В ходе проведения экспериментов удалось установить, что момент возрастания тока на участке 2 совпадает с появлением у поверхности катода светящихся плазменных сгустков.

Взрыв острия приводит к частичному расходованию материала катода. Несмотря на это, значение токов взрывной эмиссии достаточно хорошо повторяется от импульса к импульсу, за счет малого расхода материала катода и самовоспроизведения эмитирующих центров. Эрозия катода меньше в случае использования материалов с более высокой проводимостью.

При взрывной эмиссии напряженность поля у катода составляет 5 109 в/ м, а плотность тока jвз 107 А/см2, что меньше предельного автоэмиссионного тока (jАЭ 109 А/см2).

Однако полное значение jвэ, отбираемое с катода при взрывной эмиссии, может на 2 порядка превышать ток при автоэлектронной эмиссии. Это объясняется большой эмитирующей поверхностью, которая определяется областью катода, граничащей со слоем плазмы.

Энергетический спектр электронов взрывной эмиссии шире, чем при автоэлектронной, за счет взаимодействия автоэлектронов со слоем плотной плазмы.

Источником взрывной эмиссии могут быть не только металлические, но и п/п острия, а также жидкокристаллические катоды.

13 ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

13.1 Вторичная электронная эмиссия металлов

67

При бомбардировке поверхности металлов в вакууме электронами наблюдается встречный поток эмитируемых металлом электронов, называемых вторичными электронами.

Принципиальная схема установки для исследования вторичной электронной эмиссии металла приведена на рис. 13.1. Накаленный катод, эмитирующий электроны, и ускоряющий анод А образуют электронную пушку. Электроны, выходящие узким пучком из отверстия анода, имеют энергию, соответствующую разности потенциалов между катодом и анодом, регулируемой потенциометром П1 и измеряемой вольтметром V1. Эти первичные электроны бомбардируют эмиттер (мишень) Э, соединенный через гальванометр G1 с анодом. Вторичные электроны улавливаются окружающим эмиттер коллектором К, на который подается небольшой положительный относительно эмиттера потенциал. Ток вторичных электронов измеряют гальванометром G2 в цепи коллектора.

Рис. 13.1

Экспериментально установлены следующие закономерности вторичной электронной эмиссии чистых металлов. Число вторичных электронов N2 пропорционально для данного металла эмиттера числу первичных электронов N1:

68

N2 N1,

I2 I1,

где – коэффициент вторичной эмиссии, показывает сколько вторичных электронов приходится на один первичный электрон.

Коэффициент зависит от энергии первичных электронов (рис. 13.2).

Рис. 13.2

Максимальное значение коэффициента вторичной эмиссии у металлов сравнительно невелико: max у металлов 0.5÷1.8.

Распределение вторичных электронов по энергиям представлено на рис.

13.3.

Рис. 13.3

69

Широкий пик, максимум которого приходится на энергию порядка 5÷15 эВ, – истинно вторичные электроны. Этот пик не зависит от энергии первичных электронов. Узкий пик, соответствующий энергии первичных электронов, показывает наличие во вторичном токе упруго отраженных от эмиттера первичных электронов. При изменении ускоряющего потенциала анода узкий пик соответственно перемещается. Левее его наблюдается еще один пик, обусловленный очень небольшим числом неупруго отраженных первичных электронов.

13.2 Механизм вторичной электронной эмиссии

Основная масса первичных электронов настолько глубоко проникает в металл, что выйти обратно не может. Двигаясь в металле быстрее, электроны теряют часть энергии при фоновых взаимодействиях, а другую отдают электронам кристалла. Считается, что энергия передается в основном не валентным электронам, а электронам более глубоких энергетических зон. При этом происходит так называемый межзональный переход электронов на свободные уровни энергии зоны проводимости. Вероятно, что появлению таких вторичных электронов внутри металла способствуют и кванты рентгеновского излучения. Беспорядочно двигаясь в металле, вторичные электроны взаимодействуют с валентными электронами, постепенно теряют энергию, и значительная их часть при подходе к поверхности металла обладает энергией, недостаточной для преодоления потенциального барьера.

Часть электронов может преодолеть потенциальный барьер, эти электроны и составляют группу истинно вторичных электронов.

Таким образом, для вторичной электронной эмиссии важны два элементарных процесса:

Движение первичных электронов в материале катода сопровождается передачей энергии вторичным электронам.

70