Надо Знать

добавить знаний



Термоэлектронная эмиссия



Увеличенное изображение нити накаливания катода газоразрядной лампы с термоэмиссионным покрытием
Термоэлектронная эмиссия (Эффект Эдисона) в диодной трубке. Диодная трубка подключена в двух конфигурациях. Стрелки показывают поток электронов.

Термоэлектронная эмиссия - явление обусловленного тепловым движением вылета электронов за пределы вещества.

Термоэлектронная эмиссия существенная для функционирования вакуумных ламп, в которых электроны излучаются отрицательно заряженным катодом. Для увеличения эмиссии катод обычно подогревается нитью накала.


Суть явления

Явление термоэлектронной эмиссии было известно уже в конце 18 века. Основные качественные закономерности установили В. В. Петров ( 1812), Т. А. Эдисон и др.. В тридцатых годах 20 века были определены основные аналитические зависимости этого явления.

При нагревании металла энергетический распределение электронов в зоне проводимости меняется. Появляются электроны с энергией, превышающей уровень Ферми. Незначительное количество электронов может приобрести энергию, которая превышает работу выхода. Такие электроны могут выйти за пределы металла, в результате чего возникает эмиссия электронов. Величина тока термоэлектронной эмиссии зависит от температуры катода, работы выхода и свойств поверхности (уравнение Ричардсона-Дэшман):

j_e = A T ^ 2 e ^ {- e \ varphi_0/k_BT} ,

где j e - плотность тока эмиссии;

A - эмиссионная стала, зависящей от свойств излучательной поверхности и которая для большинства чистых металлов лежит в пределах 40-70 А / см ? * K ?;

T - абсолютная температура катода;

e - основа натуральных логарифмов;

0 - работа выхода электрона из металла;

k B - постоянная Больцмана.

Приведенное уравнение справедливо для металлов. Для примесных полупроводников существует несколько иная зависимость, однако количественная связь величины тока эмиссии остается. Подано уравнения показывает, что величина тока эмиссии всего зависит от температуры катода. Однако при увеличении температуры резко возрастает скорость испарения материала катода и сокращается срок его службы. Поэтому катод должен работать в строго определенном интервале рабочих температур. Нижний порог определяется возможностью получения желаемой эмиссии, а верхний - испарением или плавлением материала.

Существенно влияет на величину тока эмиссии внешнее электрическое поле, которое действует у поверхности катода. Это явление получило название эффекта Шоттки. На электрон, выходящий из катода, при наличии внешнего электрического поля действуют две силы - электрического притяжения, которая возвращает электрон назад, и внешнего поля, ускоряет электрон в направлении от поверхности катода. Таким образом, внешнее электрическое поле уменьшает потенциальный барьер, в результате чего снижается работа выхода электронов из катода и увеличивается электронная эмиссия.

Влияние внешнего ускоряя поля особенно сильно проявляется в полупроводниковых катодах с поверхностным покрытием оксидами щелочноземельных металлов. Полупроводниковые катоды имеют шершавую поверхность, поэтому значительно возрастает напряженность внешнего электрического поля у неровностей вызывает интенсивный рост тока эмиссии.


Нобелевская премия

За исследования термоэлектронной эмиссии в 1928 Оуэн Вильянс Ричардсон получил Нобелевскую премию по физике.

Литература

  • Б.С.Гершунский, А.В.Романовская, Н.М.Ващенко, В.В.Власенко "Справочник по основам электронной техники" К. 1974

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам