Secțiunea este foarte ușor de utilizat. Doar introduceți cuvântul dorit în câmpul oferit și vă vom oferi o listă cu semnificațiile acestuia. Aș dori să observ că site-ul nostru oferă date din diverse surse - dicționare enciclopedice, explicative, de formare a cuvintelor. Aici puteți vedea și exemple de utilizare a cuvântului pe care l-ați introdus.
Ce înseamnă „emisie electronică”?
Dicţionar enciclopedic, 1998
emisie electronică
emisia de electroni de către un solid sau lichid sub influența unui câmp electric (emisia câmpului), încălzirea (emisia termoionică), radiatii electromagnetice(emisia de fotoelectroni), fluxul de electroni (emisia de electroni secundari), etc.
Emisia electronica
emisie de electroni de pe suprafața unui solid sau lichid. E. e. apare în cazurile în care, sub influența unor influențe externe, unii dintre electronii corpului dobândesc energie suficientă pentru a depăși bariera de potențial de la limita corpului sau dacă, sub influența unui câmp electric, bariera de potențial de suprafață devine transparentă pentru unii dintre electronii care au cele mai mari energii în interiorul corpului. E. e. poate apărea atunci când corpurile sunt încălzite (emisia termionică), când sunt bombardate de electroni (emisia secundară de electroni), ioni (emisia ion-electron) sau fotoni (emisia fotoelectronului). În anumite condiții (de exemplu, atunci când curentul este trecut printr-un semiconductor cu mobilitate mare a electronilor sau când i se aplică un impuls puternic de câmp electric), electronii de conducere se pot „încălzi” mult mai mult decât rețeaua cristalină, iar unii dintre ei pot părăsiți corpul (emisia de electroni fierbinți) .
Pentru a observa E. e. este necesar să se creeze un câmp electric extern care accelerează electroni la suprafața corpului (emițător), care „suge” electroni de pe suprafața emițătorului. Dacă acest câmp este suficient de mare (³ 102 V/cm), atunci reduce înălțimea barierei de potențial la limita corpului și, în consecință, funcția de lucru (efectul Schottky), în urma căreia E. e . crește. În câmpuri electrice puternice (~107 V/cm), bariera de potențial de suprafață devine foarte subțire, iar electronii se tunelesc prin ea (emisie de tunel), uneori numită și emisie de câmp. Ca urmare a influenței simultane a 2 sau mai mulți factori, pot apărea emisii termoautoelectronice sau fotoautoelectronice. În câmpuri electrice pulsate foarte puternice (~ 5 × 107 V/cm), emisia tunelului duce la distrugerea rapidă (explozia) a microtipurilor de pe suprafața emițătorului și la formarea de plasmă densă în apropierea suprafeței. Interacțiunea acestei plasme cu suprafața emițătorului determină o creștere bruscă a curentului electric. până la 106 A cu o durată a impulsului de curent de câteva zeci de nsec (emisie explozivă). Cu fiecare impuls de curent, microcantități (~ 10-11 g) de substanță emițătoare sunt transferate la anod.
Efectul Malter
Comportarea curentului de emisie de câmp de la catozii semiconductori în secțiunea a treia a caracteristicii curent-tensiune se explică prin prezența unei scăderi puternice a potențialului în stratul de suprafață și efectele asociate cu aceasta: încălzirea gazului de electroni, ionizarea prin impact. , tunelarea benzii de bandă. Prezența unor astfel de fenomene a fost descoperită la studierea proprietăților electrice ale semiconductorilor și dielectricilor. În mod firesc, apare ipoteza - este posibil să se creeze artificial o scădere a potențialului, care să conducă la o astfel de creștere a vitezei electronilor care să permită cel puțin unora dintre ei să depășească bariera de potențial și să intre în vid chiar și în absența unui câmp electric puternic la suprafață.
Câmpuri dimensiunea cerută pot fi create în cazul sistemelor cu proprietăţi puternic eterogene. Unul dintre acestea este sistemul metal-dielectric-metal (MDM). Pe substratul metalic se aplică un strat dielectric subțire, cât mai uniform ca proprietăți și grosime (Fig. 3.5.1). Pe suprafața acestuia din urmă se formează o peliculă metalică foarte subțire (de ordinul a câteva zeci de angstromi), al cărei scop principal este să servească drept placă de condensator. Cu o grosime mică a dielectricului, câțiva volți sunt suficienți pentru a crea o intensitate a câmpului în dielectric de ordinul 10 5 ...10 6 V/cm.
Diagrama energetică pentru un astfel de caz este prezentată în Fig. 3.5.2. De aici rezultă că cu o valoare suficientă F injectarea de electroni în stratul dielectric devine posibilă. În primul rând, acest lucru se poate întâmpla din cauza emisiei termice a electronilor (I) de pe substratul metalic în dielectric. Înălțimea barierei la limita interfazei
izolatorul metalic este egal cu distanța de energie de la partea inferioară a benzii de conducție a dielectricului la nivelul Fermi al metalului, care este de obicei semnificativ mai mică decât funcția de lucru a metalului. În plus, în prezența unui câmp electric în dielectric, efectul Schottky afectează și bariera. Toate acestea pot asigura un flux de electroni suficient chiar și la temperaturi scăzute. O altă posibilitate de apariție a electronilor în banda de conducere a dielectricului este emisia de câmp de electroni din metal (II).
