Если вблизи рассматриваемой поверх- ности появляется значительное электрическое поле, вытягивающее электроны, то оно влияет на эмиссионные свойства этой поверхности. Поля средних масштабов (~ 104- 105 в/см) приводят к количественному изменению тока эмиссии (поправка Шоттки), а большие поля (^ 106В/см) дают качественно новое явление холодной или авто- электронной эмиссии. Причины указанных эффектов легко понять, если изобразить картину распределения потенциальной энергии электрона в системе (рис. 7.2.13). Видно, что появление внешнего электрического поля способно качественно по- влиять на выход электронов из металла. Действительно, если при Е = 0 толщина потенциального барьера, окружающего "яму с электронами", неограничена, то при по- явлении поля (Е < 0) барьер становится тем тоньше, чем больше Е. Благодаря этому появляется возможность "туннельного" просачивания электронов непосредственно из всей "ямы" (а не только из окрестности уровня Ферми) во внешнюю часть простран- 7.2. Процессы на поверхности твёрдого тела 367 1 2 Металл $; А ¦ Вакуум Рис. 7.2.12. Схема полого катода: 1 — нагре- ватель, 2 — корпус, 3 — активный эмитирую- щий слой, 4 — полость, 5 — эквипотенциали Е-поля Рис. 7.2.13. Потенциальный барьер на грани- це металл-вакуум при отсутствии Е-поля (а), при небольшом (б) и сильном поле (в) ства. Такое просачивание, очевидно, может происходить при Т = 0, и поэтому этот тип эмиссии часто называют холодной эмиссией, хотя наиболее распространенным термином для нее является "автоэлектронная эмиссия". Выражение для плотности тока автоэлектронной эмиссии было получено Фаулером и Нордгеймом. Оно имеет вид |^j?pJ G.2.9) Здесь (р — работа выхода; а = еЕ а = ; Ъ = —\[Ъп. Функция 9(а) — функ- 8тгш бп ция Нордгейма, которая может быть аппроксимирована выражением (И. И. Бейлис) '1 -а" 9(а) = 1 - а211 - 0, 85 sin f-Ц^) } О порядках величин, даваемых формулой G.2.9), можно судить по следующим значениям: при (if = 4, 5 эВ и Е = 3 • 107 В/см плотность тока j = 0,03 А/см2. Экспериментальная проверка уравнения Фаулера-Нордгейма показывает, что на опыте существенная эмиссия с холодных электродов наблюдается при полях ~ ~ 105-106В/см, тогда как теория требует для получения тех же плотностей токов полей в 10-100 раз больше. Причина этого различия во многом оказалась свя- занной с наличием микроскопических острий, их взрывом под действием больших токов и влиянием образующейся плазмы как на усиление поля около эмиттера, так и на эмиссию электронов этой плазмой. В этом режиме эмиссия называется "взрывной" (Г. А. Месяц). На микрофотографиях было обнаружено также весьма своеобразное явление роста на поверхности холодного катода тонких "усов". Этот рост обязан "текучести" поверхности металла под действием сильных электрических полей. Учёт острий на электродах и учёт появления плазмы позволяет согласовать теорию Фаулера-Нордгейма и эксперимент. Если создать электрическое поле у нагретого термоэмиттера, то влияние поля на ток эмиссии можно заметить и при относительно небольших значениях Е. Это явление называется эффектом Шоттки, учитывается с помощью так называемой поправки Шоттки в уравнении Ричардсона-Дешмана: = AT2exp{- кТ G.2.10) 368 Гл. 7. Взаимодействие плазмы с поверхностями твёрдых тел Таким образом, эта поправка сводится к эффективному снижению работы выхода на величину (—л/ёЁ).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Автоэлектронная и взрывная эмиссии» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
