Испускание электронов

Катод - электрод, испускающий свободные электроны. Явление испускания электронов твердым или жидким телом называется электронной эмиссией. Электронная эмиссия возможна в том случае, если электроны обладают энергией большей, чем работа выхода. Работа выхода зависит от типа металла и лежит в пределах от 1,8 эВ для щелочноземельных металлов и до 5 эВ для тяжелых металлов. При отсутствии внешнего энергетического воздействия энергия электронов меньше работы выхода. Следовательно, чтобы катод эмит-тировал свободные электроны, к нему необходимо подвести энергию от внешнего источника.

Явление испускания электронов с поверхности вещества носит название эмиссии. В зависимости от причин ее вызывающих, эмиссия бывает термоэлектронной, фотоэлектронной и электростатической.

Первое и второе слагаемые (5.49) описывают увеличение концентрации электронов за счет захвата электронов из зоны проводимости и испускания дырок в валентную зону, третье и четвертое учитывают уменьшение концентрации электронов за счет испускания электронов в зону проводимости и захвата дыре к из валентной

Изменение степени заполнения глубоких уровни электронами может происходить из-за фотоионизации глубоки* ловушек, т. е. вследствие оптических переходов между глубокими уровнями и зоной проводимости или валентной зоной. В этом с/учае вводят коэффициенты испускания электронов е°п и дырок e°f при оптических переходах. Тогда суммарный коэффициент испускания равен еп +

СКОРОСТЬ фОТОИОНИЗацИИ ГЛубОКИХ ДОНОрНЫХ уровней, т. е. испускания электронов в зону проводимости, при Ег—Ev>hv^Ec—Ет пропорциональна потоку квантов света J/(hv) и равна e°nnrJ/hv. При наличии излучения с энергией квантов Eg>hv'>Er—Ev происходит испускание дырок, т. е. переход электронов из валентной зоны на глубокий уровень со скоростью e°P(NT—nr)J/(hv). Для оп-

При квазистационарных условиях, когда скоростью теплового испускания электронов можно пренебречь, а захват свободных носителей заряда в обедненной области отсутствует из-за их низкой концентрации, изменение концентрации электронов на уровне обусловлено лишь фотоионизацией электронов и дырок:

боких уровней, что устраняет медленный дрейф е\ кости структуры лз-за теплового испускания электронов и дырок. Исходное стационарное заполнение может изменяться под деистзием второго источника света с переменной длиной волны. Для улучшения разрешения сигнал дифференцируется с помощью электронной схемы.

Избыточные низкочастотные шумы транзисторов обусловлены процессами генерации и рекомбинации носителей, а также зависят от состояния поверхности полупроводника. В электронных лампах такие шумы возникают из-за неравномерного испускания электронов катодом на низких частотах — эффекта мерцания катода (так называемого фликкер-эффекта).

. * Метод получил свое название по имени французского физика Пьера Оже, который в 1925 г. открыл эффект испускания электронов атомами вещества в результате возбуждения их внутреннего

Термоэлектронной эмиссией называют явление испускания электронов нагретым металлом (катодом). При нагревании катода скорости хаотического движения электронов увеличиваются, что приводит к возрастанию их кинетической энергии. В результате число электронов, выходящих из металла, увеличивается. Эти электрэны скапливаются около катода за счет притягивающего действия положительных ионов металла. Таким образом, вокруг катода образуется электронное облако, внутри которого электроны перемещаются в различных направлениях. При этом определенная часть их возвращается обратно на катод. С увеличением числа вышедших электронов плотность облака растет и дальнейший выход их затрудняется, а число возвращающихся на катод электронов увеличивается до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие: число вышедших электронов окажется равным числу возвратившихся.

Дробовой эффект в электронной лампе. Эффект испускания электронов нитью накала лампы носит случайный характер. В некоторый момент времени из нити накала вылетает больше электронов, а в смежный с ним момент времени — меньше. В результате анодный ток при отсутствии сигнала на сетке лампы непостоянен и имеет некоторую переменную составляющую, которая колеблется около среднего значения анодного тока.