În banda de conducere a unui dielectric, purtătorii liberi, în prezența unui câmp, câștigă energie cinetică Când se deplasează spre suprafață, gazul de electroni se încălzește și cantitatea lor crește ca o avalanșă din cauza ionizării prin impact. Nu există o barieră potențială la limita cu pelicula metalică. Dacă stratul superior al metalului este subțire, mai mic decât calea liberă medie a electronilor, atunci electronii nu au timp să intre în echilibru termic cu rețeaua. Un număr semnificativ dintre ei au suficientă energie pentru a depăși bariera de la limita cu vid.
Experimentele au arătat că procesul de apariție a curentului de emisie este foarte complex. La temperaturi scăzute, valorile curenților de trecere și de emisie sunt determinate de intensitatea câmpului electric din film, acestea depind relativ puțin de temperatură. Dependența lor de tensiune poate fi descrisă de ecuația Fowler-Nordheim pentru emisia de câmp. Cu toate acestea, calculele corecte au arătat că valorile medii, unde d- Grosimea stratului dielectric nu este suficientă pentru o explicație teoretică a mărimii curenților observați. Pentru ca o teorie să aibă succes este necesar ca F a fost cu un ordin de mărime mai mare. Acest lucru ar putea fi ușor explicat rugozitatea substratului.
Proeminențele și micropunctele, a căror prezență nu poate fi evitată, pot crește semnificativ intensitatea câmpului local. Totuși, acest lucru nu explică densitățile de curent de emisie observate, care ajung la câteva zecimi A/cm2.
Există un alt motiv pentru creștere F comparativ cu valoarea sa medie. Filmele dielectrice sunt de obicei imperfecte. Ei au număr mare defecte (locuri vacante, încălcări de stoichiometrie, atomi interstițiali, impurități etc.), care pot fi furnizori de electroni datorită impactului sau ionizării tunel. În acest caz, se formează o sarcină volumetrică pozitivă. Este concentrat într-o măsură mai mare în apropierea electrodului de injectare de electroni, deoarece particulele cu o viteză moderată au cea mai mare probabilitate de ionizare. Electronii de înaltă energie au o secțiune transversală eficientă mai mică. Pe măsură ce viteza electronului crește, timpul de interacțiune cu defectul scade, ceea ce reduce probabilitatea ionizării acestuia. Sarcina spațială crește intensitatea câmpului în apropierea electrodului încărcat negativ (Fig. 3.5.3). S-ar părea că toate problemele, cel puțin în principiu, au fost rezolvate. Dar apare o nouă dificultate. Mărimea tensiunii de rupere în dielectrice este de obicei de ordinul a 10 6 V/cm, adică acelaşi care este necesar pentru a explica curenţii observaţi experimental. Cu toate acestea, este un fapt experimental cunoscut că la dimensiuni mici rezistența mecanică specifică a materialelor crește. De exemplu, ruperea firelor subțiri necesită mult mai multă forță pe unitate de suprafață decât ruperea unei tije cu diametru mare. Aparent, acest lucru se datorează absenței în primul caz a defectelor la scară mare, care sunt caracteristice solidelor masive. Același lucru se poate aplica și în cazul rezistenței electrice.
Astfel, se poate presupune că la temperaturi scăzute în sistemele MDM principalul motiv pentru apariția electronilor în stratul dielectric este emisia de câmp din substratul metalic.
În regiunea cu temperaturi ridicate, dimpotrivă, se observă o dependență puternică de temperatură, în timp ce intensitatea câmpului are un efect slab. Acest lucru indică importanța mecanismului termoionic, care devine predominant la temperaturi ridicate. Unele crește curentul odată cu creșterea F poate fi explicată prin influența efectului Schottky asupra înălțimii barierei la interfața substrat-stratul dielectric. Prezența forțelor imaginii în oglindă duce la o scădere a barierei dintre bază și filmul dielectric.
După cum era de așteptat, grosimea electrodului superior are o influență puternică asupra curentului de emisie. Există o dependență puternică, exponențială: 
, Unde d– grosimea peliculei, a – valoare în funcție de proprietățile peliculei metalice.
Imaginea emisiei de electroni din sistemul MDM prezentată mai sus este destul de simplă, ceea ce nu se poate spune despre implementarea practică, care necesită un nivel ridicat de producție de film. Deosebit de importantă este cerința de omogenitate a filmelor dielectrice. Ele trebuie să aibă aceeași grosime, prezența porilor este complet exclusă.
Studiat până acum număr mare diverse sisteme. Nu se aplică materialului electrodului de bază cerințe speciale. Este suficient ca suprafața să aibă o structură bine ordonată și ca substratul să aibă o conductivitate electrică ridicată.
Filmele dielectrice sunt adesea formate prin oxidarea stratului de suprafață al electrodului de bază. În aceste cazuri, se utilizează aluminiu, beriliu, tantal și niobiu. Sistemele în care s-au folosit filme au fost studiate în cel mai detaliu experimental. Al203, Si02, SiO, MgO, BeO, BNși altele, având un bandgap larg și capabile să reziste la câmpuri electrice mari fără defecțiuni. Filmele au fost folosite ca un electrod exterior subțire Au, Pt, Al, Be, Ag etc. Figura 3.5.4 prezintă rezultatele obţinute pentru sistemul Al/Al 2 O 3 /Au. Chiar și la tensiuni joase, de ordinul mai multor volți, se pot obține curenți suficienti pentru utilizare practică cantități.
