18131

Зниження роботи виходу плівкових катодів

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Зниження роботи виходу плівкових катодів пояснюється таким чином. Розглянемо спочатку WCs катод. Як відомо у. Потенціал іонізації атому. Потенціальна діаграма системи WCs це має такий вигляд: На цьому рисунку адатом цезію знаходиться на великі

Украинкский

2013-07-06

179.1 KB

1 чел.

Зниження роботи виходу плівкових катодів пояснюється таким чином. Розглянемо спочатку W-Cs катод. Як відомо, у W  е  4,52 еВ. Потенціал іонізації атому Cs  Vi 3,9 eB.  Потенціальна діаграма системи W-Cs це має такий вигляд:

На цьому рисунку адатом цезію знаходиться на великій відстані  r  від поверхні. Тому між ними ще не має взаємодій. Коли  r = r картина зовсім інша: валентний електрон цезію має можливість вільно перейти в метал, оскільки енергетичні рівні в металі відповідні до його енергії, є вільними, а бар’єр для нього зник (потенційний бар’єр W став нижче і вужче).

Коли атом Cs втратив електрон, він став позитивним іоном. З цього моменту виникають кулонівські сили між адсорбатом-адсорбентом, що утримують атом на поверхні. Варто зазначити, що така ж картина буде при адсорбції на вольфрамі будь-яких інших атомів, що мають еVі < е вольфраму. Наприклад, рубідій  ( еV= 4,16 еВ ), калій (еV= 4,32 еВ ) і т.д.

При покритті вольфраму атомами Ва або Th (торій), енергія іонізації яких дещо більша за роботу виходу W,  тобто еVі > е, не можна очікувати повного відривання валентного електрону у Ва чи Th.  Але внаслідок зниження і звуження потенціального бар’єру є можливим зміщення валентних електронів у напрямку поверхні металу, тобто утворюються диполі.

Як в першому, так і в другому випадку  утворився подвійний електричний шар поблизу поверхні W – катоду. Цей же шар утворює прискорююче електричне поле, що зменьшує потенціальний бар’єр поблизу поверхні металу на величину : . Варто зазначити, що наявність потенціального горбу, який показано на рисунку, довжиною, що дорівнює довжині атому, через тунельний ефект не перешкоджає виходу електронів.

Якщо подвійний шар розглядати як плоский конденсатор з зарядами, що скупчені на його обкладках, то напруженість електричного поля цього конденсатора :

   (1) де - густина зарядів,

 (2)   n - кількість атомів, підставимо

  (3) - ступінь поляризованості диполя. Для Cs   =1, а в більшості випадків <1, тобто для подвійного електричного шару у вигляді позитивного іона на поверхні і електрона в металі.

 (=1)                                                         (4),

де d - розмір (плече) диполя, pдипольний момент одного атома (p=ed).

тоді :  

(5)

n=n0*, де n – концентрація адсорбованих атомів, n0 – концентрація атомів, які падають на поверхню, - ступінь покриття поверхні.

(6),

Для випадку W - Ba, WTh в (6) виходить < 1

 

Як видно з (6) найбільше зменшення роботи виходу, а отже найбільший ріст струму емісії буде при =1 , тобто при покритті підкладки моношаром атомів. Але на практиці частіше за все такого немає. В чому ж причина розходження теорії і практики? А ось у чому. Дипольний момент  р  const, а є функцією від концентрації адатомів. Коли на поверхні твердого тіла адатомів мало, тобто вони знаходяться на великих відстанях один від одного, взаємодії між ними немає. З ростом , після =опт силові лінії диполів починають перекриватися. Тому дипольний момент і зменьшується на величину : ,  де - ступінь поляризованості диполя (нагадаю, що =1 для системи Cs-W). - коефіцієнт, що враховує вплив диполя на диполь ; r - відстань між диполями.

Звичайно ж зменьшення р призводить до зростання роботи виходу. І так до =1. Надалі практично не змінюється і робота виходу системи адсорбат-адсорбент стає рівною роботі виходу металу, атоми якого є адатомами. опт  для різних пар адсорбат – адсорбент різні і коливаються від 0,2 до 0,8. В абсолютних значеннях, наприклад, для системи W(110)  -Ba nопт = см-2, тобто опт . У  W-Th катодів при Троб = 1900К, опт =0,67.

