электровакуум.приборы (1084498), страница 6
Текст из файла (страница 6)
~а|е Результирующая кривая 3 получена иу- л тем алгебРаического сложениЯ оРдинат 1 ~ к У.= е Ух= —, кривых 1 и 2. Из нее видно, что высота потенциального барьера снижается на дер, т. е. р, = р, — Лчг и, следовательно, электрону приходится совершать работу И', меньшую чем И',. Рис. 2.3.
Влияние внепмао электрического поля на потенциальный барьер 25 С учетом эффекта Шоттки выражение для плотности тока термоэлектронной эмиссии имеет следующий вид: уа 1 еа,зос /Т (2.3) где Уэ определяется по (2.1); Š— напряженность электрического поля. Формула (2.3) показывает, что плотность тока термоэпектронной эмиссии катода увеличивается при наличии внешнего ускоряющего поля. Эта формула справедлива только для катодов, имеющих идеально гладкую поверхность. Йпя катодов с шероховатой поверхностью, где напряженность поля меняется от точки к точке, ток эмиссии может значительно возрасти. 2.4. ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотозффект) — эмиссия электронов из вещества под цействием падающего на его поверхность излучения.
Фотоэффект бып открыт Г. Герцем, фундаментальные исследования этого явления выполнены А. Столетовым, а теоретические обьяснения с точки зрения квантовой теории света даны А. Эйнштейном. В злектровакуумных приборах практическое применение имеет фотоэлектронная эмиссия с поверхности твердых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Рассмотрим основные закономерности фотоэлектронной эмиссии. Ток эмиссии 1ф прямо пропорционален падающему потоку излучения Ф при условии неизменности его спектрального состава (закон Столетова) 1ф= ЗФ, где 5 — коэффициент пропорциональности, называемьй чувствительностью фа гоэмиггера. Дпя каждого вещества при определенном состоянии его поверхности и температуре Т = О К существует минимальная частота ио или максимальная длина волны Ло (" красная граница") спектра излучения, за которой фотоэлектронная эмиссия не наблюдается.
Максимальную длину волны Ло называют Длинноволновым порогом фотоэффекта. а соответствующую частоту ио =с/ Ло — пороговой частотой. Энергия фотонов в электрон-вольтах и длина волны излучения в нанометрах связаны соотношением Ьи= пс/Л= 1236/Л. Зная длинноволповый порог фотоэффекта, можно найти наименьшую энергию фотонов, при которой возникает фотоэлектронная эмиссия Ьоо = 1236/Ло. 26 Рис. 2,4. К объяснению явления фотоэлектронной эмиссии иэ металлов Максимальная начальная кинетическая энергия фото электронов, покидающих твердое тело, линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности (закон Эйнштейна).
Закон Эйнштейна прецставляет собой частный случай закона сохранения и превращения энергии для одного элементарного акта фотоэффекта. Объяснение закономерностей фотоэлектронной эмиссии базируется на следующих положениях. Каждый фотон, энергия которого равна Ьо, проникая в твердое тело, взаимодействует только с одним свободным электроном. Электрон с энергией И', поглотив один фотон, увеличивает свою энергию на йи, т. е. Ие = И~+ Электроны, энергия которых Ие больше полной работы выхоца И~ю а скорость направлена в сторону поверхности твердого тела, могут преодолеть потенциапьньй барьер и покинуть тело. При этом следует учитьвать, что на пути к поверхности часть энергии электрона может рассеяться. Количественной характеристикой фотоэлектронной эмиссии является квантовый выход у, под которым понимают отношение числа вылетевших электронов к числу падающих на фотокатод фотонов 1'= ~е//Уф (2.4) Величина У зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.
Составим уравнение баланса энергии электрона, участвующего в эмиссии (рис. 2.4): И'+ йн — ЬЬ' — И~а = патэ/2, где ЬЮ вЂ” энергия, рассеянная электроном на пути к поверхности твердого тела. Очевицно, что максимальной энергией (патэ/2) будут обладать те электроны, которые до поглощения энергии фотона имели максимальную энергию Имея. Разность Иа — Июе„равна энергии, которую нужно сообщить электрону, имевшему максимальную энергию при Т = О К, для того чтобы он мог покинуть твердое тело. Очевидно, что эта энергия, мазываемая работой выхода при внешнем фотоэффекте или фогоэлекгрон- 27 (2.5) 05 ' о ип впо ~гаа и,е уттиттер КатИ о = пз/пч = 1г%. 28 29 мой работой выхода, равна яро. Тогда выражение для максимальной энергии вылетающих электронов может быть записано в виде (туч ~ 2) тех т Ь и — Ь по, Уравнение (2.5) является математическим выражением закона Эйнштейна. При Т = О К наивысший заполнепньш уровень Я5„е» в металле совпадает с уровнем Ферми И'„, поэтому для металла йра = е ре.
