с учетом эффекга Шоттки выражение для плотности тока термоэлектронной эмиссии имеет следующий вид:

J=J,,г9ET • (2.3)

где /э определяется по (2.1); Е - напряженность электрического поля.

Формула (2.3) показьюает, что плотность тока термоэлектронной эмиссии катода увеличивается при наличт внешнего ускоряющего поля. Эта формула справедлива только для катодов, имеющих идеально гладкую поверхность. Для катодов с шероховатой поверхностью, где напряженность поля меняется от точки к точнее, ток эмиссии может значительно возрасти.

2.4. ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) - эмиссий электронов из вещества под действием падающего на его поверхность излучения. Фотоэффект был открыт Г. Герцем, фундаментальные исследования этого явления выполнены А. Столетовым, а теоретические объяснеш1я с точки зрения квантовой теории света даны А. Эйнштейном.

В электровакуумных приборах практическое применение имеет фотоэлектронная эмиссия с поверхности твердых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Рассмотрим основные закономерности фотоэлектронной эмиссии.

Ток эмиссии /ф прямо пропорционален падающему потоку излучения Ф при условии неизменности его спектрального состава {закон Столетова)

/ф = 5Ф,

где S - коэффициент пропорциональности, назьюаемый чувствительностью фотоэмиттера.

Для каждого вещества при определешюм состоянии его поверхности и температуре Г = О К существует минимальная частота io или максимальная длина волны Xq ("красная граница") спектра излучеш1я, за которой фотоэлектронная эмиссия не наблюдается. Максимальную длину волны Хо называют длинноволновым порогом фотоэффекта, а соответствующую частоту io -с1\> - пороговой частотой.

Энергия фотонов в электрон-вольтах и длина волны излучеш1я в нанометрах связаны соотношешем

hv = hcfK= 1236IX.

Зная длинноволновый порог фотоэффекта, можно найти наименьшую энергию фотонов, при которой возшжает фотоэлектронная эмиссия

fti;o= 1236/Xo.

Рис. 2.4. К объяснению явления фотоэлектронной эмиссии из металлов

Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов, покидающих твердое тело, линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности {закон Эйнштейна).

Закон Эйнштейна представляет собой частный случай закона сохранения и превращения энергии для одного элементарного акта фотоэффекта. Объяснение закономерностей фотоэлектронной эмиссии базируется на следующих положениях. Каждый фотон, энергия которого равна hv, проникая в твердое тело, взаимодействует только с одним свободным электроном. Электрон с энергией W, поглотив один фотон,увеличивает свою энергию на hv, т.е.

We=W+ hv.

Электроны, энергия которых Wg больше полной работы выхода Wa, а скорость направлена в сторону поверхности твердого тела, могут преодолеть потенциальный барьер и покинуть тело. При этом следует учитьюать, что на пути к поверхности часть энергии электрона может рассеяться.

Количественной характеристикой фотоэлектронной эмиссии является квантовый выход Y, под которым понимают отношеш1е числа вьшетевших электронов к числу падающих на фотокатод фотонов

Y= Ме/Мф. (2.4)

Величина Y зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.

Составим уравнеш1е баланса энергии электрона, участвующего в эмиссии (рис. 2.4):

W + hv-AW-Wa=mvl2,

где AW - энергия, рассеянная электроном на пути к поверхности твердого тела.

Очевидно, что максимальной энергией {mvjl) будут обладать те электроны, которые до поглощения энергии фотона имели максимальную энергию Wfnax-

Разность Иа - тах равна энергии, которую нужно сообщить электрону, имевшему максимальную энергию при Г = О К, для того чтобы он мог покинуть твердое тело. Очевидно, что эта энергия, называемая работой выхода при внешнем фотоэффекте или фотоэлектрон-

ной работой выхода, равна hvo. Тогда выражение для максимальной энергии вылетающих электронов может быть записано в виде

(mvl2)max =hv-hVo. (2.5)

Уравнение (2.5) является математическим выражением закона Эйнштейна.

При Т = О К наивысший заполненный уровень Wx в металле совпадает с уровнем Ферми , поэтому для металла

hvoepo.

В полупроводниках работа выхода еро может значительно отличаться от фотоэлектронной работы выхода hvg. Это различие зависит от ширины запрещенной зоны и типа проводимости полупроводника.

Следует отметить, что внешнее ускоряющее поле, как и в случае термоэлектронной эмиссии, увеличивает фотоэмиссию за счет снижения потенщ1ального барьера эмиттера.

2.5. ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Вторичная электронная эмиссия (вторичная эмиссия) - эмиссия электронов, обусловленная бомбардировкой поверхности эмиттера электронами или ионами. Электроны, бомбардирующие поверхность эмиттера, принято назьюать первичными, а испускаемые телом - вторичными.

Предположим, что поток из щ первичных электронов эмитируется катодом и под действием ускоряющего напряжения направляется

КатоВ

Рис. 2.5. Схематическое изображение траекторий движения электронов в объеме эмиттера