В зависимости от того, как получает материал эту энергию, различают следующие виды электронной эмиссии: термоэлектронную, вторичную электронную, фотоэлектронную и автоэлектронную. В электронных лампах, электронно-лучевых приборах и большинстве Других электровакуумных приборов используется явление термоэлектронной эмиссии — испускание электронов телом при нагревании.

В зависимости от того, как получает материал эту энергию, различают следующие виды электронной эмиссии: термоэлектронную, вторичную электронную, фотоэлектронную и автоэлектронную. В электронных лампах, электронно-лучевых приборах и большинстве других электровакуумных приборов используется явление термоэлектронной эмиссии — испускание электронов телом при нагревании.

В зависимости от того, как получает материал эту энергию, различают следующие виды электронной эмиссии: термоэлектронную, вторичную электронную, фотоэлектронную и автоэлектронную. В электронных лампах, электронно-лучевых приборах и большинстве других эл.ект-ровакуумных приборов используется явление термоэлектронной эмиссии — испускание электронов телом при нагревании.

В нестационарном процессе при образовании обедненного слоя концентрация электронов в зоне проводимости устанавливается значительно быстрее, чем концентрация электронов на глубоком уровне. Испускание электронов в зону проводимости и дырок в валентную зону не нарушает их стационарного распределения благодаря наличию сильного электрического поля, которое удаляет их из области объемного заряда. Поэтому, полагая концентрации электронов и дырок в зонах равными их стационарным значениям п = пс и р = рс и учитывая, что концентрация электронов на глубоких уровнях нестационарна и стремится к своему стационарному значению, т. е. nr(t) = nrc + knT(t), в соответствии с (5.49) получим

разряд уровня, т. е. тепловое испускание электронов с уровня в зону проводимости. Этот процесс ведет к быстрому возрастанию'

Испускание электронов в термоэмиссионных генераторах вызывается нагреванием катода. При радиоактивном распаде электроны (р-лучи) испускаются вследствие естественного свойства элементов. Непосредственно используя это свойство, можно осуществить прямое преобразование ядерной энергии в электрическую ( 3.10).

испускание электронов раскаленным телом под воздействием электрического поля (термоэлектронная эмиссия); испускание электронов веществом под воздействием светового облучения (фотоэффект); испускание света под воздействием электронов (люминесценция); ионизация разряженного газа при прохождении потока быстродвижущихся электронов, сопровождающаяся резким увеличением электрической проводимости среды (газоразрядное явление);

В рассмотренных выше термоэмиссионных генераторах испускание электронов вызывалось нагревом катода. При радиоактивном распаде электроны (р-лучи) испускаются вследствие естественного свойства элементов. Непосредственно используя это свойство, можно осуществить прямое преобразование ядерной энергии в электрическую ( 4.23).

Работа выхода. Чтобы сформировать поток свободных электронов, перемещающихся в вакууме или газе под действием электрических и магнитных полей, необходимо обеспечить выход электронов из твердого тела, чаще всего металла или полупроводника. Испускание электронов твердым телом называется эмиссией и осуществляется путем подведения к телу энергии от внешнего источника. Энергия, равная разности энергии ?0 электрона, покоящегося в свободном пространстве на расстоянии, где силами, действующими на электрон со стороны поверхности твердого тела, можно пренебречь, и энергии Еф, соответствующей уровню электрохимического потенциала системы электронов в твердом теле (уровню Ферми, см. гл. 1 , т. е. /4=?0— —Яф, называется работой выхода (выражается в вольтах).

Кроме перечисленных, так называемых гамма-процессов на катоде, испускание электронов поверхностью катода может происходить вследствие авто- и термоэлектронной эмиссий. Авто-

испускание электронов раскаленным телом под воздействием электрического поля (термоэлектронная эмиссия); испускание электронов веществом под воздействием светового облучения (фотоэффект); излучение света под действием электронов (люминесценция); ионизация разреженного газа при прохождении потока быстродвижущихся электронов, сопровождающаяся резким увеличением электрической проводимости среды (газоразрядное явление);

Если предположить, что испускание электронов катодом подчиняется закону Ламберта (подтверждено экспериментально), т. е. дрпустить, что ток электронов в любом направлении пропорционален косинусу угла между нормалью к поверхности катода и данным направлением, то ток в телесном угле от у до y+dy будет равен