第二章、放电电极表面电子发射.doc

第二章、放电电极的外表电子发射

第一章中主要介绍了放电气体中的电子产生、气体粒子的碰撞激发和碰撞电离过程。在气体放电中，阴极外表的电子发射，对气体放电过程起着重要作用。下面就电极外表的电子发射过程进行讨论。

我们先来看一下金属外表的电子所受电场力的作用。在原子体系中，核外电子受原子核场的库仑力的作用，其势能为：

〔2-1〕

电子离原子核越近，势能越大〔电子脱离原子核的引力需做的功越大〕，电子离原子核越远，势能越小〔〕。

金属外表U(r)金属外表0eΦ-Wa自由电子区束缚电子区eeeeex图2.1金属外表电子势能曲线分布

金属外表U(r)金属外表

0

eΦ

-Wa自由电子区

束缚电子区

eeeeex

图2.1金属外表电子势能曲线分布

金属内的自由电子从外部获得能量的主要途径有：

加热金属-----热发射；

用紫外或可见光照射金属外表---光致发射；

外加电场---场致发射；离子、电子等轰击金属外表，将能量传递给金属中的电子-----二次电子发射。

一、热阴极发射

从前面金属外表的电子势能曲线可以看出：金属外表内自由电子的位能位于范围内，所以也称为导带。在导带中的电子具有的最大能量为，假设想让电子脱离金属外表成为空间自由电子，电子至少应从外部获得的能量。-----功函数或逸出功。

导带中的自由电子的速度分布应满足玻尔兹曼分布：

其中〔2-2〕

即使在室温情况下〔T=300K〕，也有极少数电子的能量超过金属外表的势垒而脱离金属外表，形成很小的电流。如果加热金属阴极，超过金属外表势垒的电子数会迅速增加。应用热发射的元器件很多，示波器与电视机的电子枪、阴极射线管等都是利用热阴极发射。

清洁均匀的金属外表热发射的电离密度为：〔2-3〕

其中，T---温度〔K〕，---玻尔兹曼常数，e—电子电荷，m---电子质量，---单位为eV。

从上式看，A为常数，这是理想情况〔假定金属外表微观均匀，无任何缺陷〕，任何位置的逸出功都相等。但实际情况远非如此，所以A值只能实际测量，表2.1给除了局部金属的逸出功及A的测量值。

表2.1局部金属的逸出功及A的测量值

金属

Ba

C

Cr

Fe

Mo

Ni

Pb

Pt

Ta

W

(eV)

2.11~2.52

4.34

4.6

4.48

4.2

4.61

4.99

5.32

4.19

4.52

(106[A/m2K2])

0.6

0.3

0.48

0.26

0.55

0.30

0.60

0.32

0.55

0.60

从〔2-3〕式可以看出，，假设想得到比拟大的电流密度，应选用的材料。

二、阴极的光致电子发射

电极外表的光致电子发射是基于光电效应原理，能量大于一定值〔金属的逸出功〕光子入射金属外表，就会有光电子产生，这就是光电效应。

入射光〔I,ν〕_+I=2I0VGI=I

入射光〔I,ν〕

_+

I=2I0

VG

I=I0

-V00+V

a)光电子发射测量装置