Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия имеет особенно широкое применение в электронных приборах.

С повышением температуры энергия электронов проводимости в проводнике или полупроводнике растет (см. рис.3.2) и может оказаться достаточной для совершения работы выхода.

Если вылетевшие электроны не отводятся от эмитирующей поверхности ускоряющим полем, то около нее образуется скопление электронов («электронное облачко»). В нем скорости электронов различны и некоторой средней скоростью обладает наибольшее количество электронов (рис.5.6). Средняя скорость обычно составляет десятые доли вольта (например, 0,46 в при эмиссии вольфрама, нагретого до 2700° К).

Рис.5.6. Распределени количества эмитированных электронов

по величинам их энергий

Электронное облачко находится в динамическом равновесии. Новые электроны вылетают из нагретого тела, а ранее вылетевшие падают обратно.

Явление термоэлектронной эмиссии напоминает испарение жидкости в закрытом сосуде. Над такой жидкостью находится насыщенный пар. В нем скорости молекул различны, и некоторой средней скоростью обладает наибольшее количество молекул. Насыщенный пар находится в динамическом равновесии: одни молекулы возвращаются в жидкость, а другие, получившие при нагреве достаточную энергию, вылетают из жидкости.

Удельной электронной эмиссией j_э называется ток эмиссии, получаемый с одного квадратного сантиметра поверхности, если все эмитированные электроны удаляются внешним полем.

В этом случае j_э представляет собой плотность эмиссионного тока.

Иначе говоря, удельная эмиссия характеризует число электронов, испускаемых каждую секунду с поверхности в 1 см², и выражается в амперах на квадратный сантиметр (а/см²).

Если же внешнего поля нет, все электроны возвращаются обратно и плотность тока равна нулю. Возможны также случаи, когда возвращается часть электронов и плотность эмиссионного тока меньше удельной эмиссии. Ток эмиссии I_э, создаваемый всей поверхностью катода Q_к,

I_э = j_э ^. Q_к (5.2)

Зависимость j_э от Т для вольфрама наглядно изображается графиком на рис.5.7.

Рис.5.7. Зависимость удельной термоэлектронной эмиссии вольфрама от температуры

Как видно, при температурах ниже 2000° К эмиссии практически нет, а при нормальной рабочей температуре вольфрамового катода 2500 – 2600° К даже небольшое повышение температуры вызывает резкое возрастание эмиссии.