Вплив прискорюю чого електричного поля

При наявності поблизу емітуючої поверхні катода зовнішнього електричного поля з напруженістю Е електронна емісія з цієї поверхні підсилюється. Вперше цей експериментальний факт був детально досліджений німецьким вченим Шотткі, і тому одержав назву ефект Шотткі. Його суть пов’язана з пониженням висоти потенціального бар’єру під дією прискорюючого електричного поля. Це явище проілюстровано на рисунку.

На ньому діаграма енергетичних рівнів металу суміщена з графіком потенціального бар’єру біля емітуючої поверхні. За точку відліку потенціальної енергії Е=0 прийнята енергія електрона, який перебуває ззовні тіла перед його поверхнею. Крива eφ - профіль енергетичного бар’єра, лінія eU = -eεх – зміна потенціальної енергії в зовнішньому однорідному електричному полі eU∑ = eφ + eU – результуючий потенціальний бар’єр. Як видно з рисунка, зовнішнє прискорюючи електричне поле деформує профіль потенціального бар’єру. В екстримальній точці x _m висота бар’єра знижена на величину eΔφ.

Завдяки цьому бар’єр зможуть подолати більше число електронів, ніж при ε = 0, а значить, підвищиться густина струму термоелектронної емісії.

Робота виходу електронів під дією прискорюючого електричного поля знижується на величину eΔφ.

Густина струму термоемісії при наявності ефекта Шотткі:

У випадках, коли катод має шорстку поверхню, напруженість поля Е біля нерівної поверхні зростає, що приводить до суттєвого збільшення струму j_SE.

Особливо сильно прискорюючи поле впливає на термоелектронну емісію напівпровідникових катодів. Це пояснюється низькими екрануючими властивостями напівпровідників. Зовнішнє електричне поле проникає в них на глибину від 100 до 1000 атомних шарів. Внаслідок цього знижується не тільки зовнішня, а й внутрішня робота виходу через викривлення енергетичних рівнів біля поверхні.

 

Крім того, напівпровідникові катоди, зазвичай, мають шорстку поверхню, що додатково збільшує напруженість електричного поля і приводить до ще сильнішого прояву ефекту Шотткі.

 

Вплив адсорбованих атомів на поверхню катоду сторонніх речовин

 

Емісійні властивості катодів суттєво змінюються при адсорбції на їх поверхні сторонніх речовин. Залежно від роду цих речовин емісійні властивості катоду можуть або підсилюватись, або зменшуватись. Підсилення емісійних властивостей спостерігається тоді, коли на поверхні катоду створюється плівка електропозитивної речовини. Як приклад, розглянемо металічний катод, на поверхні якого адсорбуються атоми барію, торію чи цезію. Пояснення цього ефекту, вперше запропонованого Ленгмюром, зводиться до наступного. Якщо потенціал іонізації атомів плівки менший за роботу виходу катоду, тоді адсорбовані атоми на поверхні катода будуть у вигляді шару позитивних іонів. Біля поверхні катода виникає прискорюючи електричне поле, внаслідок чого знижується робота виходу електронів. Наприклад, у вольфраму з моноатомним шаром торію робота виходу зменшується на eΔφ ≈ 1,9 eB.

У плівкових катодів змінюється також константа А. Однією з можливих причин цього може бути нерівномірне покриття керна катода плівкою, тобто п’ятнистість катода. В напівпровідниках до цього треба додати викривлення енергетичних зон біля поверхні, що викликане електричним полем іонізованого шару адсорбованих атомів.

 

Термоелектронні катоди

Катоди прийнято класифікувати за способом нагрівання: прямонакалювані і підігрівні непрямого накалювання. Катоди прямого накалювання – це емітери, які нагріваються електричним струмом, що проходить безпосередньо через них. Підігрівні – це емітери, які нагріваються спеціальними підігрівачами за рахунок випромінювання, теплопровідності, електронного бомбардування чи високочастотного нагрівання.

За матеріалом і структурою емітуючої поверхні термокатоди поділяються на:

· Чисто металічні катоди, виготовлені з вольфраму, танталу, молібдену, ренію, ніобію і їх сплавів.

· Плівкові катоди, у яких металічна поверхня покрита моно атомним шаром електропозитивної речовини (торій, барій, цезій), наприклад, торійований вольфрамований, камерний (L–катод).

· Товстошарові катоди, у яких на металічну підкладку (керн) наносять товстий шар емісійно-активної речовини (напівпровідникові) і гексаборидні (металоподібні).

· Складні за структурою емісійної поверхні катоди: синтезовані, імпреговані (просочені), пресовані, металокерамічні. Вони являють собою пористу металічні губку, просочену емісійно-активною речовиною.

Характеристики і параметри термокатодів

1. Характеристика розжарення, залежність струму розжарювання I_P від напруги розжарювання в діапазоні робочих температур.

2. Емісійна характеристика: залежність струму емісії I_S від температури Т. Оскільки вимірювання температури катода у звичайних умовах експлуатації вакуумних приладів ускладнене, контроль розжарювання катода проводиться за показниками вольтметра чи амперметра, включених в коло розжарювання.

 

 

Основні параметри катодів:

1.Робоча температура Т (або діапазон робочих температур).

Оксидні катоди працюють при робочій температурі 1000 – 1100 К.

В електронно-променевих установках катоди працюють при температурах 2400 – 2650 К.

 

2. Допустима густина катодного струму j_Sдоп – максимальна густина струму, яку можна відбирати з поверхні катода в робочому режимі без суттєвого впливу на його довговічність.

3. Ефективність (економічність) катода Н:

- для металічних і плівкових катодів цей параметр визначається як відношення густини струму емісії до питомої потужності розжарювання.

4. Довговічність або термін роботи катода τ – час роботи при нормальних умовах експлуатації, на протязі якого катод зберігає свої основні параметри.

 

Конструкції термокатодів

Прямого розжарювання: петля з дроту, спіралі, смужка спіральна, циліндрична тощо. Стр. 68, 69, 70.