Рис. 2.6. Зависимость коэффициента вторичной ь эмиссии о от напряжения ускорения по)вичных электронов W, Мо, Ni

WD BOD 1200 UB

к эмиттеру (вторично-электронному катоду). Часть первичных электронов Пу испытьюает упругое отражение (рис. 2.5), другая часть проникает внутрь тела и отдает там свою энергию электронам эмиттера. При этом одни первичные электроны могут полностью рассеять свою энергию и остаться в эмиттере, другие, затратив часть энергии и испытав неупругое отражение, выйти из эмиттера - л. Внутренние вторичные электроны возникают на различных расстояниях от поверхности эмиттера. Получив избыточную энергию от первичных электронов они движутся в различных направлениях объема тела, рассеивая энергию. Те из них, которые сохраняют при движении к границе тело-вакуум энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, и покидают эмиттер, составляют поток истинно вторичных электронов f,B- На рисунке сплошной линией показаны примерные траектории движения в объеме эмиттера первичных электронов, тонкой линией - вторичных электронов, а кружками обозначены места их за-ровдения.

Таким образом, поток вторичных электронов не однороден по составу и включает в себя поток истинно вторичных электронов /\,,в, упруго- и неупругоотраженных электронов (Иу и «н соответственно):

Вторичная эмиссия количественно характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии а, представляющим собой отношение числа вторичньгх электронов Иг к числу первичных щ или отношеш1е вторичного тока /г к первичному Д:

а= П2/П1 = /2 1.

Коэффициент а зависит от материала эмиттера, состояния его поверхности, структуры и плотности, энергии первичных электронов и угла их падения.

Зависимость а от напряжения ускорения первичных электронов показана на рис. 2.6. При увеличении ускоряющего напряжения (энергии первичных электронов), коэффициент а в начале плавно возрастает, переходит через макшмум, а затем медленно падает. Значения аах и Umax зависят от материала эмиттера. Рост коэффициента а объясняется тем, что при увеличешт скорости первичных электронов возрастает их глубина проникновения в эмиттер. Поэтому увеличивается и число вторичных электронов, вылетающих с данной глубины. При дальнейшем

Рис. 2.7. Условия выхода вторичных электронов в зависимости от угла падения ip (hi, h-i - длина хфобега первичных электронов)

Рис. 2.8. Относительное распределение вторичных электронов по энергиям

увеличении ускоряющего напряжения первичные электроны проникают на глубину, превосходящую некоторую предельную для данного вещества, и а уменьшается. Выход вторичных электронов с глубин, больших предельной, затруднен из-за рассеяш1я энергии при многочисленных столкновениях с электронами эмиттера.

Для большинства чистых металлов значение Оупах невелико (0,5-1,8). В фотоэлектронных умножителях для получения больших значений Offiax применяют полупроводниковые материалы и окисленные сплавы, например AlMg, AgMg, CuBe.

Зависимость коэффиплента а от угла падения показана на рис. 2.7. Угол падеш1я отсчитьюается от нормали к поверхности эмиттера до направления движения первичных электронов. Установлено, что при увеличении угла падения значение а возрастает. Чем больше угол падения if, тем ближе к поверхности образуются вторичные электроны и, следовательно, больше вероятность их выхода.

Распределение вторичных электронов по энергиям при энергии первичных электронов, равной 150 эВ, показано на рис. 2.8. Область / соответствует истинно вторичным электронам, начальные энергии которых распределены в диапазоне 0-50 эВ. Максимальное число вторичных электронов обладает энергией около 5-15 эВ. Значительное число электронов покидает эмиттер со скоростью, примерно равной скорости первичных электронов (область HI), - это упругоотраженные пер-вивдые электроны. Электроны, покидающие эмиттер с энергиями 50-150 эВ (область ), составляют группу неупругоотраженных первичных электронов.

Следует отметить, что прямой зависимости между коэффициентом а и работой выхода материала эмиттера нет. Основными процессами в явлении вторичной эмиссии являются процессы внутри объема эмиттера - образование и движение к поверхности вторичных электронов. Эти процессы зависят в основном от атомно-молекулярной структуры эмиттера и других факторов, указанных выше.

Вторичная электронная эмиссия лежит в основе работы фотоэлектронных умножителей, приемных, передающих, запоминающих трубок и других приборов. Вторичная эмиссия может происходить также при бомбардировке поверхности эмиттера тяжелыми частицами - ионами. Такая эмиссия наблюдается из катодов при некоторых видах электрического разряда в газе (см. §25.2).

2.6. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ

Электростатической (автоэлектронной) эмиссией назьшают эмиссию электронов, обусловленную наличием у поверхности тела сильного электрического поля (напряженность Е 10 В/см).

Явление автоэлектронной эмиссии не может быть объяснено с помощью законов классической механики и электродинамики, базирующихся на представлении электрона в виде частицы. Объяснение дает квантовая механика на основе изучения волновых свойств электрона.

При сильном внешнем электрическом поле потенциальный барьер понижается и становится узким (рис. 2.9). При таких узких барьерах существует некоторая вероятность проникновения электронов туннельным способом - не над потенциальным барьером, а сквозь него. Согласно квантовомеханическим представлениям эта, вероятность становится значительной, когда длина волны электрона становится соизмеримой с шириной потенциального барьера.

Плотность тока автоэлектронной эмиссии для металлов (Г = О К) выражается формулой Фаулера-Нордгейма:

/э,э = Л,£2ехр(-Б1/£0, (2.6)

где Ai uBi - универсальные постоянные, куда входит работа выхода; Е - напряженность электрического поля.

Рис. 2.9. К пояснению электростатической эмиссии

Рис. 2.10. Зависимость тока электростатической эмиссии от напряженности поля