4. Микровыступы

Одной из основных причин инициирования вакуумного пробоя являются микровыступы на поверхности катода. Электрическое поле на их кончике увеличивается во много раз, по сравнению со средним полем; это приводит к усилению тока автоэлектронной эмиссии. Для количественной характеристики поверхности катода вводят понятие коэффициента усиления электрического пол_E, представляющего собой отношение истинного значения напряженности электрического поля на вершине выступа к ее среднему макроскопическому значениюE_ср=U/d, гдеU напряжение на зазоре;d расстояние между электродами.

В случае простых геометрических форм выступов найдены связи между коэффициентом _E и параметрами неоднородности . В практически полезной области значений_Еможно пользоваться простыми приближенными зависимостями_E отh/r, гдеhвысота, аrрадиус вершины микровыступа соответственно. Для цилиндра со сферической вершиной при_E = 10-1000_E=h/r+ 2.

Диэлектрические загрязнения и пленки

Кроме микронеровностей, которые являются частицами металла, на катоде могут присутствовать диэлектрические включения и пленки. Например, после механической обработки на поверхности электрода могут образовываться вкрапления абразивных материалов и карбидов, появляющихся под действием высоких температур вследствие трения. Кроме того, на поверхности металла могут происходить различные химические реакции, приводящие к появлению соединений в виде диэлектрических пленок. Одной из них является окисление металла. Если поверхность соприкасается с газом, окисляющим металл, то образуются диэлектрические окислы.На электродах могут присутствовать также осадки вакуумных масел и других органических загрязнений. Для очистки поверхности, как известно, используют ионную бомбардировку поверхности. Ионы при взаимодействии с молекулами органических загрязнений могут приводить к образованию полимерных пленок. В зависимости от сорта ионов ионная бомбардировка может привести к окислению поверхности, формированию полупроводящих пленок и других химических соединений. Наконец, диэлектрические пленки на катоде образуются просто после соприкасания поверхности электрода с рукой

Для объяснения усиления тока эмиссии диэлектрическими пленками сделано предположение что вызывающие эмиссию микровключения обладают хорошими диэлектрическими свойствами, позволяющими внешнему полю проникать сквозь них к металлическому катоду. Тогда при некотором поле электроны получат возможность туннелировать через барьер на границе металл-диэлектрик в зону проводимости последнего. Эти электроны приводят к образованию лавин.

Микрочастицы на поверхности электродов

Поверхность электродов в подавляющем большинстве не свободна от присутствия на ней отдельных частиц материала, размером от долей микрометра и больше. Происхождение этих частиц, механически слабо связанных с электродной поверхностью, может быть различным. Это и результат предварительной обработки поверхности электрода резанием, остатки абразивных порошков, осаждение пылевидных частиц из воздуха при изготовлении электровакуумного прибора и т.д. Частицы  застывшие металлические капли диаметром от долей микрометра до нескольких миллиметров  образуются в работающей вакуумной камере в результате эрозии электродов при искровом и дуговом разрядах. Частица может образовываться и в результате отрыва от поверхности даже достаточно прочного острого выступа под действием электростатических сил.

Наличие частиц различных размеров и состава обычно отрицательно влияет на качество вакуумной электроизоляции. Частицы, находящиеся на поверхности электродов, могут оторваться и ускориться в сторону противоположного электрода. При определенных условиях это вызывает вакуумный пробой

Адсорбированные атомы и молекулы газов

Поверхностной адсорбцией называют явление поглощения газа или паров жидкости поверхностью твердого тела. С химической точки зрения адсорбент имеет на своей поверхности атомы, обладающие ненасыщенной валентностью. Это значит, что на поверхности твердого тела находятся участки, на которых обеспечивается химическая связь с адсорбированными частицами. При адсорбции происходит уменьшение поверхностной энергии. С ростом числа адсорбированных частиц уменьшается концентрация свободных химических связей. Количество частиц, достаточных для насыщения всех поверхностных связей, образует монослой. Обычно это достигается тогда, когда один адсорбированный атом приходится примерно на четыре атома поверхности, что соответствует плотности адсорбированных атомов 10¹⁴ 1/см². Абсорбированные газы снижают работу выхода электронов из металла.