Робота виходу електронів. Електронна емісія

При температурі абсолютного нуля (Т = 0⁰К) і відсутності других джерел збудження електрони в атомах будь-якої речовини займають рівні з найменшою енергією.

N = f(W) Із графіка видно, що при температурі

абсолютного нуля немає електронів,

які мають енергію, більшу W_F (рівень

1 Фермі).

Рис. 1.3. Графік розподілення електронів за величинами

W_F W енергії в зоні провідності

Величина W_F залежить від фізичних властивостей матеріалу:

, (1.5)

де h - постійна Планка,

m_e - маса електрона,

N - число вільних електронів в 1 см³ провідника. В металах N≈10²²...10²³.

Енергія Фермі W_F має досить велике значення. Чому ж немає виходу електронів за поверхню металу?

По-перше. Ті електрони, які виходять за межу провідника, втрачають більшу частину своєї енергії і накопичуються на поверхні металу. Між цими електронами та додатніми іонами, які знаходяться всередині металу біля його поверхні, утворюється електричне поле, ж направлене від провідника до шару електронів. Дія подвійного електричного шару на електрони, які намагаються залишити межі металу, є гальмівною, т.я. електронам приходиться літати в напрямку електричних силових ліній і віддавати енергію полю.

По-друге. Метал, який залишився без частини електронів, заряджається позитивно і, таким чином, між ним і електронами виникає електричне поле, яке закриває вихід нових електронів.

Таким чином, для відриву від поверхні провідника електрони повинні затратити роботу проелектричних сил, які повертають їх назад:

W_a = W_F + W₀, (1.6)

Вихід електронів можливий також із напівпровідників та діелектриків. Але при цьому робота витрачається не лише на подолання гальмових електричних сил, але й на збудження електронів, які переходять із валентної зони в зону провідності.

Таким чином, якщо електронам металів або напівпровідників повідомити із зовні додаткову енергію, то вихід їх із тіла стає можливим. Процес надання електронам додаткової енергії для їх виходу з речовини називається електронною емісією.

В залежності від способу повідомлення електронам додаткової енергії електронна емісія буває:

Ø термоелектронна - при якій додаткова енергія повідомляється в результаті нагріву катода;

Ø фотоелектронна - під дією електромагнітного випромінювання;

Ø електростатична - сильне електричне поле біля поверхні речовини створює сили, які допомагають електрону вийти за її межі.