7.2. Вторичная электронная эмиссия
При облучении твердых тел быстрыми электронами их поверхности, в свою очередь, начинают испускать медленные, вторичные электроны. Отношение числа вторичных электронов (n2) к числу первичных (n1) электронов называется коэффициентом вторичной электронной эмиссии:
.
(37.2)
Для металлов
коэффициент вторичной эмиссии
,
для полупроводников
≤10.
Большие значения
у полупроводников, по сравнению с
таковыми у металлов, связаны с малостью
работы выхода электронов, переведенных
в зону проводимости из валентной зоны,
или из донорных уровней. Максимальное
значение
наблюдали, когда тонкий слой полупроводника
нанесен на поверхность металла. В этом
случае большие значения
объясняются тем, что под влиянием
вторичной эмиссии полупроводник
заряжается положительно. Если толщина
слоя полупроводниковой пленки имеет
порядок величины 1000
,у
поверхности металла возникает сильное
электрическое поле с напряженностью
порядка 106
В/см.
Рис. 15.2.Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от энергии первичных электронов. а) металлы; б) диэлектрики.
При такой величине напряженности происходит заметная автоэлектронная эмиссия электронов из металла, когда благодаря квантово-механическому туннельному эффекту электроны просачиваются через тонкий потенциальный барьер у поверхности металла. Таким образом, в этом случае вторичная эмиссия из полупроводникового слоя стимулирует эмиссию электронов из металла.
Коэффициент вторичной эмиссии зависит как от свойств первичных электронов - энергии, угла падения, интенсивности, так и от свойств и структуры облучаемой поверхности. Величина при увеличении энергии первичных электронов сначала довольно резко возрастает, достигая пологого максимума (рис. 15.2), а затем начинает медленно уменьшаться. Такой вид зависимости обусловлен следующими причинами. Быстрые электроны, проникая вглубь твердого тела, производят на протяжении своего пробега возбуждение и ионизацию атомов вещества. При этом, потери энергии, а, следовательно, и плотность ионизации на единице пути максимальны в конце пробега. Глубина проникновения первичного электрона при энергии в 1000 эВ составляет величину порядка 10-6см. Возникающие вдоль пути первичного электрона медленные вторичные электроны могут выйти наружу только из небольших глубин, удаленных от поверхности на расстояние порядка длины свободного пробега. Пока энергия первичных электронов мала, почти все вторичные электроны появляются вблизи поверхности, и число электронов покидающих эмиттер, должно увеличиваться с ростом энергии первичных электронов.
При дальнейшем увеличении энергии первичных электронов и возрастании их длины пробега область максимальной ионизации смещается вглубь эмиттера, и хотя общее число вторичных электронов продолжает расти, число ионизаций в поверхностном слое, а вместе с тем и число вторичных электронов выходящих в вакуум, начинает уменьшаться. Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от угла падения первичных электронов на поверхность твердого тела (рис. 16.2) имеет аналогичное объяснение. При наклонном падении первичные
Рис. 16.2.Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от угла падения первичного пучка.
электроны проникают на меньшую глубину внутрь эмиттера, вторичные электроны зарождаются ближе к поверхности и имеют больше возможности для выхода в вакуум. Анализ результатов представленных на рис.6.2 показывает, что при переходе от нормального падения к углам падения в 20-600 коэффициент вторичной эмиссии возрастает на 50-70%.
Движение медленных вторичных электронов к поверхности эмиттера сильно зависит от природы твердого тела, а именно является оно металлом, полупроводником либо диэлектриком. Здесь, как и в случае фотоэмиссии основную роль играет наличие либо отсутствие свободных электронов. Интенсивное взаимодействие с электронами проводимости в металлах приводит к сильному сокращению пробега вторичных электронов, и только их малая доля выходит в вакуум. Напротив, при отсутствии электронов проводимости или их незначительном количестве в диэлектриках и полупроводниках коэффициент вторичной эмиссии увеличивается в пределах порядка.