物理電子發射理論第1頁，課件共24頁，創作于2023年2月§7外電場對發射電子流的影響

上述討論的熱電子發射公式，是零場發射。實際支取電流需要電場，外電場的存在，對陰極的電流發射有明顯的影響。下面討論外電場對發射電子流的影響。第2頁，課件共24頁，創作于2023年2月7.1外電場對發射電子流的影響“理想二極管”：陰極的溫度T是均勻的；陰極的逸出功是均勻的；陰極的表面電場是均勻的。第3頁，課件共24頁，創作于2023年2月第4頁，課件共24頁，創作于2023年2月

第一區為lnIa隨Va直線上升部分，稱為阻滯場區。這段曲線是在陰極表面有阻滯場的情況下得到的。第5頁，課件共24頁，創作于2023年2月

第二區是Va為正值時，lnIa隨Va緩慢上升一段，稱為加速場區。陰極表面電場的方向對電子起加速作用。第6頁，課件共24頁，創作于2023年2月

第三區為過度區，稱為空間電荷區。在這一區域，陰極表面的電場也是的阻滯場，它是由陰極附近的空間電荷引起的。第7頁，課件共24頁，創作于2023年2月7.2阻滯場中的電子流

Eφκ是陰極逸出功；EφΑ是陽極逸出功；陰極表面是阻滯場：EφΑ>Eφκ

當Va=0時，接通電路，接觸電位差為：發射電子到達陽極x方向的動能必須滿足：

第8頁，課件共24頁，創作于2023年2月

要求金屬內部的電子在x方向的動能分量滿足：

將式（1.54）代人式（1.31），得到接觸電位差存在時的陽極電流密度：J0零場時發射的電流密度。第9頁，課件共24頁，創作于2023年2月陰極加負電壓Va情況：陽極電流密度：對式（1.56）兩邊取對數，得：

在阻滯場情況下，陽極電流密度的對數與陽極電壓是線性關系。第10頁，課件共24頁，創作于2023年2月對式（1.55）做變換，得：

在阻滯場情況下，陽極電流密度只與陽極電壓有關，而與陰極逸出功無關。討論式（1.57）：

如果指數項為零，有，即Ja=J0，陽極收集到的電流是零場發射電流。

要測量零場發射電流，必須在陽極加一電壓，使其抵消接觸電位差。第11頁，課件共24頁，創作于2023年2月7.3加速場中的陽極電流—肖特基效應為了收集陰極發射的電子，陽極通常加正電壓，當陽極所加電壓大于VφΑ-VφΚ時，陰極表面出現加速場。加速場的作用：（1）幫助電子從陰極逸出；（2）加速陰極逸出的電子達到陽極被收集。加速場區的的特點：隨著陽極電壓逐漸增加，陽極電流隨之增加而接近飽和，再繼續提高電壓Va，陽極電流略有增加。

第12頁，課件共24頁，創作于2023年2月肖特基效應：

外電場使陰極表面勢壘降低增加電子發射的現象。設無場時的力：F0（x）外電場作用力：eε合力可以寫出：在xm處，合力為零。得到第13頁，課件共24頁，創作于2023年2月當有外電場存在時，把電子從x=0處拉到x=xm處作功Wε即可：

外電場使逸出功減少。將xm代人（1.61）得：加速場作用下發射電流密度：

（1.63）

第14頁，課件共24頁，創作于2023年2月代人數值求對數，并將場強用電壓表示可得：

（1.65）

討論：

（1）直線關系，陽極電流的對數隨電壓緩慢上升；

（2）延長直線，可確定零場發射電流密度，即肖特基延長線法；

（3）由曲線的斜率還可以定出陰極的溫度，該溫度稱為肖特基溫度。

第15頁，課件共24頁，創作于2023年2月

對于金屬，當Va合適時，實驗結果與理論較好符合；當Va較小時，將有空間電荷的影響；當Va很大時，將有顯著的場發射影響。第16頁，課件共24頁，創作于2023年2月7.4空間電荷限制的陽極電流—二分之三次方定律虛陰極：當陰極發射的電子不能全部為陽極所收集時，在陰、陽極上會出現空間電荷，這時電位最低點在兩極之間，稱為虛陰極。虛陰極的位置和該處電位的最底值的大小隨Va、T和J?變化。

只討論平板二極管。

第17頁，課件共24頁，創作于2023年2月第18頁，課件共24頁，創作于2023年2月

式（1.67）兩邊乘以2（dV/dx），積分，并考慮在x=0處，V=0，dV/dx=0，有：

對上式移項積分，并考慮x=0，V=0，因此得：第19頁，課件共24頁，創作于2023年2月第20頁，課件共24頁，創作于2023年2月

對不同的電極結構，其導流系數不同，理論與實驗結果是符合的。

以上討論是空間電荷限制不明顯，虛陰極在陰極表面，這是電子初速為零的情況。

當電子初速不為零時，在陰、陽極間形成虛陰極，求出虛陰極的位置和大小的運算較復雜，這里不作討論。第21頁，課件共24頁，創作于2023年2月§8實用熱電子發射陰極

前面討論了熱電子發射理論，在次基礎上，對實用熱電子發射陰極作簡單介紹：實用熱電子發射陰極有很多種，而且都是復雜的，幾十年來，尋找和制備熱電子發射陰極的實踐走在了理論前面，因此，至今對于一些廣泛應用的熱陰極，用已有的金屬或半導體模型都不能給出滿意的解釋。如氧化物陰極，多年來一直用半導體模型來解釋，說明了一些問題，但也出現了許多矛盾。我國學者張恩釓院士對熱陰極進行深入研究，提出了“動態表面發射中心”理論，對氧化物陰極的發射理論進行了探討。第22頁，課件共24頁，創作于2023年2月8.1熱陰極的基本參數（1）零場發射電流密度J0