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

52467. Декартові координати на площині 198.5 KB
  Узагальнити та систематизувати знання учнів з теми; розвивати пам’ять, логічне мислення,здібності учнів; виховувати інтерес до математики, увагу, самостійність;формувати вміння працювати.
52468. Толерантность 351.5 KB
  Дело № 1 Методическое пособие для Ученика конкурс учебных судов Пилотное издание серии Живое право в рамках проектов Развитие толерантности посредством учебных судов Гражданское образование: развитие профессионального потенциала Мозаика граждановедения Дело № 1 О фотографиях в паспорте РФ СанктПетербургский институт права имени Принца П. Конкурс был организован СанктПетербургским институтом права имени Принца П. Институтом права организуется региональный тур конкурса для СанктПетербурга и Ленинградской...
52469. СУДЕБНОЕ ЗАСЕДАНИЕ ПО УГОЛОВНОМУ ДЕЛУ 103 KB
  Целями проведения деловой игры Судебное заседание по уголовному делу являются: практическое изучение процесса судебного разбирательства его стадий; обучение правовой оценке исходной фактической правовой ситуации анализу материалов дела законодательства разработке правовой позиции по делу принятию процессуальных решений; формирование практических навыков реализации полномочий профессиональными субъектами уголовного судопроизводства в ходе судебного разбирательства составления процессуальных документов устных...
52470. Спільні властивості компонентів середовища програмування Delphi 212.5 KB
  Мета: ознайомити студентів з основними властивостями компонентів обєктноорієнтованого середовища програмування Delphi особливостями їх застосування; порівняти методи застосування властивостей компонентів при створенні програмних продуктів; розвивати пізнавальний інтерес студентів вміння порівнювати аналізувати узагальнювати робити логічні висновки; виховувати інтерес до вивчення дисципліни як науки яка є основою для вивчення технологій розробки програмного забезпечення різного рівня здобуття умінь та навичок своєї професії...
52471. Шлях до демократії 106 KB
  З метою розвитку лідерського потенціалу учнівської молоді її громадянської ініціативи набуття нею досвіду активної та компетентної участі в громадському житті складовою частиною системи виховної роботи я вбачаю реалізацію проекту учнівського самоврядування “Шлях до демократіїâ€ результатом якого є створення “міні республіка “Веселка†що сприяє обєднанню зусиль для добрих і корисних справ розвитку здібностей і талантів вихованню компетентної й успішної особистості вихованню громадянина України носія національних...
52472. З чого починається гарний день 47 KB
  Хід заняття Діти сьогодні ми здійснимо подорож у чарівний світ казок В. Як пахне казка Так дітки казка сьогодні пахне свіжістю хвойним лісом Дітисьогодні я прокинулася подивилася на сонечко та й замислилась: цікаво а з чого починається новий день Діти як ви думаєте: з чого починається новий день Все це вірно: із сонечка умивання сніданку Але давайте подумаємо якими словами ми визначаємо прихід нового дня Так ми бажаємо всім кого ми зустрічаємо доброго ранку Давайте пригадаємо якими словами зустрічає вас зранку...
52473. Чому існують день та ніч 277 KB
  Обладнання: картини з зображенням небесних світил та зоряного неба глобус атрибути до гри Сонце і місяць. Що настала вечірня пора Із настанням вечора сонечко опускається до обрію і заходить за нього надворі сутеніє стає темніше починають спалахувати зірки з'вляється Місяць. Тут зображено зоряне небо а на цій картині ми бачимо сонце далі ми бачимо Місяць та інші космічні пейзажі. Ви розглянули картини скажіть що ви побачили нове невідоме чи незрозуміле Якої форми Сонце Місяць та зорі Чи їхні розміри однакові Про що...
52474. Европейский день языков 61.5 KB
  Цель: привлечь внимание к богатому языковому и культурному разнообразию Европы которое следует поддерживать а также расширять диапазон языков которым люди учатся на протяжении всей своей жизни укреплять взаимопонимание между народами; воздать должное всем европейским языкам включая редкие и те на которых говорят мигранты. Приветствие на разных европейских языках вступительное слово ведущих. Выходит группа учеников в национальных костюмах европейских государств язык которых они представляют.
52475. Про що шепотіли дерева 99 KB
  вихователь м. Вихователь. Вихователь. Дідусь заблукав і прийшов до нас але це дідусь не простий а казковий з ним завжди трапляються якісь пригоди вихователь читає вірш: Жив у світі старий дідусь Маленького зросту І сміявся старий дідусь Надзвичайно просто.