónová emisia
Fotoelektrónová emisia (fotoefekt) pozostáva z „vyradenia“ elektrónov z kovu, keď je vystavený elektromagnetickému žiareniu.
Schéma nastavenia na štúdium fotoelektrického efektu a charakteristík prúdového napätia je podobná ako na obrázku. 6.3. Tu je namiesto ohrevu katódy nasmerovaný prúd fotónov alebo γ-kvantov (obr. 6.6).
Zákony fotoelektrického javu sú ešte viac v rozpore s klasickou teóriou ako v prípade studenej emisie. Z tohto dôvodu budeme pri diskusii o kvantových konceptoch v optike uvažovať o teórii fotoelektrického javu.
Vo fyzikálnych prístrojoch, ktoré zaznamenávajú γ - žiarenie, používajú elektrónky fotonásobiča (PMT). Schéma zariadenia je znázornená na obrázku 6.7.
Využíva dva emisné efekty: fotoefekt A emisia sekundárnych elektrónov, ktorá spočíva vo vyrazení elektrónov z kovu, keď je bombardovaný inými elektrónmi. Elektróny sú vyradené svetlom z fotokatódy ( FC). Rýchlosť medzi FC a prvý žiarič ( KS 1), získavajú energiu dostatočnú na vyradenie väčšieho počtu elektrónov z ďalšieho žiariča. K množeniu elektrónov teda dochádza v dôsledku zvýšenia ich počtu počas postupného prechodu potenciálneho rozdielu medzi susednými žiaričmi. Posledná elektróda sa nazýva kolektor. Zaznamenáva sa prúd medzi posledným žiaričom a kolektorom. teda PMT slúži ako prúdový zosilňovač a ten je úmerný žiareniu dopadajúcemu na fotokatódu, ktorá sa používa na hodnotenie rádioaktivity.
Elektronické vyžarovanie- jav emisie elektrónov z povrchu pevnej látky alebo kvapaliny.
Termionická emisia
Emisia elektrónov vznikajúca pri zahrievaní sa nazýva termionická emisia (TE). Fenomén TE je široko používaný vo vákuových a plynom naplnených zariadeniach.
Elektrostatická alebo poľná emisia
Elektrostatická (emisia poľa) je emisia elektrónov spôsobená prítomnosťou silného elektrického poľa na povrchu tela. V tomto prípade nie je elektrónom pevného telesa odovzdaná dodatočná energia, ale v dôsledku zmeny tvaru potenciálnej bariéry získavajú schopnosť uniknúť do vákua.
Fotoelektrónová emisia
Fotoelektrónová emisia (PE) alebo vonkajší fotoelektrický jav je emisia elektrónov z látky pod vplyvom žiarenia dopadajúceho na jej povrch. MKP je vysvetlená na základe kvantovej teórie pevných látok a pásovej teórie pevných látok.
Sekundárna emisia elektrónov
Emisia elektrónov povrchom pevného telesa, keď je bombardované elektrónmi.
Ión-elektrónová emisia
Emisia elektrónov kovom, keď je bombardovaný iónmi.
Výbušná emisia elektrónov
Emisia elektrónov v dôsledku lokálnych výbuchov mikroskopických oblastí žiariča.
Kryogénna emisia elektrónov
Emisia elektrónov z ultrachladných povrchov ochladených na kryogénne teploty. Málo študovaný fenomén.
39. Blokovací generátor: obvod, princíp činnosti, časové schémy, rozsah použitia.
Blokovací generátor- generátor signálu s hlbokou spätnou väzbou transformátora, generujúci krátkodobé (zvyčajne asi 1 μs) elektrické impulzy opakujúce sa v pomerne veľkých intervaloch. Používajú sa v rádiotechnike a v zariadeniach pulznej techniky. Vykonáva sa pomocou jedného tranzistora alebo jednej lampy.
Teoreticky blokovací generátor pracuje so súhlasným aj opačným zapojením vinutia transformátora, ale ide o dva rôzne generátory s rôznymi prevádzkovými režimami a rôznymi charakteristikami.