O cantitate importantă pentru catozii MDM este eficiența g 0, care poate fi definit ca raportul dintre curentul de emisie ( eu um)la curentul consumat care curge prin stratul dielectric ( eu d/e). g 0 poate varia mult: de la 10 -2 la 10 -7 . Depinde în mare măsură de calitatea filmului, de grosimea acestuia și de funcția de lucru a stratului superior de metal. În special, în cazul unui sistem Be-BeO-Au valoarea a fost obtinuta g0 =10-3 (jem =0,2 A/cm2 la j d/e =200 A/cm2).
În special, în cazul unui sistem format dintr-un strat de siliciu cu o grosime 5 µm pe un substrat de aluminiu pe care s-a obtinut un strat subtire ( 400 nm) acoperite cu oxid Pt, valoarea a fost obtinuta g0 = 0,28 (jem = 1,4 mA/cm2 la j d/e = 3,6 mA/cm2). .
Eficiența catozilor este caracterizată de raportul dintre densitatea curentului de emisie j V mA la puterea necesară pentru aceasta W V mar.
ÎN în ultima vremeȘi sistemele mai simple constând dintr-un strat dielectric subțire depus pe un substrat metalic, care este folosit ca vârf, sunt cercetate activ și își găsesc deja aplicații practice (Fig. 3.5.5). Un câmp electric extern pătrunde în stratul dielectric, iar electronii care trec din metal prin bariera de la interfață sunt accelerați de acest câmp. În cazul unei mici bariere la limita cu vid, acestea pot ieși din sistem. Cu o alegere adecvată a dielectricului (afinitate scăzută, localizarea nivelului Fermi lângă partea de jos a benzii de conducție etc.), se poate obține o emisie intensă chiar și la tensiuni relativ scăzute. Ca exemplu, Fig. 3.5.6 prezintă caracteristicile curent-tensiune obţinute pentru sistemul diamant/siliciu la diferite grosimi ale stratului dielectric. În cazul în care straturi subtiri Un curent de emisie semnificativ apare deja la tensiuni de ordinul a câteva sute de volți.
Un alt sistem care utilizează un câmp electric de mare intensitate pentru a produce emisie de electroni este un film dispersat. O peliculă metalică subțire având 
structura insulei (Fig. 3.5.7). Când se aplică o diferență de potențial, împreună cu curentul care curge de-a lungul filmului, are loc și emisia de electroni. Figura 3.5.8 prezintă o imagine a unui film de aur dispers obținut în microscop electronic, precum și dependența curentului care curge de-a lungul filmului eu, și curentul de emisie eu e de la tensiunea de-a lungul filmului. Prezența golurilor între insule duce la o conductivitate non-ohmică a filmului. Mecanismul conductivității este complex, dar este evident că rolul principal îl joacă procesele de emisie, în urma cărora electronii se transferă de la o insulă la alta. Principalele sunt considerate a fi emisia termoionică, îmbunătățită prin scăderea barierei din cauza decalajelor mici dintre insule, a emisiei de câmp și a tranziției prin substrat. Valoarea înaltă a tensiunii apare datorită faptului că întreaga cădere de tensiune este concentrată în golurile dintre insulele metalice. Când se deplasează de la o insulă la alta, electronii dobândesc o energie cinetică mai mare, dar impulsul lor este direcționat de-a lungul filmului. Dar, mai târziu, atunci când se deplasează de-a lungul insulei, are loc împrăștierea, în urma căreia, cu mici modificări ale energiei electronilor, se poate produce o schimbare puternică a direcției de mișcare a celor care se deplasează spre exteriorul insula sunt capabile să depășească bariera de la graniță cu vid. Utilizarea unor astfel de emițători este limitată de lipsa tehnologiei care să permită crearea unor sisteme de film reproductibile ca formă, dimensiune și locație.
Condițiile necesare pentru încălzirea gazului de electroni pot fi create și la pn- tranziţie. Figura 3.5.9 prezintă diagrama energetică pentru acest caz. Dacă o tensiune este aplicată joncțiunii în direcția de blocare, atunci energia din partea inferioară a benzii de conducție în r-zonele pot fi mai multa energie nivel de vid (Fig. 3.5.9. b). Prin urmare, electronii care se deplasează din p- Pentru n- tip și care nu au pierdut porțiuni mari de energie la trecerea prin stratul superior, au posibilitatea de a ieși în vid.
Grosimea stratului superior și lățimea zonei sunt extrem de importante. pn- tranziţie. Acestea trebuie să fie cât mai subțiri posibil pentru a asigura o eficiență suficientă.
Figura 3.5.10 arată dependenţa curentului de emisie de tensiunea la rp-jonctiune formata pe baza de siliciu. Deja câțiva volți sunt de ajuns pentru a produce curenți de ordinul zecilor și sutelor de microamperi. Cât de importante sunt procesele de împrăștiere în stratul de suprafață poate fi judecat din dependențele curentului de emisie de temperatură prezentate în Fig. 3.5.11 pentru rp-
tranziție formată în stratul de suprafață de SiC prin diverse metode. O creștere a temperaturii duce la o scădere semnificativă a curentului de emisie datorită creșterii împrăștierii electron-fonon. Difuzarea electronilor de către fononi acustici duce la o dependență exponențială de temperatură: 
(3.5.2)
unde a este un coeficient în funcție de proprietățile semiconductorului. Pe măsură ce tensiunea crește, curentul prin diodă crește eu, iar curentul de emisie crește și mai mult eu E. După cum se poate observa din figură, o creștere de cinci ori eu determină o creștere a curentului de emisie cu 2-3 ordine de mărime.