В полупроводниках работа выхода ечзо может значительно отличаться от фотоэлектронной работы выхода йие. Это различие зависит от ширины запрещенной зоны и типа проводимости полупроводника. Следует отметить, что внешнее ускоряющее поле, как и в случае термоэлектронной эмиссии, увеличивает фотоэмиссию за счет снижения потенциального барьера эмиттера. 2.5. ВТОРИЧНАЯ ЭДЕКТРОИНАЯ ЭМИССИЯ Вторичная электронная эмиссия (вторичная эмиссия) — эмиссия электронов, обусловленная бомбардировкой поверхности эмиттера электронами или ионами. Электроны, бомбардируюшие поверхность эмиттера, принято называть первичными, а испускаемые телом вторичными. Предположим, что поток из л, первичных электронов эмитируется катодом и под действием ускоряющего напряжения направляется Рнс.
2.5. Схематическое изображение траекторий пани»пня зпектронов в объеме змнттера Рнс. 2.6. Зюнснмость коэффициента вторичной П эмиссии О от напряженая ускорения первичных зпектронов ту, Мо, РЯ к эмиттеру (вторично. электронному катоду) . Часть первичных электронов пу испытьвает упругое отражение (рис. 2.5), другая часть проникает внутрь тела и отдает там свою энергию электронам змиттера. При этом одни первичные электроны могут полностью рассеять свою энергию и остаться в эмиттере, другие, затратив часть энергии и испытав неупрутое отражение„выйти из эмиттера — и„.
Внутренние вторичные электроны возникают на различных расстояниях от поверхности эмиттера. Получив избыточную энергию от первичных электронов они движутся в различных направлениях объема тела, рассеивая энергию. Те из них, которые сохраняют при движении к границе тело— вакуум энергию„достаточную для преодоления потенциального барьера, и покидают змиттер, составляют поток истинно вторичных электронов и„,, На рисунке сплошной линией показаны примерные траектории движения в объеме эмиттера первичных электронов, тонкой линией — вторичных электронов, а кружками обозначены места их зарождения.
Таким образом, поток вторичных электронов не однороден по составу и включает в себя лоток истинно вторичных электронов и„„ упруго- и неупругоотраженных электронов (пу и п„соответственно): Вторичная эмиссия количественно характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии о, представляющим собой отношение числа вторичных электронов пт к числу первичных и, или отношение вторичного тока 1г к первичному 1,; Коэффициент о зависит от материала эмиттера, состояния его поверхности, структуры и плотности, энергии первичных электронов и угла их пацения.
Зависимость о от напряжения ускорения первичных электронов показана на рис. 2.6. При увеличении ускоряющего напряжения (энергии первичных электронов), коэффициент и в начале плавно возрастает, переходит через максимум, а затем медленно падает. Значения о„,а„и »1тях зависят от материала эмнттера. Рост коэффициента о объясняется тем, что при увеличении скорости первичных электронов возрастает их глубина проникновения в эмвттер. Поэтому увеличивается и число вторичных электронов, вылетающих с данной глубины. При дальнейшем дп и Вторичная электронная эмиссия лежит в основе работы фотоэлектронных умножителей, приемных, передающих, запоминающих трубок и других приборов.
Вторичная эмиссия может происходить также при бомбардировке поверхности эмиттера тяжелыми частицами — ионами. Такая эмиссия наблюдается иэ катодов при некоторых видах электрического разряда в газе (см. $ 25.2). 1 0 50 700 И/ за Рис. 20. Условия выхода вторичных электронов в зависимости от угла падения ~р (Ьы Ьз — длина пробега первичных электронов) Рис. 2.В.
Относителыюе распределение вторичных электронов по энергиям увеличении ускоряющего напряжения первичные электроны проникают на глубину, превосходящую некоторую предельную Л» для данного вещества, и а уменьшается. Выход вторичных электронов с глубин, больших предельной, затруднен нэ-эа рассеяния энергии при многочисленных столкновениях с электронами эмиттера. Дпя большинства чистых металлов значение и„, „невелико (0,5— 1,8). В фотоэлектронных умножнтелях для получения больших значений пм „применяют полупроводниковые материалы и окисленные сплавы, например А1МЕ, АЕМ8, Сне. Зависимость коэффициента и от угла падения показана на рис. 2.7. Угол падения отсчитывается от нормали к поверхности эмиттера до направления движения первичных электронов, Установлено, что при увеличении угла падения р значение и возрастает. Чем больше угол падения и, тем ближе к поверхности образуются вторичные электроны и, следовательно, больше вероятность их выхода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
