电子发射与光电阴极

10电子放射与光电阴极机电工程学院李飙引言电子放射主要争论电子如何从固体中逸出进入真空的规律。如何从固体里获得大量电子，使它们存在于真空中，形成较抱负的电子源，〔固体里虽含有大量电子，但这些电子在常态下所具有的能量是缺乏以逸出式有：1、加热固体使其产生热电子放射。把物体加热到足够高的温度，物体内的。它是从外界赐予电子能量最简洁，也是应用得最广泛的一种放射方式。2、在固体外表施加很强的电场，使其产生场致电子放射。在物体的外表外加很高电压，使其产生格外强(>105V/cm)的电场。体内的电子在场的作用下也能107A/cm2以上的放射电流密度，制成较抱负的点状电子源，而且还态和构造的有力手段。3、用高能电子轰击固体外表，使其产生次级电子〔离子〕放射。用具有肯定能量的电子〔或离子，从外部轰击固体外表，将其动能赐予体内电子，使它的进展。4、用光辐射固体外表使其产生光电子放射。以光辐射的形式赐予固体内电电视发送管等，而且已经消灭一门兴学科——光电子学。-Ⅴ族化合物半导体材料为大的飞跃。出的奉献。一、电子放射现象的回忆及说明200多年以前，观看到摩擦带电现象；1883年，Edison在真空灯泡中做了热电子放射试验；1887年，Hertz觉察光电子放射。放射是一门较老的科学。衡量一门学科是否成熟的依据：决了；最高水平，是否还具有的应用领域。因问题1和2电子放射也同时也是一门还在进展的学科。二、电子放射条件及类型要实现电子放射，一般要有两个条件：返回阴极；依据外界激发能量的不同，固体材料常见的电子放射有四种类型：1、加热使电子从固体中放射出来——热电子放射；2、用光照耀固体，光子能量激发电子引起放射——光电放射；3、用肯定能量的电子轰击固体而放射电子——次级电子放射；4、加很强的电场，使固体外表势垒降低、变窄，而使电子放射出来——场致电子放射。三、热电子放射1、定义：固体在热状态下放射电子的现象称为热电子放射。2、觉察者：Edison观看到热电子放射现象，制造了白炽灯，并在白炽灯里加了一个电极，使其成为电子二极管。1热电子放射二极管材料受热时才能放射电子；电子荷负电；电子二极管具有单向导电特性。4、应用举例：5、展望：四、场致电子放射1、定义：在强电场作用下放射电子的现象称为场致电子放射。2、工作原理：场致电子放射不同于热电子放射，热电子放射是固体内部的子不需要另外增加能量，即不需要激发就可以穿透势垒逸出。3、强电场的作用：降低势垒高度；减小势垒宽度。4、应用举例：5、展望：五、光电子放射1、定义：当一束光照耀在样品上时，它将局部被反射、局部被吸取。假设样品是固体，吸取光子后，将产生：势，称为光生伏打效应。这两种现象并称为内光电效应。外光电效应。2、光电放射定律：①斯托列托夫СТОЛе：〔或饱和光电流〕与入射光强成正比，可表示为：IC (3.1)C是比例系数，称为光电阴极灵敏度，CI/，单位是A/Lm。②爱因斯坦(Einstein)定律：光电子的最大的动能E 只与光的频率有关，而与入射光强无关。max1E mv2 eV 1

〔3.2〕max 2 max r 0式中h是普朗克常数，m是电子质量，v称为极限频率。

max

是光电子初速的最大值，0光子频率渐渐增高，相应的负的截止电压越来越大。③光电效应的光量子理论解释：Einstein强无关。СТОЛе会有更多的电子被激发，更多的光电子从阴极逸出。3、半导体光电放射的三阶模型：半导体光电放射的三阶模型，即三个主要过程：这种激发称为带际激发；②激发的光电子向外表运动，将发生各种弹性和非弹性碰撞；③光电子从外表逸出。4、有用光电阴极光电阴极。②回忆：80年来人们制造了几种具有较高光电转换效率的光电放射体，称响应特性，较小的暗电流，快的响应速度和稳定的光电子放射力量。③有用光电阴极的主要参量积分灵敏度：20~3200μA/lm；光谱灵敏度：0.01~100mA/W；光谱响应范围：0.2~1.06μm；热放射电流：10-10~10-17A/cm2；响应速度：10-9~10-17s；疲乏特性：在强光作用下，光电子放射力量随时间衰减的现象；3000h。④银氧铯〔Ag-O-Cs〕光电阴极1929KöllerKöller在晚上对苏联突然攻击，眼睛的红外阈值为7600Å，用大于7600Å的光照耀物体，觉察目标。其次次世界大战完毕后，美国“请”他去，连续红外领域的争论，1974年回国出了一本书，对红外光有争论。⑤碱金属锑化物光电阴极〔Li,Na,K,Rb,Cs〕化合都具有较好的光电放射力量,它们在有用光电阴极中占有很重要的地位。目前，被广泛的应用在各种光电器件中。这里介绍重要的几种：锑铯〔CsSb〕阴极1937GörlichCs3Sb光电阴极，通常它是被制备在玻璃基底上的250Å左右的多晶薄膜，它的积分灵敏度为30-70µA/lm。氧化以后，可以到达80-150µA/lm。它的量子产额较大，可达25-30%，具有较小的暗电流，约为10-17A/cm2。Cs3Sb是单碱化合物属于锑的单碱化合物尚有Li3Sb,Na3Sb,K3Sb, Rb3Sb,Cs3Sb外，其他均不是好的放射体。双碱化合物有用的锑的双碱阴极有Na2KSb,K2CsSb,Rb2CsSb,其中Na2KSb是成。1963Sommer报道制成了一样的阴极，并且认为这种阴极可以氧敏化；KaneV〔1962〕等首先描述。它们都是较好的光电放射体，在实际器件中得到应用。多碱光电阴极有很高的积分灵敏度，约300-800µA/lm。其峰值在4300-7000Å之间，光电阈值接近1µm。它的暗电流也很小，约为10-16A/cm。工艺的不同可以制得不同的光谱响应因此消灭几种不同的光电阴极：S20, S20VR,S25,Varo，NewS25，LEP。这些光电阴极请参考«多碱光电阴极»⑥负电子亲和势〔NegativeElectronAffinity,NEA〕光电阴极Scheer1965首先制得了Ⅲ-Ⅴ族负电子亲和势光电阴极。GaAs-Cs2O负电子亲和势光电阴极，反射型的积分灵敏度已达3200µA/lm，3200µA/lm。2.NEA的光谱特性PCs-O外表有效电子亲和势变为负值。六、次级电子放射

3.NEA的能级图1、定义：在具有肯定能量粒子〔电子、离子、原子〕轰击下，从物体的外表放射电子电子的现象，称为次级电子放射，也叫二次电子放射。轰击物体的电子，称为一次电子二次电子分布，其中包括一次电子的弹性散射电子，非弹性散射电子，真二次电子，俄歇X射线辐射，产生荧光等，给出大量材料构造和成分的信息。2、回忆：首先觉察的，后来在电真空器件中，次级电子放