2.14.1. Пленочные катоды

Одной из возможностей снижения  является нанесение на поверхность электроположительного адсорбата. Работа выхода может быть понижена на электрон-вольты. Особенно большое снижение наблюдается при адсорбции щелочных, щелочноземельных и редкоземельных атомов. Причем, как уже отмечалось выше, в случае этих адсорбатов на концентрационной зависимости работы выхода наблюдается минимум, величина работы выхода в котором меньше, чем  массивного адсорбата.

В

Рис.2.14.1. Зависимости изменения работы выхода  (3,4) и энергии десорбции l₀ (1,2) от концентрации  атомов La на грани (011) вольфрама (1,3) и молибдена (2,4). 5 – интенсивность оже пика лантана в относительных единицах [22 ].

качестве примера на рис.2.14.1 приведены зависимости изменения работы выхода и энергии десорбции от концентрации атомов La на грани (011) вольфрама и молибдена [22]. Как видно, энергия десорбции адсорбированных атомов значительно выше, чем энергия их испарения, которая соответствует величине, достигаемой при монослойном покрытии. И, тем не менее, вследствие небольшого количества адатомов даже незначительная их убыль приводит к существенному изменению работы выхода и, следовательно, к нестабильности эмиссионных свойств катода. Для сохранения рабочих характеристик требуется пополнение адатомов, которое может производиться как допылением из источника адсорбата, так и за счет диффузии, если нужные атомы растворены в объеме катода. Последний вариант предпочтительнее, так как не требует дополнительных элементов.

С этой точки зрения одним из наиболее подходящих является торированный вольфрам. Катодом служит таблетка или проволока, изготовленная из вольфрама, содержащего в качестве присадок оксид тория (около 0,5%). Предварительно катод должен быть активирован. Процедура заключается в следующем. Вначале проводят кратковременный отжиг проволоки при Т=2850 К, в результате которого оксид восстанавливается до металлического тория. Последующий прогрев катода при температуре 2000-2100 К приводит к увеличению эмиссионного тока. Атомы тория диффундируют к поверхности, где образуется монослойное покрытие, понижающее работу выхода до 2,6 эВ. Недостатком является возможность десорбции атомов, как вследствие высокой рабочей температуры, так и вследствие бомбардировки ионами. Кроме того, велика подвижность атомов тория вдоль поверхности, что приводит к шумам тока. Чтобы увеличить энергию связи атомов тория с поверхностью и, тем самым, уменьшить десорбируемый поток и увеличить срок службы, рекомендуют карбидизировать поверхность. Рабочая температура таких катодов находится в пределах ~ 1700-1800⁰С. Скорость испарения материала сравнительно не велика и составляет приблизительно 1 мкм/60 часов. В импульсном режиме можно получить плотность тока до 15 А/см².

Пленочные катоды не получили широкого распространения в промышленных приборах вследствие ограниченного срока службы и невысокой химической стойкости.