Emisia de electroni este posibilă și în cazul în care rp- tranziția este situată perpendicular pe suprafață (Fig. 3.5.12). Ca și în cazul filmelor dispersate, bariera de la suprafață va fi depășită de acei electroni de înaltă energie care, după împrăștiere, primesc un impuls îndreptat normal la suprafață.
Un obstacol pentru largi aplicare practică rp-joncțiunile ca emițători au cerințe stricte pentru menținerea proprietăților la suprafață. Prezenţa stărilor de suprafaţă şi 
adsorbția particulelor se poate schimba radical structura electronica. Acest lucru, la rândul său, afectează imediat eficiența emițătorului. În plus, calitatea este de mare importanță rp- tranziţie. Ar trebui să fie destul de ascuțit. În caz contrar, termoliza electronilor va avea loc înainte ca aceștia să dobândească energia cinetică necesară.
În 1936 Malter s-a descoperit un fenomen care s-a numit Efectul Malter și care este apropiat ca mecanism de procesele discutate mai sus. El a examinat emisia secundară de electroni din aluminiul oxidat și a descoperit un comportament clar anormal al curentului de emisie. Ulterior, rezultate similare au fost obținute pentru alte straturi dielectrice, cum ar fi cuarț, mica, B203, KCI, MgO etc. Studii ulterioare au arătat că pentru a obține emisia de electroni dintr-un sistem metal-izolant nu este necesară iradierea cu electroni primari. Rolul acestor electroni este doar de a crea și menține o sarcină pozitivă pe suprafața peliculei dielectrice, rezultată din ionizare. Acest lucru se poate realiza în alte moduri: de exemplu, prin iluminarea suprafeței cu lumină sau iradierea suprafeței cu ioni pozitivi, sau chiar prin plasarea unui strat dielectric pe suprafață. plasă metalicăși oferindu-i potențial pozitiv.
Diferența dintre acest tip de emisie constă, în primul rând, în anormal de mare
magnitudinea curentului secundar, care în unele cazuri în 1000
ori mai mare decât cea primară. Aceasta este ordine de mărime mai mare decât ceea ce se observă în mod normal. O altă caracteristică este că cantitatea de emisie s-a dovedit a fi extrem de sensibil la grosime
strat de oxid. Emisia de electroni atinge valoarea maximă la grosimi din interval 0,2...10 µm. Poate cea mai frapantă caracteristică este inerţie
. Curentul de electroni crește cu timpul și atinge valoarea staționară abia după 0,1...150s(Fig. 3.5.13) după începerea bombardamentului cu particule primare. În plus, mărimea curentului staționar este semnificativ depinde de tensiunea la anod
. După oprirea fasciculului primar, emisia nu dispare instantaneu. Mai mult, timpul de dezintegrare poate ajunge la ore și zile. Figura 3.5.14 arată modificarea curentului după oprirea fasciculului de electroni primar. Chiar și după două ore, se observă emisia de electroni, iar valoarea curentă este de câteva zecimi μA.
Sa demonstrat experimental că procesele principale sunt cele care au loc în filmul dielectric. Proprietățile metalului nu sunt foarte importante. Toate acestea ne-au permis să ajungem la concluzia că principalul lucru este prezența unui câmp electric puternic în film, dar metoda de creare a acestuia nu contează.
Există mai multe opțiuni pentru explicarea acestui fenomen, dintre care cea propusă este cea mai de preferat. Jacobson
. El a folosit faptul că emisia de electroni brusc eterogen
la suprafata. Acest lucru ne-a permis să presupunem că rol important joacă goluri și pori care sunt de obicei prezenți în filmul dielectric (Fig. 3.5.15 O). Într-un film continuu al unui dielectric având o bandă interzisă largă, calea liberă medie a electronilor nu este atât de lungă încât procesele de excitare a electronilor din banda de valență să fie eficiente. Este o altă chestiune dacă există goluri. Când se deplasează în ele, electronii nu experimentează împrăștiere și pot câștiga energie, care este suficientă pentru a forma chiar și un pachet de electroni secundari. La rândul său, ionizarea duce la apariția unor sarcini pozitive, a căror neutralizare de către electroni rapizi este dificilă. Acest lucru duce la apariția unui câmp electric puternic, care asigură emisia de câmp din substratul metalic. După încheierea efectului de stimulare, recombinarea electronilor cu centrii încărcați pozitiv are loc lent, ceea ce este asociat cu probabilitatea scăzută a acestui proces la viteze mari ale electronilor. Acest lucru asigură curenți de emisie semnificativi pentru perioade lungi de timp.
timp după încheierea stimulului. Dar, poate, varianta mai preferabilă este cea care presupune prezența porilor traversați (Fig. 3.5.15.b), deoarece în acest caz trecerea electronilor este posibilă fără a se deplasa prin cristalele dielectrice.
Emisia explozivă
În modul static, de la vârf se pot obține curenți destul de mari. Când se utilizează catozi din metale refractare, cum ar fi wolfram, molibden, niobiu, este posibil să se obțină curenți staționari de până la câteva zeci de µA, care corespunde unei densităţi de curent a ordinului 10 4 A/cm 2 (în unele cazuri, cu o formă specială a vârfurilor, până la 10 7 A/cm 2).