Blokovací oscilátor je relaxačný obvod obsahujúci zosilňovací prvok (napríklad tranzistor) pracujúci v spínacom režime a transformátor poskytujúci kladnú spätnú väzbu. Výhodou blokovacích generátorov je ich komparatívna jednoduchosť, schopnosť pripojiť záťaž cez transformátor (galvanická izolácia) a schopnosť generovať silné impulzy, ktoré sú tvarom blízke obdĺžnikovému.
ELEKTRONICKÁ EMISIA– emisia elektrónov z povrchu pevnej látky alebo kvapaliny. Aby elektrón opustil kondenzované prostredie vo vákuu alebo plyne, musí sa vynaložiť energia, ktorá sa nazýva pracovná funkcia. Závislosť potenciálnej energie elektrónu od súradnice na rozhraní žiariča a vákua (alebo iného prostredia) sa nazýva potenciálna bariéra. To je to, čo musí elektrón prekonať, keď opustí žiarič.
Emisie možno udržať, ak sú splnené dve podmienky. Prvým je dodávka energie elektrónom, ktorá zaisťuje prekonanie potenciálovej bariéry, alebo vytvorenie takého silného vonkajšieho poľa, že potenciálová bariéra sa stenčí a tunelový efekt (emisia poľa), kvantový prienik elektrónov cez potenciálovú bariéru , sa stáva významným, t.j. emisia elektrónov s energiou menšou ako je pracovná funkcia. Prenos energie fotónmi bombardujúcimi telo vedie k fotoemisii, bombardovanie elektrónmi spôsobuje sekundárnu emisiu elektrónov a bombardovanie iónmi - emisiu ión-elektrónov. Emisia môže byť spôsobená vnútornými poľami - emisiou horúcich elektrónov. Všetky tieto mechanizmy môžu fungovať súčasne (napríklad tepelná autoemisia, fotoautoemisia).
Druhou podmienkou je vytvorenie vonkajšieho elektrického poľa, ktoré zabezpečí odvádzanie emitovaných elektrónov z tela, na to je najmä potrebné dodať elektróny do žiariča, aby sa nenabíjal. Ak vonkajšie pole, ktoré zabezpečuje odstránenie emitovaných elektrónov, nestačí na emisiu poľa, ale stačí na zníženie potenciálovej bariéry, prejaví sa Schottkyho efekt - závislosť emisie na vonkajšom poli. V prípade, že je vyžarujúca plocha nehomogénna a sú na nej „škvrny“ s rôznou pracovnou funkciou, vzniká nad jej povrchom elektrické „bodové pole“. Toto pole inhibuje elektróny unikajúce z častí katódy s nižšou pracovnou funkciou ako susedné. Vonkajšie elektrické pole sa sčítava s poľom škvŕn a pri zvyšovaní eliminuje inhibičný účinok škvŕn. V dôsledku toho sa emisný prúd z nehomogénneho žiariča zvyšuje s rastúcim poľom rýchlejšie ako v prípade homogénneho žiariča (anomálny Schottkyho efekt).
Termionická emisia. V polovici 19. stor. bolo známe, že v blízkosti zahriatych pevných látok sa vzduch stáva vodičom elektriny, ale dôvod tohto javu zostal nejasný. Ako výsledok svojich experimentov Yu.Elster a G.Geitel zistili, že pri zníženom tlaku okolitého vzduchu získava dobiela rozpálený kovový povrch kladný náboj. Tok prúdu vo vákuu medzi zahriatou elektródou a kladne nabitou elektródou objavil T. Edison (1884), vysvetlil emisiou elektrónov (záporne nabitých častíc) J. Thomson (1887), teória termionickej emisie bol vyvinutý O. Richardsonom (1902, niekedy objav a samotný efekt). Jednosmernú vodivosť objavil J. Fleming (1904, niekedy pripisovaný Edisonovi), hoci jeho dióda nebola úplne vákuová, ale s čiastočnou kompenzáciou vesmírneho náboja. Termiónový emisný prúd je určený teplotou katódy (t. j. energiou elektrónov) a pracovnou funkciou. Maximálny emisný prúd je určený pomerom pracovnej funkcie k teplote, nazýva sa saturačný prúd. Teplota katódy je zasa obmedzená vyparovaním materiálu katódy (t.j. životnosťou).
