|
ВВЕДЕНИЕ
Долгое время электровакуумные и плазменные (ионные) приборы являлись основой элементарной базы промышленной электроники. С появлением и быстрым развитием полупроводниковых устройств «ламповая эра» в электронике закончилась. Совершенно очевидно, что в большинстве случаев полупроводниковые приборы имеют неоспоримые преимущества перед элеткровакуумными и плазменными приборами. Однако последние обладают рядом свойств, которые остаются вне конкуренции по сей день. Например, устойчивость к радиации, сверхширокие рабочие диапазоны температур, высокая устойчивость к аварийным режимам и многое другое.
Таким образом, изучение принципов работы приборов вакуумной и плазменной электроники, их характеристик, возможности применения в современной технике является по-прежнему актуальным.
ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
1.1. Термоэлектронная эмиссия
Поскольку зона проводимости практически сплошная, энергия элек¬тронов в этой зоне может меняться непрерывно, как у изолированных элек¬тронов в вакууме, поэтому электроны в зоне проводимости называются сво¬бодными. Термин «свободный» характеризует возможность перемещения электрона внутри твердого тела, но отнюдь не возможность вылета за преде¬лы кристалла. На электроны действуют силы, препятствующие его выходу на поверхность металла за счет притяжения положительных узлов решетки. Ес¬ли сопоставить картину вероятного распределения энергий электронов и вы¬соту барьера, обусловленного действием внутреннего электрического поля, можно отметить, что при низких температурах лишь незначительная часть электронов может преодолеть потенциальный барьер. Для его преодоления электроны должны получать дополнительную энергию (за счет нагрева, об¬лучения, действия внешнего электрического поля и т.д.).
Для того чтобы вылететь (быть эмитированным) из металла и приобре¬сти импульс Рх электрон должен обладать энергией:
(1.1)
Где — эффективная работа выхода электрона из металла. Величина за¬висит от свойств конкретного металла и лежит в пределах 3,5-18 эВ. Наи¬меньшими значениями обладают щелочноземельных металлы.
Квантово-механический расчет позволяет определить предельное зна¬чение термоэлектрического тока , называемого током насыщения:
(1.2)
где А =1,2?106 А/м2К2 — постоянная Ричардсона, а сама формула получила название формулы Ричардсона—Дешмана.
Формула (1.2) объясняет экспериментально наблюдаемую сильную температурную зависимость эмиссионного тока насыщения. Для обеспечения высокой предельной плотности тока температура катода должна быть высо¬кой, что требует затрат энергии для ere подогрева.
Рассмотрим процесс возникновения и протекания электрического тока в системе анод-катод в вакууме. Наряду с внешним приложенным напряже¬нием U, в пространстве между катодом и анодом из-за наличия эмитирован¬ных электронов образуется отрицательный пространственный заряд, соз¬дающий электрическое поле, направленное противоположно приложенному электрическому полю. Это поле в известной степени ограничивает эмиссию электронов из катода. Вследствие этого в системе анод- катод величина тока зависит от приложенного напряжения U по закону трех вторых:
|
На уровень вверх
Купить