18128

Термоелектронна емісія (ТЕЕ)

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Термоелектронна емісія ТЕЕ ТЕЕ є випромінювання електронів розжареними тілами. Джерело енергії збудження електронів – теплова енергія гратки. Густина струму термоемісії для кожного тіла є універсальною функцією параметри якої залежать від природи цього тіла структ...

Украинкский

2013-07-06

160.77 KB

9 чел.

Термоелектронна емісія (ТЕЕ)

ТЕЕ є випромінювання електронів розжареними тілами. Джерело енергії збудження електронів – теплова енергія гратки. Густина струму термоемісії для кожного тіла є універсальною функцією, параметри якої залежать від природи цього тіла, структури його поверхні, стану цієї поверхні і, звичайно, від температури.

Основне рівняння термоемісії (формула Річардсона-Дешмана) має вигляд:

  

де А0 – стала Зоммерфельда,

    - середній коефіцієнт прозорості потенціального барєру,

    - робота виходу електрона,

    Т - температура, К – постійна Больцмана.

Виведення цього рівняння може бути зроблене виходячи з законів термодинаміки, або ж статистично. Але варто зазначити, що «чистого» виведення як такого не існує: термодинаміка на певному етапі звертається до статистичної теорії, а статистика при переході до загального випадку вимагає термодинамічного розгляду.

Ми виведемо це рівняння статистично.

Виведення формули Річардсона-Дешмана

Ми знаємо, що щоб електрон вийшов у вакуум, йому треба надати енергію більшу за . Але цього не достатньо. Також необхідно, щоб електрон з цією енергією міг рухатись перпендикулярно поверхні металу; з якою б швидкістю не рухався електрон паралельно потенціальному бар’єру, він ніколи не залишить метал. Якщо розташувати вісь Х перпендикулярно поверхні металу, то умова виходу має вигляд:

  

де - висота потенціального барєру.

  

- максимальна швидкість електрона в металі.

Кількість електронів зі складовими швидкостей , які підходять кожну секунду до одиниці поверхні металу (потік електронів)

  

     (Ця формула отримується з розподілу Фермі-Дірака, коли замість Е поставити  m(Vx)2 /2).

Через те, що кожен електрон, що зіштовхується з барєром, залишить метал за умови незалежно від та , то загальна кількість електронів, що здатні залишити метал за одну секунду складе:

  

Для строгого розв’язку задачі про емісію електронів у вакуум треба ввести в це рівняння коефіцієнт прозорості бар’єру (електрони мають хвильові властивості і повинні при винекненні перешкоди частково відбиватися).

З попередньої лекції ми знаємо, що , де , тобто залежить від співвідношення енергії електрону і висоти потенціального бар’єру. Але через це рівняння  дуже важко розв’язати. Тому вводиться поняття : середнє значення коефіцієнта прозорості потенціального бар’єру для вилітаючих електронів. В такому випадку можна винести за знак інтегралу.

Аналізуємо рівняння  далі: через те, що для металів - одиниці еВ (для вольфраму, наприклад, ), а при Т=3000К, то

,

тобто одиницею в знаменнику можна знехтувати.

 ,

де - повна енергія електрона, який може вийти з дна потенціальної ями.

Виразимо тепер енергію через компоненти швидкості з формули  

  

звідки отримаємо:

  

В  

  

Таким чином:

  

- стала Зоммерфельда. Для всіх металів вона є однаковою. - стала Річардсона-Дешмана. А ось стала Річардсона-Дешмана для різних металів, що знайдена експериментально, в 1,5 ÷ 2 рази менша за :

для   Та :  

       Mo:  

        W :  

тобто складається враження, що . Теорія вказує на , адже вигляд потенціального бар’єру не такий:, а такий:

Можливою причиною вказаного розходження теорії з дослідом є зміна положення рівня Фермі в металах в залежності від температури. Але при нагріванні металу, як ми знаємо, Е0 змінюється слабо:

 ,

де - робота виходу при Т=0К.

для Mo,Ta та W  . Тобто при Т=1000К . може бути як додатньою, так і від’ємною величиною.

Іншою причиною відмінності від може бути плямистість катоду, яка полягає в тому, що у катода на поверхні є ділянки з різною роботою виходу. Ми ж вимірюємо інтегральний струм емісії.

