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

51091. Вычисление определенного интеграла при помощи метода трапеций в среде Delphi 101.95 KB
  В компоненте Groupbox1 три текстовых поля объекты Edit для ввода значений количества разбиений n начального и конечного значения интервалов а и b; в компоненте Groupbox1 три поля меток объекты Lbel для вывода информации содержащейся в текстовых полях Edit; в компоненте Groupbox2 четыре поля меток объекты Lbel Lbel5 и Lbel7 для вывода результатов значения шага h и вычисления определенного интеграла по методу трапеции; Lbel4 и Lbel6 для вывода соответствующей информации. Аналогично измените свойство Cption для полей меток...
51093. Ринки цінних паперів та методи їх аналізу 1.09 MB
  Ринок цінних паперів - це частина фінансового ринку де здійснюється емісія та купівля-продаж фінансових активів за допомогою прав власності та інструментів обігу (фінансових інструментів), які мають ціну визначену ринком.
51096. Проектирование цехового электроснабжения 425.53 KB
  Целью выполнения данной курсовой работы является закрепление на практике основных вопросов дисциплины «Основы электроснабжения промышленных предприятий», таких как расчет электрических нагрузок, выбор сетевых элементов, расчет токов короткого замыкания и т.д. Ниже и решаются все эти задачи для конкретного цеха с определенным набором электроприемников.
51097. Графические файлы формата BMP 393.32 KB
  Цель работы: Написать программу, реализующую просмотр графического файла (формат BMP). Программа должна: загружать и выводить на экран произвольный файл (с использованием файловых функций); читать все файлы с цветовой палитрой до 256 цветов (black/white,grey,16,256)...
51098. Увеличение и уменьшение цифровых изображений 208.4 KB
  Цель работы: написать программу способную производить увеличение/уменьшение исходного изображения в нецелое число раз методом билинейной интерполяции. Код программы...