Краткая теория. Явление вторичной электронной эмиссии заключается в том, что электроны достаточной энергии, попадая на поверхность металла

Явление вторичной электронной эмиссии заключается в том, что электроны достаточной энергии, попадая на поверхность металла, находящегося в вакууме, не только сами отражаются от этой поверхности, но вызывают также и эмиссию новых электронов с той же поверхности. Электроны, ударяющиеся о поверхность металла, называются первичными, а электроны, вылетевшие с поверхности металла, называются вторичными.

Вторичная эмиссия обычно возникает при энергии первичных электронов 10–15 эВ и выше. Если скорость первичного электрона достаточно велика, то он может выбить несколько вторичных электронов. Следовательно, число вторичных электронов может в несколько раз превышать число первичных электронов, падающих на поверхность.

Явление вторичной эмиссии количественно характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии s. Он равен отношению числа вторичных электронов n ₂ к числу первичных n ₁, отношению тока вторичных электронов I ₂ к току первичных I ₁:

.

Коэффициент может быть как меньше, так и больше единицы. Он зависит от вещества тела, структуры его поверхности, скорости первичных электронов, угла их падения и других факторов.

Для чистых металлов величина s лежит в пределах от 0,5 до 1,8. При наличии активирующих покрытий s доходит до 10 и более.

В специальных электронных приборах для получения вторичной электронной эмиссии применяют сплавы из различных металлов, например, магния с серебром, алюминия с медью, бериллия с медью, сурьмы с цезием. У них s может быть в пределах от 2 до 12 и больше, причем эмиссия более устойчива, чем у других веществ.

Вторичная эмиссия наблюдается у полупроводников и диэлектриков. Особенно она велика у металлов, покрытых тонкой пленкой полупроводника и диэлектрика. В этом случае значение s доходит до сотен и тысяч. Но практического использования это явление еще не получило.

Главную роль в явлении вторичной электронной эмиссии играет процесс получения вторичными электронами энергии от первичных электронов и возможность продвижения электронов изнутри к поверхности без значительных потерь энергии. Эти процессы совершаются в глубине поверхностного слоя вещества и зависят от его атомно-молекулярной структуры.

На рис. 1 дана зависимость s от напряжения U ₁.

При малых значениях напряжения U ₁ вторичной эмиссии нет. Затем она появляется и s повышается с ростом U ₁, доходя до максимума, после чего он уменьшается. Кривая 1 дана для чистого металла, кривая 2 – для металла с активирующим покрытием.

Максимум вторичной эмиссии достигается обычно при напряжении порядка сотен вольт. Понижение s при высоких объясняется тем, что первичные электроны в этом случае проникают более глубоко в вещество и передают полученную энергию другим электронам и поэтому не могут дойти до поверхности металла с энергией, необходимой для выхода из него.

Для чистых металлов вторичная эмиссия почти не зависит от температуры, но для активированных катодов и полупроводников с повышением температуры возрастает. Ускоряющее электрическое поле увеличивает эмиссию вторичных электронов. В этом случае наблюдается совместное действие вторичной эмиссии и электростатической. Это особенно заметно у катодов с оксидным покрытием.

При увеличении угла падения a первичных электронов s возрастает, что и показывает рис. 2.

Первичный электрон В, влетающий под углом a₂, большим, чем угол падения a первичного электрона А, проникает на меньшую глубину (h ₂ < h ₁) и отдает энергию электронам, которые находятся ближе к поверхности и легче выходят из тела.

Вторичные электроны вылетают с различными скоростями и в различных направлениях. Распределение числа вторичных электронов N по их скоростям представлено на рис. 3.

Число электронов с большими скоростями не велико. Однако имеется заметное количество электронов со скоростью, примерно равной скорости первичных электронов. Считают, что это отраженные электроны. При увеличении скорости первичных электронов u ₁ возрастает число вторичных электронов с малыми скоростями, что согласуется с тем, что первичные электроны проникают глубже, а вторичные электроны, выходя к поверхности, теряют больше энергии.

Теория вторичной эмиссии более сложна, чем рассмотренная нами. Следует заметить, что электроны в металле не могут рассматриваться как совершенно свободные. Если они были бы свободными, то получали бы импульс от первичных электронов только в направлении их движения, т.е. вглубь металла. Вылет же электронов из металла может быть лишь в случае отражения электронов от кристаллической решетки. Без отражения изменение направления движения электронов на противоположное невозможно. Поэтому в теории вторичной эмиссии необходим учет взаимодействия электронов с кристаллической решеткой металла.

Явление вторичной эмиссии или как его иначе называют, динатронный эффект, наблюдается при работе электронных ламп и оказывает вредное действие на анодный ток. Поэтому около анода в электронной лампе помещается третья сетка (кроме управляющей и экранизирующей), служащая для устранения динатронного эффекта. Она обычно соединяется с катодом внутри лампы и имеет нулевой потенциал.

Динатронный эффект используется для усиления электронного тока. Применение явления вторичной эмиссии для усиления фототоков впервые было разработано в СССР Тимофеевым П.В. и Кубецким К.А. Общая картина явления вторичной эмиссии легко наблюдается в любой трехэлектродной лампе (Схема 1).

Если сетка имеет более высокий потенциал, чем анод, то часть электронного потока из катода попадает на сетку, а другая часть пройдет через сетку к аноду.

Результирующий анодный ток, который покажет прибор, включенный в анодную цепь, будет представлять собой разность между первичными и вторичными электронными потоками.

Направление тока меняется в зависимости от того, будет ли первичных или вторичных электронов больше. Характер изменения анодного тока в зависимости от напряжения на сетке показан на рис. 4.

На участке кривой ОА число электронов, проходящих через сетку и достигающих анода, увеличивается с увеличением анодного напряжения. На участке кривой АВ число вторичных электронов быстро увеличивается и суммарный ток к аноду начинает быстро падать. В точке В поток первичных электронов равен потоку вторичных, поэтом I_а = 0. На участке ВСД анодный ток имеет обратное направление, так как поток вторичных электронов больше первичного потока. Дальнейшее увеличение анодного напряжения приводит к тому, что оно достигает значения напряжения на сетке, а затем становиться больше него. Поле анод-сетка начинает тормозить вторичные электроны, вторичный поток уменьшается и I_а меняет знак.

Изменение знака I_а на участке ВСД возможно лишь при условии s > 1, если же s < 1, то кривая будет иметь минимум, не спускаясь ниже оси абсцисс.

Дата добавления: 2015-06-04