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

64650. Авторитарное государство 219.5 KB
  Условия возникновения режима авторитарной власти. Способы легитимизации власти. Условия возникновения режима авторитарной власти. В большой степени возрастает роль исполнительных органов государственной власти и основной военной силы армии обращаемой внутрь общества.
64651. Перспективы развития теории государства и права как науки 133.5 KB
  Идея правовой государственности как наиболее справедливого устройства общества впервые сложилась у древних греков в виде мысленного образа реального полиса, который должен представлять собой объединение людей, подчиняющихся единому и справедливому закону.
64652. Тенденции в развитии современного государства 126.5 KB
  Категории государственный интерес складываясь и эволюционируя одновременно с возникновением и эволюцией государства относятся к числу фундаментальных категорий правоведения. Государственность государство право: теоретико-мировоззренческое измерение проблемы...
64653. Правовое государство и гражданское общество. Взаимоотношение гражданского общества и правового государства 200.5 KB
  Цель данной работы заключается в том, чтобы выяснить, что такое правовое государство и гражданское общество, дать определение. В связи с этим, выяснить их признаки и принципы, на которых они основываются.
64654. Качественный контент-анализ 107.88 KB
  В данной работе, я проведу качественный контент-анализ статьи «Ошибки прогнозирования экономического роста» эксперта Центра научной политической мысли и идеологии Людмилы Кравченко. Тема курсовой работы актуальна, так как метод контент-анализа все чаще применяется для анализа...
64655. Применение полупроводниковых сверхрешеток в наноэлектронных устройствах 395.86 KB
  Композиционные сверхрешетки Легированные сверхрешетки Такой периодический потенциал сверхрешетки существенно изменяет зонную структуру исходных полупроводников создавая минизоны в пространстве волнового вектора и энергетические подзоны.
64656. Стратегический и эволюционный менеджмент: сравнение стратегий Японских Американских и Российских компаний 130.8 KB
  Целью курсовой работы является раскрытие понятий стратегического и эволюционного менеджмента, изучение стратегий и проведение анализа стратегий американских, японских и российских организаций.
64657. Статистико-экономический анализ рынка труда Новосибирской области 143.07 KB
  Цель курсовой работы – статистико-экономический анализ рынка труда. Задачи курсовой работы: изучение теоретических основ статистико-экономического анализа рынка труда, группировка выбранных регионов по уровню занятости, изучение связи между уровнем занятости и объемом инвестиций в экономику...
64658. Публицистическое начало в блог-журналистике 157 KB
  Интернет стал наиболее быстрым средством получения и обмена информации и как следствие получили широкое развитие и интернет СМИ. Интернет стал наиболее быстрым средством получения и обмена информации и как следствие получили широкое развитие и интернет СМИ.