Fotoelektrónová emisia je emisia elektrónov tuhými látkami a kvapalinami pod vplyvom elektromagnetického žiarenia (fotónov), pričom počet emitovaných elektrónov je úmerný intenzite žiarenia. Pre každú látku existuje prah - minimálna frekvencia (maximálna vlnová dĺžka) žiarenia, pod ktorou nedochádza k emisii, maximálna kinetická energia fotoelektrónov rastie lineárne s frekvenciou žiarenia a nezávisí od jeho intenzity. Fotoemisia je citlivá na pracovnú funkciu povrchu. Zvýšenie kvantového výťažku a posun prahu fotoemisie sa dosiahne potiahnutím kovového povrchu monoatomickou vrstvou elektropozitívnych atómov Cs (cézia) alebo Rb (rubídia), ktoré znižujú pracovnú funkciu pre väčšinu kovov na 1,4–1,7 eV. . Fotoemisiu objavil Gustav Hertz (1887), ktorý zistil, že osvetlenie elektród nabitého iskriska ultrafialovým svetlom uľahčuje rozpad. Systematické štúdie vykonali V. Galvaks, A. Rigi, A. G. Stoletov (1885) a ukázali, že v Hertzovom experimente ide o uvoľnenie nábojov pod vplyvom svetla. To, že ide o elektróny, ukázali F. Lenard a J. Thomson (1898).
Fotoemisia z polovodičov a dielektrík je určená silnou absorpciou elektromagnetického žiarenia.
Poľná emisia (emisia poľa, elektrostatická emisia, tunelová emisia) je emisia elektrónov vedením pevných látok a kvapalín pod vplyvom vonkajšieho elektrického poľa vysokej intenzity, objavil ju R. Wood (1897) pri štúdiu vákuového výboja. Emisia poľa sa vysvetľuje tunelovým efektom a vyskytuje sa bez vynaloženia energie na excitáciu elektrónov potrebných pre iné typy emisie elektrónov. Emisiou poľa elektróny prekonávajú potenciálnu bariéru, neprechádzajú cez ňu v dôsledku kinetickej energie tepelného pohybu (ako pri termionickej emisii), ale tunelovaním cez bariéru, zmenšenú a zúženú elektrickým poľom.
Emisia poľa výrazne závisí od poľa a pracovnej funkcie a slabo závisí od teploty. Odber prúdu pri nízkych teplotách vedie k zahrievaniu žiariča, pretože odchádzajúce elektróny odnášajú energiu, ktorá je v priemere menšia ako Fermiho energia; so zvyšujúcou sa teplotou je zahrievanie nahradené chladením - efekt mení znamienko, prechádzajúc cez „inverznú teplotu“, čo zodpovedá rozloženiu odchádzajúcich elektrónov na celkové energie ktorý je symetrický vzhľadom na Fermiho hladinu. Vlastnosti emisie poľa z polovodičov sú spojené s prenikaním elektrického poľa do žiariča, nižšou koncentráciou elektrónov a prítomnosťou povrchových stavov. Maximálne prúdové hustoty, ktoré je možné získať v režime emisie poľa, sú obmedzené Jouleovým ohrevom žiariča prúdom, ktorý ním preteká, a zničením žiariča elektrickým poľom. V režime vyžarovania poľa sa v stacionárnych režimoch získajú prúdy rádovo 107 A/cm2 (na povrchu vysielača) a v pulzných režimoch 109 A/cm2. Pri pokuse o získanie vyššieho prúdu v stacionárnom režime sa žiarič zničí. V impulznom režime, keď sa pokúšate zvýšiť prúd, žiarič začne pracovať v inom režime, takzvanom „režime výbušnej emisie“.
Silná závislosť emisie poľa od pracovnej funkcie má za následok nestabilitu činnosti poľnej katódy. Pracovná funkcia povrchu závisí tak od procesov prebiehajúcich na povrchu vo vysokom vákuu, ako aj od vplyvu nedostatočne vysokého vákua: difúzia, migrácia, reštrukturalizácia povrchu, sorpcia zvyškových plynov. Najčastejšie používaný materiál, volfrám, dobre absorbuje plyny. Vznikli tak početné pokusy použiť kovy, ktoré tak dobre neabsorbujú plyny, napríklad rénium alebo ešte pasívnejší uhlík, ktorý má však vysokú odolnosť. Bolo navrhnuté pokryť kov uhlíkovým filmom. Sorpciu plynu na povrchu je možné znížiť stálym miernym zahrievaním žiariča poľa alebo periodickým silným pulzným zahrievaním na čistenie povrchu. Vo všeobecnosti sa pre stabilnú prevádzku moderných poľných katód vyžaduje vákuum, ktoré je o jeden až tri rády vyššie, ako je požadované pre termionické katódy.
