Реферат - Эффект Шоттки - файл n1.docx

Реферат - Эффект Шоттки
Скачать все файлы (76 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.docx76kb.29.03.2014 21:55скачать

n1.docx



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Реферат на тему:
Эффект Шоттки
Выполнил: Студент гр. Э-78

Проверил:

Таганрог 2012г.

1 Эффект Шоттки.

Рассмотрим График зависимости вольт-амперная характеристика вакуумного диода, рисунок 1.



Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика вакуумного диода

При сравнительно малых анодных напряжениях анодный ток увеличивается с ростом напряжения . В режиме малых значений существенное влияние на распределение потенциала в межэлектродном промежутке оказывает заполняющий его объемный заряд электронов, эмиттируемых катодом. Это влияние таково, что только часть эмиттируемых катодом электронов достигает анода, а другая их часть отбрасывается обратно к катоду, т. е. анодный ток оказывается меньше тока эмиссии катода. С ростом напряжения распределение потенциала изменяется так, что все большая доля электронов достигает анода. При некотором анодном напряжении, соответствующем точке а на рисунке, все эмиттируемые катодом электроны достигают анода, т. е. анодный ток становится равным току эмиссии катода . Естественно ожидать, что дальнейшее повышение анодного напряжения не должно сопровождаться увеличением анодного тока. Действительно, в точке а наблюдается перегиб вольт-амперной характеристики. Происходит так называемое насыщение анодного тока.

Однако, как показывает эксперимент, насыщение оказывается не полным. Дальнейшее повышение анодного напряжения сопровождается ростом анодного тока, хотя и более слабым, чем в режиме объемного заряда. Это происходит потому, что возникающее при повышении напряжения ускоряющее электрическое поле у поверхности катода увеличивает эмиссию катода. Рассмотрим закономерности этого явления.



Рисунок 2 – Снижение потенциального барьера под действием внешнего ускоряющего электрического поля:

1- барьер в отсутствие внешнего поля;

2 - энергия, сообщаемая электрону полем;

3 - барьер при наличии внешнего поля.

У поверхности металла существует потенциальный барьер высотой . На рисунке 2 (кривая 1) построена кривая, изображающая форму барьера. Предположим теперь, что у поверхности катода существует внешнее ускоряющее электрическое поле, которое является однородным, т.е. имеет постоянную напряженность Е. Действуя на электрон с постоянной силой еЕ, оно уменьшает на величину еЕх работу, совершаемую электроном при перемещении на расстояние х от катода. Построив прямую 2, имеющую ординаты еЕх, и вычитая ее ординаты из ординат кривой 1, получим кривую 3, соответствующую потенциальному барьеру при наличии внешнего ускоряющего электрического поля. Для этой кривой характерен максимум на некотором критическом расстоянии от катода. Существование максимума определяется тем, что на расстояниях преобладает тормозящая сила зеркального отображения, и движущийся от катода электрон совершает работу, а на расстояниях преобладает ускоряющая сила внешнего поля, и потенциальная энергия электрона уменьшается. Таким образом, величину можно найти из равенства

(1)

Из сказанного ясно также, что высоту потенциального барьера при наличии внешнего ускоряющего электрического поля меньше высоты потенциального барьера в отсутствие поля на некоторую величину ??:

(2)

Теперь можно определить плотность тока термоэлектронной эмиссии при наличии внешнего ускоряющего электрического поля, введя в уравнение Ричардсона – Дешмана вместо величину :

(3)

Обозначив через плотность тока эмиссии в отсутствие внешнего поля и заменив ?? его выражением (2), приходим к уравнению Шоттки:

(4)

Увеличение плотности тока термоэлектронной эмиссии под влиянием действующего у поверхности катода ускоряющего электрического поля называют эффектом Шоттки.

Прологарифмировав уравнение получаем

(5)

Следовательно, согласно уравнению Шоттки график зависимости логарифма плотности тока эмиссии от корня квадратного напряженности внешнего поля должен представлять собой прямую линию (рисунок 3), отсекающую на оси ординат отрезок, равный логарифму плотности тока эмиссии в отсутствие поля и наклоненную под углом ? к оси абсцисс, определяемым соотношением



При повышении температуры прямая должна располагаться выше (в

соответствии с увеличением), а угол ? — уменьшаться.



Рисунок 3 – Зависимость плотности тока эмиссии от напряженности

внешнего поля (прямые Шоттки).

Многочисленные эксперименты с чистыми металлами дали хорошее совпадение с теорией при не очень сильных электрических полях, подтвердив правильность уравнения Шоттки. Однако при сильных электрических полях ток эмиссии возрастает быстрее, чем это следует из уравнения Шоттки. Причина расхождения расчета и эксперимента состоит в том, что при выводе уравнения учитывалось только снижение потенциального барьера и не учитывалось его сужение. Между тем заметное сужение потенциального барьера при сильных электрических полях приводит к тому, что начинает проявляться туннельный эффект просачивания сквозь барьер электронов с энергией ниже WЭП. Это и приводит к дополнительному увеличению плотности тока эмиссии. Таким образом, применимость уравнения Шоттки для расчета плотности тока эмиссии ограничивается не очень сильными электрическими полями.

Рассмотрим всё выше сказанное на примере энергетической диаграммы вакуумного диода рисунок 4.



Рисунок 4 – Энергетическая диаграмма системы металл – вакуум.

Кривая 1 изображает потенциальный барьер высотой , соответствующий полной работе выхода при отсутствии внешнего электрического поля, линия 2 – распределение потенциалла внешнего электрического полядля плоскопараллельных электродов. Результирующая кривая 3 показывает снижение потенциального барьера на , следовательно, электрону приходится совершать энергию меньшую чем

2 Автоэлектронная эмиссия

Автоэлектронной (электростатической) эмиссией называют эмиссию электронов, обусловленную наличием у поверхности тела сильного такой эмиссии ускоряющего электрического поля.

Принципиальную возможность существования подтверждают следующие соображения. При изучении термоэлектронной эмиссии было установлено, что из твердого тела могут выходить электроны, кинетическая энергия которых достаточна для преодоления потенциального барьера . Было установлено также, что внешнее ускоряющее электрическое поле, снижая потенциальный барьер на величину , увеличивает эмиссионный ток. Очевидно, при очень 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 металла. Автоэлектронная эмиссия лежит в основе работы некоторых ионных приборов (экситронов, игнитронов и др.).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


  1. С.В. Поносов. Вакуумная и плазменная электроника: курс лекций.-Тольятти: ТГУ, 2006. -110 с.

  2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах, Кн. 1. Пер. с англ. – 2-е перераб. и доп. изд. – М.: Мир, 1984. – 456 с.

  3. Гуртовник А.Г. Электровакуумные приборы и основы их конструирования. – М.: Энергоматиздат, 1989. – 424 с.
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации