На качественном уровне явление термоэлектронной эмиссии лег-

понять. В металлах или полупроводниках при температуре выше абсолютно - нуля свободные электроны находятся в состоянии хаотического движения, а функция распределения по скоростям является функцией температуры. При іаточно высокой температуре отдельные электроны обладают энергией, до - очной для того, чтобы преодолеть силы, которые удерживают их в твердом те. Однако, недостаточно, чтобы электроны имели энергию, превышающую ргию вылета; они должны иметь избыток кинетической энергии, связанный компонентой скорости, нормальной к эмитирующей поверхности.

Ток термоэлектронной эмиссии экспоненциально зависит от ф и выражает - формулой

(1)

Л _ Anmqk2

4h = _

— универсальная постоянная эмиссии.

Приняв массу электрона равной 9,1 • 10 31 кг, для Aih получим значение • 106 А • м-2 • Кг2. Вообще говоря, эффективная масса электрона может меняться переходе от материала к материалу. Уравнение (2) известно как уравнение рдсона. Такое название оно получило в честь Оуэна Уильяма Ричардсона,

левскую премию по физике в 1928 г.

Характеристикой эмиссионной поверхности служит величина работы вы Так как она зависит от температуры, то соответствующий потенциал (эВ) мо быть выражен как

ф = ф0 + а{Г + а2Т2 + ....

Члены высокого порядка в соотношении (3) предположительно малы. П небрегая ими и оставляя только линейный член, получим уравнение Ричар на в виде

В принципе можно выбрать запись уравнения Ричардсона (1) в форме, исп зующей универсальную постоянную эмиссии, одинаковую для всех эмитте и работу выхода ф, зависящую не только от природы эмитирующей повер сти, но и от ее температуры. Либо записать уравнение Ричардсона в форме ( в которой работа выхода не зависит от температуры и определяется только иа риалом эмиттера, в то время как константа эмиссии не зависит от температу но зависит от материала эмиттера. Первый вариант лучше описывает физическ природу термоэмиссионных явлений, а второй более удобен для практичьск использования. Экспериментальные данные по термоэлектронной эмиссии і лируются в виде значений А и ф0. Обычно нижний индекс 0 опускают, под мевая при этом, что во второй форме записи уравнения Ричардсона необхош брать значение работы выхода при абсолютном нуле.

В табл. 6.1 представлены свойства некоторых материалов, используе в термоэмиссионных приборах. Работа выхода меняется в пределах от 1 эВ чуть больше 5 эВ, в то время как константа эмиссии А перекрывает значителг_ более широкий диапазон — от 100 до 600000 А* м-2 • К-2, что является рез» татом изменения температурного коэффициента для ф при переходе от одн материала к другому.

Необходимо подчеркнуть, что значение ф очень чувствительно к способу п готовки материала и состоянию его поверхности. Некоторые из табулированн величин относятся к монокристаллам представленных материалов с абсолю чистой поверхностью.

В устройствах, используемых в электронике, предпочитают эмиттеры с низ - I работой выхода, поскольку они позволяют работать при относительно низ - * гх температурах, что снижает тепловую нагрузку и в ряде случаев приводит к > ^ тичению срока службы. Так, для небольших электронных ламп весьма по­лярно оксидное покрытие эмиттера (ВаО + SrO). Однако срок службы эмит - может быть ограничен слабостью Гранины раздела между керамическими і шаллами.

каждый эмиттер имеет свою рабочую температуру. Для вольфрамовых ка - .ов она лежит в области 2500 К, для катодов из торированного вольфрама іавляет 1900 К, а для оксидных катодов 1150 К. Эмиттеры из торированного „фрама до сих пор используются в мощных электровакуумных устройствах : одари их более низкой работе выхода и более продолжительному сроку х лбы по сравнению с эмиттерами из чистого вольфрама. При нагревании стого вольфрама до рабочей температуры начинается рост монокристал - . что приводит к разрушению поверхности. Добавки тория уменьшают г кристаллов.

Для работы термоэмиссионных преобразователей необходимо, чтобы работа хода эмиттера превышала работу выхода коллектора. Для нейтрализации про - нственного заряда большинство термоэмиссионных преобразователей рабо - в атмосфере паров цезия (см. п. 6.7.1.). Поскольку цезий конденсируется более холодной поверхности коллектора, работа выхода последнего обычно *зка к работе выхода, соответствующей цезию, а именно 1,81 эВ. Отсюда сле - с. что эмиттер должен иметь работу выхода, превышающую 1,81 эВ.

Благодаря экспоненциальной зависимости от ф ток эмиссии более чувст телен к величине ф, чем к величине А. Например, плотность тока эмиттера ВаО + SrO при стандартной рабочей температуре 1150 К

/„ = 100 11502 expf--®^) = 4090 А • м~2.

у L1jUKJ

При той же температуре эмиттер из вольфрама может обеспечить гораздо ма ший ток, несмотря на то что константа эмиссии А у него в 6000 раз больше:

По этой причине эмиттеры из вольфрама работают при высоких температ> Высокие температуры не единственный способ, с помощью которого мож получить электронную эмиссию. Существуют и другие механизмы, а имен' облучение фотонами (фотоэлектронная эмиссия), бомбардировка субатомны частицами, в частности эмитированными электронами (вторичная электрон эмиссия), использование сильных электрических полей, уже упоминавше выше (автоэлектронная эмиссия). Сильное электрическое поле в области эм тера может изменить значение тока эмиссии. Однако в большинстве термоэм сионных преобразователей электрические поля достаточно малы, что позвол пренебречь этим эффектом.