Druhým parametrom po pracovnej funkcii, od ktorého emisia poľa silne závisí, je intenzita elektrického poľa na emitore, ktorá zase závisí od priemerného poľa v zariadení (pomer vonkajšieho napätia k veľkosti medzery) a geometria žiariča, pretože na zväčšenie poľa na žiariči sa používajú spravidla „ostré“ tvary - výčnelky, závity, hroty, čepele, konce rúrok alebo ich sústavy - zväzky závitov, balíky čepelí , uhlíkové nanorúrky atď. Na výber relatívne veľkých prúdov sa používajú systémy s viacerými hrotmi, systémy s viacerými emitormi na okrajoch fólií a fólií atď. Skutočnosť, že hroty sú použité ako žiariče, má za následok neparalelné trajektórie elektrónov a zložka rýchlosti ležiaca rovnobežne s rovinou emitujúcej elektródy môže byť porovnateľná s pozdĺžnou zložkou. Lúč sa ukáže ako rozširujúci sa, vejárovitý, a ak je katóda viachrotová alebo viaclopatková, potom nie je laminárna.
Sekundárna emisia elektrónov (objavili L. Austin a G. Starke, 1902) je emisia elektrónov z povrchu pevného telesa, keď je bombardované elektrónmi. Elektróny bombardujúce telo (nazývané primárne) telo čiastočne odráža bez straty energie (elasticky odrazené elektróny), zvyšok so stratou energie (nepružný odraz). Ak energia a hybnosť elektrónov, ktoré prijali energiu, postačujú na prekonanie potenciálovej bariéry na povrchu telesa, potom elektróny opustia povrch telesa (sekundárne elektróny). V tenkých filmoch sa emisia sekundárnych elektrónov pozoruje nielen z povrchu, ktorý je bombardovaný (reflexná emisia), ale aj z opačného povrchu (emisia lumbago). Kvantitatívne je emisia sekundárnych elektrónov charakterizovaná „koeficientom sekundárnej emisie“ (SEC) - pomerom prúdu sekundárnych elektrónov k prúdu primárnych elektrónov, koeficientom elastického a neelastického odrazu elektrónov, ako aj emisným koeficientom sekundárne elektróny (pomer prúdov zodpovedajúcich elektrónov k prúdu primárnych). Všetky koeficienty závisia tak od energie primárnych elektrónov, ako aj od uhla ich dopadu, chemického zloženia a topografie povrchu vzorky. V kovoch, kde je hustota vodivých elektrónov vysoká, je pravdepodobnosť, že výsledné sekundárne elektróny môžu uniknúť, malá. V dielektrikách s nízkou koncentráciou elektrónov je pravdepodobnosť uvoľnenia sekundárnych elektrónov väčšia. Pravdepodobnosť úniku elektrónov závisí od výšky potenciálnej bariéry na povrchu.
Výsledkom je, že množstvo nekovových látok (oxidy kovov alkalických zemín, zlúčeniny alkalických halogenidov) má EQE > 1 a pre špeciálne vyrobené účinné žiariče ( Pozri nižšie) EQE >> 1, pre kovy a polovodiče zvyčajne EQE< 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.
Vytvorenie silného elektrického poľa (10 5 – 10 6 V/cm) v dielektriku vedie k zvýšeniu EQE na 50 – 100 (sekundárna emisia zosilnená poľom). V tejto situácii EQE začína závisieť od pórovitosti vrstvy - prítomnosť pórov zväčšuje efektívny povrch žiariča a pole z nich vyťahuje sekundárne elektróny, ktoré pri dopade na steny pórov môžu napr. zákrut, spôsobiť emisiu s EI > 1 a výskyt elektrónových lavín. To môže viesť k samoudržiavajúcej sa studenej emisii, ktorá pokračuje (keď je žiarič dodávaný náboj) aj po zastavení bombardovania elektrónmi.