În acest caz, proprietățile catodului de emisie de câmp rămân neschimbate. Totuși, dacă trecem peste unele caracteristici a acestui material valoarea intensității câmpului electric, încep modificări, adesea ireversibile. Studiul unor astfel de procese prezintă un mare interes atât din punct de vedere teoretic, cât și din punct de vedere practic. Acesta din urmă este asociat nu numai cu utilizarea catozilor de câmp în astfel de moduri extreme pentru a obține fascicule puternice de electroni pulsați, ci și în legătură cu problema defalcării. Se poate presupune că emisia de câmp din microproeminențe este declanșatorul dezvoltării sale în sistemele macroscopice.
Este convenabil să se efectueze studii la densități mari ale curentului selectat într-un mod pulsat: se aplică un impuls de tensiune dreptunghiular și se înregistrează oscilograma corespunzătoare a curentului de emisie. eu(t). Figura 3.6.1 prezintă o succesiune de oscilograme de curent obţinute pe măsură ce tensiunea creşte. Creșterile la începutul și la sfârșitul pulsului sunt cauzate de procese tranzitorii din circuitul de măsurare.
La tensiuni joase forma eu(t) repetă dependența tensiunii în timp ( O). În plus, timpul actual de creștere este mai mic 10 -11 sși, aparent, este limitat doar de capacitățile tehnice ale echipamentului utilizat. Aceasta înseamnă că procesul de autoemisie este practic fără inerție. Pe măsură ce amplitudinea tensiunii crește, pornind de la o anumită valoare, se observă o creștere a curentului de emisie de câmp, gradul căruia depinde de amplitudine Vși durata pulsului (curbe dumnezeu). Creșterea curentului în limite relativ mici poate fi explicată prin încălzirea vârfului datorită curentului care curge. În cele din urmă, la câmpuri foarte înalte, vârful explodează. În acest caz, pe oscilograma curentă (Fig. 3.6.1, curbă d) se pot distinge mai multe zone caracteristice, prezentate schematic în Fig. 3.6.2. În stadiul I, are loc o schimbare relativ lentă a curentului. Acesta, începând de la un anumit moment - t înapoi- se înlocuiește cu o creștere bruscă a curentului (II). La sfârșitul impulsului, valoarea curentului este cu două până la trei ordine de mărime mai mare decât valoarea curentă din secțiunea I. În următoarea etapă (III), se observă din nou o creștere lentă eu,înlocuit cu un nou salt de curent (IV). Timpul de trecere la a doua etapă este legat de densitatea curentului care curge. S-a demonstrat experimental că într-o gamă largă de curenți este valabilă următoarea relație:
j 2 t înapoi =4×10 9 A 2 ×s/cm 4(3.6.1)
În a doua etapă, vârful explodează, ceea ce duce la defalcare și la apariția unei descărcări de arc. În acest caz, o torță luminoasă apare lângă vârf, lanternă catodică (Fig. 3.6.3), care se deplasează ulterior la anod.
Mecanismul de apariție a curentului de emisie și caracteristicile modificării acestuia (prezența unui timp de întârziere, apariția radiației luminoase etc.) fac posibilă distingerea acestui tip de emisie într-una specială, diferită de AEE - emisie de electroni explozivi .
Care este mecanismul emisiei explozive? S-ar putea crede că la densități mari de curent de emisie de câmp, secțiuni individuale ale vârfului sunt încălzite într-o asemenea măsură încât materialul catodic se evaporă (Fig. 3.6.4). Ca urmare 
apare un nor de vapori ai cărui atomi sunt ionizați 
datorită, în primul rând, ionizării într-un câmp electric puternic și, de asemenea, în al doilea rând, datorită împrăștierii electronilor câmpului energetic de către aceștia. Se formează o plasmă formată din electroni și ioni pozitivi. În plus, nu este neutru. Electronii au o viteză mult mai mare decât ionii datorită masei lor reduse. Sunt înaintea ionilor. În plus, există un câmp electric extern puternic care aspiră electronii din plasmă. Astfel, la suprafață se creează o sarcină pozitivă necompensată, care, la rândul său, îmbunătățește câmpul de emisie de câmp la suprafața catodului în întreaga regiune în care există plasmă densă și, prin urmare, crește și mai mult curentul de emisie. Deoarece suprafața ocupată de această plasmă este mai mare decât dimensiunea zonei inițiale, aceasta duce la încălzirea zonelor învecinate, topirea și formarea de noi micropuncte pe acestea datorită forțelor ponderomotoare care acționează din câmpul extern și plasmă și explozia lor ulterioară. (Fig. 3.6.5). Ca rezultat, plasma acoperă o parte semnificativă a suprafeței. Ulterior, plasma se răspândește pe întregul spațiu dintre catod și anod.
Rezultatele experimentale arată că cea mai mare parte a electronilor implicați în emisia explozivă este emisă de catod, mai degrabă decât rezultă din ionizarea particulelor evaporate. Acest lucru a fost demonstrat prin măsurarea substanței transferate de la catod la anod. Estimările au arătat că pentru un atom transferat există 100 și mai mulți electroni. Cantitatea mică de masă transferată permite ca vârfurile să fie folosite în mod repetat. În acest caz, este posibil să se obțină curenți colosali care nu sunt realizabili prin alte metode. Într-un puls de durată ~ 100 ns puteți obține un curent al comenzii 100 kA.
