Виды эмиссии электронов из твердого тела

Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов нагретым телом. Происходит из-за того, что часть электронов при повышении температуры могут приобрести энергии, соответствующую работе выхода или превосходящие её.

 

Рисунок 1.12 -  Схема термоэлектронной эмиссии [6]

 

Формула Ричардсона - Дэшмана для плотности тока термоэлектронной эмиссии:

 

(1.32)

 

где  – постоянная Зоммерфельда,  – работа выхода электрона из металла.

 

Автоэлектронная эмиссия – испускание электронов поверхностью тела при создании у границы тела (металла или полупроводника) внешнего электрического поля.

 

Рисунок 1.13 – Схема автоэлектронной эмиссии [6]

 

Формула Фаулера - Нордгейма для плотности автоэлектронной эмиссии:

 

(1.33)

 

где   - поправка Шоттки,  , .

 

Фотоэлектронная эмиссия (фотоэффект) – испускание электронов твердым телом под действием электромагнитного излучения.

Закон Эйнштейна для максимальной энергии эмитируемых электронов:

 

Рисунок 1.14 – Фотоэффект из металлов в модели Зоммерфельда: а – распределение по энергиям невозмущенных фотовозбужденных электронов, б – потенциальный рельеф у поверхности твердого тела [6]

 

(1.34)

 

где  –энергия падающего фотона,  – работа выхода.

 

    Красная граница фотоэффекта – минимальное значение частоты падающей волны, передающей энергию электрону, необходимое для фотоэффекта.

 

(1.35)

 

Формула Фаулера для плотности тока фотоэмиссии:

 

(1.36)

 

где  – коэффициент, определяющийся свойствами материала.

 

Вторичная электрон-электронная эмиссия -    испускание электронов поверхностью твердых тел при бомбардировке их первичным пучком электронов. Энергия, вылетевшего за пределы твердого тела, электрона не зависит от энергии первичных электронов и от работы выхода.

Процесс характеризуется коэффициентами:

 

а) упругого отражения

(1.37)

 

б) неупругого отражения

 

(1.38)

 

в) вторичной эмиссии

 

(1.39)

 

где    – поток упруго отраженных первичных электронов,   – поток неупругого отраженных первичных электронов,    – поток истинно вторичных электронов,    – поток первичных электронов.

 

Суммарный коэффициент вторичной эмиссии:

 

(1.39)

 

Эмиссия горячих электронов – испускание электронов полупроводником при наличии в нем электрического поля в поверхностном слое, которое вызывает появление электронов в зоне проводимости и их ускоренное движение. Электроны в процессе движения взаимодействуют с решеткой и в результате резко изменяют направление движения без значительной потери скорости.

 

Формула для плотности тока эмиссии “горячих” электронов:

 

(1.40)

 

Экзоэлектронная эмиссия – испускание электронов поверхностями твердых тел после предварительной обработки их поверхности. Например, механическая и термическая обработка, деформация, адсорбция и т.д.

 

    Потенциальная ионно-электронная эмиссия – явление вырывания электронов из твердого тела медленными положительно заряженными ионами при их нейтрализации на поверхности твердого тела. Процесс возможен, если свободный энергетический уровень иона находится ниже уровня Ферми металла. Тогда, выделившаяся в процессе рекомбинации, энергия будет поглощена электроном.

Рисунок 1.15 - Потенциальная ион-электронная эмиссия: а – переход электрона из металла к иону, б – рекомбинация и выход нового электрона [1]

 

Кинетическая ионно-электронная эмиссия – испускание телом электронов при его ударной ионизации ионами. При сближении ядер иона и атома на близкое расстояние образуется система, состоящая из двух атомных частиц. За время ее существования атомные частицы, успевают обменяться электронами. Причем этот обмен сопровождается передачей энергии и импульса от электронов, принадлежавших ускоренному иону, к электронам атома. В результате электроны заполненных зон твердого тела могут быть возбуждены на верхние уровни, а на нижних уровнях появляются дырки. На втором этапе этого процесса выделяется энергия, которая передается аналогичным процессом одному из электронов зоны проводимости, валентной зоны или других более глубоких зон

 

  Взрывная электронная эмиссия – эмиссия электронов, обусловленная взрывом микроострий на катоде при больших плотностях тока (больше 10⁸ А/см²). Ток ВЭЭ состоит из отдельных порций электронов 10¹¹–10¹² штук, называющихся эктонами. [6]

 

Катодное распыление – эмиссия атомов с поверхности отрицательно заряженного электрода (катода) при его бомбардировке положительными ионами. Катодное распыление характеризуется коэффициентом распыления S. S – отношение количества распыленных атомов к количеству ионов, бомбардирующих распыляемую поверхность:

 

(1.41)

 

Этот коэффициент зависит от многих факторов: от энергии бомбардирующих ионов, от угла падения ионов, от массы бомбардирующих ионов, а также от атомного номера распыляемого материала. [6]