Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронной эмиссией называют испускание электронов нагретыми металлами или полупроводниками. При повышении температуры скорости и энергии некоторых электронов проводимости оказываются достаточными для преодоления удерживающих сил и совершения тем самым работы выхода. Закон термоэлектронной эмиссии (формула Дэшмана)

J _eq=A T² exp(-b₀ /T),

где J_eq – плотность тока с эмитирующей поверхности, А*м^-2, Т – абсолютная температура, К; А – постоянная, одинаковая для всех металлов, А = 60,2*10⁶ А *м^-2 *К^-2; b₀=W₀/k – отношение работы выхода данного металла к постоянной Больцмана, К.

На практике постоянная А у разных металлов различна. Данные для некоторых металлов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Металл	W	Mo	Ta	Th	Ba	Cs
А, А*м^-2*К^-2 *10^6
b0, K*10^3	52,4	48,1	47,5	39,2	24.5	2,1

Плотность тока эмиссии очень сильно зависит от температуры металла. Например, повышение температуры вольфрама с 2400 до 2500 ⁰С приводит к росту тока эмиссии на 150%.

Эмиссионная способность металла в большой степени зависит от имеющихся в нем примесей и от чистоты и шероховатости поверхности. Например, примесь тория в вольфраме при той же температуре дает многократно большую эмиссию. Причина в том, что одноатомный (из-за быстрого испарения) слой положительно заряженных ионов тория на поверхности вольфрама притягивает электроны, движущиеся из толщи металла к поверхности, и тем самым способствует более легкому их выходу за пределы металла. Работа выхода в этом случае меньше, чем из чистого вольфрама.

В электровакуумных приборах тело, испускающее электроны, называют катодом, так как его присоединяют к отрицательному полюсу источника напряжения. Положительное напряжение этого источника приложено к другому электроду – аноду. Между катодом и анодом образуется электрическое поле, ускоряющее действующее на электроны. Когда испускаемые нагретым металлом катода электроны попадают в электрическое поле анода, оно притягивает и ускоряет электроны и тем самым повышает эмиссию. Это явление называется эффектом Шоттки. Плотность тока эмиссии с учетом эффекта Шоттки

J’_eq=J_eqexp(43,9E^0,5/T),

где J_eq – плотность тока без учета эффекта Шоттки, А/м²; Е – напряженность поля у катода, В/м; Т – температура, К.

Формула верна для катодов с идеально гладкой поверхностью. У катодов с шероховатой поверхностью поле сильно неоднородное и местами может иметь очень высокую напряженность, вызывая более существенный рост эмиссии. Особенно сильно электрическое поле влияет на эмиссию полупроводниковых катодов, в которых оно не только снижает внешнюю работу выхода, но и, проникая из-за меньшей электропроводности полупроводника в его толщу, уменьшает внутреннюю работу выхода.

Дата добавления: 2014-01-07