Фотоэмиссия

Туннельные переходы

Автоэлектронная, фотоэлектронная и вторичная электронная эмиссия

При низкой температуре в силовых электрических полях напряжённостью E= 5ˑ10⁷÷10⁸В/см наблюдается автоэлектронная эмиссия, быстро возрастающая с увеличением E, а также с появлением поверхностных дефектов, имеющих заострения и шероховатости. Так как W_a>W_i, то при низких температурах практически нет электронов с энергией W_x>W_a-ΔW. Следовательно, электроны переходят сквозь узкий барьер непосредственно с уровня Ферми и ниже без затраты энергии. Эти переходы носят название туннельных и объясняются волновыми свойствами электронов. Длина волны λ_e равна λ_e=h/mV. Плотность тока автоэлектронной, или, как её ещё называют, электростатической эмиссии jаэ может быть определена по формуле Фаулера-Нордгейма

Где и b - константы, зависящие от металла катода. Чем больше E, тем уже барьер и больше j_аэ.

При поглощении эмиттером светового излучения могут появиться электроны несколько большей энергии, что некоторые из них преодолевают потенциальный барьер и оказываются эмитированными. Это явление получило название внешнего фотоэффекта. Для металлов условием возникновения фотоэмиссии (закон Эйнштейна) имеет вид

Где V – скорость электрона после эмиссии. Считая , можно определить граничную частоту ₀ и длину волны λ₀ излучения, вызывающего фотоэмиссию , , получим , где значение ϕ дано в эВ. Плотность тока фотоэмиссии

Где α – коэффициент отражения, значение которого для сварочных дуг может изменяться от 0 до 1.

В металлах уровень Ферми при Т=0К совпадает с верхним из заполненных элементарных уровней, поэтому для них

Граничная длина волны (фотоэлектронная граница) λ₀ всех металлов, кроме щёолчных, лежит в ультрафиолетовой или фиолетовой части спектра.

В обычных сварочных дугах фотоэмиссия мало поддаётся количественному расчёту и играет, видимо, незначительную роль в балансе энергии.