18129

Вплив зовнішнього електричного поля на термоемісію катоду

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вплив зовнішнього електричного поля на термоемісію катоду Для того щоб визначити струм емісії катода необхідно зібрати елементарну схему що містить вікуумний діод ВД й джерела живлення з вимірювальними приладами. Діод має пряморозжарюваний W катод 1 і анод 2. ...

Украинкский

2013-07-06

188.56 KB

1 чел.

Вплив зовнішнього електричного

поля на термоемісію катоду

  Для того, щоб визначити струм емісії катода необхідно зібрати елементарну схему, що містить вікуумний діод (ВД) й джерела живлення з вимірювальними приладами. Діод має пряморозжарюваний W катод (1) і анод (2). (3) – охоронні кільця. Вони необхідні для того, щоб струм емісії вимірювався лише анодом (2), в межах якого температура катоду рівномірна по всій довжині (вона не спотворена тепловідводом на кінцях катоду). Міліамперметр реєструє лише струм емісії з частини катоду, що розміщена всередині аноду. Густина струму емісії j- це відношення анодного струму Ia до площі поверхні катоду S, з якої відбирається струм на анод:

Якщо при Ткатоду = const збільшувати анодну напругу Ua, то міліамперметр будe показувати ріст анодного струму Ia. Графік залежності  є вольт-амперною характеристикою діоду. Вигляд ВАХ такий:

На рис. Ie0 – струм емісії катоду при анодній напрузі Ua=0.

При анодний струм Ia стає рівним струму емісії катоду Ie, тобто при цій напрузі всі емітовані катодом електрони досягають аноду. Подальше збільшення Ua не повинно супроводжуватися ростом Ia, оскільки емісія катоду використана повністю. Повинно бути так зване насичення струму емісії. Ось це значення струму емісії й використовується в методі прямих Річардсона.

     Але на практиці ріст Ua за умови , призводить до подальшого зростання Ia, хоча й більш слабкому (ділянка ВАХ ab). Чому ж це відбувається?

     Ми знаємо, що на межі тверде тіло – вакуум є потенціальний бар’єр такого виду:

Нехай тепер поблизу поверхні катоду діє зовнішнє прискорююче електричне поле, тобто поле, що є протилежним до поля кулонівських сил (сил дзеркального відображення). Розподіл потенціалу такого поля V(x) має вигляд прямої лінії (див. рис.). Це поле, діючи на електрони з силою e, зменшує на величину ex роботу, яку здійснює електрон при переміщенні на відстань х від катоду.

(Тут  , де d - відстань анод-катод, V- різниця потенціалів між катодом і анодом). Результат дії прискорюючого поля – зовсім інша форма потенціального бар’єру (крива (3) на рис.): він став нижче на величину і вужче – електрон долає бар’єр не до ∞ , а до відстані Xk.В цьому місці сила дзеркального відображення дорівнює силі прискорюючого поля:

Висота потенціального бар’єру Ea при відсутності поля:

  (*)

Висота потенціального бар’єру коли поле є :

Тоді :         

Підставивши сюди значення Xk, яке знайдено з (*):    ,

отримаємо:    (на таке значення зменшується потенціальний бар’єр).

Тоді:                        

  ,

 ,   

 ,

 ,

звідки:         

 

    , але у нас робота виходу знижена на величину дельта , тобто маємо , тому   , де

Отримали рівняння, що носить ім”я Шотткі, бо він перший його отримав. Таким чином, зростання анодної напруги Ua обов’язково призводить до зростання густини струму емісії (бо , де d- відстань анод-катод).

  Якщо ВАХ побудувати в координатах Шотткі при , то в області насичення струму емісії будемо мати пряму лінію:

З рис. видно, що . Це означає, що при більш низьких температурах катоду вплив зовнішнього електричного поля на емісію більш помітний. Доречі, в методі повного струму в рівняння Річардсона-Дешмана треба вводити значення струму емісії j01 або j02 відповідно до температури, щоб знайти роботу виходу для електронів.

– логарифм густини струму емісії у відсутності поля на катоді.

  Треба зазначити, що при сильних електричних полях струм емісії зростає швидше, ніж це потребує рівняння Шотткі. Справа в тому, що коли виводилося це рівняння, то коректно враховувалося лише зниження потенціального бар’єру і не бралося до уваги його звуження.

Помітне звуження потенціального бар’єру відбувається при полях В/см і включається в дію так званий тунельний ефект. При , хкрит =10-7см, що близько до постійної градки кристалу.

Ефект Шотткі в напівпровідниках

     В металах кількість вільних електронів дуже висока: ~ 6*1022 см-3 коли метал одновалетний. Тому поле в метал практично не проникає, так як силові лінії електричного поля закорочуються на цих зарядах. В напівпровідниках – зона провідності. Тому поле проникає вже помітно: на , тобто практично на 1 мкм. Це означає, що межа застосування рівняння Шотткі для напівпровідників вужча. Для них .

