3.3 Термоелектронна емісія при наявності електричного поля (ефект Шотткі). Електростатична (автоелектронна ) емісія.
В электронных лампах кроме нагретого катода, между катодом и анодом есть ускоряющее поле, способствующее выходу электронов из катода, тем самым увеличивая термоэлектронную эмиссию – эффект Шоттки.
Электрон, выходя из пов-ти катода, испытывает силу изображения, которая его тормозит
-кривая 1 – распределение потенциала электрического поля изображения (потенциальный барьер в пространстве у поверхности катода в отсутствие внешнего электрического поля);
-кривая 2 – изменение силы электрического изображения, действующей на эл-н до расстояния (константа, толщина двойного заряженного слоя).
Если приложить внешнее электрическое поле, то распределение потенциала вблизи пов-ти катода изменится. Изменится форма и величина потенциального барьера вблизи катода. Пусть катод и анод 2 гладкие параллельные пластины, тогда распределение потенциала между ними – 3.
В результате действия внешнего электрического поля и силы электрического изображения, возникает результирующее поле – кривая 4. Сила, с которой действует результирующее поле – кривая 5.
Вблизи
пов-ти анода на эл-н действует тормозящая
сила, т. к. в этом месте сила электронного
изображения уравновешивается силой
внешнего поля. При
на
эл-н действует ускоряющая сила
результирующего электрического поля,
т. к. в этой области пространства сила
внешнего электрического поля превышает
силу поля электронного изображения.
Такм образом в случае внешнего
электрического поля электронам
приходится совершать работу по
преодолению тормозящей силы только на
участке пути
,
т е значение работы выхода
Учёт влияния электрического поля на термоэлектронную эмиссию возможен в случае, если катод идеально гладкий. В тех случаях, когда катод имеет шероховатость, то возле неровностей катода величина напряжённости электрического поля будет больше, чем на гладких участках. Наличие таких неровностей приводит к значительному увеличению тока эмиссии. В силу этого, как правило, у всех катодов с активированной пов-ти эффект Шоттки проявляется сильнее, чем у однородного металлического катода. При введении в металлический катод примесей другого металла снижается . Если на поверхность катода осадить металл с меньшей , то это тоже снизит общую .
Электростатическая эмиссия.
При увеличении Е, ток эмиссии будет увеличиваться и когда за счёт внешнего поля будет полностью компенсирована работа выхода, ток эмиссии должен достигнуть наибольшего возможного значения при данном значении тем-ры.
.
В этом случае наблюдается электростатическая
эмиссия
.
Е
меньше в случае активированного катода.
При расчёте электрических полей по
формуле напряжённость эл поля при
электростатич эмиссии
.
При
введении внешнего поля потенциальный
барьер становится ниже и уже. В то же
время вершина барьера даже при очень
сильных полях намного больше уровня
Ферми. Даже при очень низкой тем-ре нет
эл-нов, способных преодолеть барьер.
На практике наблюдается эмиссия.
Предполагают, что есть эл-ны. Которые
преодолевают барьер, не затрачивая на
это работу
,
а как бы проходят сквозь него. Такие
переходы наз туннельными
Вероятность такого прохождения будет тем больше, чем уже барьер и чем быстрее спадает потенциал вне металла.
Плотность тока электростатич эмиссии
,
,
.
Несоответствие между теорией и практикой связано с тем, что электрическое поле, однородное в пространстве между катодом и анодом, вблизи катода становится неоднородным и в районе даже микроскопических выступов катода значительно больше,чем на гладкой пов-ти.
Преимущества и недостатки. 1)Такой катод позволяет получать эмиссионный ток большой плотности ~108 А/см2.2)автоэлектронный катод не требует расхода электронов на канал, практически безинерционен. 3)Сильная зависимость тока автоэлектронной эмиссии от Е позволяет получить ВАХ с большой крутизной. Недстатком является небольшой срок службы, т. к. в больших эл полях ионы остаточной среды бомбардируют катод и тем самым разрушают его. Для увеличения срока службы и улучшения стабильности работы необходм сверхвысокий вакуум 10-9-10-12 мм рт. ст. На стабльность эмиссии большое влияние оказывает адсорбция катодом остаточного газа