АНОМАЛЬНИЙ ЕФЕКТ ШОТТКІ ДЛЯ ПЛІВКОВИХ КАТОДІВ

Дослідження впливу зовнішнього електричного поля на емісію плівкових катодів показало, що в області малих електричних полів спостерігається відхилення від закону Шотткі. Наприклад для W-Th катодів при слабких полях з ростом густина струму емісії  j росте швидше, ніж це випливає з рівняння Шотткі:

.

1 – чистий W

2 – торій вже є на поверхні W

3 – катод в максимомі активності

     Для торованого вольфраму при < 104 В/см спостерігається аномальний ефект Шотткі. При > 104 В/см аномальність зникає. Вперше цей ефект пояснив Ленгмюр в своїй теорії плям. На рисунку наведені ділянки з min i max . Розмір ділянок l.  Mіж цими ділянками існує КРП. (На рис. представлено лінї сил, що діють на електрони катоду при їх емісії в вакуум, а не силові лінії електричного поля). З рисунку видно, що поле плям затримує електрони, емітовані ділянками W-Th. Для W областей поле прискорює електрони. В цьому місці діє нормальний ефект Шотткі. При накладанні на катод зовнішнього прискорюючого поля картина над ділянками чистого W якісно не змінюється (зберігається нормальний ефект Шотткі: при зростанні густина струму емісії росте по закону Шотткі ).

     Над плямами торію зовнішнє електричне поле компенсує дальнодіючі сили КРП набагато швидше, ніж сили дзеркального відображення, тому й струм дуже швидко зростає. При полях поля будуть повністю скомпенсовані, тому аномальність ефекту Шотткі зникає.

Напівпровідникові катоди

До них, в першу чергу, відносяться оксидні катоди (ОК). Це найбільш поширені джерела електронів, бо мають багато переваг в порівнянні з іншими катодами: металічними, плівковими. Найбільш помітна перевага це висока емісійна здатність: в статичному режимі ОК дозволяють відбирати при терміні роботи до 20000 годин. В імпульсному режимі при терміні роботи декілька тисяч годин. Важливо й те, що в ОК робоча температура на ~ 1000K менша ніж у металічних та плівкових емітерів: у них . Низька робоча температура це мале споживання енергії в колах живлення, економічність приладу, в якому джерелом електронів є оксидний катод. Низька робоча температура це слабке світіння катоду, тобто можливість використання ОК в фотоелектронних приладах спеціального призначення.

До недоліків ОК відноситься відсутність можливості навіть короткочасного знаходження катода на атмосфері після активування. Він руйнується при бомбардуванні іонами, тобто оксидний катод повинен працювати при P не гірше тор. При тор, наприклад, в кольоровому кінескопі іонне бомбардування виводить катод з ладу чере 3-5 місяців.

Є у цього катода й інші специфічні особливості, наприклад, неоднорідність емісії робочої поверхні. Але ця неоднорідність помітно нижча, ніж у плівкових катодів.

Але переваг в ОК значно білше ніж недоліків, тому оксидні катоди на практиці використовуються вже більше понад 100 років.

ОК складається з металічного керна спочатку вкритого шаром карбонатів ЛЗМ, тобто або лише . В якості керна використовується нікель, молібден або вольфрам. Карбонати лужноземельних металів (ЛЗМ) на керн наносяться, частіше за все, методом пульверизації. Для того, щоб покриття мало добру адгезію (закріплення з підкладкою) в суміш додають біндер (речовина для зв’язування). Це полібутілметакрілат (органіка).

При прогріванні катода під час відкачування карбонати дисоціюють

з утворенням твердого розчину окисів ЛЗМ і випаровується. необхідно як можна швидше відкачувати. Одержаний окисел за своїми електронними властивостями є діелектриком. Тому далі є необхідним процес активування короткочасний нагрів катода до більш високої температури (~до 1200K). Це на 100 градусів вище за Троб оксидного катода.

Процес активування утворення вільного ЛЗМ за рахунок термічної дисоціації окисла: . Для прискорення цього процесу і зниження температури активування в керн катода вводять активні доданки, наприклад, .

