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

73772. Початки української козачини 378 KB
  Вони брали ся за рішеннє сього питання тодї як се явище не тільки скристалїзувало ся вповнї набуло незвичайної екстензивної сили стало великою й впливовою суспільною верствою але й покрило собою иньші суспільні верстви стало репрезентантом української народности pr ехсеllеnсе подібно як народ шляхецькийrdquo; репрезентував сучасну народнїсть польську. І таке всенародне значіннє козачини в звязку з незмірноориґінальними прикладами козацького устрою козацької стихії що так різко відріжняли її на тлї загального поневолення народнїх...
73775. Профессионально-этические принципы работы практического психолога 25.21 KB
  Очевидные самоочевидные и даже в чем–то банальные принципы типа не кричи на клиента не бей клиента не плюй в клиента не наноси ему увечий и т. Например психолог–консультант неоправданно оскорбляет клиента доводя его до истерики или использует в некоторых случаях совершенно не адекватные методы был случай когда один весьма солидный специалист в профконсультации под видом инноваций применил метод иглоукалывания да еще в затемненной комнате при свечах и с полуобнаженным телом ошарашенного подростка. Роджерса пишет:...
73776. Этические проблемы в научной деятельности психолога 22.64 KB
  Проблема в том что для чистоты исследования часто приходится работать в режиме субъект–объектных отношений что предполагает повышенную этическую готовность и нравственную ответственность психолога–исследователя. Проблема недобросовестности исследования. Этическая проблема заключается в вынужденной необходимости истинных авторов соглашаться на такое соавторство ради того чтобы книга вообще была издана. Очень непростой является проблема семейственности в науке когда с одной стороны создаются благоприятные условия для откровенных...
73777. Важнейшие требования к личности практического психолога 14.66 KB
  Иными словами превалирующая роль отводится психологическому и психотерапевтическому а также психокоррекционному и психодиагностическому инструментарию при этом личностные характеристики психолога считаются чем–то вторичным. Подобная позиция присуща теоретическим концепциям рассматривающим психологическую помощь как воздействие психолога на клиента. Обобщая многочисленные исследования профессионально важных личностных черт психотерапевтов и психологов можно выделить следующие личностные черты желательные для практического психолога: ...
73778. Проблема «модели специалиста» и индивидуального стиля деятельности психолога 22.45 KB
  Обычно приводится примерно такое обоснование: невозможно втиснуть в модель все характеристики профессиональной деятельности вместе с необходимостью импровизировать в труде а также невозможно выделить общепризнанный стандартно–образцовый профиль личностных и профессиональных качеств специалиста под который можно было бы подгонять будущих психологов. Маркова выделяет следующие основные составляющие модели специалиста: 1 профессиограмму то есть описание самой деятельности психолога; 2 профессионально–должностные требования...