Влияние ускоряющего поля, Эффект Шоттки

Термоавтоэлектронная эмиссия

В условиях на поверхности электрода-эмиттера всегда существует поле, тормозящее или ускоряющее электроны. Если, например, U>0 (положительно), но не очень велико, то вблизи катода накапливается отрицательный пространственный заряд. Его поле тормозит электроны, и часть их возвращается обратно на катод. Распределение потенциала приобретает вид, показанный на рис.4.2 для вакуумного диода. Потенциальный барьер продолжает подниматься вне металла на высоту ΔU сверх нормальной высоты барьера, обусловленной диэлектрическими свойствами эмиттера.

При увеличении Uа анодный ток растёт, значение ΔU уменьшается, поле на катоде делается ускоряющим (рис.4.2 б) в связи с уменьшением работы выхода. На рис.4.3 кривая (а), асимптотически приближается к уровню АА, показывает изменение потенциальной энергии электрона в отсутствии внешнего поля, т.е. обычный потенциальный барьер металла.

Линия (в) показывает изменение энергии металла во внешнем ускоряющем однородном поле. Когда накапливаются оба поля, форма потенциального барьера изображается кривой с, представляющей собой сумму кривых а и в.

Рис. 4.2 Распределение потенциала в плоском вакуумном диоде: а- при небольших напряжениях и минимуме вблизи катода б – при больших напряжениях в режиме насыщения

Рис. 4.3 Изменение формы потенциального барьера при наличии ускоряющего поля (справа), функция распределения F(W_x) – слева; кривая а – изменение потенциальной энергии электрона в отсутствии внешнего поля (обычный потенциальный барьер металла), во внешнем ускоряющем поле (кривая в) и при совместном воздействии обоих полей (кривая с)

Рис.4.4 Зависимость плотности автоэмиссионного тока jат с вольфрама от напряженности поля W(в/см) у катода с участием эффекта Шоттки (заштрихованная область реальных плотностей тока в сварочных дугах): Δϕ – изменение работы выхода j_аэ – автоэлектронная эмиссия j_ат – автотермическая эмиссия

На кривой с (рис.4.3) имеется широкий максимум – «потенциальный холм», вершина которого лежит ниже линии АА, там же показано распределение энергии движения W_x по направлению, нормальному к поверхности, для электронов, попадающих изнутри на границу металла.

При отсутствии внешнего электрического поля количество электронов, преодолевающих потенциальный барьер, выражается частью площади под кривой распределения, лежащей выше линии АА, а в ускоряющем поле, когда высота барьера уменьшается, - частью площади под такой же кривой, лежащей выше линии ВВ.

Изменение работы выхода электронов Δϕ под действием внешнего поля называется эффектом Шоттки

Вычисление его влияния показывает, что работа выхода при наличии ускоряющего поля ϕ_е будет равна, тогда плотность тока автоэлектронной эмиссии. В условиях сварочной дуги электроны, эмитированные катодом, встречают нейтральные атомы столба дуги и ионизируют их на пути своего пробега. При этом создаётся положительный пространственный заряд ионов, который увеличивает напряжённость ускоряющего поля перед катодом. E распределено у катода неравномерно и зависит так же от доли ионного тока и j_тэ. Поэтому напряжённость электрического поля Е может достигать (10⁶-10⁸) В/см, а отношение j_ат/j_тэ возрастает до 10³-10⁴ (рис.4.4). На величину этого отношения влияет и неоднородность катода.

Дата добавления: 2014-01-03