3.2.2. Вплив прискорюючого електричного поля

При наявності поблизу емітуючої поверхні катода зовнішнього електричного поля з напруженістю електронна емісія з цієї поверхні підсилюється. Вперше цей експериментальний факт був детально досліджений німецьким вченим Шотткі, і тому одержав назву ефект Шотткі. Його суть пов’язана з пониженням висоти потенціального бар’єру під дією прискорюючого електричного поля. Це явище проілюстровано на рис. 1.12.

Рис. 1.12.

На ньому діаграма енергетичних рівнів металу суміщена з графіком потенціального бар’єру біля емітуючої поверхні. За точку відліку потенціальної енергії Е=0 прийнята енергія електрона, який перебуває ззовні тіла перед його поверхнею. Крива eφ - профіль енергетичного бар’єра, лінія eU = -e х – зміна потенціальної енергії в зовнішньому однорідному електричному полі, = eφ + eU – результуючий потенціальний бар’єр. Як видно з рис. 1.12, зовнішнє прискорююче електричне поле деформує профіль потенціального бар’єру. В екстримальній точці x _m висота бар’єра знижена на величину eΔφ. Завдяки цьому бар’єр зможуть подолати більше число електронів, ніж при = 0, а значить, підвищиться густина струму термоелектронної емісії.

Робота виходу електронів під дією прискорюючого електричного поля знижується на величину .

Густина струму термоемісії при наявності ефекта Шотткі:

,

де - густина струму при

У випадках, коли катод має шорстку поверхню, напруженість поля Е біля нерівної поверхні зростає, що приводить до суттєвого збільшення струму j_SE.

Особливо сильно прискорююче поле впливає на термоелектронну емісію напівпровідникових катодів. Це пояснюється низькими екрануючими властивостями напівпровідників. Зовнішнє електричне поле проникає в них на глибину від 100 до 1000 атомних шарів. Внаслідок цього знижується не тільки зовнішня, а й внутрішня робота виходу через викривлення енергетичних рівнів біля поверхні.

Рис. 1.13.

Крім того, напівпровідникові катоди, зазвичай, мають шорстку поверхню, що додатково збільшує напруженість електричного поля і приводить до ще сильнішого прояву ефекта Шотткі.

3.2.3. Вплив адсорбованих на поверхню катоду атомів сторонніх речовин

Емісійні властивості катодів суттєво змінюються при адсорбції на їх поверхні атомів сторонніх речовин. Залежно від роду цих речовин емісійні властивості катоду можуть або підсилюватись, або зменшуватись. Підсилення емісійних властивостей спостерігається тоді, коли на поверхні катоду створюється плівка електропозитивної речовини. Як приклад, розглянемо металічний катод, на поверхні якого адсорбуються атоми барію, торію чи цезію. Пояснення цього ефекту, вперше запропонованого Ленгмюром, зводиться до наступного. Якщо потенціал іонізації атомів плівки менший за роботу виходу катоду, тоді адсорбовані атоми на поверхні катода будуть у вигляді шару позитивних іонів. Біля поверхні катода виникає прискорююче електричне поле, внаслідок чого знижується робота виходу електронів (рис.1.14.).

Рис.1.14.

Наприклад, у вольфраму з моноатомним шаром торію робота виходу зменшується на eΔφ ≈ 1,9 eB.

У плівкових катодів змінюється також константа А. Однією з можливих причин цього може бути нерівномірне покриття керна катода плівкою, тобто п’ятнистість катода. В напівпровідниках до цього треба додати викривлення енергетичних зон біля поверхні, що викликане електричним полем іонізованого шару адсорбованих атомів.