1. Определение электронной эмиссии и ее виды. Хар-ки электровакуумных приборов.

Электровакуумными наз. электронные приборы, принцип действия которых основан на перемещении электронов в вакууме или разряженных газах. Эти при­боры делятся на две группы: электронные, у которых электроны перемещаются в глубоком вакууме(остаточное давление 10~4 — 10~5 Па) и при своем движении практически не взаимодействуют с атомами газа, и ионные, или газоразрядные, у которых рабочий объем заполнен инертным газом при давлении около 102 Па.

Электронные лампы были первыми электронными приборами, которые положили начало развитию электроники и промышленному применению электронных устройств. Простейшая электронная лампа—диод. Он состоит из анода и катода, помещенных в герметичный баллон, в котором создан высокий вакуум. В элек­тронных лампах применяют термоэлектронные катоды. Они могут быть прямого и косвенного накала. Катоды прямого накала выполнены в виде вольфрамовой нити, по которой пропускают ток накала. Чтобы получить достаточную эмиссию, температура вольфрамового катода должна быть около 2000 °С. Катоды косвен­ного накала выполняют в виде цилиндра, внутри которого помещается специальный нагревательный элемент. На поверхность катода наносится слой вещества с малой работой выхода, так что температура может быть снижена до 700—800 °С. Электронные лампы бывают генераторными, усилительными, выпрямительными, частотопреобразовательными, детекторными, измерительными и т.д. Большинство из них рассчитано на работу в непрерывном режиме. Выпускаются и лампы для импульсного режима. В них протекают кратковременные токи- электрические импульсы, длительность которых обычно много меньше, чем промежутки между ними.

В зависимости от рабочих частот электронные лампы подразделяют на низкочастотные , высокочастотные, сверхвысокочастотные. В настоящее время электронные лампы почти полностью вытеснены полупроводниковыми приборами, которые имеют меньшие габариты и массу, более надежны и экономичны. Условное обозна­чение электронных ламп состоит из четырех элементов: первый элемент — цифра, округленно указывающая напряжение накала; второй элемент -буква, обозна­чающая тип лампы; третий элемент — номер разработки прибора и четвертый — буква, которая характеризует. конструктивное выполнение лампы. Напри­мер,6Н23П—двойной триод (в одном корпусе два триода),напряжение накала—6,3 В, разработка—23, пальчиковое исполнение (без цоколя, с жесткими выводами).

Основными ионными приборами явл. стабилитроны, лампы со знаковой индикацией, ртутные вентили, ионные разрядники.

Большую группу составляют электронно-лучевые приборы, к которым относятся кинескопы, передающие телевизионные трубки, осциллографические и запоми­нающие трубки.

В ионных приборах наблюдается газовый разряд. Свободные электроны в электровакуумных приборах

появляются за счет электронной эмиссии. Электронной эмиссией называют испускание электронов поверхностью твердых тел под воздействием внешних факто­ров. На рис.1 представлена модель поверхности металла.

Положительные ионы расположены в узлах кристаллической решетки. Электроны, показанные темными кружками, свободно перемещаются по объему металла, так как внутри решетки силы их взаимодействия с ионами уравновешены. Если при хаотическом движении электрон подой­дет к поверхности и покинет ее, то равнове­сие сил нарушится. На такой электрон силы притяжения действуют только со стороны металла. Под их действием электрон тормозится и возвращается в металл. Для того чтобы освободиться, перейти из металла в вакуум, электрон должен обладать достаточной энергией, равной работе выхода W _{0 .} При нормальных усло­виях энергия электронов в металле значительно меньше и электронная эмиссия не происходит. Если энергию, равную W ₀ , электроны получают за счет нагревания ме­талла, то начинается эмиссия, которую называют термоэлектронной. Темпе­ратура, при которой наблюдается заметная термоэлектронная эмиссия, различна для различных металлов и составляет 1000—2000 ° С.

При фотоэлектронной эмиссии энергия сообщается электронам электромагнитным излучением.

Вторичная электронная эмиссия происходит при бомбардировке поверхности твердого тела быстрыми ионами или элек­тронами.