Глибина проникнення силових ліній електричного поля на якій заряди перехоплюються ці силові лінії і екранують внутрішні області твердого тіла від подальшого проникнення цього поля, називається радіусом екранування Дебая-Гюккеля:

Е  - напруженість електричного поля

neконцентрація електронів в твердому тілі

Проникнення поля в напівпровідник викривляє зони поблизу поверхні. Тобто при сильному полі у напівпровідниках змінюється і зовнішня, і внутрішня роботи виходу.

 

, – на такі значення зменшується робота виходу

,

,

,

-діелектрична стала,– коефіцієнт, який враховує зменшення сил дзеркального відображення при полі Е.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42192. Моделирование процесса измерения основных параметров волоконно-оптических трасс по рефлектометрическим данным 291.5 KB
  Если среда в которой распространяется импульс в данном случае оптическое волокно содержит неоднородности то на рефлектограмме появятся изломы и всплески. Как было сказано выше если неоднородности в волокне отсутствуют то рефлектограмма будет представлять из себя прямую с некоторым наклоном. Ступеньки говорит о наличии неоднородности на которой происходит поглощение мощности светового импульса1. Обычно такие неоднородности наблюдаются в местах сварки оптических волокон.
42193. Электрическая цепь с одним источником питания и смешанным соединением элементов 130 KB
  Основные теоретические положения Основными элементами любой электрической цепи являются: а источники электрической энергии электромашинные генераторы аккумуляторные батареи термоэлементы и т. С помощью закона Ома описывается связь между током напряжением и сопротивлением заданного участка цепи . Согласно 1му закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов сходящихся в любом узле цепи равна нулю т. Так как при параллельном соединении все элементы находятся под одним и тем же напряжением то используя закон Ома это уравнение можно...
42194. Вимірювання опорів на постійному струмі 115 KB
  Ознайомлення з основними видами та методами вимірювання активних електричних опорів на постійному струмі. Дослідження методичних похибок основних методів вимірювання опорів та шляхи їх усунення. Завдання на вимірювання опорів кожен студент одержує від викладача.
42195. Калібрування і повірка засобів вимірювання тиску 86 KB
  1 Мета роботи Ознайомитись з будовою і принципом дії технічних засобів для вимірювання тиску. Набути практичних навиків при повірці і калібруванні систем вимірювання тиску.2 Програма роботи Під час заняття студент повинен самостійно ознайомитись з будовою і принципом дії технічних засобів які використовуються в системах для вимірювання тиску.
42196. Обробка результатів прямих багаторазових вимірювань 263.5 KB
  Вивчення методів і набуття практичних навиків в обробці результатів багаторазових вимірювань які містять випадкові похибки. Програма роботи Під час роботи студенти вимірюють активні опори за допомогою універсального цифрового вимірювача Ф 480 так щоб досягти при цьому одержання найбільш точних результатів шляхом визначення і виключення систематичних і випадкових похибок вимірювань параметра з рівноточними значеннями відліку. З цією метою використовується методика багатократного вимірювання однієї і тієї ж величини з...
42197. Вивчення будови, принципу дії амперметрів та вольтметрів. Визначення їх метрологічних характеристик 93 KB
  Якщо статична характеристика лінійна у=кх то коефіцієнт к називається чутливістю вимірювального приладу; ціна поділки ЗВ ; ціна одиниці найменшого розряду числа в показах цифрового приладу ; 2 похибки ЗВ: Абсолютна відносна приведена похибки ЗВ; Похибки поділяються на статичні які виникають при вимірюванні постійних величин динамічні які виникають при вимірюванні змінних величин. До числа характеристик похибок відноситься також варіація вихідного сигналу або варіація показів вимірювального приладу.8485]: метод порівняння з...
42198. Повiрка цифрових та аналогових омметрiв 144.5 KB
  Програма роботи У процесі підготовки до заняття студенту потрібно ознайомитись з методикою повірки омметрів згідно ГОСТ 9. Здійснити повірку цифрових універсальних омметрів типу В7 20 та В7 16А.1 Будова аналогових омметрів Омметрами називають прилади прямої дії які служать для безпосереднього вимірювання активних опорів. Перевага двохрамочних омметрів у тому що їх покази не залежать від напруги джерела живлення.
42199. Калібрування і повірка термометрів опору 286.5 KB
  Засвоїти методику отримання практичних навиків при проведенні досліджень динамічних характеристик термометрів опору при нагріванні і охолодженні повірці термометрів опору та калібруванні напівпровідникових термометрів опору термісторів.2 Програма роботи Під час заняття студент повинен ознайомитись з будовою та принципом дії термометрів опору. Визначити динамічну похибку термометрів опору типу ТСП і ТСМ.
42200. Систематичні похибки вимірювань та методи їх зменшення 71.5 KB
  У процесі заняття провести вимірювання різних електричних величин різними способами і засобами визначити систематичні похибки ввести поправки до результатів вимірювань обчислити дійсні значення вимірюваних величин і впевнитись у правильності отриманих значень.1 Систематичні похибки вимірювань та методи їх зменшення Процес пізнання матеріального світу відбувається через експериментальне визначення вимірювання кількісних оцінок фізичних величин що характеризують досліджувані процеси явища. Таким чином результат...