(табл. 10.1). Здесь же приведены а) величины их эмиссионных постоянных.

У щелочных и щелочноземельных металлов, имеющих большее межатомное расстояние в пространственной решетке, работа вы- : хода меньше, чем у металлов с ; меньшим межатомным расстоя- -нием, т. е. с большей концентрацией атомов или ионов.

В 0 G

Рис. 10.5. Поляризация атомов акти-

, вирующего вещества

Способы снижения работы выхода.

Работу выхода электронов можно существенно уменьшить нанесением на поверхность металла тонких пленок активирующих веществ. На поверхности металла в атомах активатора происходит деформация электронной оболочки. Электроны оболочки смещаются к поверхности металла, создавая слой электроположительных атомов (рис. 10.5, а) или, смещаясь к вакууму, слой электроотрицательных атомов (рис. 10.5, б). Электроположительные атомы поверхностного слоя своим полем снижают работу выхода на 2-3 эВ, а электроотрицательные увеличивают на 3-5 эВ. Это явление увеличения работы выхода за счет абсорбции называют отравлением катода. Например, у вольфрама оно наблюдается при появлении кислорода на его поверхности.

В электронных приборах в качестве активаторов, снижающих работу выхода, используют полупроводниковые покрытия оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Значения работы выхода некоторых активированных поверхностей, например W-bBa, Ni-1-ВаО-SrO, приведены в табл. 10.1, из которой следует, что работа выхода активированных поверхностей ниже работы выхода самих активаторов.

Электронная эмиссия. Явление испускания электронов с поверхности твердого тела называют электронной эмиссией, а сам источник электронов - эмиттером. В электровакуумных приборах обычно первичным источником свободных электронов служит катод. Выход электронов с катода в вакуум или среду разреженного газа зависит от работы выхода, концентрации электронов в единице объема приповерхностной области эмиттера и др. В зависимости от способов внешнего энергетического воздействия на электроны, вызывающих их выход из эмиттера, различают несколько видов электронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия возникает в результате нагрева эмиттера. С повышением температуры возникают тепловые колебания решетки твердого тела. За счет этой энергии теплового возбуждения часть электронов выходит из эмиттера в вакуум, образуя ток эмиссии. Чем выше температура эмиттера, тем больше электронов приобретает такую энергию, вследствие чего возрастает ток термоэлектронной эмиссии.

Аналитически зависимость величины тока термоэлектронной эмиссии от температуры эмиттера и его свойств устанавливается уравнением Ричардсона - Дэшмена

1, = АПе-"8, (10.1)

где Ло - универсальная термоэмиссиониая постоянная, А/(см2-град2);

Т - температура поверхности эмиттера. К; b=eqio/k -постоянная, пропорциональная работе выхода ефо, называемая температурным эквивалентом работы выхода;

k - постоянная Больцмана; е=2,718 -основание натурального логарифма;

S - площадь эмиттирующей поверхности, см.

Значения эмиссионных постоянных Ло, Ьс для некоторых материалов, используемых в электровакуумных приборах, приведены в табл. 10.1. Анализ уравнения (10.1) показывает, что ток эмиссии в большей степени зависит от температуры эмиттера, в меньшей - от работы выхода и еще меньше - от постоянной Ло. Увеличение температуры эмиттера сопровождается ростом тока эмиссии и сокращением его срока службы. Поэтому эмиттеры (катоды) электронных ламп должны работать в определенном интервале рабочих температур. Нижний предел температуры определяется возможностью получения требуемой эмиссии, а верхний - плавлением эмиттирующего материала.

В электронных лампах на величину термоэлектронной эмиссии оказывает влияние внешне ускоряющее электрическое поле, действующее у поверхности катода. Ускоряющее электрическое поле в лампе направлено встречно поверхностным силам катода. Вследствие этого уменьщается поверхностный потенциальный барьер, снижается работа выхода электронов из катода, увеличивается электронная! эмиссия. Это явление роста тока термоэлектронной эмиссии при увеличении напряженности электрического поля у поверхности эмиттера получило название (по. имени немецкого ученого) эффекта Шоттки. Особенно сильно он проявляется в полупроводниковых катодах с шероховатой поверхностью, при которой значительно возрастает напряженность внешнего электрического поля у ее неровностей.