Вдала модифікація ОК – так званий М-катод. Це оксидне покриття такого ж складу, як у звичайного оксидного катоду, але з помітно більшою густиною ( 4  5 г/см3 замість 1  2 г/см3 ). Через таку високу густину товщина оксидного шару робиться не 20  80 мкм, а одиниці мікрон і цього запасу активноі речовини вистачає на тисячі годин. Поверхня М-катоду дуже гладка. За емісійними властивостями М-катод не гірше звичайного ОК і має ряд переваг: через те, що покриття низькопористе, у нього висока теплопровідність, а отже рівномірний розігрів. Енергетичний спектр електронів набагато вужчий, ніж у звичайного ОК, тому що М-катод мае оптично гладку поверхню.

Основний недолік М-катодів – не дуже велика договічність ( 4  5 тис. годин ). Це звязано з тим, що після виготовлення катоду його покриття всього на 60  80 % мае карбонати ЛЗМ. Решта частина - це оксиди ЛЗМ, які після контакту з повітрям перетворюютсья на гідроксиди. Наприклад,    BaO + H2O  Ba(OH)2 .

А Ba(OH)2 дуже легко випаровується при нагріванні катоду, порушуючи оптимальний склад емітера ( тому активність катоду досягається не дуже швидко). Крім того, це додаткові втрати активної речовини, тобто зменшення довговічності катоду.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49167. Характеристики цифровой системы передачи непрерывных сообщений и их расчет 1.31 MB
  Описание процесса преобразвания сигнала от источника сообщения до получателя. Рассмотрим процесс преобразования сигнала от источника до получателя. Непрерывный сигнал t предаётся в формирователь первичного сигнала для преобразования в первичный электрический сигнал bt. Количество уровней квантования L определяется исходя из ошибки квантования пикфактора сигнала и отношения сигнал шум.
49168. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КУРСА ЕВРО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОСЕТИ 520.5 KB
  Проектирование нейросети Анализ зависимостей курса евро Заключение Введение Начиная с 80х годов для решения экономических задач широкое распространение получили нейронные сети. В общем случае нейронные сети могут решать как задачи классификации разделения входных примеров на заданное число классов так и задачи аппроксимации предсказания непрерывных функций.
49169. АНАЛИЗ ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ И РЕЗУЛЬТАТОВ ФИНАНСОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ 12.68 MB
  В связи с этим приобретает огромное значение оценка финансовых результатов деятельности и финансового состояния предприятия в настоящем прошлом и будущем. С помощью анализа финансового состояния предприятия и хозяйственной деятельности вырабатываются стратегия и тактика развития предприятия обосновываются планы и управленческие...
49170. Применение просвечивающего электронного микроскопа 895.5 KB
  Конструкция просвечивающего электронного микроскопа. Применение просвечивающего электронного микроскопа. Во-вторых существенное повышение до 1 Å и менее разрешающей способности электронных микроскопов что сделало их конкурентоспособными с автоионными микроскопами в получении прямых изображений кристаллической решетки. Сегодня трудно себе представить биологическую медицинскую физическую металлографическую химическую лаборатории без оптического микроскопа: исследуя капельки крови и срез ткани медики составляют заключение о состоянии...
49172. Система горячего водоснабжения, центральный тепловой пункт (ЦТП) и тепловые сети от ЦТП до присоединенных зданий 249 KB
  В ЦТП должна быть предусмотрена противокоррозийная и противонакипная обработка воды согласно СНиП Температура горячей воды должна быть: в местах водоразбора 55С на выходе из ЦТП 6065С. Определение температуры воды в подающей трубе теплосети в точке излома повышенного графика. Максимальный секундный расход воды на расчетном участке сети л с при гидравлическом расчете теплопроводов системы горячего водоснабжения определяется по формуле...
49173. Краниальная остеопатия 6.2 MB
  На протяжении десяти лет он пытался избавиться от этой идеи, но не смог, и решил доказать ее ошибочность. Следующие двадцать лет он изучал кости черепа. Учебники предлагали скудную информацию. Но чем глубже он вникал в проблему, тем логичнее казалось его первоначальное предположение. Сатерлэнд поставил много экспериментов на самом себе, производил и выправлял дефекты на собственном черепе при помощи оригинальных механических приспособлений.