Емісійні явища у провідниках

Якщо за будь-якої причини електрон видаляється з металу, то у місці його вильоту виникає надлишковий позитивний заряд і електрон притягується до цього індукованого ним самим позитивного заряду. Залишаючи поверхню металу, окремі електрони віддаляються від неї на відстані порядка міжатомних, тим самим створюючи над поверхнею «електронну хмару», густина якої швидко спадає із відстанню. Ця хмара разом із поверхневим шаром позитивних іонів металу утворюють подвійний електричний шар, поле якого подібне полю плоского конденсатора. Оскільки товщина цього шару дуже мала (10^-10¸10^{-9 м), він не створює електричного поля у зовнішньому просторі, проте перешкоджає виходу вільних електронів із металу. Роботою виходу електронів із металу А називають найменшу енергію, яку потрібно витратити для видалення електрону із металу у вакуум. Звичайно роботу виходу виражають у електрон-вольтах (еВ). 1 еВ – це енергія, якої набуває електрон, який пройшов різницю потенціалів у 1 В.}

1 еВ=1 В´1,6×10^-19 Кл=1,6×10^-19 Дж. (8.23)

Робота виходу залежить від хімічної природи металів, чистоти їхньої поверхні і має порядок декількох електрон-вольт (наприклад, у калію А =2,2 еВ, у платини A =6,3 еВ). Проте, підбираючи покриття поверхні, роботу виходу електронів можна суттєво знижувати. При кімнатній температурі (Т»300 К) кінетична енергія електронів, обумовлена енергією їхнього теплового руху, складає:

E_k~k×T =1,38×10^-23 Дж/К´300 К=4,15×10^-21 Дж=0,026 еВ. (8.24)

Очевидно, що ця величина незрівнянно менша за значення роботи виходу більшості металів, тому при кімнатних температурах кількість електронів, здатних залишити поверхню металу, дуже невелика. Електронною емісією називають процес випромінювання електронів речовиною при наданні йому в результаті зовнішніх впливів енергії, достатньої для подолання роботи виходу електронів. В залежності від способу надання електронам енергії, розрізняють декілька типів емісії:

1. Термоелектронна емісія – випромінювання електронів нагрітими металами. При підвищенні температури металу, кількість електронів із кінетичною енергією теплового руху, яка перевищує роботу виходу, зростає, тому і явище емісії стає більш інтенсивним.

2. Фотоелектронна емісія – емісія електронів із металу під дією світла або короткохвильового електромагнітного випромінювання (наприклад, рентгенівського). Основні закономірності цього явища звичайно розбираються при розгляді явища фотоелектричного ефекту. Ми розглянемо його трохи пізніше у розділі “Квантова оптика”.

3. Автоелектронна (холодна) емісія – емісія електронів із поверхні металу під дією сильного зовнішнього електричного поля. Цей тип емісії можна спостерігати у відкачаній трубці, конфігурація електродів якої (катод – вістря, анод – внутрішня поверхня трубки) дозволяє при напругах приблизно 1 кВ одержувати електричні поля напруженістю до 10 МВ/м. При поступовому підвищенні напруги вже при Е ~10⁵ В/м у трубці виникає слабкий струм, обумовлений електронами, що випромінюються холодним катодом (звідси і назва). Пояснення механізму цього явища можливе на основі квантової теорії.

4. Вторинна електронна емісія – випромінювання електронів поверхнею металів, напівпровідників або діелектриків при їхньому бомбардуванні пучком електронів, іонів або інших частинок. Вторинний потік складається із первинних електронів (або іонів), пружно або непружно відбитих поверхнею матеріалу, а також із «істинно» вторинних електронів, які вибиваються із матеріалу первинними частинками. Відношення кількості вторинних електронів n₂ до кількості частинок n₁, що викликали емісію, називають коефіцієнтом вторинної електронної емісії d=n₂ / n₁. Цей коефіцієнт залежить від природи матеріалу поверхні, енергії бомбардуючих частинок і кута їхнього падіння на поверхню.

Дата добавления: 2014-11-07