И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Электростатическая эмиссия значительно усиливается при шероховатой поверхности, что объясняется концентрацией поля у микроскопических выступов этой поверхности. При наличии активирующих, особенно оксидных, покрытий электростатическая эмиссия также усиливается. Помимо уменьшения работы выхода, свойственного оксидному слою, здесь играет роль проникновение внешнего поля в полупроводниковый оксидный слой и шероховатость поверхности оксида.
Вторичная электронная эмиссия обусловлена ударами электронов о поверхность тела. При этом ударяющие электроны называются нервнчными. Они проникают в поверхностный слой н отдают свою энергию электронам данного вещества. Некоторые из последних, получив значительную энергию, могут выйти из тела. Такие электроны называются вторичными.
Вторичная эмиссия обычно возникает при энергии первичных электронов 10 — !5 эВ и выше. Если энергия первичного электрона достаточно велика, то он может выбить несколько вторичных электронов. Вторичная эмиссия характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии о, который равен отношению числа вторичных электронов н2 к числу первичных н,: 115.5) о = нэ~н!. Коэффициент о зависит от вещества тела, структуры его поверхности, энергии первичных электродов, угла их падения и некоторых других факторов.
Для чистых металлов максимальное значение о бывает в пределах 0,5 — 1,8. При наличии активирующих покрытий о дости- гает 10 и более. Для интенсивной вторичной эмиссии применяют сплавы магния с серебром, алюминия с медью, бериллия с медью и др. У них коэффициент о может быть в пределах 2 — 12 и больше, причем эмиссия более устойчива, нежели у других веществ, Вторичная эмиссия наблюдается также у полупроводников и диэлектриков. На рис.
15.5 дана зависимость коэффициента о от энергии первичных электронов Ио При И", с 10 чэ 15 эВ вторичной эмиссии нет. Затем она с ростом И',' усиливается, доходя до максимума, после чего ослабевает. 1~ривая 1 — зависимость для чистого металла, а кривая 2 — для металла с активирующим покрытием. Максимум вторичной эмисрии достигается обычно при энергии И', Ъ сотни электрон-вольт. Снижение о при более высоких значениях И', объясняется тем, что первичные электроны проникают более глубоко и передают энергию электронам, находящимся дальше от поверхности. Последние передают полученную энергию другим электронам и не могут дойти до поверхности. Подобно этому камень, падающий в воду с небольшой скоростью, вызывает сильное разбрызгивание воды; тот же камень при большой скорое~и быстро входит в воду, не создавая брызг.
Вторичные электроны вылетают в различных направлениях и с различными энергиями. Если они не отводятся ускоряющим полем, то 'образуют около поверхности тела объемный заряд 1азлектронное облачков), Энергии большинства вторичных электронов значительно выше, нежели энергии термозлектронов. Использование вторичной эмиссии много лет затруднялось тем, что не обеспечивалась ее устойчивость. В дальнейшем были изготовленИ устойчиво работающие вторично-электронные катоды из сплавов металлов и стало возможным создание более совершенных электровакуумных приборов со вторичной эмиссией. Электронная эмиссия над ударами тяжелых частиц имеет сходство со вторичной эмиссией.
В большинстве случаев непускание электронов происходит от бомбардировки тела ионами. Для характеристики такой эмиссии слу;,кит коэффициент выбивания электронов 6, равный отношению числа выбитых электронов н, к. числу ударивших ионов нб 6 = и,/~н 115.6) Значение 6 зависит от вещества бомбардируемого тела, от массы и энергии бомбарднрующих ионов, состояния поверхности, наличия илн отсутствия на ней активирующих покрытий, угла падения ионов и других факторов.
Обычно коэффициент 6 значительно меньше единицы, но для полупроводниковых и тонких диэлектрических слоев наблюдаются значения 6 > 1. Наименьшая энергия ионов, необходимая для выбивания, электронов, составляет десятки электрон-вольт. При наличии активирующнх покрытий коэффициент 6 возрастает. Энергии большинства выбитых электронов 1-3 эВ.
