А также если скорость электрона направлена нормально к поверхности твердого тела

Процесс фотоэмиссии происходит в три стадии. На первой стадии идет образование горячего электрона при поглощении фотона. На второй стадии происходит его движение к поверхности, а на третьей преодолевается потенциальный барьер на границе твердого тела.

Горячие электроны образуются в слое толщиной около сотни ангстрем (определяется коэффициентом поглощения, который для металлов равен 10⁷ – 10⁸ м^-1), поэтому движение к поверхности происходит практически без соударений с другими электронами.

Данный вид эмиссии широко используется в полупроводниковой электронике, например, в фотопреобразователях. В отличие от металлов, в полупроводниках поглощение оптического излучения происходит на гораздо больших расстояниях от поверхности. Эффективность эмиссии определяется электронным сродством и максимальна при отрицательном значении этого параметра, что характерно для акцепторных полупроводников.

Явление фотоэмиссии характеризуется небольшим током и используется в фотоумножителях, электронно-оптических преобразователях, телевизионных трубках и других приборах оптоэлектроники. При этом применяются катоды с малой работой выхода, например, на основе цезия и его соединений.

Вторичная эмиссия – испускание электронов конденсированной средой при ее бомбардировке электронами большей энергии (первичные электроны). Впервые наблюдали Аустин и Штарк (1902 г.).

Основной характеристикой процесса является выход вторичных электронов d, который определяется как отношение числа эмиттированных электронов к числу падающих первичных.

В зависимости от соотношения между длиной свободного пробега первичного электрона l и толщиной катода d различают эмиссию из приповерхностной области (l<d, т.н. «эмиссия на отражение») и из всего объема катода (l>d, «эмиссия на прострел»).

Эмиссионный ток состоит из трех составляющих.

1. Ток первичных электронов, упруго отраженных от поверхности твердого тела.

2. Ток первичных электронов, неупруго отраженных от поверхности твердого тела.

3. Ток истинно вторичных электронов, получивших энергию и импульс от первичных электронов.

Спектр энергии эмиттированных электронов очень широк и лежит в диапазоне от 0 до энергии первичных электронов.

Выход вторичных электронов d определяется как отношения плотности тока вторичных электронов J_в к плотности тока первичного пучка J_п и записывается в виде:

d = J_в/J_п = r +h+s,

где r,h, s – коэффициенты, соответствующие процессам 1-3. Все коэффициенты зависят от параметров первичного пучка (энергии, угла падения) и характеристик катода (элементного состава, работы выхода, состояния поверхности и т.д.)

Механизм упругого отражения первичных электронов зависит от их энергии. При малой энергии (до 100 эВ) на отражение влияет зонная структура твердого тела, и r = 0,2-0,5. Для большинства твердых тел максимальное значение коэффициента соответствует Е=10 эВ. Энергия отраженных электронов практически равна энергии падающего пучка.

При средних энергиях пучка (0,1–1 кэВ) величина r уменьшается до 0,05, а при большой энергии (до 100 кэВ) r стремиться к нулю (r~E^-1).Глубина выхода электронов, упруго отраженных от поверхности, лежит в интервале 0,1–10 нм и зависит от их энергии.

Неупругое отражение электронов определяется рассеянием и торможением первичных электронов при их движении в твердом теле. Коэффициент h зависит от массы атома вещества и растет с увеличением угла падения первичных электронов до величины h~0,3 (для легких атомов зависимость проявляется ярче). Средняя энергия неупруго отраженных электронов - около 30% от энергии падающего пучка. Глубина выхода электронов составляет половину глубины проникновения первичных электронов.

Эмиссия истинно вторичных электронов определяется работой выхода. Глубина выхода составляет 20-120 нм в зависимости от энергии первичного пучка электронов и плотности материала мишени. При этом коэффициент s лежит в интервале 4-40. Внешнее электрическое поле несколько усиливает вторичную эмиссию, и s=50-100. Значение энергии вторичных электронов лежит в интервале 30-50 эВ.

Физически механизм образования истинно вторичных электронов заключается в следующем. Первичный электрон действует на электрон твердого тела, находящийся внутри Ферми-сферы (металлы) в к-пространстве, с кулоновской силой:

F=e²/4pee₀r² exp(-r /l),

где l – длина экранирования за счет действия всех остальных электронов твердого тела (около 10^-10 м).

При этом электрону проводимости передается импульс, направленный нормально скорости первичного электрона, т.е. вторичные электроны двигаются параллельно поверхности. Для вылета электрона необходимо еще как минимум одно взаимодействие для изменения его импульса.

Величина выхода вторичных электронов больше для диэлектриков, поэтому в качестве катодов, которые в данном случае называются «диноды», применяются оксидированные сплавы Mg-Ag, Be-Cu, а также интерметаллические соединения Cs₃Sb и полупроводниковые соединения GaP, GaAs. Из чистых металлов может использоваться платина.

Дата добавления: 2014-01-04