Звертаю Вашу увагу на те, що формула  є справедливою і для напівпровідників. Лише треба пам’ятати, що для напівпровідника – це відстань від рівня Фермі до рівня вакууму: . Крім того треба пам’ятати, що положення рівня Фермі у напівпровідників набагато помітніше змінюється з температурою. Температурний коефіцієнт роботи виходу для напівпровідника , тобто при  , а це дуже істотна зміна.

Тому при обчисленні роботи виходу напівпровідника треба використовувати такі методи вимірювання , щоб температурна залежність роботи виходу враховувалася автоматично.

Методи вимірювання роботи виходу.

  1.  Метод прямих Річардсона.

,  але

Тоді:



, звідси й знаходиться. Це є річардсонівська, або приведена робота виходу, бо це є робота виходу емітера при температурі абсолютного нуля.

Перевагою цього методу є той факт, що значення роботи виходу не спотворено неврахуванням .

Недолік метода – знайдена робота виходу не істинна робота виходу катоду. Особливо це помітно для напівпровідникових катодів.

  1.  Метод повного струму.

 ;              ;                       

В цій формулі j - густина струму насичення при нульовому полі на катоді. Його знаходять експериментально з вольтамперної характеристики, побудованої в координатах Шоттки: lnj=f(Ua1/2). Температура катоду вимірюється за допомогою пірометра або термопари.

Перевага методу - значення не спотворено неврахуванням впливу температури на роботу виходу.

Недолік методу - припускаємо, що . Але похибка при визначенні таким методом дуже незначна. Дійсно, якщо (а це дуже занижене значення), Т=1000К, то .

  1.  Калориметричний метод.

Цей метод грунтується на тому, що емісія електронів термокатодом пов’язана з витратою енергії – теплоти випаровування електронів. А теплота випаровування електрона визначається роботою виходу катоду:

  

Тут - середня кінетична енергія електронів, що вилітають з катоду. - енергія, яку забирає з катоду один електрон.

  

- енергія, яку забирають у катода всі електрони, забезпечуючи густину струму емісії  j. Коли немає відбирання струму, то потужність розжарення , яка підводиться до катоду, витрачається лише на теплове випромінювання. При цьому температура катоду. Коли з катоду відбирається струм густиною j, то в тепловий баланс катоду додається потужність, що забирається електронами, і температура катоду падає до . Для відновлення температури потрібна вже потужність , більша ніж . Різниця цих потужностей:

  

З цієї формули  й знаходимо , бо j і T – вимірювані величини.

Перевага цього методу: значення роботи виходу не спотворене ні відсутністю точного значення , ні впливом Т на .

Недолік методу: реалізація методу на практиці потребує дуже точних вимірів температури катоду.

  1.  Метод контактної різниці потенціалів.

З назви цього методу зрозуміло, що в ньому використовується явище контактної різниці потенціалів. Відомо, що . Якщо робота виходу одного з матеріалів відома, наприклад, , то вимірюючи значення , знаходимо . Але, найчастіше всього, метод КРП використовується для визначення зміни роботи виходу матеріалу. А зміна може бути викликаною, наприклад, адсорбцією на підкладку якої-небудь речовини. Або навпаки, десорбцією з поверхні, наприклад, газових забруднень при нагріванні поверхні. Саме в цьому випадку метод КРП широко застосовується при дослідженнях поверхні твердих тіл.

Технічних втілень на практиці методу КРП існує декілька варіантів: метод Кельвіна, метод Зісмана, метод струму насичення, метод зсуву характеристик. Останній ще називається методом КРП у варіанті Андерсена. Ось він є дуже зручним на практиці, бо його можна автоматизувати.

