第一章 热电子发射 第4讲

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1、Chapter1Chapter1热电子发射热电子发射ThermionicThermionicEEmissionmission任课教师：张益军E-mail：zhangyijun423@njust.edu.cnOffice：电光学院光电技术系A564南京理工大学1§§66外电场对热发射电子流的影响外电场对热发射电子流的影响上述讨论的热电子发射公式，是零场发射。实际支取电流需要电场，外电场的存在，对阴极的电流发射有明显的影响。下面讨论外电场对发射电子流的影响。2§§6.16.1二极管的伏安特性和极间电位分布二极管的伏安特性和极间电位分布“理想

2、二极管”：阴极的温度T是均匀的；阴极的逸出功是均匀的；阴极的表面电场是均匀的。3§§6.16.1二极管的伏安特性和极间电位分布二极管的伏安特性和极间电位分布测量阳极电流I随阳极电a压V的变化：a在某一温度T时，二极管阳极先加负电压，逐渐减小负值，直到零，然后变为正电压，再逐渐增大，在这些电压下，测量阳极电流。改变温度，重复上述步骤。测量热发射的伏安曲线电路图4§§6.16.1二极管的伏安特性和极间电位分布二极管的伏安特性和极间电位分布伏安特性曲线分为三个区域：阻滞场区；加速场区；空间电荷区。热电子发射伏-安特性5§§6.16.1二极管的

3、伏安特性和极间电位分布二极管的伏安特性和极间电位分布第一区为lnI随V直线上aa升部分，称为阻滞场区。这段曲线是在阴极表面有阻滞场的情况下得到的。热电子发射伏-安特性6§§6.16.1二极管的伏安特性和极间电位分布二极管的伏安特性和极间电位分布第二区是V为正值时，alnI随V缓慢上升一段，aa称为加速场区。阴极表面电场的方向对电子起加速作用。热电子发射伏-安特性7§§6.16.1二极管的伏安特性和极间电位分布二极管的伏安特性和极间电位分布第三区为过渡区，称为空间电荷区。在这一区域，阴极表面的电场也是阻滞场，它是由阴极附近的空间电荷引起的

4、。热电子发射伏-安特性8§§6.26.2阻滞场中的电子流阻滞场中的电子流E是阴极逸出功；φκE是阳极逸出功；φΑ阴极表面是阻滞场：E>EφΑφκ当V=0时，接通电路，接触电位差a为：EAEK/e发射电子到达阳极x方向的动能必须满足：'2pxEAEK2m阴、阳极接触前后的能级图9§§6.26.2阻滞场中的电子流阻滞场中的电子流要求金属内部的电子在x方向的动能分量满足：2pxEEE(1.54)2mKAKEK阴极逸出电子克服的表面势垒，EAEK接触电位差的附加势垒将式（1.54）代人式（1

5、.31），得到接触电位差存在时的阳极电流密度：2JATexpE/KTexpEE/KTaKAKJexpEE/KT(1.55)0AKJ零场时发射的电流密度。010§§6.26.2阻滞场中的电子流阻滞场中的电子流阴极加负电压V情况：a阳极电流密度：JaJ0expEAEKeVa/KT(1.56)对式（1.56）两边取对数，得：1lnJlnJEEeV(1.57)a0AKaKT在阻滞场情况下，阳极电流密度的对数与阳极电压是线性关系。11§§6.26.2阻滞场中的

6、电子流阻滞场中的电子流对式（1.56）做变换，得：2JATexpEeV/KT(1.58)aAa在阻滞场情况下，阳极电流密度只与阳极电压有关，而与阴极逸出功无关。讨论式（1.57）：1lnJlnJEEeV(1.57)a0AKaKT如果指数项为零，有EAKaEeV，即J=J，阳a0极收集到的电流是零场发射电流。要测量零场发射电流，必须在阳极加一电压，使其抵消接触电位差。12§§6.36.3加速场中的阳极电流加速场中的阳极电流——肖特基效应肖特基效应为了收集阴极发射的电子，阳极通常加正

7、电压，当阳极所加电压大于V-V时，阴极表面出现加速场。φΑφΚ加速场的作用：（1）帮助电子从阴极逸出；（2）加速阴极逸出的电子达到阳极被收集。加速场区的的特点：随着阳极电压逐渐增加，阳极电流随之增加而接近饱和，再继续提高电压Va，阳极电流略有增加。13§§6.36.3加速场中的阳极电流加速场中的阳极电流——肖特基效应肖特基效应肖特基效应：外电场使阴极表面势垒降低增加电子发射的现象。设无场时的力：F（x）0外电场作用力：eε合力可以写出：2eFxe(1.59)24x在x处，合力为零。得到m2/11exm(1.60)2

8、相当于合力为零时的势垒的最高点。14§§6.36.3加速场中的阳极电流加速场中的阳极电流——肖特基效应肖特基效应当有外电场存在时，把电子从x=0处拉到x=x处作功W即可：mεxmxm2(e)W