ما هو انبعاث الإلكترون. انبعاث الإلكترونات من المعدن. ماذا يعني "الانبعاث الإلكتروني"؟

لكي يتغلب الإلكترون على القوى التي تجذبه إلى الشبكة الأيونية للمعدن، أي أن يمر عبر حاجز الجهد في الطبقة السطحية ويترك المعدن، فمن الضروري إنفاق بعض الطاقة. الطاقة الحركية القصوى التي يمكن أن يمتلكها الإلكترون داخل المعدن ليست كافية لهذا الغرض. لذلك، للتغلب على حاجز الجهد، من الضروري تطبيق قوى خارجية على الإلكترون أو بطريقة ما

منحه طاقة إضافية. يُطلق على الشغل الذي يجب بذله لتحرير إلكترون من المعدن اسم دالة الشغل، وهي إحدى الخصائص المهمة للمعدن؛ ويرتبط بالمجال الكهربائي في الطبقة السطحية للمعدن:

حيث يجب أن يتم التكامل (على طول أي مسار) من نقطة ما داخل المعدن إلى نقاط تقع بعيدة بما فيه الكفاية عن سطحه. بالنسبة لسطح التنغستن النظيف، فإن هذا الشغل يساوي 4.5 فولت. أما بالنسبة للمعادن الأخرى (النقية) فيتراوح بين 1.8-5.3 فولت. إذا كانت الطبقة السطحية للمعدن تحتوي على أي شوائب، فإن وظيفة العمل تنخفض؛ على سبيل المثال، يؤدي طلاء سطح التنغستن بطبقة رقيقة من السيزيوم إلى تقليل دالة العمل إلى 1.36 فولت.

في حالة توازن المعدن، يغادر عدد معين من الإلكترونات المشاركة في الحركة الحرارية العشوائية سطح المعدن كل ثانية، ولكن بعد ذلك، تحت تأثير القوى المذكورة أعلاه، يتم سحبها مرة أخرى إلى المعدن. تشكل هذه الإلكترونات ما يسمى بالسحابة الإلكترونية بالقرب من سطح المعدن، والتي يزداد سمكها وكثافتها (عدد الإلكترونات لكل وحدة حجم) مع زيادة درجة الحرارة.

يمكن الحصول على انبعاث ("تبخر") الإلكترونات من سطح المعدن بالطرق التالية:

1) تسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية جداً وبالتالي زيادة عدد الإلكترونات التي تكتسب سرعات عالية أثناء الحركة الحرارية. مثل هذه الإلكترونات، التي تمتلك طاقة حركية عالية، يمكنها التغلب على القوى التي تمنع إطلاقها من المعدن (الانبعاث الحراري)؛

2) استخدام مجال كهربائي قوي، والذي من شأنه أن "يلتقط" الإلكترونات من سطح المعدن. ويسمى انبعاث الإلكترونات هذا بالانبعاث البارد أو الميداني؛ كما يمكن أن يحدث في درجات حرارة منخفضة؛

3) تشعيع السطح المعدني بالضوء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والأشعة الأخرى التي تمتص الإلكترونات طاقتها. تنفق الإلكترونات المنبعثة من المعدن جزءًا من الطاقة الناتجة في وظيفة العمل وتخزن الباقي كطاقة حركية. تسمى هذه الطريقة لإصدار الإلكترونات بالتأثير الكهروضوئي (انبعاث الإلكترون الضوئي)؛

4) قصف سطح المعدن بالإلكترونات والأيونات أو الجزيئات الأخرى. وإذا كان هذا القصف يتم بواسطة الإلكترونات فإن الانبعاث يرجع إلى أن عدد الإلكترونات المنبعثة أكبر من عدد الإلكترونات المقذوفة (للأسطح النظيفة - بنسبة 1.2 - 1.8 مرة، وللأسطح التي تحتوي على شوائب ومغطاة بالغبار). طبقة رقيقة من الأكاسيد - بعشرات المرات)؛ تسمى طريقة الطرد هذه بانبعاث الإلكترون الثانوي.

الانبعاث الإلكتروني

انبعاث الإلكترونات من سطح مادة صلبة أو سائلة. إي ه. يحدث في الحالات التي يكتسب فيها جزء من إلكترونات الجسم، تحت تأثير التأثيرات الخارجية، طاقة كافية للتغلب على الحاجز المحتمل (انظر الحاجز المحتمل) عند حدود الجسم، أو إذا كان، تحت تأثير مجال كهربائي، ويصبح حاجز الجهد السطحي شفافاً أمام جزء من الإلكترونات ذات الطاقات الأعلى داخل الجسم. إي ه. قد يحدث عندما يتم تسخين الأجسام (الانبعاث الحراري) , عند قصفها بالإلكترونات (انبعاث الإلكترون الثانوي)، أو الأيونات (انبعاث الإلكترون الأيوني) أو الفوتونات (انبعاث الإلكترون الضوئي) . في ظل ظروف معينة (على سبيل المثال، عندما يتم تمرير التيار عبر أشباه الموصلات ذات الحركة الإلكترونية العالية أو عندما يتم تطبيق نبضة مجال كهربائي قوية عليه)، يمكن لإلكترونات التوصيل أن "تسخن" أكثر بكثير من الشبكة البلورية، وبعضها يمكن أن "يسخن" بشكل أكبر بكثير من الشبكة البلورية. مغادرة الجسم (انبعاث الإلكترون الساخن).

لملاحظة E. ه. من الضروري إنشاء مجال كهربائي خارجي لتسريع الإلكترون على سطح الجسم (الباعث)، والذي "يمتص" الإلكترونات من سطح الباعث. إذا كان هذا الحقل كبيرًا بدرجة كافية (≥ 10 2 ح/سم), ومن ثم فإنه يقلل من ارتفاع حاجز الجهد عند حدود الجسم، وبالتالي وظيفة العمل (تأثير شوتكي) , ونتيجة لذلك E. ه. يزيد. في المجالات الكهربائية القوية (انبعاث الإلكترون 10 7 ح/سم) يصبح حاجز الجهد السطحي رقيقاً جداً ويحدث "تسرب" للإلكترونات من خلاله (Tunnel emission) , يُطلق عليه أحيانًا أيضًا الانبعاث الميداني. نتيجة للتأثير المتزامن لعاملين أو أكثر، قد يحدث انبعاث إلكتروني حراري أو إلكتروني ضوئي. في المجالات الكهربائية النبضية القوية جدًا (انبعاث الإلكترون 5․10 7 ح/سم) يؤدي انبعاث النفق إلى تدمير (انفجار) سريع للرؤوس الدقيقة الموجودة على سطح الباعث وإلى تكوين بلازما كثيفة بالقرب من السطح (انظر البلازما). ويؤدي تفاعل هذه البلازما مع سطح الباعث إلى زيادة حادة في التيار الكهربائي. ما يصل إلى 10 6 أ مع مدة النبضة الحالية لعدة عشرات nsec(الانبعاث الانفجاري). مع كل نبضة حالية، يتم نقل الكميات الدقيقة (انبعاث الإلكترون 10 -11 ز) باعث المواد إلى الأنود.

أشعل.: Dobretsov L.N., Gomoyunova M.V., Emission Electronics, M., 1966; Bugaev S. P.، Vorontsov-Velyaminov P. N.، Iskoldsky A. M.، Mesyats S. A.، Proskurovsky D. I.، Fursey G. N.، ظاهرة انبعاث الإلكترون المتفجر، في المجموعة: الاكتشافات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية 1976 عام، م، 1977.

تي إم ليفشيتس.

الموسوعة السوفيتية الكبرى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .

انظر ما هو "الانبعاث الإلكتروني" في القواميس الأخرى:

انبعاث الإلكترون هو ظاهرة انبعاث الإلكترونات من سطح مادة صلبة أو سائلة. أنواع الانبعاثات الانبعاث الحراري يُسمى انبعاث الإلكترون الناتج عن التسخين بالانبعاث الحراري (TE). ظاهرة TE... ... ويكيبيديا

انبعاث الإلكترونات من سطح وسط مكثف. إي ه. يحدث في الحالات التي يكتسب فيها جزء من إلكترونات الجسم نتيجة لتأثيرات خارجية. طاقة التأثير كافية للتغلب على الإمكانات. حاجز على حدودها، أو إذا كان خارجيا... ... الموسوعة الفيزيائية

انبعاث الإلكترونات من سطح الوسط المكثف. إي ه. يحدث في الحالات التي يكتسب فيها جزء من إلينوف الجسم نتيجة لتأثيرات خارجية. يؤثر على طاقة كافية للتغلب على الحاجز المحتمل عند حدوده، أو إذا كان خارجيًا... ... الموسوعة الفيزيائية

الانبعاث الإلكتروني، انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة صلبة أو سائلة تحت تأثير مجال كهربائي (انبعاث مجال)، التدفئة (انبعاث حراري)، الإشعاع الكهرومغناطيسي (انبعاث إلكترون ضوئي)، تدفق الإلكترون... ... الموسوعة الحديثة

القاموس الموسوعي الكبير

الانبعاث الإلكتروني- انبعاث الإلكترون، انبعاث الإلكترونات بواسطة مادة صلبة أو سائلة تحت تأثير مجال كهربائي (انبعاث مجال)، تسخين (انبعاث حراري)، الإشعاع الكهرومغناطيسي (انبعاث إلكترون ضوئي)، تدفق الإلكترون... ... القاموس الموسوعي المصور

الانبعاث الإلكتروني- انبعاث الإلكترونات من سطح المادة إلى الفضاء المحيط بها. [GOST 13820 77] المواضيع: أجهزة الفراغ الكهربائي... دليل المترجم الفني

الانبعاث الإلكتروني- انبعاث الإلكترونات من سطح المادة الصلبة أو السائلة. يحدث انبعاث الإلكترون في الحالات التي يكتسب فيها جزء من إلكترونات الجسم، تحت تأثير التأثيرات الخارجية، طاقة كافية للتغلب على... ... القاموس الموسوعي للمعادن

انبعاث الإلكترونات من مادة صلبة أو سائلة تحت تأثير مجال كهربائي (انبعاث مجالي)، التسخين (انبعاث حراري)، الإشعاع الكهرومغناطيسي (انبعاث إلكترون ضوئي)، تدفق الإلكترون (إلكترون ثانوي... ... القاموس الموسوعي

انبعاث الإلكترونات في الحجم. اعتمادا على طريقة الإثارة، يتم تمييز الأثر. أساسي أنواع انبعاث الإلكترون: الانبعاث الحراري، انبعاث الإلكترون الضوئي (انظر التأثير الكهروضوئي الخارجي)، انبعاث الإلكترون الثانوي، انبعاث المجال... قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

كتب

• انبعاث الإلكترون المتفجر، G. A. Mesyats، ... التصنيف: الكهرباء والمغناطيسية
• انبعاث الإلكترون الثانوي، I. M. Bronstein، B.S Fraiman، الكتاب مخصص لإحدى قضايا الإلكترونيات الفيزيائية الحديثة - انبعاث الإلكترون الثانوي. تعتبر طرق القياس: معامل الانبعاث الثانوي (SE)، غير المرن والمرن... التصنيف: فيزياء الحالة الصلبة. علم البلورات السلسلة: مكتبة المهندس للفيزياء والرياضياتالناشر:

للحصول على تدفق الإلكترونات الحرة في الأجهزة الإلكترونية يوجد قطب معدني أو شبه موصل خاص - الكاثود.

لكي تتمكن الإلكترونات من الهروب إلى ما بعد الكاثود، من الضروري أن تمنحها من الخارج بعض الطاقة الكافية للتغلب على القوى المعاكسة. اعتمادا على طريقة نقل الطاقة الإضافية للإلكترونات، يتم تمييز الأنواع التالية من انبعاث الإلكترون:

• حراري، حيث يتم نقل طاقة إضافية إلى الإلكترونات نتيجة لتسخين الكاثود؛
• الكهروضوئيةحيث يتعرض سطح الكاثود للإشعاع الكهرومغناطيسي؛
• إلكترونية ثانويةوهو نتيجة قصف الكاثود بتيار من الإلكترونات أو الأيونات يتحرك بسرعة عالية؛
• كهرباءحيث يخلق مجال كهربائي قوي على سطح الكاثود قوى تعزز هروب الإلكترونات إلى ما هو أبعد من حدوده.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في كل نوع من أنواع الانبعاثات الإلكترونية المدرجة.

انبعاث حراري.كانت ظاهرة الانبعاث الحراري معروفة بالفعل في نهاية القرن الثامن عشر. تم إنشاء عدد من الأنماط النوعية لهذه الظاهرة بواسطة V. V. Petrov (1812)، T. L. Edison (1889)، وآخرين، وتم تحديد التبعيات التحليلية الرئيسية للانبعاث الحراري.

عندما يتم تسخين المعدن، يتغير توزيع طاقة الإلكترونات في نطاق التوصيل (الشكل 1، المنحنى 2). تظهر الإلكترونات ذات طاقات تتجاوز مستوى فيرمي. يمكن لمثل هذه الإلكترونات الهروب من المعدن، مما يؤدي إلى انبعاث الإلكترون. يعتمد حجم تيار الانبعاث الحراري على درجة حرارة الكاثود ووظيفة العمل وخصائص السطح (معادلة ريتشاردسون-داشمان):

أين جي— كثافة تيار الانبعاث، A/cm²؛ أ- ثابت الانبعاث، اعتمادًا على خصائص سطح الانبعاث ويساوي معظم المعادن النقية - 40...70 A/(cm² K²'); ت— درجة الحرارة المطلقة للكاثود. ه— قاعدة اللوغاريتمات الطبيعية (ه = 2.718); eφo— وظيفة عمل الإلكترون الخارج من المعدن، J؛ κ = 1.38 10‾²³ J/K هو ثابت بولتزمان.

معادلة الانبعاث الحراري المعطاة صالحة للمعادن. بالنسبة لأشباه الموصلات الشوائب، هناك اعتماد مختلف قليلاً، لكن العلاقة النوعية بين قيمة تيار الانبعاث ودرجة الحرارة ووظيفة العمل تظل كما هي. توضح المعادلة أن حجم تيار الانبعاث يعتمد بشكل كبير على درجة حرارة الكاثود. ومع ذلك، مع ارتفاع درجة الحرارة، يزيد معدل تبخر مادة الكاثود بشكل حاد وينخفض ​​عمر الخدمة. ولذلك، يجب أن يعمل الكاثود ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل محددة بدقة. ويتم تحديد الحد الأدنى لدرجة الحرارة من خلال إمكانية الحصول على الانبعاث المطلوب، ويتم تحديد الحد الأعلى من خلال تبخر أو ذوبان المادة المنبعثة.

إن المجال الكهربائي المتسارع الخارجي الذي يعمل على سطح الكاثود له تأثير كبير على قيمة تيار الانبعاث. وتسمى هذه الظاهرة تأثير شوتكي. يخضع الإلكترون الذي يغادر الكاثود، في ظل وجود مجال كهربائي خارجي، لقوتين - قوة الجذب الكهربائي، التي تعيد الإلكترون، وقوة المجال الخارجي، الذي يسرع الإلكترون في الاتجاه من الكاثود سطح. وبالتالي، فإن مجال التسارع الخارجي يقلل من الحاجز المحتمل، ونتيجة لذلك تنخفض وظيفة عمل الإلكترونات من الكاثود ويزداد انبعاث الإلكترون.

انبعاث الإلكترون الضوئي.تمت ملاحظة ظاهرة انبعاث الإلكترون الكهروضوئي (أو التأثير الكهروضوئي الخارجي) لأول مرة بواسطة ج. تم شرحها من قبل أ. أينشتاين على أساس نظريات الفوتون للضوء. ووفقا لهذه النظرية، يمكن نقل الطاقة الإشعاعية واستيعابها ليس على شكل تدفق مستمر، ولكن فقط في أجزاء معينة (الكمات)، ولكل كم كمية من الطاقة hv، حيث h هو ثابت بلانك، و الخامس- تردد الإشعاع. وبالتالي، فإن الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء المرئي وغير المرئي، والأشعة السينية، وما إلى ذلك) هو تيار من كمات الطاقة الفردية، تسمى الفوتونات. عند السقوط على سطح الكاثود الضوئي، يتم إنفاق طاقة الفوتونات على نقل طاقة إضافية إلى الإلكترونات. وبسبب هذه الطاقة يكون للإلكترون كتلة أنا، يؤدي وظيفة العمل واوويكتسب سرعة أولية Vo، والتي يتم التعبير عنها رياضيًا بمعادلة أينشتاين:

يمكن للإلكترون أن يغادر الكاثود إذا كانت دالة الشغل أقل من الطاقة الكمية، حيث أنه في ظل هذه الظروف فقط تكون السرعة الأولية صوت، وبالتالي الطاقة الحركية للإلكترون:

دعونا نلاحظ السمات الرئيسية لظاهرة التأثير الكهروضوئي:

• عندما يتم تشعيع سطح الكاثود الضوئي بتدفق مشع ذو تركيبة طيفية ثابتة، فإن تيار انبعاث الإلكترون الضوئي يتناسب مع شدة التدفق (قانون ستوليتوف):

أين لو— قيمة التيار الضوئي؛ F— حجم التدفق الإشعاعي. ل— معامل التناسب الذي يميز حساسية سطح الكاثود الضوئي للإشعاع.

• تكون سرعة الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الضوئي أكبر، كلما زاد التردد الخامسالإشعاع الممتص تزداد الطاقة الحركية الأولية للإلكترونات الضوئية خطيًا مع زيادة التردد v.
• يتم ملاحظة التأثير الكهروضوئي فقط عند تشعيعه بتدفق مشع بتردد V ≥ Vcr، حيث Vcr هو التردد الحرج، ويسمى "الحد الأحمر" للتأثير الكهروضوئي. الطول الموجي الحرج:

، حيث c هي سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية. في ẫ > ẫk، لا يوجد انبعاث إلكترون ضوئي.

• التأثير الكهروضوئي هو عمليا عديم القصور الذاتي، أي لا يوجد تأخير بين بداية التشعيع وظهور الإلكترونات الضوئية (زمن التأخير لا يتجاوز 3 10∧-9 ثانية).

كما في حالة الانبعاث الحراري، فإن زيادة شدة المجال الكهربائي الخارجي عند الكاثود الضوئي تؤدي أيضًا إلى زيادة انبعاث الإلكترون الضوئي عن طريق تقليل الحاجز المحتمل للكاثود. في هذه الحالة، تتحول عتبة التأثير الكهروضوئي نحو الوصايا الأطول.

كلما انخفضت وظيفة عمل المعدن الذي يُصنع منه الكاثود الضوئي، انخفض تردد العتبة لكاثود ضوئي معين. على سبيل المثال، لكي يكون الكاثود الضوئي حساسًا للضوء المرئي، يجب أن تحتوي مادته على وظيفة عمل أقل من 3.1 فولت. تعتبر وظيفة العمل هذه نموذجية بالنسبة للمعادن القلوية والقلوية الأرضية (السيزيوم والبوتاسيوم والصوديوم). لزيادة حساسية الكاثود الضوئي لنطاقات أخرى من التدفقات المشعة، يتم استخدام أنواع أكثر تعقيدًا من الكاثودات الضوئية لأشباه الموصلات (الهيدروجين القلوي، والأكسجين السيزيوم، والأنتيمون السيزيوم، وما إلى ذلك).

انبعاث الإلكترون الثانوي. تختلف آلية انبعاث الإلكترون الثانوي عن آلية الانبعاث الحراري والإلكترون الضوئي. إذا كانت الإلكترونات أثناء الانبعاث الحراري والإلكترون الضوئي موجودة بشكل أساسي على مستويات نطاق التوصيل، فعندما يتم قصف سطح الكاثود بالإلكترونات أو الأيونات الأولية، يمكن أيضًا امتصاص طاقتها بواسطة إلكترونات النطاقات المملوءة. ولذلك، فإن الانبعاث الثانوي ممكن من الموصلات ومن أشباه الموصلات والعوازل.

المعلمة الأكثر أهمية التي تميز انبعاث الإلكترون الثانوي هي معامل الانبعاث الثانوي σ . وهي نسبة عدد الإلكترونات الثانوية المنبعثة من سطح الكاثود ن2إلى عدد الإلكترونات الأولية الساقطة على الكاثود ن1,أو نسبة تيار انبعاث الجنيح الثانوي I2لتيار الإلكترونات الأولية I1:

يتم استخدام انبعاث الإلكترون الثانوي في بعض الأجهزة الإلكترونية - الأنابيب المضاعف الضوئي، وأنابيب البث التلفزيوني، وأنواع معينة من الأنابيب المفرغة. ومع ذلك، في كثير من الحالات، وخاصة في معظم الأنابيب المفرغة، يكون ذلك غير مرغوب فيه ويتم بذل الجهود للحد منه.

الانبعاثات الكهروستاتيكية.إذا كان المجال الكهربائي الخارجي على سطح الكاثود لديه قوة كافية للتعويض الكامل عن التأثير المثبط للحاجز المحتمل، فحتى في درجات حرارة الكاثود المنخفضة، سيحدث انبعاث إلكترون كبير. تم حساب أنه للتعويض عن الحاجز المحتمل، يجب أن يكون الجهد عند سطح الكاثود في حدود 10∧8 فولت/سم. ومع ذلك، بالفعل عند شدة مجال تبلغ 10∧6 فولت/سم، لوحظ انبعاث إلكترون كبير من الأسطح الباردة.

من الناحية الفنية، يمثل الحصول على قيم شدة المجال الكافية لحدوث انبعاث إلكتروستاتيكي صعوبات كبيرة. لذلك، يتم استخدام الانبعاث الكهروستاتيكي بشكل أساسي في الأجهزة الأيونية ذات كاثود الزئبق السائل. في هذه الحالة، يمكن الحصول على قوة مجال كافية عن طريق إنشاء طبقة من بخار الزئبق المتأين بالقرب من سطح الكاثود.

المصدر - غيرشونسكي ب.س. الإلكترونيات الأساسية (1977)

تلعب الإلكترونات التي يوفرها الكاثود دورًا رئيسيًا في ضمان توصيل فجوة القوس لأسباب مختلفة. تسمى عملية خروج الإلكترونات من سطح القطب الكاثود أو عملية تحرير الإلكترونات من الارتباط بالسطح بانبعاث الإلكترون. تتطلب عملية الانبعاث طاقة.

تسمى الطاقة الكافية لخروج الإلكترونات من سطح الكاثود بوظيفة الشغل ( ش خارجا )

ويقاس بالإلكترون فولت وعادة ما يكون أقل بـ 2-3 مرات من عمل التأين.

هناك 4 أنواع من انبعاث الإلكترون:

1. الانبعاث الحراري

2. الانبعاثات الإلكترونية التلقائية

3. انبعاث الإلكترون الضوئي

4. الانبعاث الناتج عن تأثير الجزيئات الثقيلة.

يحدث الانبعاث الحراري تحت تأثير التسخين القوي لسطح القطب الكهربائي - الكاثود. تحت تأثير التسخين، تكتسب الإلكترونات الموجودة على سطح الكاثود حالة تصبح فيها طاقتها الحركية مساوية أو أكبر من قوى جاذبيتها لذرات سطح القطب، حيث تفقد الاتصال بالسطح وتطير إلى الداخل فجوة القوس. يحدث تسخين قوي لنهاية القطب (الكاثود) لأنه في لحظة ملامسته للجزء يحدث هذا الاتصال فقط عند نقاط فردية من السطح بسبب وجود مخالفات. يؤدي هذا الوضع في وجود التيار إلى تسخين قوي لنقطة الاتصال، ونتيجة لذلك يتم إثارة القوس. تؤثر درجة حرارة السطح بشكل كبير على محاكاة الإلكترون. عادة، يتم قياس الانبعاثات من خلال الكثافة الحالية. تم إنشاء العلاقة بين الانبعاث الحراري ودرجة حرارة الكاثود بواسطة ريتشاردسون وديشمان.

أين ي 0- الكثافة الحالية، A/cm 2 ؛

φ - دالة عمل الإلكترون، e-V؛

أ- ثابت قيمته النظرية A = 120 a/cm 2 deg 2 (القيمة التجريبية للمعادن A » 62.2).

مع انبعاث المجال، يتم توفير الطاقة اللازمة لإطلاق الإلكترونات من خلال مجال كهربائي خارجي، والذي، كما كان، "يمتص" الإلكترونات خارج نطاق تأثير المجال الكهروستاتيكي للمعدن. في هذه الحالة، يمكن حساب الكثافة الحالية باستخدام الصيغة

, (1.9)

أين ه- شدة المجال الكهربائي، V/cm؛

مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض قيمة انبعاث المجال، ولكن في درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن يكون تأثيره حاسمًا، خاصة عند شدة المجال الكهربائي العالية (10 6 - 10 7 فولت / سم)، والتي وفقًا لـ M.Ya. و جي. يمكن الحصول على Pogodin-Alekseev في المناطق القريبة من القطب الكهربائي.

عندما يتم امتصاص الطاقة الإشعاعية، قد يتم إنتاج إلكترونات ذات طاقة عالية بحيث يهرب بعضها من السطح. يتم تحديد كثافة تيار الانبعاث الضوئي بواسطة الصيغة

أين α - معامل الانعكاس، وقيمته غير معروفة بالنسبة لأقواس اللحام.

يتم تحديد الأطوال الموجية التي تسبب الانبعاث الضوئي وكذلك التأين بواسطة الصيغة

على عكس التأين، فإن انبعاث الإلكترونات من سطح الفلزات القلوية والقلوية الأرضية يحدث بسبب الضوء المرئي.

قد يتعرض سطح الكاثود لتأثيرات الجسيمات الثقيلة (الأيونات الموجبة). يمكن للأيونات الموجبة في حالة الاصطدام بسطح الكاثود أن:

أولاً، والتخلي عن الطاقة الحركية التي يمتلكونها.

ثانيًا، يمكن تحييدها على سطح الكاثود؛ ومن خلال القيام بذلك، يقومون بنقل طاقة التأين إلى القطب.

وبالتالي، يكتسب الكاثود طاقة إضافية، والتي تستخدم للتدفئة والذوبان والتبخر، ويتم إنفاق جزء ما مرة أخرى على إطلاق الإلكترونات من السطح. نتيجة لانبعاث الإلكترونات المكثف إلى حد ما من الكاثود والتأين المقابل لفجوة القوس، يتم إنشاء تفريغ مستقر - قوس كهربائي مع كمية معينة من التيار يتدفق في الدائرة عند جهد معين.

اعتمادا على درجة تطور نوع معين من الانبعاثات، يتم تمييز ثلاثة أنواع من أقواس اللحام:

أقواس الكاثود الساخنة؛

أقواس الكاثود الباردة؛

تأثير مالتر

يتم تفسير سلوك تيار انبعاث المجال من كاثودات أشباه الموصلات في القسم الثالث من خاصية الجهد الحالي من خلال وجود انخفاض محتمل قوي في الطبقة السطحية والتأثيرات المرتبطة بذلك: تسخين غاز الإلكترون، تأثير التأين، نفق النطاق الترددي. تم اكتشاف وجود مثل هذه الظواهر عند دراسة الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات والعوازل. بطبيعة الحال، ينشأ الافتراض - هل من الممكن إنشاء انخفاض في الإمكانات بشكل مصطنع، مما يؤدي إلى مثل هذه الزيادة في سرعة حركة الإلكترونات التي من شأنها أن تسمح لبعضها على الأقل بالتغلب على حاجز الجهد المحتمل ودخول الفراغ حتى في حالة الغياب مجال كهربائي قوي على السطح.

يمكن إنشاء حقول بالحجم المطلوب في حالة الأنظمة ذات الخصائص غير المتجانسة بشكل حاد. واحد من هؤلاء هو النظام معدن عازل معدني (MDM). يتم تطبيق طبقة عازلة رقيقة، موحدة في الخصائص والسمك قدر الإمكان، على الركيزة المعدنية (الشكل 3.5.1). يتم تشكيل طبقة معدنية رفيعة جدًا (بترتيب عدة عشرات من الأنجستروم) على سطح الأخير، والغرض الرئيسي منها هو العمل كلوحة مكثف. مع سماكة صغيرة للعازل الكهربائي، تكفي بضعة فولتات لإنشاء شدة مجال في العازل الكهربائي بترتيب 10 5 ...10 6 فولت/سم.

يظهر مخطط الطاقة لمثل هذه الحالة في الشكل 3.5.2. ويترتب على ذلك أنه ذو قيمة كافية Fأصبح من الممكن حقن الإلكترونات في الطبقة العازلة. بادئ ذي بدء، يمكن أن يحدث هذا بسبب الانبعاث الحراري للإلكترونات (I) من الركيزة المعدنية إلى العازل الكهربائي. ارتفاع الحاجز عند حدود الطور البيني العازل المعدني يساوي مسافة الطاقة من أسفل نطاق توصيل العازل إلى مستوى فيرمي للمعدن، والذي عادة ما يكون أقل بكثير من دالة الشغل للمعدن. بالإضافة إلى ذلك، في وجود مجال كهربائي في العازل، يؤثر تأثير شوتكي أيضًا على الحاجز. كل هذا يمكن أن يوفر تدفقًا كافيًا للإلكترون حتى في درجات الحرارة المنخفضة. الاحتمال الآخر لظهور الإلكترونات في نطاق التوصيل للعازل الكهربائي هو انبعاث مجال الإلكترونات من المعدن (II).

في منطقة التوصيل للعازل الكهربائي، تكتسب الناقلات الحرة، في وجود مجال، طاقة حركية عند التحرك نحو السطح، ويتم تسخين غاز الإلكترون، ويزداد عددها بشكل يشبه الانهيار الجليدي بسبب تأثير التأين. لا يوجد أي حاجز محتمل عند الحدود مع الفيلم المعدني. إذا كانت الطبقة العليا من المعدن رقيقة، أقل من متوسط ​​المسار الحر للإلكترونات، فلن يكون لدى الإلكترونات الوقت للوصول إلى التوازن الحراري مع الشبكة. يمتلك عدد كبير منهم طاقة كافية للتغلب على حاجز الفراغ عند الحدود.

أظهرت التجارب أن عملية ظهور تيار الانبعاث معقدة للغاية. في درجات الحرارة المنخفضة، يتم تحديد قيم التيارات النفاذية والانبعاثية بواسطة شدة المجال الكهربائي في الفيلم؛ فهي تعتمد قليلاً نسبيًا على درجة الحرارة. يمكن وصف اعتمادها على الجهد من خلال معادلة فاولر-نوردهايم لانبعاث المجال. ومع ذلك، أظهرت الحسابات الصحيحة أن متوسط ​​القيم، حيث د-سمك الطبقة العازلة ليس كافيًا لتفسير نظري لحجم التيارات المرصودة. لكي تكون النظرية ناجحة من الضروري أن Fكان ترتيبًا أعلى من حيث الحجم. وهذا يمكن تفسيره بسهولة خشونة الركيزة. النتوءات والنقاط الدقيقة، التي لا يمكن تجنب وجودها، يمكن أن تزيد بشكل كبير من قوة المجال المحلي. ومع ذلك، فإن هذا لا يفسر كثافات تيار الانبعاث المرصودة، والتي تصل إلى عدة أعشار أ/سم 2.

وهناك سبب آخر لهذه الزيادة Fمقارنة بقيمته المتوسطة. عادة ما تكون الأفلام العازلة غير كاملة. أنها تحتوي على عدد كبير من العيوب (الشواغر، وانتهاكات الكيمياء الكيميائية، والذرات الخلالية، والشوائب، وما إلى ذلك)، والتي يمكن أن تكون موردي الإلكترونات بسبب التأثير أو التأين النفقي. في هذه الحالة، يتم تشكيل شحنة حجمية إيجابية. وهو أكثر تركيزا بالقرب من قطب حقن الإلكترون، حيث أن الجسيمات ذات السرعة المعتدلة لديها أكبر احتمال للتأين. تحتوي الإلكترونات عالية الطاقة على مقطع عرضي فعال أصغر. ومع زيادة سرعة الإلكترون يقل زمن التفاعل مع الخلل مما يقلل من احتمالية تأينه. تزيد الشحنة الفضائية من شدة المجال بالقرب من القطب المشحون سالبًا (الشكل 3.5.3). ويبدو أن جميع المشاكل، على الأقل من حيث المبدأ، قد تم حلها. ولكن تظهر صعوبة جديدة. عادة ما يكون حجم جهد الانهيار في العوازل الكهربائية في حدود 10 6 فولت/سم، أي. نفس الشيء الضروري لشرح التيارات المرصودة تجريبيا. ومع ذلك، فمن الحقائق التجريبية المعروفة أنه عند الأحجام الصغيرة تزداد القوة الميكانيكية المحددة للمواد. على سبيل المثال، يتطلب كسر الأسلاك الرفيعة قوة أكبر بكثير لكل وحدة مساحة من كسر قضيب ذي قطر كبير. على ما يبدو، يرجع ذلك إلى عدم وجود عيوب واسعة النطاق في الحالة الأولى، وهي سمة من سمات المواد الصلبة الضخمة. وقد ينطبق الشيء نفسه على القوة الكهربائية.

وبالتالي، يمكن الافتراض أنه في درجات الحرارة المنخفضة في أنظمة MDM، يكون السبب الرئيسي لظهور الإلكترونات في الطبقة العازلة هو انبعاث المجال من الركيزة المعدنية.

وعلى العكس من ذلك، في المنطقة ذات درجات الحرارة المرتفعة، لوحظ اعتماد قوي على درجة الحرارة، في حين أن قوة المجال لها تأثير ضعيف. وهذا يدل على أهمية الآلية الحرارية التي تصبح سائدة عند درجات الحرارة المرتفعة. بعض الزيادة في التيار مع زيادة Fيمكن تفسيره بتأثير تأثير شوتكي على ارتفاع الحاجز عند واجهة الطبقة العازلة للركيزة. يؤدي وجود قوى الصورة المرآة إلى انخفاض الحاجز بين القاعدة والفيلم العازل.

كما هو متوقع، فإن سمك القطب العلوي له تأثير قوي على تيار الانبعاث. هناك اعتماد قوي وأسي: ، أين د- سمك الفيلم، أ - يعتمد على خصائص الفيلم المعدني.

إن صورة انبعاث الإلكترون من نظام MDM الموضحة أعلاه بسيطة للغاية، ولا يمكن قولها عن التنفيذ العملي الذي يتطلب مستوى عالٍ من إنتاج الأفلام. من المهم بشكل خاص متطلبات تجانس الأفلام العازلة. يجب أن يكون لها نفس السماكة، ويتم استبعاد وجود المسام تماما.

حتى الآن، تمت دراسة عدد كبير من الأنظمة المختلفة. لا توجد متطلبات خاصة لمواد القطب الكهربائي الأساسية. يكفي أن يكون للسطح بنية جيدة التنظيم وأن تكون للركيزة موصلية كهربائية عالية.

غالبًا ما تتشكل الأفلام العازلة عن طريق أكسدة الطبقة السطحية للقطب الأساسي. في هذه الحالات، يتم استخدام الألومنيوم والبريليوم والتنتالوم والنيوبيوم. تمت دراسة الأنظمة التي استخدمت فيها الأفلام بالتفصيل بشكل تجريبي. Al 2 O 3، SiO 2، SiO، MgO، BeO، BNوغيرها، ذات فجوة نطاق واسعة وقادرة على تحمل المجالات الكهربائية العالية دون انقطاع. تم استخدام الأفلام كقطب خارجي رقيق الاتحاد الأفريقي، حزب العمال، آل، بي، حجويبين الشكل 3.5.4 النتائج التي تم الحصول عليها لنظام Al/Al 2 O 3 /Au. حتى عند الفولتية المنخفضة، في حدود عدة فولت، من الممكن الحصول على تيارات ذات حجم كافٍ للاستخدام العملي.

تعتبر الكفاءة أحد أهم العناصر المهمة لكاثودات MDM ز 0، والتي يمكن تعريفها على أنها نسبة تيار الانبعاث ( أنا أم) للتيار المستهلك المتدفق عبر الطبقة العازلة ( أنا د / ه). ز 0يمكن أن تختلف على نطاق واسع: من 10 -2 قبل 10 -7 . يعتمد ذلك إلى حد كبير على جودة الفيلم وسمكه ووظيفة عمل الطبقة المعدنية العلوية. على وجه الخصوص، في حالة النظام Be-BeO-Auتم الحصول على القيمة ز 0 =10 -3 (ي م =0.2 أ/ سم 2في ي د/ه = 200 أ/سم 2).

على وجه الخصوص، في حالة النظام الذي يتكون من طبقة السيليكون ذات سمك 5 ميكرونعلى ركيزة من الألومنيوم تم الحصول عليها بطبقة رقيقة ( 400 نانومتر) المغلفة بالأكسيد حزب العمال،تم الحصول على القيمة ز 0 = 0.28 (ي م = 1.4 مللي أمبير / سم 2في ي د/ه = 3.6 مللي أمبير/سم 2). .

تتميز كفاءة الكاثودات بنسبة كثافة تيار الانبعاث يالخامس أماهإلى الطاقة اللازمة لذلك دبليوالخامس الثلاثاء

في الآونة الأخيرة، حتى الأنظمة الأبسط التي تتكون من طبقة عازلة رقيقة مترسبة على ركيزة معدنية، والتي تستخدم كطرف، تم بحثها بنشاط وتجد بالفعل تطبيقًا عمليًا (الشكل 3.5.5). يخترق مجال كهربائي خارجي الطبقة العازلة، ويتم تسريع نفق الإلكترونات من المعدن عبر الحاجز الموجود في الواجهة بواسطة هذا المجال. وفي حالة وجود حاجز صغير عند الحدود مع الفراغ، فإنهم قادرون على الخروج من النظام. مع الاختيار المناسب للعازل الكهربائي (تقارب منخفض، موقع مستوى فيرمي بالقرب من الجزء السفلي من نطاق التوصيل، وما إلى ذلك)، يمكن الحصول على انبعاث مكثف حتى عند الفولتية المنخفضة نسبيًا. على سبيل المثال، يوضح الشكل 3.5.6 خصائص الجهد الحالي التي تم الحصول عليها لنظام الماس/السيليكون عند سماكات مختلفة للطبقة العازلة. في حالة الطبقات الرقيقة، يحدث تيار انبعاث كبير بالفعل عند جهد يصل إلى عدة مئات من الفولتات.

نظام آخر يستخدم مجالًا كهربائيًا عالي الكثافة لإنتاج انبعاث الإلكترون هو فيلم مشتت. وجود فيلم معدني رقيق هيكل الجزيرة (الشكل 3.5.7). عندما يتم تطبيق فرق الجهد، جنبا إلى جنب مع التيار المتدفق على طول الفيلم، يحدث انبعاث الإلكترون أيضا. يوضح الشكل 3.5.8 صورة لفيلم ذهبي مشتت تم الحصول عليه بالمجهر الإلكتروني، بالإضافة إلى اعتماد التيار المتدفق على طول الفيلم أنا، والانبعاث الحالي أيمن الجهد على طول الفيلم. وجود فجوات بين الجزر يؤدي إلى موصلية غير أومية للفيلم. إن آلية التوصيل معقدة، ولكن من الواضح أن الدور الرئيسي تلعبه عمليات الانبعاث، ونتيجة لذلك تنتقل الإلكترونات من جزيرة إلى أخرى. تعتبر أهمها الانبعاثات الحرارية، والتي يتم تعزيزها عن طريق خفض الحاجز بسبب الفجوات الصغيرة بين الجزر، والانبعاث الميداني، والانتقال من خلال الركيزة. تحدث قيمة الجهد العالي بسبب حقيقة أن انخفاض الجهد بأكمله يتركز في الفجوات بين الجزر المعدنية. عند الانتقال من جزيرة إلى أخرى، تكتسب الإلكترونات طاقة حركية أكبر، لكن زخمها يتم توجيهه على طول الفيلم. ولكن، في وقت لاحق، عند التحرك على طول الجزيرة، يحدث التشتت، ونتيجة لذلك، مع تغييرات طفيفة في طاقة الإلكترونات، يمكن أن يحدث تغيير قوي في اتجاه الحركة لتلك التي تتحرك نحو الخارج الجزيرة قادرة على التغلب على الحاجز عند الحدود بالفراغ. إن استخدام مثل هذه البواعث محدود بسبب الافتقار إلى التكنولوجيا التي تسمح بإنشاء أنظمة أفلام قابلة للتكرار من حيث الشكل والحجم والموقع.

يمكن أيضًا إنشاء الظروف اللازمة لتسخين غاز الإلكترون PN-انتقال. ويبين الشكل 3.5.9 مخطط الطاقة لهذه الحالة. إذا تم تطبيق الجهد على الوصلة في اتجاه الحجب، فإن طاقة الجزء السفلي من نطاق التوصيل في ر- قد تكون المنطقة أكبر من طاقة مستوى الفراغ (الشكل 3.5.9. ب). وبالتالي تنتقل الإلكترونات من ص- ل ن-اكتب ولم تفقد أجزاء كبيرة من الطاقة عند المرور عبر الطبقة العليا، لديك الفرصة للخروج إلى الفراغ.

سمك الطبقة العليا وعرض المنطقة مهمان للغاية. PN-انتقال. يجب أن تكون رفيعة قدر الإمكان لضمان الفعالية الكافية.

يوضح الشكل 3.5.10 اعتماد تيار الانبعاث على الجهد عند روبية- تقاطع يتكون على أساس السيليكون. بالفعل بضعة فولتات كافية لإنتاج تيارات تصل إلى عشرات ومئات من الميكروأمبيرات. يمكن الحكم على مدى أهمية عمليات الانتثار في الطبقة السطحية من خلال اعتماد تيار الانبعاث على درجة الحرارة الموضحة في الشكل 3.5.11 لـ روبية-

التحول المتكون في الطبقة السطحية من SiC بطرق مختلفة. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض كبير في تيار الانبعاث بسبب زيادة تشتت الإلكترون والفونون. يؤدي تشتت الإلكترونات بواسطة الفونونات الصوتية إلى اعتماد كبير على درجة الحرارة: (3.5.2)

حيث a هو معامل يعتمد على خصائص أشباه الموصلات. مع زيادة الجهد، يزيد التيار من خلال الصمام الثنائي أنا، ويزداد تيار الانبعاث أكثر أي. وكما يتبين من الشكل، هناك زيادة بمقدار خمسة أضعاف أنايؤدي إلى زيادة في تيار الانبعاث بمقدار 2-3 أوامر من حيث الحجم.

من الممكن أيضًا انبعاث الإلكترون في حالة حدوث ذلك دورة-يقع الانتقال بشكل عمودي على السطح (الشكل 3.5.12). كما هو الحال في الأفلام المشتتة، سيتم التغلب على الحاجز الموجود على السطح بواسطة تلك الإلكترونات عالية الطاقة التي، بعد التشتت، تتلقى نبضة موجهة بشكل طبيعي إلى السطح.

عائق أمام الاستخدام العملي على نطاق واسع روبية- الوصلات لأن الباعثات لها متطلبات صارمة للحفاظ على الخصائص على السطح. وجود الحالات السطحية و يمكن لامتصاص الجزيئات أن يغير البنية الإلكترونية بشكل جذري. وهذا بدوره يؤثر على الفور على كفاءة الباعث. وبالإضافة إلى ذلك، الجودة لها أهمية كبيرة دورة-انتقال. يجب أن تكون حادة جدًا. وبخلاف ذلك، سيحدث التحلل الحراري للإلكترونات قبل أن تكتسب الطاقة الحركية اللازمة.

في عام 1936 مالتر تم اكتشاف ظاهرة تسمى تأثير مالتر وهو قريب من آلية العمليات التي تمت مناقشتها أعلاه. قام بفحص انبعاث الإلكترون الثانوي من الألومنيوم المؤكسد واكتشف سلوكًا شاذًا بشكل واضح لتيار الانبعاث. وفي وقت لاحق، تم الحصول على نتائج مماثلة للطبقات العازلة الأخرى، مثل الكوارتز والميكا، ب 2 أو 3، بوكل، أهداب الشوقإلخ. وأظهرت دراسات أخرى أنه للحصول على انبعاث الإلكترون من نظام عازل معدني، ليس من الضروري التشعيع بالإلكترونات الأولية. يتمثل دور هذه الإلكترونات فقط في إنشاء والحفاظ على شحنة موجبة على سطح الفيلم العازل، الناتجة عن التأين. ويمكن تحقيق ذلك بطرق أخرى: على سبيل المثال، عن طريق تسليط الضوء أو تشعيع السطح بالأيونات الموجبة، أو حتى عن طريق وضع شبكة معدنية على سطح الطبقة العازلة وتطبيق جهد موجب عليها.

الفرق بين هذا النوع من الانبعاثات يكمن، أولا وقبل كل شيء، في كبيرة بشكل غير طبيعي حجم التيار الثانوي، والذي في بعض الحالات 1000 مرات أكبر من الأول. وهذا أمر من حيث الحجم أكبر مما يتم ملاحظته عادة. ميزة أخرى هي أن كمية الانبعاثات كانت كبيرة للغاية حساس للسمك طبقة الأكسيد. يصل انبعاث الإلكترون إلى قيمته القصوى عند سمك في النطاق 0.2...10 ميكرومتر. ولعل الميزة الأكثر لفتا للنظر هي التعطيل . يزداد تيار الإلكترون بمرور الوقت ولا يصل إلى قيمته الثابتة إلا بعد ذلك 0.1...150 ثانية(الشكل 3.5.13) بعد بدء القصف بالجزيئات الأولية. علاوة على ذلك، فإن حجم التيار الثابت كبير يعتمد على الجهد عند الأنود . بعد إيقاف تشغيل الشعاع الأساسي، لا يختفي الانبعاث أيضًا على الفور. علاوة على ذلك، يمكن أن يصل وقت الاضمحلال إلى ساعات وأيام. يوضح الشكل 3.5.14 التغير في التيار بعد إيقاف تشغيل شعاع الإلكترون الأولي. وحتى بعد ساعتين، لوحظ انبعاث الإلكترون، والقيمة الحالية هي عدة أعشار ميكروأ.

وقد تبين تجريبيا أن العمليات الرئيسية هي تلك التي تحدث في الفيلم العازل. خصائص المعدن ليست مهمة جدا. كل هذا سمح لنا بالتوصل إلى استنتاج مفاده أن الشيء الرئيسي هو وجود مجال كهربائي قوي في الفيلم، ولكن طريقة إنشائه لا تلعب دورا.

هناك عدة خيارات لتفسير هذه الظاهرة، والخيار المقترح هو الأفضل. جاكوبسون . لقد استخدم حقيقة انبعاث الإلكترونات بشكل حاد غير متجانسة على السطح. هذا يسمح لنا بافتراض أن الفراغات والمسام، والتي عادة ما تكون موجودة في فيلم عازل، تلعب دورًا مهمًا (الشكل 3.5.15) أ). في فيلم مستمر من عازل له فجوة نطاق واسعة، فإن متوسط ​​المسار الحر للإلكترونات ليس طويلًا بحيث تكون عمليات إثارة الإلكترونات من نطاق التكافؤ فعالة. إنها مسألة مختلفة إذا كان هناك فراغات. عند التحرك فيها، لا تواجه الإلكترونات التشتت ويمكن أن تكتسب الطاقة، وهو ما يكفي لتشكيل حزمة من الإلكترونات الثانوية. بدوره، يؤدي التأين إلى ظهور شحنات موجبة، والتي يصعب تحييدها بواسطة الإلكترونات السريعة. وهذا يؤدي إلى ظهور مجال كهربائي قوي، والذي يوفر انبعاث المجال من الركيزة المعدنية. بعد انتهاء التأثير المحفز، تتم إعادة تركيب الإلكترونات مع مراكز الشحنة الموجبة ببطء، وهو ما يرتبط بانخفاض احتمالية حدوث هذه العملية عند سرعات الإلكترون العالية. وهذا يوفر تيارات انبعاث كبيرة على مدى فترات طويلة من الزمن.

الوقت بعد انتهاء التحفيز. ولكن ربما يكون الخيار الأكثر تفضيلاً هو الخيار الذي يفترض وجود المسام (الشكل 3.5.15.ب)، لأنه في هذه الحالة يكون مرور الإلكترونات ممكنًا دون التحرك عبر البلورات العازلة.

الانبعاث المتفجر

في الوضع الثابت، يمكن الحصول على تيارات كبيرة جدًا من الطرف. عند استخدام الكاثودات المصنوعة من معادن مقاومة للحرارة، على سبيل المثال، التنغستن والموليبدينوم والنيوبيوم، فمن الممكن الحصول على تيارات ثابتة تصل إلى عدة عشرات من μA,والذي يتوافق مع الكثافة الحالية للنظام 10 4 أ/سم2 (في بعض الحالات، مع شكل خاص من النصائح، يصل إلى 10 7 أ/سم2).

في هذه الحالة، تظل خصائص كاثود انبعاث المجال دون تغيير. ومع ذلك، إذا تجاوزت قيمة معينة لشدة المجال الكهربائي المميزة لمادة معينة، تبدأ التغييرات، وغالبًا ما لا رجعة فيها. تعتبر دراسة مثل هذه العمليات ذات أهمية كبيرة من الناحيتين النظرية والعملية. لا يرتبط الأخير فقط باستخدام كاثودات المجال في مثل هذه الأوضاع المتطرفة للحصول على حزم إلكترونية نبضية قوية، ولكن أيضًا فيما يتعلق بمشكلة الانهيار. يمكن الافتراض أن الانبعاث الميداني الناتج عن النتوءات الدقيقة هو الذي أدى إلى تطوره في الأنظمة العيانية.

من الملائم إجراء دراسات بكثافة عالية للتيار المحدد في الوضع النبضي: يتم تطبيق نبضة جهد مستطيلة ويتم تسجيل مخطط الذبذبات المقابل لتيار الانبعاث هو - هي). يوضح الشكل 3.6.1 سلسلة من مخططات الذبذبات الحالية التي تم الحصول عليها مع زيادة الجهد. تحدث الزيادات المفاجئة في بداية ونهاية النبضة بسبب عمليات عابرة في دائرة القياس.

في الفولتية المنخفضة النموذج هو - هي)يكرر اعتماد الجهد في الوقت المحدد ( أ). علاوة على ذلك، فإن وقت الارتفاع الحالي أقل 10 -11 ثانيةويبدو أنها محدودة فقط بالقدرات التقنية للمعدات المستخدمة. وهذا يعني أن عملية الانبعاث التلقائي خالية عمليًا من القصور الذاتي. مع زيادة سعة الجهد بدءًا من قيمة معينة، يتم ملاحظة زيادة في تيار انبعاث المجال، والتي تعتمد درجتها على السعة الخامسومدة النبض (المنحنيات إله). يمكن تفسير الزيادة في التيار ضمن حدود صغيرة نسبيًا عن طريق تسخين الطرف بسبب التيار المتدفق. وأخيرًا، في الحقول المرتفعة جدًا، ينفجر الطرف. في هذه الحالة، على مخطط الذبذبات الحالي (الشكل 3.6.1، المنحنى د) يمكن تمييز العديد من المناطق المميزة، الموضحة بشكل تخطيطي في الشكل 3.6.2. في المرحلة الأولى، يحدث تغير بطيء نسبيًا في التيار. إنه يبدأ من لحظة معينة - ر مرة أخرى- يتم استبداله بارتفاع حاد في التيار (II). في نهاية النبضة، تكون القيمة الحالية أعلى بمقدار أمرين إلى ثلاثة أوامر من القيمة الحالية في القسم الأول. في المرحلة التالية (III)، لوحظ النمو البطيء مرة أخرى أنا،تم استبدالها بقفزة تيار جديدة (IV). ويرتبط وقت الانتقال إلى المرحلة الثانية بكثافة التيار المتدفق. لقد ثبت تجريبياً أنه في نطاق كبير من التيارات تكون العلاقة التالية صحيحة:

ي 2 ر الظهر =4×10 9 أ 2×ث/سم 4(3.6.1)

وفي المرحلة الثانية ينفجر الطرف مما يؤدي إلى الانهيار وحدوث تفريغ القوس الكهربائي. في هذه الحالة، تظهر شعلة مضيئة بالقرب من الطرف، شعلة الكاثود (الشكل 3.6.3)، والذي ينتقل بعد ذلك إلى القطب الموجب.

إن آلية ظهور تيار الانبعاث وخصائص تغيره (وجود وقت تأخير، وظهور إشعاع ضوئي، وما إلى ذلك) تجعل من الممكن تمييز هذا النوع من الانبعاث إلى نوع خاص يختلف عن AEE - انبعاث الإلكترون المتفجر .

ما هي آلية الانبعاث الانفجاري؟ قد يعتقد المرء أنه عند كثافات تيار انبعاث المجال العالية، يتم تسخين الأجزاء الفردية من الطرف إلى الحد الذي تتبخر فيه مادة الكاثود (الشكل 3.6.4). نتيجة ل
فتظهر سحابة بخار تتأين ذراتها يرجع ذلك أولاً إلى التأين في مجال كهربائي قوي وثانيًا بسبب تشتت إلكترونات المجال النشط بها. وتتكون بلازما مكونة من إلكترونات وأيونات موجبة. علاوة على ذلك، فهي ليست محايدة. تتمتع الإلكترونات بسرعة أعلى بكثير من الأيونات بسبب كتلتها المنخفضة. إنهم متقدمون على الأيونات. بالإضافة إلى ذلك، هناك مجال كهربائي خارجي قوي يمتص الإلكترونات من البلازما. وبالتالي، يتم إنشاء شحنة موجبة غير معوضة على السطح، والتي بدورها تعزز مجال انبعاث المجال على سطح الكاثود في المنطقة بأكملها حيث توجد بلازما كثيفة، وبالتالي يزيد تيار الانبعاث. وبما أن المساحة التي تشغلها هذه البلازما أكبر من حجم المساحة الأصلية، فإن ذلك يؤدي إلى تسخين المناطق المجاورة وذوبانها وتكوين نقاط دقيقة جديدة عليها بسبب القوى الدافعة المؤثرة من المجال الخارجي والبلازما، وما يتبع ذلك من انفجارها. (الشكل 3.6.5). ونتيجة لذلك، تغطي البلازما جزءًا كبيرًا من السطح. بعد ذلك، تنتشر البلازما على كامل الفجوة بين الكاثود والأنود.

أظهرت النتائج التجريبية أن الجزء الأكبر من الإلكترونات المشاركة في الانبعاث المتفجر تنبعث من الكاثود وليس ناتجة عن تأين الجسيمات المتبخرة. وقد ظهر ذلك من خلال قياس المادة المنقولة من الكاثود إلى الأنود. وقد أظهرت التقديرات أن هناك ذرة واحدة منقولة 100 والمزيد من الإلكترونات. تسمح الكمية الصغيرة من الكتلة المنقولة باستخدام النصائح بشكل متكرر. في هذه الحالة، من الممكن الحصول على تيارات هائلة لا يمكن تحقيقها بطرق أخرى. في نبضة المدة~ 100 نانو ثانيةيمكنك الحصول على تيار الطلب 100 كيلو أمبير.

في هذه الحالة، تحدث تغييرات لا رجعة فيها على سطح الكاثود. على سبيل المثال، يوضح الشكل 3.6.6 صورًا مجهرية إلكترونية لسطح طرف فولاذي، تم الحصول عليها قبل وبعد نبضة جهد بسعة 400 كيلو فولت. من الواضح أن النتوءات والمنخفضات الكبيرة تظهر على السطح المسطح في البداية إلى حد ما. يشير هذا إلى ذوبان السطح وتكوين نتوءات تحت تأثير القوى المحركة للعمق.