Фатоэлекп!равная эмиссия, т. е. эмиссия электронов под действием излучения, рассматривается в гл. 22. 15.5. ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ КАТОДЫ О 200 в00 600 эб Рнс. 15.5. Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от энергии первичных электро- нов Термаэлектронный катод должен быть долговечным и обеспечивать устойчивую !стабильную) эмиссию при возможно меньших затратах энергии на накал. Поверхность катода не должна разрушаться от ионной бомбардировки.
Даже в высоком вакууме имеется некоторое число положительных ионов. Они ускоренно летят к катоду. Чем выше 2!! анодное напряжение, тем с, большей силой ионы ударяют в катод. Экономичность катода характеризуетс.. его э44ектненостыа. Она показывает, какой ток эмиссии можно получить на 1 Вт мощности накала. У современных катодов в режиме непрерывной работы эффективность может быть от единиц до сотен миллиампер на ватт. Рабочая температура у разных катодов примерно от 700 до 2300'С. Долговечность катода определяется сроком, по истечении которого выход электронов уменьшается на 10 «~«'.
Катоды имеют долговечность от сотен до десятков тысяч часов. При увеличении рабочей температуры повышается эффективность, и поэтому для усиления эмиссии иногда несколько повышают накал, но при этом сокращается долговечность. Простые катоды, т. е. катоды из чистых металлов, делаются почти исключительно из вольфрама (редко из тантала) и имеют прямой накал. Рабочая температура вольфрамовых катодов 2100— 2300'С, что соответствует накалу до светло-желтого или белого цвета. Долговечность этих катодов определяется ослаблением эмиссии из-за уменьшения толщины катода вследствие распыления вольфрама. Достоинство вольфрамового катода †устойчивос эмиссии.
После временного перекала она не уменьшается. Стойкость вольфрамового катода к ионной бомбардировке делает его особенно пригодным для мощных ламп, работающих с высокими анодными напряжениями. Катоды из вольфрама применяются также в специальных электрометрических лампах, в которых важна стабильность эмиссии. Основной недостаток вольфрамового катода — низкая эффективность (единицы миллиампер на ватт).
Вследствие высокой температуры интенсивно испускаются тепловые и'световые лучи, на что бесполезно расходуется почти вся мощность накала. У многих типов сложных кан«одов на поверхность чистого металла наносится активирующий слой, который обеспечивает интенсивную эмиссию при 212 сравнительно невысоких температурах. Достоинство сложных катодов — экономичность.
Они обладают эффективностью до десятков и даже сотен мнллиампер на ватт. Рабочая температура у некоторых катодов составляет 700'С. Долговечность достигает тысяч и десятков тысяч часов. К концу этого срока снижается выход электронов из-за уменьшения количества активирующих примесей (например, за счет их испарения). Некоторые сложные катоды обеспечивают сверхвысокую эмиссию в импульсном режиме, т. е.
в течение коротких 1единицы микросекунд) промежутков времени, разделенных значительно более длительными паузами. Основной недостаток сложных катодов — невысокая устойчивость эмиссии. Выход электронов снижается от временного перекала, что объясняется испарением активируюшнх веществ при повышенной температуре. Кроме того, сложные катоды разрушаются от ионной бомбардировки, поэтому в лампах важно поддерживать высокий вакуум. Это достигается применением специального газопоглотин)еля (генннера). Сложные катоды могут быть пленочными или полупроводниковыми. К первым отноеится, например, н«орнроеанный карбидированный каяод.
Он представляет собой вольфрамовую проволочку с пленкой тория и с примесью углерода. Активный слой этих катодов трудно разрушить ионной бомбардировкой. Их применяют прн аиодных напряжениях до 15 кВ. К полупроводниковым относится оксидный катод. В нем на основание из никеля или вольфрама наносится смесь оксидов щелочноземельных металлов— бария, кальция и стронция. У оксидного катода электронная эмиссия происходит главным образом из атомов бария. Перекал катода усиливает испарение бария и снижает выход электронов. Долговечность оксидного катода определяется тем, что оксидный слой постепенно обедняется атомами бария.
Для хорошей работы оксидного катода очень важен высокий вакуум, так как оксидный слой разрушается от ионной бомбардировки, Во избежание чрезмерной ионной бом- 2!3 бардировки нельзя допускать слишком высокое анодное напряжение при работе катода в непрерывном режиме. Для оксидного катода опасен не только перекал, но и недокал, при котором могут возникнуть очаги перегрева.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