Hlavnými oblasťami použitia sekundárnych elektrónových katód sú sekundárne elektrónové (SEM) a fotoelektronické (PMT) multiplikátory, EVP typu M (v ktorých sa elektróny pohybujú vo vzájomne kolmých elektrických a magnetických poliach) a prijímacie a zosilňovacie výbojky so sekundárnou emisiou. Pre všetky aplikácie sú najvýznamnejšie parametre sekundárnej emisie: koeficient sekundárnej emisie QE v oblasti nízkych energií primárnych elektrónov, zvyčajne charakterizovaný energiou, pri ktorej je QE = 1, maximálna hodnota QE a energie primárnych elektrónov, keď QE dosiahne svoje maximum.
Ión-elektrónová emisia je emisia elektrónov pod vplyvom iónov. Sú známe dva mechanizmy iónovo-elektrónovej emisie: potenciálny - vyvrhnutie elektrónov z tela poľom približujúceho sa iónu a kinetický - vyrazenie elektrónov z tela v dôsledku kinetickej energie iónu. Potenciálny emisný koeficient sa zvyšuje so zvyšujúcou sa ionizačnou energiou iónu a znižovaním pracovnej funkcie terča a pre páry Ne+/W (neón/volfrám), He+/W (hélium/volfrám), Ar+/W (argón/volfrám) je napríklad 0,24, 0,24 a 0,1 a slabo závisí od energie iónov. Pre cieľ Mo (molybdén) a rovnaké ióny sú tieto koeficienty približne o 10 % vyššie.
Pri bombardovaní viacnásobne nabitými iónmi sa emisia ión-elektrónov zvyšuje - pre 2, 3, 4 nabité ióny je väčšia ako pre jednotlivo nabité ióny, približne 4, 10, 20 krát, v tomto poradí. Potenciálna emisia ión-elektrónov silne závisí od stavu povrchu, pretože je určená pracovnou funkciou. To znamená pomerne veľký rozptyl experimentálnych údajov.
Pri energiách menších ako 1 keV prakticky nedochádza k žiadnej kinetickej emisii ión-elektrónov, potom rastie lineárne, potom pomalšie, prechádza maximom a klesá, pri energiách niekoľkých MeV koeficient klesá približne na jednotku. Iónovo-elektrónová emisia hrá významnú úlohu pri prevádzke množstva elektronických plynových výbojových zariadení, v ktorých je zdrojom elektrónov katóda bombardovaná iónmi. V niektorých prípadoch proces iónovo-elektrónovej emisie vytvára väčšinu elektrónov v objeme zariadenia.
Emisia horúcich elektrónov je emisia spôsobená „ohrievaním“ elektrónov, t.j. prenos energie na elektróny alebo vystavenie elektrickému poľu. Ak je termionická emisia určená veľkosťou potenciálnej bariéry na výstupe z pevnej látky a energiou elektrónov, ktoré ju prekonávajú, a na jej získanie sa tuhá látka zahrieva (najjednoduchší spôsob ohrevu elektrónov), potom sa môžete pokúsiť zahriať elektróny bez toho, aby sa uchýlili k zahrievaniu tela. Keďže elektróny sú nabité častice, najjednoduchší spôsob, ako ich „zohriať“, je ich vystavenie elektrickému poľu. Vytvorenie katódy s emisiou horúcich elektrónov je predovšetkým vytvorenie veľkého elektrického poľa vo vodiči alebo polovodiči. Aby sa to stalo, vodič a polovodič musia byť „poškodené“ znížením ich vodivosti, pretože inak cez ne v tomto veľkom poli pretečie veľký prúd a katóda zlyhá.
