Моделирование и анализ рельефа автоэмиссионной поверхности

Автоэлектронной эмиссией (автоэмиссией) называют явление испуска- ния электронов проводящими жидкими или конденсированными средами под действием внешнего электрического поля E достаточно высокой напряженно- сти (при напряженности порядка 106 – 107 В/м) [1]. В 1928 – 1929 гг. Р. Фаулер и Л. Нордгейм теоретически обосновали явление на основе туннельного эф- фекта.
В 1929 году Р. Милликен и Ч. Лоритсен экспериментально установили линейную зависимость логарифма плотности тока j автоэмиссии от величины, обратной напряженности E:
lg j  A  B , E
где A и B – константы.
Явление автоэмиссии, т. е. покидание электроном объема катода, проис- ходит при совершении работы против сил, удерживающих электрон внутри катода. Это равнозначно тому, что электрон преодолевает некоторый потен- циальный барьер U, созданный этими силами. Основными из них служат силы зеркального изображения: электрон, покидающий катод, поляризует электрон- ный газ внутри твердого тела, как бы создавая внутри положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду эмитированного электрона. Взаимо- действие между этими зарядами осуществляется по закону Кулона, и потен- циал этих сил имеет вид
U   e2 , 4x
где e – заряд электрона, x – расстояние, на которое эмитированный электрон удален от поверхности катода.
Автоэмиссия представляет интерес по причине отсутствия инерционных эффектов – по сравнению с термо-, фото- и вторичной эмиссией, в которых
3
эмиссионный акт происходит, соответственно, вследствие передачи энергии электронам эмиттера за счет тепловых колебаний решетки при нагреве катода, квантами света или другими частицами (электронами или ионами), бомбарди- рующими катод.
Наиболее полно изучена теория автоэлектронная эмиссия из металлов в вакуум. В этом случае величина тока j подчиняется закону Фаулера–Нордге- йма:
где
2 7 3 2
j 1,55106 E e6,8510 E v(y), (1)
t2(y) y3,79104 E,
φ – потенциал работы выхода. Функции t(y) и v(y) табулированы [1]; функция t2(y) близка к единице и слабо меняется с изменением аргумента [1, 2], а
функция
v(y) 0,951,03y2
называется функцией Нордгейма и учитывает понижение потенциального ба-
рьера. Величины j, E и φ измеряются, соответственно, в A , В и эВ. см2 см