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

41270. МІСТА НА ДУНАЇ ТА ЙОГО ПРАВИХ ПРИТОКАХ 45.34 MB
  Майже всі придунайські міста розвинулися з прикордонних римських таборів I—IV ст., зберігши сліди античного регулярного планування в своїх історичних ядрах. Для тих міст притаманним є складний етнічний склад міського населення
41271. Методологическая основа моделирования 127 KB
  На этапах разработки АСОИУ различных уровней отраслевые АСУ АСУ объединениями и предприятиями автоматизированные системы научных исследований и комплексных испытаний системы автоматизации проектирования АСУ технологическими процессами а также интегрированные АСУ необходимо учитывать следующие особенности: сложность структуры стохастичность связей между элементами неоднозначность алгоритмов поведения при различных условиях большое количество параметров и переменных неполноту и недетерминированность исходной информации...
41272. Общая характеристика проблемы моделирования систем 134 KB
  Общая характеристика проблемы моделирования систем. Цели и проблемы моделирования систем. Классификация видов моделирования систем. Общая характеристика проблемы моделирования систем Характеристики моделей систем При моделировании рассматривают следующие характеристики моделей: 1.
41273. Возможности и эффективность моделирования систем на вычислительных машинах 123 KB
  Классификация видов моделирования систем продолжение. Возможности и эффективность моделирования систем на вычислительных машинах. Средства моделирования систем. Обеспечение имитационного моделирования.
41274. Математические схемы моделирования систем 238.5 KB
  При построении математической модели системы необходимо решить вопрос об ее полноте. Также должна быть решена задача упрощения модели которая помогает выделить в зависимости от цели моделирования основные свойства системы отбросив второстепенные. При переходе от содержательного к формальному описанию процесса функционирования системы с учетом воздействия внешней среды применяют математическую схему как звено в цепочке описательная модель математическая схема математическая аналитическая или и имитационная модель. Формальная...
41275. Непрерывно-детерминированные модели (D-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения D-схемы 224 KB
  Они отражают динамику изучаемой системы и в качестве независимой переменной от которой зависят неизвестные искомые функции обычно служит время t. Элементарные системы Из этого уравнения свободного колебания маятника можно найти оценки интересующих характеристик. Очевидно что введя обозначения h2 = mMlM2 = LK h1 = 0 h0 = mMglM = 1 CK Ft = qt = zt получим обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка описывающее поведение этой замкнутой системы: h2d2zt dt2 h1dzt dt h0zt = 0 2.9 где h0 h1...
41276. Дискретно-детерминированные модели (F-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения F-схемы 170.5 KB
  Система представляется в виде автомата как некоторого устройства с входными и выходными сигналами перерабатывающего дискретную информацию и меняющего свои внутренние состояния лишь в допустимые моменты времени. В каждый момент t = 0 1 2 дискретного времени Fавтомат находится в определенном состоянии zt из множества Z состояний автомата причем в начальный момент времени t = 0 он всегда находится в начальном состоянии z0 = z0. Другими словами если на вход конечного автомата установленного в начальное состояние z0 подавать в...
41277. Дискретно-стохастические модели (Р-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения P-схемы. Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы). Основные соотношения 159.5 KB
  Непрерывностохастические модели Qсхемы Основные соотношения Особенности непрерывностохастического подхода рассмотрим на примере типовых математических Qсхем систем массового обслуживания англ. В качестве процесса обслуживания могут быть представлены различные по своей физической природе процессы функционирования экономических производственных технических и других систем например: потоки поставок продукции некоторому предприятию потоки деталей и комплектующих изделий на сборочном конвейере цеха заявки на обработку информации ЭВМ...
41278. Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы) (продолжение). Возможные приложения Q-схем 140.5 KB
  В студенческом машинном зале расположены две ЭВМ и одно устройство подготовки данных УПД. Студенты приходят с интервалом в 8  2 мин и треть из них хочет использовать УПД и ЭВМ а остальные только ЭВМ. Работа на УПД занимает 8  1 мин а на ЭВМ 17 мин. Кроме того 20 работавших на ЭВМ возвращаются для повторного использования УПД и ЭВМ.