În acest caz, pe suprafața catodului apar modificări ireversibile. Ca exemplu, Fig. 3.6.6 prezintă imagini microscopice electronice ale suprafeței unui vârf de oțel, obținute înainte și după un impuls de tensiune cu o amplitudine de 400 kV. Se vede clar că pe suprafața inițial mai mult sau mai puțin plană apar proeminențe și depresiuni dimensiuni mari. Aceasta indică topirea suprafeței și formarea de proeminențe sub acțiunea forțelor ponderomotrice.
efectul Nottingham– degajarea de căldură la catod în timpul emisiei de câmp și absorbția de căldură în timpul emisiei de câmp termic, cauzate de diferența dintre energia medie a electronilor care se apropie de suprafața catodului și părăsesc aceasta. La temperaturi scăzute (la emisie de câmp), distribuția energiei electronice nu este practic diferită de distribuția Fermi la zero absolut. Prin urmare, electronii a căror energie este puțin mai mică decât nivelul Fermi trec prin bariera de potențial în vid. În acest caz, emițătorul este încălzit datorită energiei electronilor care vin din circuitul electric către nivelurile eliberate. În cazul emisiei de câmp termic (la temperatură ridicată), electronii lasă niveluri peste nivelul Fermi. Umplerea acestor niveluri cu electroni care vin din circuit duce la răcirea emițătorului. Descoperit de W. B. Nottingham în 1941.
Efectul Malter– emisia de electroni în vid dintr-un strat dielectric subțire pe un substrat conducător în prezența unui câmp electric puternic în strat. Descoperit de inginerul radio american L. Malter în 1936 în stratul A1 2 O 3 + Cs 2 O de pe A1. curentul de emisie crește rapid odată cu creșterea tensiunii anodului. Efectul Malter este cauzat de prezența unui câmp electric puternic în strat, care duce la emisia de câmp din substrat în strat.
Când corpurile intră în contact cu vidul sau gazele, se observă emisia de electroni - eliberarea de electroni de către corpuri sub influența influențelor externe: încălzire ( emisie de electroni termici) flux de fotoni ( fotoemisia), fluxul de electroni ( emisie secundară), flux de ioni, câmp electric puternic ( auto-electronice sau emisie rece), influențe mecanice sau alte influențe „deteriorează structura” ( emisii auto-electronice).
În toate tipurile de emisii, cu excepția emisiei de câmp, rolul influențelor externe se reduce la creșterea energiei unei părți a electronilor sau a electronilor individuali ai corpului până la o valoare care să le permită să depășească pragul potențial de la limita corp cu eliberare ulterioară într-un vid sau alt mediu.
Efectul Malter se aplica:
O metodă de monitorizare a adâncimii unui strat de suprafață deteriorat de plachete semiconductoare, caracterizată prin aceea că, pentru a permite automatizarea și simplificarea procesului de control, placheta este încălzită la o temperatură corespunzătoare maximului emisie exoelectronica, care este controlată prin una dintre metodele cunoscute, iar adâncimea stratului deteriorat este determinată de poziția vârfului de emisie;
O turbină electronică care conține un catod și un anod plasate într-un cilindru de vid și un rotor cu palete plasate între ele, caracterizată prin aceea că, pentru a crește cuplul pe arborele turbinei, rotorul acesteia este realizat sub forma unui set de cilindri coaxiali cu palele de ghidare fixe sunt instalate între cilindrii rotorului și au un strat care asigură emisie secundară de electroni, de exemplu, antimoniu-cesiu. În cazul emisiei de câmp, un câmp electric extern transformă pragul de potențial la limita corpului într-o barieră de lățime finită și își reduce înălțimea în raport cu înălțimea pragului inițial, în urma căruia devine posibil. tunelul mecanic cuantic electroni prin barieră. În acest caz, emisia are loc fără consum de energie câmp electric;
O metodă de măsurare a concentrației volumetrice de hidrocarburi în sistemele de vid prin descompunerea termică a hidrocarburilor pe un catod de câmp cu punct încălzit și înregistrarea timpului de acumulare a carbonului pirolitic la una dintre concentrațiile de referință, caracterizată prin aceea că, pentru a crește precizia măsurare, timpul de acumulare a carbonului se înregistrează prin modificarea valorii curentului electronic de câmp. Prezența peliculelor dielectrice subțiri pe suprafața metalului în câmpuri puternice nu interferează cu trecerea electronilor prin bariera de potențial. Acest fenomen se numește Efect Molter;
Tub de stocare cu raze catodice cu grile de ecran, caracterizat prin aceea că, pentru a stoca înregistrarea pe termen nelimitat, una dintre grile de ecran, care servește ca purtător de potențial, este realizată din metale care emit emisie secundară de electroni, acoperită cu o peliculă dielectrică și având efect.
Tunnelul de electroni prin barierele de potențial este utilizat pe scară largă în dispozitivele semiconductoare speciale - diode tunel. Înălțimea barierei tunelului poate fi influențată nu numai de câmpul electric, ci și de alte influențe.
Acesta este utilizat și într-un dispozitiv care permite detectarea domeniilor magnetice cu un diametru interior de cel mult 1 μm, pe baza determinării modificării nivelului Fermi a electrodului studiat prin modificarea înălțimii barierei tunelului și a efectului acestuia. asupra valorii rezistenţei joncţiunii tunelului. Dispozitivul este aplicabil în dispozitivele de memorie magnetice pe termen lung și cu acces aleatoriu.