Jedným zo spôsobov, ako „pokaziť“ kov, je rozdeliť ho na samostatné častice. Ak sú medzery medzi nimi malé, rádovo 10 mm, elektróny budú tunelovať (prekonajú potenciálnu bariéru zmenšenú a zúženú veľkým poľom) z jednej častice na druhú, a tak dôjde k vedeniu. Ale prúd v porovnaní s prúdom cez monolitický kov sa značne zníži, t.j. odpor sa zvýši. To umožňuje zväčšiť pole. Potom sa energia elektrónov zvýši natoľko, že budú môcť byť emitované do vákua. Katódy s emisiou horúcich elektrónov sú vyrobené vo forme dielektrického substrátu, na ktorom je nanesený tenký film kovu alebo polovodiča. Pri malých hrúbkach filmu sa zvyčajne získavajú „ostrovné“ filmy, t.j. pozostávajúce z jednotlivých malých častíc oddelených medzerami. Na uľahčenie uvoľňovania elektrónov je katóda často potiahnutá tenkými (približne monoatomickými) filmami látok, ktoré znižujú pracovnú funkciu Cs (cézia), BaO. Ako základný filmový materiál sa zvyčajne používa Au (zlato), SnO2, BaO. Najlepšie získané parametre sú nasledovné: odber prúdu je 1 A/cm2 na dlhú dobu a 10 A/cm2 na krátky čas. V tomto prípade sa účinnosť (pomer emisného prúdu k prúdu pretekajúcemu fóliou) môže priblížiť k 100 %.
Leonid Ashkinazi
Veľkú úlohu pri zabezpečovaní vodivosti oblúkovej medzery zohrávajú z rôznych dôvodov elektróny dodávané katódou. Tento proces opúšťania elektrónov z povrchu katódovej elektródy alebo proces uvoľňovania elektrónov z väzby s povrchom sa nazýva emisia elektrónov. Proces emisie vyžaduje energiu.
Energia, ktorá je dostatočná na to, aby elektróny unikli z povrchu katódy, sa nazýva pracovná funkcia ( U von )
Meria sa v elektrónvoltoch a je zvyčajne 2-3 krát menšia ako ionizačná práca.
Existujú 4 typy emisie elektrónov:
1. Termionická emisia
2. Autoelektronické emisie
3. Fotoelektrónová emisia
4. Emisie v dôsledku dopadu ťažkých častíc.
Termionická emisia sa vyskytuje pod vplyvom silného zahrievania povrchu elektródy - katódy. Vplyvom zahrievania sa elektróny nachádzajúce sa na povrchu katódy dostanú do stavu, v ktorom sa ich kinetická energia rovná alebo je väčšia ako sily ich priťahovania k atómom povrchu elektródy; strácajú kontakt s povrchom a lietajú do oblúková medzera. K silnému zahriatiu konca elektródy (katódy) dochádza preto, lebo v momente jej kontaktu s dielom dochádza k tomuto kontaktu len v jednotlivých bodoch povrchu v dôsledku prítomnosti nepravidelností. Táto poloha v prítomnosti prúdu vedie k silnému zahrievaniu kontaktného bodu, v dôsledku čoho je vybudený oblúk. Povrchová teplota výrazne ovplyvňuje simuláciu elektrónov. Typicky sa emisia meria prúdovou hustotou. Spojenie medzi termionickou emisiou a katódovou teplotou vytvorili Richardson a Deshman.
Kde j 0– prúdová hustota, A/cm 2 ;
φ – funkcia práce elektrónov, e-V;
A– konštanta, ktorej teoretická hodnota je A = 120 a/cm 2 deg 2 (experimentálna hodnota pre kovy A » 62,2).
Pri emisii poľa je energia potrebná na uvoľnenie elektrónov dodávaná vonkajším elektrickým poľom, ktoré akoby „nasáva“ elektróny mimo vplyvu elektrostatického poľa kovu. V tomto prípade možno hustotu prúdu vypočítať pomocou vzorca
, (1.9)
Kde E– intenzita elektrického poľa, V/cm;
S rastúcou teplotou hodnota emisie poľa klesá, ale pri nízkych teplotách môže byť jej vplyv rozhodujúci, najmä pri vysokej intenzite elektrického poľa (10 6 - 10 7 V/cm), čo podľa M.Ya.Brown. a G.I. Pogodin-Alekseev je možné získať v oblastiach blízkych elektródam.
Keď je energia žiarenia absorbovaná, môžu sa produkovať elektróny s takou vysokou energiou, že niektoré z nich uniknú z povrchu. Hustota fotoemisného prúdu je určená vzorcom
Kde α – koeficient odrazu, ktorého hodnota je pre zváracie oblúky neznáma.
Vlnové dĺžky, ktoré spôsobujú fotoemisiu, ako aj pre ionizáciu, sú určené vzorcom
Na rozdiel od ionizácie je emisia elektrónov z povrchu alkalických kovov a kovov alkalických zemín spôsobená viditeľným svetlom.
