Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Вторичная электронная эмиссия из толстых слоев металла всегда больше, чем нз тонких металлических пленок, нанесенных на поверхность стекла. С увеличением толщины пленки до определенного предела эмиссия возрастает. Однако, начиная с этого предела, она становится такой же, как н у толстых металлических тел. Поэтому, экспериментируя с пленками, можно оценить толщину поверхностного слоя металла, из которого происходит эмиссия вторичных электронов. Таким путем найдено, что в металлах эта толщина не превосходит ^5-10_в см.
Выход вторичных электронов, образовавшихся внутри эмиттера, в сильной степени зависит от природы последнего. В металлах, где велика концентрация электронов проводимости, вторичные электроны часто сталкиваются с ними и растрачивают свою энергию. В этих условиях вероятность выхода вторичных электронов наружу мала. Напротив, в полупроводниках и диэлектриках концентрация электронов проводимости мала, столкновения с ними происходят реже, а вероятность выхода электронов из эмиттера возрастает в несколько раз. Поэтому не существует металлов с большими
474 ТОКИ В МЕТАЛЛАХ, ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ВАКУУМЕ [ГЛ. VII
коэффициентами а и эффективные эмиттеры встречаются только среди полупроводников и диэлектриков. Значение а в максимуме для всех чистых металлов не превышает 2, а для некоторых металлов даже меньше единицы. Так, для меди амакс = 1,29, никеля 1,25, серебра 1,47, платины 1,78, бериллия 0,53, алюминия 0,97. У полупроводников амакс может достигать 10 и больше. Для получения сильной вторичной эмиссии на практике применяются сложные катоды (эмиттеры), состоящие из металлической подложки, на которой химическим путем и специальной обработкой создан тонкий слой полупроводника. Таковы, например, сурьмяно-цезиевые эмиттеры, получаемые обработкой сурьмы в парах цезия, серебряно-цезиевые эмиттеры, изготовляемые путем окисления серебра с последующей обработкой цезием, и другие аналогичные эмиттеры/ Для таких эмиттеров амакс ~ Ю.
2. Вторичная электронная эмиссия используется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), предназначенных для усиления слабых электрических токов. Этот прибор представляет собой вакуумную трубку с катодом К и анодом А, между которыми расположено несколько электродов, эмиттирующих вторичные электроны (рис.
252). На эти электроды подается электрическое напряжение посредством делителей Д. Падающее электромагнитное излучение вырывает электроны с поверхности катода. Под действием электрического поля слабый электронный пучок ускоряется и направляется к эмиттеру Эъ на котором происходит вторичная электронная эмиссия. Электроны с первого эмиттера направляются на второй эмиттер Э2, где происходит вторичное усиление, и т. д. В результате получается усиленный во много раз (от 105 до 109) фототок, который и снимается с анода А.
3. Вторичная электронная эмиссия возникает не только при
бомбардировке эмиттера электронами, но и при бомбардировке
тяжелыми частицами — положительными и отрицательными ионами.
§ 103]
ВТОРИЧНАЯ и АВТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
475
Коэффициент вторичной эмиссии, т. е. среднее число электронов, вырываемых одной первичной частицей, здесь меньше, чем при бомбардировке электронами. Эмиссия электронов возникает также при облучении поверхности тела светом и другими короткими электромагнитными волнами (фотоэлектрический эффект). Это явление будет рассмотрено в пятом томе нашего курса.
4. Эмиссия электронов из поверхности металлов может происходить под действием сильного электрического поля, вырывающего электроны из металла. Это явление называется автоэлектронной или холодной эмиссией. Для его наблюдения может служить хорошо откачанная вакуумная трубка, катодом которой служит металлическое острие, а анодом — обычный электрод с плоской или мало изогнутой поверхностью. При наложении напряжения на трубку у поверхности катода возникает сильное электрическое поле. Для оценки его величины катод можно считать маленьким шариком, а анод — удаленным в бесконечность. Если а — радиус шарика, a V — напряжение на трубке, то заряд шарика будет q = Va, а напряженность электрического поля на расстоянии г от центра шарика Е = qlr2 = Va/r2. На самой поверхности шарика Е — Via. Пусть, например, радиус кривизны кончика острия а = 10'2 мм. Тогда при напряжении V — 1000 В у поверхности катода возникнет поле Е ~ 106 В/см. Если постепенно повышать напряжение на трубке, то при напряженности поля Е у поверхности катода г-* 105—10е В/см в трубке возникает слабый ток, обусловленный автоэлектронной эмиссией с поверхности катода. Сила этого тока быстро увеличивается с повышением напряжения на трубке. Ток возникает и при холодном катоде. По этой причине эмиссия и называется холодной. При дальнейшем повышении напряжения катод начинает сильно нагреваться и испаряться, а в трубке возникает газовый разряд. Объяснение механизма автоэлектронной эмиссии возможно только на основе волновой (квантовой) механики, а потому мы отложим этот вопрос до пятого тома нашего курса.
ГЛАВА VIII ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНТАКТАХ
* *
§ 104. Контактная разность потенциалов
