Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Данные разных авторов не всегда согласуются между собой, а иногда различаются даже на порядок величины. Доверия, по-видимому, заслуживают меньшие значения. Большие значения фотоэлектронной эмиссии, получаемые некоторыми исследователями, могут объясняться наличием полупроводниковой пленки на поверхности металла, связанной с окислением, загрязнениями и т. п., так как полупроводники и изоляторы обычно дают-значительно большие коэффициенты фотоэлектронной эмиссии.
Хотя коэффициент фотоэмиссии обычно очень мал, следует иметь в виду, что, как и в случае возбужденных атомов, количество фотонов, которое может попадать на поверхность катода, значительно больше, чем количество положительных ионов. Поэтому фотоэлектронная эмиссия может давать существенный, а иногда и основной вклад во второй коэффициент Таунсенда у. В последнем случае небольшое превышение напряжения на разрядном промежутке над минимальным пробивным резко снижает инерционность разряда.
В полупроводниках в зоне проводимости мало электронов. Поэтому фотоэлектрон теряет мало энергии на единицу пути, и средняя длина диссипации может быть сравнима со средней длиной пробега фотона. В этом случае коэффициент С в формуле (3.28) может быть близким к единице, и, следовательно, коэффициент фотоэмиссии может достигать значений 0,20—0,30 и даже больше для специальных катодов. Однако рассмотрение этих эффектов не входит в нашу задачу.
До сих пор в основном считалось, что при выходе электрона из катода коэффициент квантовомеханического отражения от потенциального барьера мал. Если аппроксимировать потенциальный барьер для выхода электрона из металла формулой
U = U011 + ехр (—х/а)]-1 (3.30)
{величина а характеризует расстояние, на котором потенциал возрастает с нуля до U0), то коэффициент отражения определяется формулой
R = sh2ла (It1 — k2)/sh2ла (kx + k2), (3.31)
где кинетическая энергия электрона определяется как h2k2!2m\ kx — волновое число электрона в металле, оно по меньшей мере
121
равно VcIeU0m/h и, будучи умножено на а, дает величину больше единицы; k2 — волновое число электрона вне металла — пусть будет много меньше, чем къ настолько, что ехр [—2na(kx— k2)]<i^ 1* Тогда
R ж exp [-Anak2]. (3.32)
Отсюда видно, что коэффициент отражения становится мал, когда Anak2 > 1. Если а ж IO-8 см, то это соответствует энергии вылетающего электрона (точнее части ее, принадлежащей к движению перпендикулярно поверхности катода) больше 0,5 эв.
Рис. 3.5. Зависимость коэффициента фотоэлектронной эмиссии от энергии фотона для различных материалов [61]
Далее, при рассмотрении потенциальной эмиссии электронов при попадании на катод положительных ионов, а также возбужденных атомов не без основания считалось, что в процессе в основном участвуют электроны, кинетическая энергия которых соответствует близости к границе Ферми. Это связано с тем, что таких электронов больше всего выходит за пределы поверхности катода.
В отношении фотоэффекта таксе предположение несправедливо. Более вероятно, что любой электрон в валентной зоне Бриллюэна с примерно равной вероятностью может поглотить фотсн. Таксе предположение приводит к квадратическому закону зависимости коэффициента фотоэлектронной эмиссии от превышения энергии фотона над пороговой (без учета отражения, что дало бы степень 5/2), наблюдаемой экспериментально.
122
Таким образом, для фотоэффекта на катоде формула для уп должна отличаться от (3.28) не только значением коэффициента С, но, когда энергия фотона достаточно велика, как это обычно и имеет место в газовом разряде, формула (3.28) может давать правильную оценку величины Уф.
Отметим в заключение, что теория фотоэлектронной эмиссии не является законченной. Подробнее об эмиссии электронов с катода можно прочитать, например, в работе [61].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах. Пер. с англ. Под ред. В. С. Комелькова. М., Изд-во иностр. Лит., 1960.
2. Crompton R. W, Dutton J., Haydon S. С. Growth of pre—breakdown ionization currents in hydrogen. — «Nature», 1955, v. 176, p. 1079.
3. Wilkes A., Hopwood W., Peacock N. J. Mechanisms of uniform field breakdown in hydrogen. — «Nature», 1955, v. 176, p. 837.
4. Rose D. J. Townsend IonizationCoefficient in Hydrogen and Deuterium. — «Phys. Rev.», 1956, v. 104, p. 273.
5. Heylen E. A. D. Townsend First IonizationCoefficient in Pure Nitrogen. — «Nature», 1959, v. 183, p. 1585.
6. Frommhold L. An Investigation of the Electron Component of Electron Avalanches in Uniform Fields.—«Z. Phys.», 1960, Bd 160, S. 554.
7. Golden D. E., Fisher L. H. Anomalies in ionization coefficients and in uniform field breakdown in argon for low values of E/p. —«Phys. Rev.», 1961, v. 123, p. 1079.
8. Dutton J., Harris E. M., Elewellyn Lones F. The determination of attachment and ionization coefficients in air. — «Proc. Phys. Soc.», 1963, v. 81, p. 52.
9. Freely J. B., Fisher L. H. Ionization, attachment and breakdown studies in oxygen. — «Phys. Rev.», 1964, v. 133, p. 304.
