- •Кафедра электронных и ионных приборов
- •Часть 1. Основные теоретические сведения.
- •1.1 Основные физико-статистические характеристики разрядников.
- •1.2 Экзоэлектронная эмиссия.
- •1.3 Автоэлектронная эмиссия.
- •4. Автоэлектронная эмиссия при наличии на катоде диэлектрических плёнок.
- •5. Эмиссия электронов в результате процессов, связанных с адсорбцией.
- •6. О способах уменьшения статического напряжения пробоя.
- •7. Методы оценки эмиссионной способности ненакаливаемых катодов разрядников.
- •Часть 2. Эксперементальное исследование параметров защитных разрядников.
- •2.1 Описание установки.
- •2.2 Порядок выполнения работы.
- •2.3 Указания по технике безопасности.
- •2.4 Содержание отчета.
- •5. Контрольные вопросы.
1.3 Автоэлектронная эмиссия.
При напряжённостях электрического поля у поверхности катода Е > 106 В/см будет происходить квантово-механическое туннелирование электронов из катода в межэлектродный зазор. Этот вид эмиссии не требует предварительного нагрева катода или какого-либо иного воздействия на него и поэтому получил название холодной или автоэлектронной эмиссии. Термин "автоэлектронная эмиссия" означает, что выход электронов за пределы катода происходит самопроизвольно, т. е. не связан с затратой дополнительной энергии.
Автоэлектронная эмиссия безынерционна и прекращается сразу же после снятия напряжения. Плотность тока автоэлектронов может достигать (при длительностях импульса не более единиц мкс) до 109 А/см.
При идеальной плоскопараллельности электродов условия для вырывания электронов из катода электрическим полем вряд ли достижимы в реальных конструкциях приборов (при зазоре d = 1 мм для этого необходимо приложить к электродам разность потенциалов U = 100.000 В!). Однако на практике на поверхности катода всегда имеются микровыступы различной природы, обусловленные, например, эрозией катода при разряде. У поверхности этих микровыступов (или микроострий) напряжённость электрического поля может в несколько десятков раз превышать напряженность поля над плоской поверхностью. Поэтому уже при средней напряжённости поля в зазоре Е > 3·105 В/см в инициировании начальных электронов превалирующее влияние начинает оказывать автоэмиссия с микровыступов поверхности катода; причём потоки электронов могут превышать 106 элек/см2·с.
4. Автоэлектронная эмиссия при наличии на катоде диэлектрических плёнок.
В сильноточных искровых разрядниках поверхность катода всегда оказывается покрытой налётом окислов и диэлектрических частиц, состоящих из конденсированных и окисленных паров материала электродов. Если поверхность диэлектрической плёнки за счёт бомбардировки положительными ионами в процессе разряда зарядится до некоторого потенциала U, то после окончания разряда у поверхности катода в месте расположения плёнки будет существовать электрическое поле E = U/d, где d – толщина плёнки диэлектрика. При достаточной величине этого поля (E > 106 В/см) может происходить квантовомеханическое туннелирование электронов из катода сквозь плёнку в межэлектродный зазор. (Предположим, например, что толщина плёнки составляет 100 Å и она заряжена до потенциала 5 В. Тогда напряжённость поля вблизи поверхности катода будет равна: Е = 5В/100·10-8 см = 5·105 В/см).
Наличие микровыступов на поверхности катода в месте расположения плёнки ещё больше может увеличить напряжённость поля.
Длительность этого вида эмиссии (называемой малтеровской) определяется скоростью нейтрализации положительного заряда, существующего на поверхности диэлектрической плёнки. В ряде случаев длительное время может существовать самоподдерживающаяся эмиссия с катода, не требующая подзарядки диэлектрика.
Потоки автоэлектронов при наличии на катоде диэлектрических плёнок и загрязнений могут составлять до 102 – 106 элек/см2·с при напряжённости электрического поля в межэлектронном промежутке Е ~ 105 В/см. Цикл измерений статического напряжения пробоя Uст при превалирующем влиянии этого механизма поступления электронов должен составлять 10 – 102с