Для розуміння суті цього методу нам треба розглянути декілька тем.Одна з них: вплив зовнішнього електричного поля на термоемісію катоду.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31485. Аналіз фінансової стійкості підприємства 104 KB
  Аналіз фінансової стійкості підприємства Лекція 13 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів та поглибити їхні знання з питань сутності фінансової стійкості підприємства порядку оцінки та визначення основних показників і типів фінансової стійкості розвивати логічне мислення студентів привчати творчо оперувати набутими знаннями виховувати інтерес до обраної професії. ПЛАН Сутність фінансової стабільності та стійкості підприємства. Дидактична мета заняття: сформувати у студентів сучасне економічне мислення щодо поняття фінансової...
31486. Аналіз кредитоспроможності підприємства 153 KB
  Аналіз кредитоспроможності підприємства Лекція 14 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів із класифікаційними моделями аналізу кредитоспроможності методикою оцінки кредитоспроможності позичальниківюридичних осіб згідно з методикою НБУ та методикою комплексного аналізу кредитоспроможності поглибити їхні знання щодо сутності кредитоспроможності підприємства розвивати логічне мислення студентів привчати творчо оперувати набутими знаннями виховувати інтерес до обраної професії. ПЛАН Сутність кредитоспроможності підприємства....
31487. Аналіз ділової активності підприємства 46.26 KB
  Аналіз ділової активності підприємства Лекція 15 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів і поглибити їхні знання з питань основних напрямів оцінки ділової активності підприємства аналізу і порядку розрахунку показників ділової активності розвивати логічне мислення студентів привчати творчо оперувати набутими знаннями виховувати інтерес до обраної професії. Основні напрямки оцінки ділової активності підприємства. Показники що характеризують ділову активність підприємства – порядок їх розрахунку та методи оцінки.
31488. Комплексне оцінювання фінансового стану підприємства 93.99 KB
  Комплексне оцінювання фінансового стану підприємства Лекція 19 2 год. Студент повинен знати виховна мета: теоретичний матеріал досліджуваної теми методи створення рейтингу кластерного аналізу матричного аналізу та методи бальних оцінок методи порівняльної рейтингової оцінки метод рейтингового фінансового аналізу інтегральна рейтингова оцінка підприємства а також методи узагальнення результатів фінансового аналізу діяльності підприємства повинен навчитись практично застосовувати здобуті знання у подальшій практичній діяльності....
31489. Аналіз прибутковості та рентабельності підприємства 66.56 KB
  Аналіз прибутковості та рентабельності підприємства Лекція 16 2 год Актуальність теми: прибуток є головною метою та мотивом підприємницької діяльності матеріальним джерелом економічного та соціального розвитку інвестиційної та інноваційної діяльності. Дана тема дає можливість отримати уявлення про те які показники використовуються у процесі аналізу та оцінки прибутковості та рентабельності підприємства також осмислене вивчення даної теми дасть можливість оволодіти методикою розрахунку показників рентабельності та прибутковості та...
31490. Значення і теоретичні основи фінансового аналізу 166.5 KB
  Значення і теоретичні основи фінансового аналізу Лекція 1 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів з питаннями необхідності та сутності фінансового аналізу; видами фінансового аналізу; привчати творчо оперувати набутими знаннями розвивати логічне мислення студентів. ПЛАН Необхідність та сутність фінансового аналізу. Предмет завдання напрями і принципи фінансового аналізу.
31491. Значення і теоретичні основи фінансового аналізу. Моделі фінансового аналізу 245.5 KB
  Значення і теоретичні основи фінансового аналізу Лекція 2 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів з методами прийомами моделями та факторами фінансового аналізу; привчати творчо оперувати набутими знаннями розвивати логічне мислення студентів Методи і моделі фінансового аналізу. Прийоми фінансового аналізу. Суб’єкти і користувачі фінансового аналізу.
31492. Інформаційне забезпечення фінансового аналізу 243.5 KB
  Для того щоб мати чітку уяву про фінансовий стан підприємства потрібно вміти правильно розподілити ресурси виявити напрями які потребують розвитку визначити головні питання котрі потребують корегування. Чи знаєте Ви який фінансовий стан підприємства Знаходиться воно в стадії підйому чи скорочення своєї діяльності Скільки це буде продовжуватись Наскільки ефективно працює підприємство та що можна зробити для підвищення рентабельності Ці відповіді можна знайти коли Ви розберетесь у фінансових звітах. Нормативнодовідкова інформація...
31493. Інструменти виділення, канали і маски. Фотомонтажі 891.41 KB
  Photoshop має в своєму розпорядженні багатий набір засобів виділення серед яких інструменти виділення Mrquee Область Lsso Лассо Mgic Wnd Чарівна паличка; інструменти виділення контурів Pth Tools; спеціальна команда Color Rnge Колірний ряд; особливий режим виділення Quick Msk Швидка маска. Виділення і трансформація областей У Photoshop велика частина операцій редагування діють лише в межах виділеної області. Приклад обробки виділення кистю Для виділення областей правильної геометричної форми є чотири інструменти які зібрані...