5. Объясните понятие "дискретность для энергетических уровней электронов в атоме.

6. Как влияет на энергетические уровни взаимодействие отдельных атомов при образовании кристалла?

7. Что вы понимаете под разрешенными и запрещенными энергетическими зонами?

8. В чем отличие валентной зоны от зоны проводимости?

9. Объясните различие между металлами и полупроводяикамигс„точ-ки зрения проводимости.

10. Почему при температуре абсолютного нуля не наблюдается выход электронов из металла?

Глава вторая.

ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

2.1. ВИДЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ

Выше указьшалось, что для выхода из вещества электрон должен совершить работу выхода. Для этого электрону необходимо сообщить извне дополш1тельную энергию. Явлеш1е испускания электронов с поверхности вещества в окружающее пространство назьшается электронной эмиссией. Электрод электровакуумного прибора, являющийся источником электронной эмиссии, назьшается эмиттером или катодом. В зависимости от способа сообщения дополнительной энергии электронам различают термоэлектронную, фотоэлектронную, вторичную электронную и электростатическую эмиссию.

2.2. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Термоэлектронная эмиссия - явление выхода электронов из нагретых тел. Эта эмиссия в настоящее время широко используется как в вакуумных, так и иош1ых приборах. С повышением температуры энергия электронов проводимости эмиттера увеличивается и может оказаться достаточной для совершеш1я работы выхода. Чем выше температура эмиттера, тем большее число электронов имеет энергию, достаточную для того, чтобы покинуть эмиттер. Следовательно, с повышением температуры увеличивается количество испускаемых электронов, т. е. ток электронной эмиссии с поверхности эмиттера.

Для вычисления тока термоэлектронной эмиссии необходимо определить число электронов, поступающих в единицу времени к поверхности тела и обладающих энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера.

Рис. 2.1. Кривые распределения электронов по энергиям при различных температурах металла:

1 - 7=0К;2-Т0К;.? - изображение потенциального барьера у поверхности эмиттера

Рис. 2.2. Построение прямой Ричардсона

Согласно условию Ферми-Дирака распределение электронов в металле по энергиям определяется формулой

dn= А

-dW,

где dn - число электронов в 1 см металла, имеющих при Г = О К энергию в интервале dW; Т - термодинамическая температура; Иа " полная энергия электрона; Ир - уровень Ферми; к - постоянная Больц-мана; А - постоянный коэффициент.

Графическая зависимость отношения dnJdW от W получила название дифференциальной кривой распределения энергии (рис. 2.1). На этом же рисунке показан потенциальный барьер у поверхности тела (эмиттера).

При температуре Г = О К (кривая 1) внутри металла электроны имеют энергию, не превышающую - энергию Ферми.

При разогреве эмиттера до температуры Г > О часть электронов имеет энергию больше и может покинуть металл (кривая 2).

Плотность тока термоэлектронной эмиссии определяют по урав-неш1Ю Ричардсона-Дэшмана:

/э = >1Г"ехр(-Ь/Г),

(2.1)

где А V. b - постоянные термоэлектронной эмиссии, природы и чистоты поверхности металла;

А = 120Z) А/(см

зависящие от

К); Ъ = -еяо1к\ D - прошщаемость потенциального барьера для электронов; eipo -

работа выхода, эВ; Т - термодинамическая температура эмиттера; к - постоянная Больцмана, равная 138 • 10" Дж/К.

Уравнение (2.1) показьюает, что плотность тока термоэлектронной эмиссии /э с поверхности металла зависит от работы выхода и температуры. При данной температуре /э определяется постоянными у4 и Ь. Последние можно определить, если уравнение записать в логарифмической форме:

1п1/э/Г =1пМ I

Ь/Т".

(2.2)

Выражение (2.2) показьгеает, что Inl/a/rl зависит линейно от величины l/r и при построении должно дать прямую линию {прямую Ричардсона). Определив экспериментальным путем значение плотности тока при различных температурах и построив зависимость Inl/g/rl = = f{llT) (рис. 2.2), найдем постоянные коэффициенты А и Ь. Прямая КМ отсекает на оси ординат отрезок ОК =1пу4, а тангенс угла наклона прямой определяет коэффициент Ь, т. е. работу выхода, деленную на постоянную Больцмана:

tg3 = Ь = Cipo/k.

2.3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ТЕРМОЭЛЕКТРОННУЮ ЭМИССИЮ

Выше бьшо рассмотрено уравнение для плотности тока термоэлектронной эмиссии (2.1) в предположении, что внешнее электрическое поле в вакууме отсутствует. Однако исследования показали, что внешнее ускоряюшее электрическое поле, приложенное между катодом и анодом любого электровакуумного прибора, увеличивает электронную эмиссию. Это явление получило название эффекта Шоттки, суть которого поясняется на рис. 2.3.

Кривая 1 изображает потенциальный барьер высотой ip, соответствующей полной работе выхода при отсутствии внешнего электрического поля, ЛИШ1Я 2 - распределение

потенциала внешнего электрического по- \

ля для плоскопараллельньгх электродов. ---

Результирующая кривая 3 получена путем алгебраического сложения ординат кривых 7 и 2. Из нее видно, что высота потенциального барьера снижается на Д(р,

рону приходится совершать работу W, меньшую чем W.

Рис. 2.3. Влияние внешнего электрического поля на потенциальный барьф