2.3 Вторичная электронная эмиссия

Электроны, ударяющиеся о поверхность тела, называются первичными.

Эти электроны проникают в поверхностный слой тела и отдают свою энергию электронам данного вещества. Некоторые из них, получив значительную энергию, могут выйти из тела. Такие электроны называются вторичными.

Вторичная эмиссия обычно возникает при скорости первичных электронов 10—15 В и выше. Если скорость первичного электрона достаточно велика, то он может выбить несколько вторичных электронов.

Явление вторичной эмиссии количественно характеризуют коэффициентом вторичной эмиссии δ. Он равен отношению числа вторичных электронов n₂ к числу первичных n₁ или отношению тока вторичных электронов i₂ к току первичных i₁.

(5.3)

Коэффициент δ может быть как меньше, так и больше единицы. Он зависит от вещества тела, структуры его поверхности, скорости первичных электронов, угла их падения и некоторых других факторов.

Для чистых металлов максимальная величина δ бывает в пределах 0,5–1,8. При наличии активирующих покрытий δ доходит до 10 и более.

В специальных электронных приборах для получения интенсивной вторичной эмиссии применяют сплавы из различных металлов, например магния с серебром, алюминия с медью, бериллия с медью и др. У них δ может быть в пределах 2–12 и больше, причем эмиссия более устойчива, нежели у других веществ.

Вторичная эмиссия наблюдается также у полупроводников и диэлектриков. Особенно интересна сверхвысокая вторичная эмиссия из металлов, покрытых тонкой пленкой полупроводника или диэлектрика. В этом случае значение δ доходит до сотен и даже тысяч.

Следует заметить, что прямой зависимости между коэффициентом вторичной эмиссии и работой выхода нет. Главную роль в явлении вторичной эмиссии играет процесс получения вторичными электронами энергии от первичных электронов и возможность продвижения электронов изнутри к поверхности без значительных потерь энергии. Эти процессы совершаются в глубине поверхностного слоя вещества и зависят от его атомно-молекулярной структуры.

На рис.5.9 дана зависимость δ от скорости первичных электронов U₁ в вольтах. При малых значениях U₁ вторичной эмиссии нет. Затем она появляется, и δ повышается с ростом U₁, доходя до максимума, после чего он уменьшается. Кривая 1 дана для чистого металла, а кривая 2 — для металла с активирующим покрытием. Максимум вторичной эмиссии достигается обычно при U₁ порядка сотен вольт.

Рис.5.9. Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от скорости первичных электронов:

1 -для чистого металла; 2 - для металла с активирующим покрытием

Понижение δ при более высоких U₁ объясняется тем, что первичные электроны в этом случае проникают более глубоко в вещество и передают энергию электронам, находящимся дальше от поверхности. Последние передают полученную энергию другим электронам и не могут дойти до поверхности с энергией, необходимой для выхода. Подобно этому камень, падающий в воду с небольшой скоростью, вызывает сильное разбрызгивание воды; тот же камень при большой скорости падения быстро входит в воду, почти не создавая брызг.

Вторичная эмиссия для чистых металлов почти не зависит от температуры, но для активированных катодов и полупроводников с повышением температуры возрастает. Для полупроводников это объясняется увеличением в них числа электронов проводимости при нагревании.

Ускоряющее электрическое поле увеличивает вторичную эмиссию. В этом случае наблюдается совместное действие вторичной эмиссии и электростатической, подобно взаимодействию термоэлектронной эмиссии и электростатической в эффекте Шоттки. Это явление особенно заметно для катодов с оксидным покрытием.

При увеличении угла падения α первичных электронов коэффициент вторичной эмиссии возрастает. Это поясняет рис.5.10.

Рис.5.10. Проникновение в металл первичного электрона при

различных углах его падения

Первичный электрон Б, влетающий под углом α₁ бóльшим, чем угол падения α первичного электрона А, проникает на меньшую глубину (h₁ < h) и отдает энергию электронам, которые находятся ближе к поверхности и легче выходят из тела.

Вторичные электроны вылетают в различных направлениях и с различными скоростями. Если они не отводятся ускоряющим полем, то образуют около поверхности тела электронное облачко. Скорости вторичных электронов значительно выше, нежели у термоэлектронов. На рис.5.11 показана для некоторого металла диаграмма распределения числа вторичных электронов N по их скоростям U в случае, когда скорость первичных электронов U₁ = 150 в.

Большинство вторичных электронов вылетает со скоростью от 0 до 50 в. Особенно много электронов со скоростями порядка 10 в. Число электронов с большими скоростями невелико. Однако имеется заметное количество вторичных электронов со скоростью, примерно равной скорости первичных электронов.

Рис.5.11. Распределение количества вторичных электронов по величинам их скоростей

Считают, что это отраженные электроны. Но возможно, что некоторые первичные электроны передают свою анергию полностью вторичным электронам, находящимся на поверхности. Такие электроны могут вылетать без потерь энергии, т.е. со скоростью U₁.