Povrch katódy môže byť vystavený nárazom ťažkých častíc (pozitívne ióny). Pozitívne ióny v prípade dopadu na povrch katódy môžu:
Po prvé, rozdávajú kinetickú energiu, ktorú majú.
Po druhé, môže byť neutralizovaný na povrchu katódy; pri tom prenášajú ionizačnú energiu na elektródu.
Katóda tak získava dodatočnú energiu, ktorá sa využíva na zahrievanie, tavenie a vyparovanie a časť sa opäť minie na uvoľňovanie elektrónov z povrchu. V dôsledku pomerne intenzívnej emisie elektrónov z katódy a zodpovedajúcej ionizácie oblúkovej medzery sa vytvorí stabilný výboj - elektrický oblúk s určitým množstvom prúdu, ktorý prúdi v obvode pri určitom napätí.
V závislosti od stupňa vývoja konkrétneho typu emisie sa rozlišujú tri typy zváracích oblúkov:
Horúce katódové oblúky;
Oblúky so studenou katódou;
uvoľnenie prebytočnej energie rovnajúcej sa rozdielu medzi energetickými hladinami elektrónu v tele a v ióne ε 1 – ε i 1 . Táto energia môže byť buď prenesená na iný elektrón tela s počiatočnou energiou ε 2 (Augerov proces), alebo uvoľnená vo forme svetelného kvanta. Druhý proces je menej pravdepodobný. Ak sa ukáže, že energia excitovaného elektrónu ε = ε 2 + (ε 1 – ε i 1 ) je väčšia ako nula, bude môcť opustiť žiarič. Na akte emisie sa teda zúčastňujú dva elektróny tela: jeden uvoľňuje energiu tunelovaním z tela do iónu s neutralizáciou druhého, druhý prijíma túto excitačnú energiu a opúšťa telo, t.j. máme proces tunelového prechodu aj proces budenia.
10.7 Emisia horúcich elektrónov
Emisia horúcich elektrónov je emisia elektrónov polovodičom v prítomnosti elektrického poľa. Z vodivého pásma sú emitované horúce elektróny. Nevyhnutnou podmienkou pre možnosť výskytu emisie týchto elektrónov je preto ich predbežná tepelná excitácia z hlavného pásma alebo z donorových hladín do vodivého pásma. Pri emisii horúcich elektrónov sa teda v skutočnosti realizujú dva rôzne mechanizmy budenia elektrónov: 1) ich vybudenie do vodivého pásma vplyvom tepelnej energie mriežky; 2) excitácia elektrónov vo vodivom pásme na energetické úrovne presahujúce úroveň vákua. Tento typ budenia nastáva v dôsledku pôsobenia síl elektrického poľa v polovodiči; Nakoniec sa táto energia odoberá z externého zdroja napätia, ktorý vytvára pole. Prítomnosť elektrického poľa v polovodiči spôsobuje zrýchlenie elektrónov umiestnených vo vodivom pásme. Tieto elektróny interagujú s fonónmi tela. Pri takýchto zrážkach elektrónov môže dôjsť k prudkej zmene smeru ich pohybu a dôjde len k malej strate ich rýchlosti. Výsledkom je, že priemerné energie elektrónov sú vyššie ako energie iónov; môžeme povedať, že teplota elektrónového plynu je vyššia ako teplota kryštálovej mriežky. To vedie k objaveniu sa elektrónovej emisie, ktorá by sa mohla bežne nazývať „tepelná emisia“, ale teplota, ktorá ju určuje, bude vyššia ako teplota mriežky.
10.8 Kombinované druhy emisií
Najčastejšie sa používa kombinovaný typ emisie založený na Schottkyho efekte. Ako už bolo uvedené v odseku 2, pri pôsobení vonkajšieho elektrického poľa sa výška bariéry znižuje a tým sa znižuje efektívna pracovná funkcia. Preto je v tomto prípade potrebná menšia (energia) predbežná excitácia elektrónov, aby sa preniesli na energetické úrovne väčšie ako je výška potenciálnej bariéry. Aplikácia elektrického poľa teda stimuluje všetky typy emisií s predbežným budením. Preto budeme primárne klasifikovať ako kombinovaný typ emisií: auto-