1.3 Автоэлектронная эмиссия.

При напряжённостях электрического поля у поверхности катода Е > 10⁶ В/см будет происходить квантово-механическое туннелирование электронов из катода в межэлектродный зазор. Этот вид эмиссии не требует предварительного нагрева катода или какого-либо иного воздействия на него и поэтому получил название холодной или автоэлектронной эмиссии. Термин "автоэлектронная эмиссия" означает, что выход электронов за пределы катода происходит самопроизвольно, т. е. не связан с затратой дополнительной энергии.

Автоэлектронная эмиссия безынерционна и прекращается сразу же после снятия напряжения. Плотность тока автоэлектронов может достигать (при длительностях импульса не более единиц мкс) до 10⁹ А/см.

При идеальной плоскопараллельности электродов условия для вырывания электронов из катода электрическим полем вряд ли достижимы в реальных конструкциях приборов (при зазоре d = 1 мм для этого необходимо приложить к электродам разность потенциалов U = 100.000 В!). Однако на практике на поверхности катода всегда имеются микровыступы различной природы, обусловленные, например, эрозией катода при разряде. У поверхности этих микровыступов (или микроострий) напряжённость электрического поля может в несколько десятков раз превышать напряженность поля над плоской поверхностью. Поэтому уже при средней напряжённости поля в зазоре Е > 3·10⁵ В/см в инициировании начальных электронов превалирующее влияние начинает оказывать автоэмиссия с микровыступов поверхности катода; причём потоки электронов могут превышать 10⁶ элек/см²·с.

4. Автоэлектронная эмиссия при наличии на катоде диэлектрических плёнок.

В сильноточных искровых разрядниках поверхность катода всегда оказывается покрытой налётом окислов и диэлектрических частиц, состоящих из конденсированных и окисленных паров материала электродов. Если поверхность диэлектрической плёнки за счёт бомбардировки положительными ионами в процессе разряда зарядится до некоторого потенциала U, то после окончания разряда у поверхности катода в месте расположения плёнки будет существовать электрическое поле E = U/d, где d – толщина плёнки диэлектрика. При достаточной величине этого поля (E > 10⁶ В/см) может происходить квантовомеханическое туннелирование электронов из катода сквозь плёнку в межэлектродный зазор. (Предположим, например, что толщина плёнки составляет 100 Å и она заряжена до потенциала 5 В. Тогда напряжённость поля вблизи поверхности катода будет равна: Е = 5В/100·10^-8 см = 5·10⁵ В/см).

Наличие микровыступов на поверхности катода в месте расположения плёнки ещё больше может увеличить напряжённость поля.

Длительность этого вида эмиссии (называемой малтеровской) определяется скоростью нейтрализации положительного заряда, существующего на поверхности диэлектрической плёнки. В ряде случаев длительное время может существовать самоподдерживающаяся эмиссия с катода, не требующая подзарядки диэлектрика.

Потоки автоэлектронов при наличии на катоде диэлектрических плёнок и загрязнений могут составлять до 10² – 10⁶ элек/см²·с при напряжённости электрического поля в межэлектронном промежутке Е ~ 10⁵ В/см. Цикл измерений статического напряжения пробоя U_ст при превалирующем влиянии этого механизма поступления электронов должен составлять 10 – 10²с