Și, de asemenea, într-un dispozitiv pentru măsurarea presiunii de contact a unei benzi pe un cap magnetic, care conține elemente elastice și senzori, caracterizat prin aceea că, pentru a efectua simultan măsurarea integrală și discretă a presiunii specificate, dispozitivul de măsurare este realizat sub forma dintr-un semicilindru, constând din elemente elastice care se formează pe capul magnetic al corpului, în timp ce cealaltă margine a semicilindrului este eliberată, iar sub fiecare bandă a pieptenului este instalat un senzor, de exemplu, cu efect de tunel. .
Efect de tunel– depășirea unei bariere potențiale de către o microparticulă în cazul în care energia sa totală este mai mică decât înălțimea barierei. Probabilitatea trecerii prin barieră este principalul factor care determină caracteristicile fizice ale efectului de tunel. Această probabilitate este mai mare cu cât masa particulei este mai mică, cu atât bariera potențială este mai îngustă și cu atât îi lipsește particulei mai puțină energie pentru a atinge înălțimea barierei. În cazul unei bariere de potențial unidimensionale, caracteristica este coeficientul de transparență al barierei, egal cu raportul dintre fluxul de particule care trece prin aceasta și debitul furnizat barierei. Un analog al efectului de tunel în optica undelor: pătrunderea unei unde luminoase într-un strat reflectorizant în condițiile în care, din punctul de vedere al opticii geometrice, are loc o reflexie internă totală.
Aplicație: în radioelemente bazate pe efectul tunel - diode tunel.
Emisia termoionică– emisia de electroni de către corpurile încălzite în vid sau în alte medii. Numai acei electroni a căror energie este mai mare decât energia unui electron în repaus în afara corpului pot părăsi corpul. Numărul de astfel de electroni la T-300 K este foarte mic și crește exponențial cu temperatura. Prin urmare, curentul de emisie termoionică este vizibil numai pentru corpurile încălzite. În absența unui câmp electric „de aspirație”, electronii emiși formează o sarcină spațială negativă lângă suprafața emițătorului, limitând curentul de emisie termoionică.
Emisia termoionică stă la baza funcționării catozilor termoelectrici utilizați în multe dispozitive electrice de vid și descărcare în gaz.
Convertorul de energie termoionică este un dispozitiv pentru transformarea energiei termice în energie electrică pe baza fenomenului descris mai sus. Acțiunea sa se bazează pe următorul proces: electronii „se evaporă” din catod (suprafața unui metal fierbinte cu o funcție de lucru ridicată), care, după ce zboară prin golul interelectrod, se „condensează” pe anod (metal rece); un curent curge în circuitul extern eficiența acestuia depășește 20%.
Emisia ion-electron– emisia de electroni de pe suprafața unui solid în vid atunci când suprafața este bombardată cu ioni; Coeficientul de emisie ion-electron y este egal cu raportul dintre numărul de electroni emisi n i și numărul de ioni incidenti pe suprafața n j. Pentru ionii lenți, y este practic independent de energia și masa mj, dar depinde de sarcina lor (pentru ionii încărcați individual y ≈ 0,2, pentru ionii cu încărcare multiplă y poate depăși unitatea).
Emisia ion-electron depinde, de asemenea, de energia de ionizare și excitația ionilor din funcția de lucru a substanței țintă. Când viteza ionului atinge 6-7-10 6 cm/s, caracterul său se schimbă brusc.
La început, y crește proporțional cu ej, apoi pe măsură ce (si)" 2, la Vj = 10 8 - 10 9 cm/s se atinge un maxim, apoi scade.
Dacă un ion lent se apropie de suprafața unui solid, un electron din solid poate merge la ion și îl poate neutraliza. O astfel de tranziție este însoțită de eliberarea de energie și unii dintre electronii care au primit-o pot părăsi corpul. Când este bombardat de ioni rapizi, are loc un schimb electric intens, în care electronul zboară în vid.
Emisia de electroni rezultată din încălzire se numește emisie termoionică (TE). Fenomenul TE este utilizat pe scară largă în dispozitivele cu vid și cu gaz.
- Emisie electrostatică sau de câmp
Electrostatică (emisia de câmp) este emisia de electroni cauzată de prezența unui câmp electric puternic la suprafața unui corp. În acest caz, electronii corpului solid nu sunt transmise energie suplimentară, dar datorită modificării formei barierei de potențial, aceștia dobândesc capacitatea de a ieși în vid.
Emisia de fotoelectroni (PE) sau efectul fotoelectric extern este emisia de electroni dintr-o substanță sub influența radiației incidente pe suprafața acesteia. FE este explicat pe baza teoriei cuantice a solidelor și a teoriei benzilor solide.
Emisia de electroni de către suprafața unui corp solid atunci când este bombardat cu electroni.
Emisia de electroni de către un metal atunci când este bombardat cu ioni.
Emisia de electroni ca urmare a exploziilor locale ale regiunilor microscopice ale emițătorului.
Emisia de electroni de pe suprafețele ultrareci răcite la temperaturi criogenice. Un fenomen puțin studiat.
Vezi de asemenea
Scrieți o recenzie despre articolul „Problemă electronică”
Extras care caracterizează Emisia electronică
- Cere întăriri? – spuse Napoleon cu un gest furios. Adjutantul a plecat afirmativ capul și a început să raporteze; dar împăratul s-a întors de la el, a făcut doi pași, s-a oprit, s-a întors înapoi și l-a chemat pe Berthier. — Trebuie să dăm rezerve, spuse el, desfăcându-și ușor mâinile. – Cine crezi că ar trebui trimis acolo? - s-a îndreptat către Berthier, către acest oison que j"ai fait aigle [pânzăcul pe care l-am făcut vultur], așa cum l-a numit mai târziu.— Domnule, ar trebui să trimit divizia lui Claparède? – a spus Berthier, care a memorat toate diviziile, regimentele și batalioanele.
