Темновой ток

Темновой ток – ток в анодной цепи прибора, находящегося в темноте с поданным на электроды напряжением. Главной компонентой этого тока являет-

ся термоэмиссия фотокатода. Плотность термоэмиссии je определяется уравнением Ричардсона.

Минимальным уровнем термоэмиссии отличается сурьмяно-калиево-це- зиевый фотокатод (при комнатной температуре je 3 10 19 А/см2), максималь-

ным кислородно-серебрянно-цезиевый (~10–12 А/см2).

Полупроводниковые фотокатоды, формируемые непосредственно на входных окнах фотоэлектронных приборов, имеют при комнатной температуре сопротивление порядка 1 МОм и выше. При больших размерах фотокатодов и значительном токоотборе протекающий по катодной пленке ток создает на эмитирующей поверхности градиент потенциала, приводящий к расфокусировке электронных пучков.

Для увеличения проводимости полупрозрачные фотокатоды иногда формируют на специальных проводящих подложках – тонких пленках хрома, напыляемых в собранном приборе непосредственно на откачном посту, или на пленках окиси олова, наносимых на окно оптического входа до его приварке к колбе.

11 ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ

Электростатической (автоэлектронной) эмиссией называют эмиссию электронов, обусловленную наличием у поверхности тела сильного ускоряющего электрического поля.

При изучении термоэлектрической эмиссии было установлено, что из твердого тела могут выходить электроны, кинетическая энергия которых достаточна для преодоления потенциального барьера – W0. Было установлено, что

63

внешнее ускоряющее электрическое поле, снижая потенциальный барьер на ве-

личину	q3/ 2			E1/ 2 , увеличивает эмиссионный ток. Очевидно, при очень
		4 0

высокой напряженности электрического поля у поверхности металла потенциальный барьер может снизиться настолько, что его вершина окажется на одной высоте с уровнем Ферми. При этом должна наблюдаться значительная электронная эмиссия из холодного катода. Заменив на 0 (эффективная работа выхода), можно рассчитать критическую напряженность поля:

	(4	0	)	2 x2
Eкр				0	.	(1)
	q3

Однако такой расчет приводит к результатам, резко расходящимися с действительностью. Это связано с тем, что не учитывается процесс прохождения электронов сквозь потенциальный барьер. Между тем при характерных для автоэлектронной эмиссии сильных электрических полях этот фактор является решающим.

Возможности технического использования автокатодов

Основные достоинства автокатодов:

Отсутствие тока накала катода.

Мгновенность действия.

Огромные плотности тока эмиссии.

Малые габариты катода.

Основной недостаток – нестабильность тока эмиссии.

Причины нестабильности катодов, работающих на основе автоэлектронной эмиссии:

Адсорбция на поверхности остаточных газов, что приводит к изменению работы выхода.

64

Распыление катода, приводит к изменению величины напряженности ускоряющего электрического поля.

Пути повышения стабильности:

Использование сверхвысокого вакуума (10–9 Па).

Устранение ионной бомбардировки за счет введения в прибор специальных электронно-оптических систем.

Подбор материалов катода, стойких к катодному распылению (LaB6, ZrC, Al2O3 и т.д.).

Проблема использования электростатических катодов в электронных приборах весьма заманчива. Прежде всего это относится к электронно-лучевым и рентгеновским трубкам и другим подобным приборам, для которых особое значение имеют малые размеры катода и большая плотность тока эмиссии. Однако решение этой проблемы встречает большие трудности, связанные с разрушением острия катода ионной бомбардировкой. При достижимых в настоящее время степенях вакуума в условиях высоких напряжений между электродами разрушение происходит настолько интенсивно, что приборы получаются нестабильными и недолговечными.

Во многих случаях электростатическая эмиссия оказывает вредное влияние на работу электровакуумных приборов. Электрические разряды с острых выступов и шероховатостей электродов нарушают нормальную работу приборов, а иногда приводят к выходу прибора из строя.

12 ВЗРЫВНАЯ ЭМИССИЯ

Специфическим видом туннелирования электронов из металлов и п/п в вакуум является взрывная эмиссия (авторы Г.А. Месяц, С.П. Бугаев, Д.И. Проскуровский, Г.Н. Фурсей и др.). Было обнаружено, что в определенный момент tз происходит разрушение автоэлектронного острийного катода собственным

65

автоэлектронным током, сопровождающееся резким (на 2 3 порядка) возрастанием тока через вакуумный промежуток.

Рис. 12.1

Как видно из рисунка 12.1, временная зависимость изменения электронного тока при взрыве острия состоит из нескольких этапов: 1 – медленное возрастание тока; 2 – быстрое возрастание тока; 3 – квазистационарное состояние; 4 – переход к вакуумной дуге. Ток взрывной эмиссии (Iвз) в квазистационарной области сильно зависит от плотности взрывающего автоэмиссионного тока (Ia).

Механизм взрывной эмиссии состоит в следующем: взрыв острийного эмиттера сопровождается возникновением у катода плотного плазменного сгустка, который вследствие быстрого разделения в нем зарядов создает у поверхности катода большой положительный объемный заряд, являющийся в свою очередь источником дополнительного поля. Таким образом, возрастание тока на участке 2 связанно с автоэлектронной эмиссий в поле объемного заряда. Предельная длительность импульса тока взрывной эмиссии определяется скоростью разлета плазмы пл и расстоянием катод-анод. При пл (2 3) 104 м/с и с/десятая доля см. вз десятая доли микросекунды.

66