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

43049. Разработка специализированного цифрового узла 672.5 KB
  Интегральные микросхемы, содержащие в своем составе десятки, сотни, тысячи, а в последнее время многие десятки и сотни тысяч и даже миллионы компонентов, позволили по-новому подойти к проектированию и изготовлению цифровых устройств. Надежность отдельной микросхемы мало зависит от количества элементов и близка к надежности одиночного транзистора, а потребляемая мощность в пересчете на отдельный компонент резко уменьшается по мере повышения степени интеграции.
43050. Погрузочная машина непрерывного действия 1ПНБ-2 Копейского машиностроительного завода 930.5 KB
  Определяется требуемый расход дросселя: Определяется площадь расходного окна: μ = 062 – коэффициент расхода жидкости Uдр=1 – параметр регулирования дросселя ρ = 890 плотность жидкости ∆Pдр – перепад давления в дросселе Тип дросселя Параметры Номинальное давление Pдр МПа Номинальный расход Qдр Площадь расходного окна fдр Потери давления ∆Pдр МПа Г7732 125 18 0176 02 8. μ = 062 – коэффициент расхода жидкости фактическое значение величины расходного окна дросселя Uдр – параметр регулирования дросселя ρ = 890...
43052. Аванпроект пассажирского среднемагистрального самолета 316.5 KB
  Выбор и обоснование схемы крыла. Определение основных геометрических характеристик крыла57 2. км ч Взлетная маса самолета т кг Относительная маса снаряженного самолета Относительная маса полезной нагрузки Относительная масса платной нагрузки Количество и тип двигателей Взлетная тягя мощность кН кВт Крейсерская тягамощность кН кВт Степень повышения давления Степень двухконтурности Эквивалентный диаметр фюзеляжа м Удлинение фюзеляжа Удлинение носовой и хвостовой частей фюзеляжа Стреловидность крыла по 1 4 хорд 0...
43053. Рассчет и конструирование станочного приспособления - для сверления 5-ти отверстий Ø11Н14 в детали опора 187.5 KB
  Изучение закономерности влияние приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволяет проектировать приспособление интенсифицирующее производство и повышающее его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособления создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭВМ и автоматов для графического изображения что приводит к ускорению технологической подготовки производства. Принципиальную схему приспособления изображаем на рисунке 4. Рисунок...
43055. Разработка предложений по созданию логистической системы 353.5 KB
  Считается, что анализируемые грузопотоки характеризуются стабильностью на проектную перспективу. Основной показатель, на который мы будем ориентироваться в ходе выполнения курсовой работы – это суммарные расходы на перевозку груза, которые зависят от количества перевозимого груза, расстояния перевозки и грузоподъемности подвижного состава, а также тарифа на перевозку.
43057. Разработка предложений по созданию логистической системы 319.93 KB
  Выбор и обоснование типа автотранспортного средства.1 Поставщики № поставщика Поставщик 51 Полтава 54 Карловка полтавса 61 Донецк 67 Красноармейск донец 83 ВолодарскВолынский житомир 85 Черняхов житомир 87 Городница житомио 114 Городище луганс 200 Монастыриска тернопол 350 Курджиново краснодар Порты отправления: Ейск Херсон Керчь. т Стоимость транспортировки 1т за 1км: С1км = 05 ден. Общая характеристика проектной ситуации Транспортная характеристика груза Стекло в ящиках витринное: Твердый прозрачный хрупкий материал получаемый...