Napoleon dădu din cap afirmativ.
Adjutantul galopă spre divizia lui Claparede. Și câteva minute mai târziu, tânărul gardian, care stătea în spatele movilei, s-a mutat de la locul lor. Napoleon se uită în tăcere în această direcție.
„Nu”, se întoarse brusc către Berthier, „nu pot să-l trimit pe Claparède”. Trimite divizia lui Friant, spuse el.
Deși nu a existat niciun avantaj în trimiterea diviziei lui Friant în locul lui Claparède și chiar a existat un inconvenient evident și o întârziere în a opri acum Claparède și a trimite Friant, ordinul a fost executat cu precizie. Napoleon nu a văzut că în raport cu trupele sale juca rolul unui medic care interferează cu medicamentele sale - un rol pe care l-a înțeles și condamnat atât de corect.
Divizia lui Friant, ca și celelalte, a dispărut în fumul câmpului de luptă. Adjutanții au continuat să sară din direcții diferite și toți, parcă de acord, au spus același lucru. Toată lumea a cerut întăriri, toată lumea a spus că rușii își țin terenul și produc un feu d'enfer [focul iadului], din care se topea armata franceză.
La nodurile rețelei cristaline ale metalelor există ioni pozitivi, iar electronii se mișcă liber între ei. Ele par să plutească pe întregul volum al conductorului, deoarece forțele de atracție față de ionii pozitivi ai rețelei care acționează asupra electronilor liberi aflați în interiorul metalului sunt, în medie, echilibrate reciproc. Acțiunea forțelor de atracție ale ionilor pozitivi asupra electronilor îi împiedică pe aceștia din urmă să treacă dincolo de suprafața metalului.
Doar cei mai rapizi electroni pot depăși această atracție și pot zbura din metal. Cu toate acestea, electronul nu poate părăsi complet metalul, deoarece este atras de ionul de suprafață pozitiv și de sarcina care a apărut în metal din cauza pierderii electronului. Rezultanta acestor forțe de atracție nu este zero, ci este direcționată în metal perpendicular pe suprafața acestuia (Fig. 1).
După ceva timp, electronul, sub influența acestor forțe, se poate întoarce în metal. Printre electronii aflați în apropierea suprafeței metalului, vor exista un număr mare de electroni care vor părăsi temporar metalul și apoi vor reveni înapoi. Acest proces seamănă cu evaporarea unui lichid. În cele din urmă, se stabilește un echilibru dinamic între electronii plecați și cei care revin. Astfel, la limita metalului cu vidul, apare un strat dublu de sarcini electrice, al cărui câmp este similar cu câmpul unui condensator plat. Câmpul electric al acestui strat poate fi considerat uniform (Fig. 2). Diferența de potențial din acest strat se numește diferența de potențial de contact dintre metal și vid.
Acest strat dublu electric nu creează un câmp în spațiul cosmic, dar împiedică electronii să scape din metal.
După cum arată calculele și experimentele speciale, grosimea acestui strat este mică și egală cu aproximativ 10 -10 m.
Deci să las metalul și să intru mediu, electronul trebuie să facă lucrul A împotriva forțelor de atractivitate din sarcina pozitivă a metalului și împotriva forțelor de respingere din norul de electroni încărcat negativ. Este aproximativ egal cu A in = e, unde e este sarcina electronului. Pentru a face acest lucru, electronul trebuie să aibă suficientă energie cinetică.
Lucrul minim A pe care trebuie să îl facă un electron datorită energiei sale cinetice pentru a părăsi metalul și a nu se întoarce la el se numește functia de lucru.
Funcția de lucru depinde numai de tipul de metal și de puritatea acestuia. Funcția de lucru este de obicei măsurată în electron volți (eV).
Pentru metale pure A in este câțiva electroni volți. Deci, de exemplu, pentru cesiu valoarea sa este de 1,81 eV, pentru platină 6,27 eV.
Se numește eliberarea de electroni liberi dintr-un metal emisie de electroni. În condiții normale conditii externe emisia de electroni este slab exprimată, deoarece energia cinetică medie a mișcării termice haotice a majorității electronilor liberi din metale este mult mai mică decât funcția de lucru. Pentru a crește intensitatea emisiei, energia cinetică a electronilor liberi trebuie mărită la valori egale sau mai mari decât funcția de lucru. Acest lucru poate fi realizat în diverse moduri. În primul rând, prin crearea unui câmp electric de intensitate foarte mare (E ~ 10 6 V/cm), capabil să smulgă electroni din metal - emisie rece. Această emisie este utilizată în microproiectoarele electronice. În al doilea rând, prin bombardarea metalului cu electroni, accelerați anterior de un câmp electric la o viteză foarte mare, - emisie secundară de electroni. În al treilea rând, iluminarea intensă a suprafeței metalice - fotoemisia. Efectul fotoelectric extern și proiectarea unei fotocelule în vid se bazează pe fenomenul fotoemisiei. În al patrulea rând, încălzirea metalului - emisie termoionică. Electronii emiși de un corp încălzit se numesc termoionicăși acest corp însuși - emițător.