Вторичная электронная эмиссия - испускание вторичных электронов с поверхности эмиттера при ее облучении потоком первичных электронов. Первичный электронный поток, падающий на вторичный эмиттер, частично отражается от его поверхности, а частично проникает вглубь. Здесь первичные электроны сталкиваются с электронами кристаллической решетки эмиттера, отдают им часть своей энергии, возбуждая их. Некоторые из возбужденных электронов преодолевают потенциальный барьер и выходят во внешнюю среду.

Эффективность вторичного катода оценивают коэффициентом вторичной эмиссии а, равным отношению числа вторичных электронов П2 (или тока I2) к числу первичных электронов щ (или к току /1):

а = П2/П1 = /2 1. (10.2)

Ток вторичной электронной эмиссии зависит от энергии и угла падения первичных электронов, свойств и состояния поверхности вторичного эмиттера. При большом значении энергии первичных электронов они глубже проникают в металл и вероятность выхода возбужденных электронов мала (из-за многократных столкновений их с другими электронами). С увеличением угла падения 6 возбужденные электроны возникают ближе к поверхности и вероятность их выхода из металла возрастает. У чистых металлов а невелико (порядок единицы), а у металлов, покрытых слоем оксидов, а также у сложных полупроводниковых катодов olO-f-20. Такое увеличение а объясняется тем, что в полупроводниках и диэлектриках меньше, чем в чистых металлах, концентрация электронов в зоне проводимости, поэтому меньше взаимодействий и больше вероятность выхода возбужденных электронов.

Вторичная электронная эмиссия используется в некоторых при-емно-усилительных лампах, фотоэлектронных умножителях, а также встречается в качестве побочного процесса в других электровакуумных приборах.

Эмиссия под ударами тяжелых частиц сходна с вторичной электронной эмиссией. Такими частицами могут быть положительные ионы или возбужденные атомы, получившие большое ускорение под действием сил электрического поля. При ударе о катод тяжелые частицы отдают часть энергии движения атомам и электронам катода. Если полная энергия, сообщенная электрону катода, больше, чем работа выхода, возникает эмиссия электронов. Эффективность такой эмиссии характеризуют коэффициентом выбивания электронов б, определяемым как отношение числа выбитых электронов Пе, к числу ударивших за это время частиц щ:

Ъ = Пе1п1. (10.3)

Коэффициент выбивания зависит от энергии бомбардирующих частиц, физических свойств бомбардируемой поверхности, ее состояния (наличия активирующих покрытий) и других факторов. Явление эмиссии электронов под действием тяжелых частиц используется в ионных приборах с тлеющим разрядом (стабилитронах, неоновых лампах, безнакальных тиратронах и др.).

Электростатическая электронная эмиссия возникает с поверхности твердого или жидкого тела под действием внешнего ускоряющего электрического поля с высокой (около 10* В/см) напряженностью. Механизм электростатической (автоэлектронной) эмиссии может быть объяснен на основе волновой природы электрона. При высокой напряженности внешнего поля потенциальный барьер у поверхности эмиттера не только уменьшается, но и становится (вследствие резкого снижения потенциала при увеличении напряженности поля) очень узким. Сквозь этот узкий барьер электроны проводимости выходят из металла, не преодолевая потенциального барьера (туннельный эффект). Согласно волновой теории вероятность такого прохода электронов существенна, когда длина волны электрона становится сравнима с шириной потенциального барьера, сквозь который туннелирует электрон. Очевидно, чем больше напряженность поля, тем уже потенциальный барьер и больше ток автоэлектронной эмиссии.

§ 10.3. Движение электронов в электрическом поле

Действие высоковакуумных электронных приборов основано на движения электронов в электрическом и магнитном полях. Движение электронов образует конвекционный ток. В электронных приборах этот ток протекает между электродами в результате переноса заряда. Простейшими случаями движения заряженных частиц в электрических и магнитных полях (если пренебречь объемным