Электростатической называют эмиссию электронов, которая осуществляется под действием сильного электрического поля. Его напряженность у поверхности ме­талла должна составлять около 106 В/см.

Электрод электровакуумного прибора, предназначенный для испускания электронов, называют катодом. Вылетев из катода, электрон попадает в межэлектродное пространство, где на него действуют электрическое и магнитное поле.

Вторичная электронная эмиссия обусловлена ударами электронов о поверхность тела. Эти электроны называются первичными. Они проникают в поверхност­ный слой и отдают свою энергию электронам данного вещества. Некоторые из этих электронов, получив значительную энергию, могут выйти из тела. Такие элек­троны называются вторичными.

2. Вах электронно- дырочного перехода. Разновидности : гетеропереход, металл-полупроводник.

Электронно-дырочным переходом называют переходный слой у границы раздела двух областей

полупроводника с различным типом электропроводности. Он составляет основу многих

полупроводниковых приборов. В области р основными носителями являются дырки, а ионизированные атомы примесей представляют собой отрицательные ионы. В равновесном состоянии эта область электрически нейтральна, так как концентрация дырок равна концентрации ионов. В области n основные носители—элек­троны, а атомы доноров-положительные ионы. Эта область также нейтральна. При возникновении контакта между такими областями носители стремятся равно­мерно распределиться по всему объему. Начинается диффузия дырок из области р в область n и электронов в обратном направлении. Дырки и электроны подходят к границе раздела областей и здесь рекомбинируют . Так как часть дырок и электронов исчезает, то соответствующее число ионов примесей оказывается неском­пенсированным. Здесь возникают избыточные объемные заряды. Из области р ушли дырки и остались нескомпенсированные отрицательные ионы примесей, по­этому здесь образуется отрицательный объемный разряд -Q. По этой же причине в области n у границы раздела создается положительный объемный заряд +Q. Ме­жду объемными зарядами возникает электрическое поле, вектор напряженности которого Ее, направлен из области n в область р.

В установившемся состоянии поле объемных зарядов полностью затормозит диффузию. В результате этого возникает зона с низкой концентрацией носителей, в ко­торой существует электрическое поле. Эта зона и есть р- n-переход. Ширина р -n-перехода составляет около 0,1-1 мкм и зависит от концентрации примесей в полу­проводниках. Разность потенциалов между р-областью и n-областью полупроводника для германия -0,3-0,4 В.Зависимость тока через переход от приложенного на­пряжения называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ) перехода. Ее общий вид показан на рис. 2.

Часть характеристики называют I_пр= f (U_пр )прямой ветвью. Она соответствует прямому включений перехода. Обратная ветвь характеристики Iобр= f(Uобр) соот­ветствует закрытому состоянию перехода. Обратный ток создается неосновными носителями, а их концентрация в полупроводнике ограничена. Поэтому уже при малых напряжениях наступает насыщение, т. е. все носители участвуют в создании тока. Концентрация неосновных носителей заряда зависит от температуры. С уве­личением температуры на каждые 10° обратный ток увеличивается для германия р 2 раза, а для кремния -в 2,5 раза. Концен­трация неосновных носителей заряда зависит от энергии связей электронов с атомами самого полупроводника. У германия эта энергия значительно меньше, чем у кремния. Поэтому концентрация неос­новных носителей в германии будет значи­тельно выше и обратный ток почти на порядок больше, чем в кремнии.

Гетеропереход - называют переходы между полупроводником из различных материалов, обладающие различной шириной запрещенной зоны. Для получения гете­ропереходов хорошего качества параметры кристаллической решетки полупровод­ников образующих переход должны быть близки, что ограничивает выбор мате­риалов для гетеропереходов.

Переход металл – полупроводник: Существует электрические переходы часто называемые структурами с барьером Шоттки. Они создаются методами планарной технологии, когда все технологические процессы осуществляются на одной и той же поверхности полупроводниковой пластины. Толщина промежуточного слоя возникающего между поверхностями полупроводника и металла равна нулю, либо имеет порядка межатомных размеров и является туннельно- прозрачной для электронов. ВАХ таких структур определяется термодинамической работой выхода металла и полупроводника.