Файл: Ненакаливаемые катоды..pdf

электронного газа в пленке сильным электрическим полем. В этой модели для объяснения температурной зависимости проводимости нет необходимости использовать понятие энергии активации. Логи­ ческим следствием этой модели является возникновение электронной эмиссии при достаточно больших значениях вводимой в пленку мощности [21]. Рассмотрим эту модель более подробно.

В этой работе выбрана идеализированная модель пленки в виде линейной цепочки одинаковых островков, расположенных на одном и том же расстоянии друг от друга. Каждый островок представляет собой потенциальный ящик для электронов, а барьер между ост­ ровками для простоты выбран в виде параболы (рис. 1.1)

Ц ,(г) = 0 ? # 2 ) - ( g / 2 ) ( г - г ,) * .

высоту барьера, поэтому можно считать, что Zo3>e£/g> а следо­ вательно,

UE (г) = (г*о/2) - ^ z , - {г - [г„— (<?£/g)]2},

т. е. барьер под влиянием поля снижается на eEzo—AU/2, где AU— разность потенциалов между островками. Выражение для коэффи­ циента прозрачности такого барьера имеет вид

14

ческом поле потенциала каждого последующего островка по отно­ шению к предыдущему на (1/2)At/, «протуннелировавшие» электро­ ны будут более «горячими» по сравнению с другими электронами в данном островке. Перераспределение избыточной энергии между всеми электронами в островке и между островками приведет к по­ вышению температуры электронного газа в пленке, и в качестве функции распределения электронов по энергии при стационарном состоянии можно принять функцию распределения Ферми /(<§) для

ния, температуры и других параметров необходимо найти связь между электронной температурой, температурой решетки и вводи­ мой в пленку мощностью за счет проводимости через пленку.

Поскольку пробег электронов металла превышает размеры ост­ ровков, рассеяние на фононах не должно играть роли и может происходить на дефектах и на островке в целом при столкновении с потенциальным барьером. Поэтому отражение электрона происхо­

Полная мощность, отдаваемая электронами в одном островке, кото­ рая получается усреднением (1.5) по неравновесной добавке функ­ ции распределения электронов по энергиям и умножением на объем островка, должна равняться мощности, получаемой электронами от поля, т. е. W=1U, где U — падение напряжения на пленке. Отсюда можно получить следующее выражение для электронной темпера­ туры 0„:

15

8 основном определяется электронами, туннелирующими вблизй уровня Ферми, так как барьер довольно крутой и коэффициент про­ зрачности зависит от энергии менее резко по сравнению с энерге­ тической зависимостью функции распределения, выражение для тока / принимает вид

При ео<0е, т. е. когда коэффициент прозрачности меняется быст­ рее, чем функция распределения и в основном определяется элек­ тронами, выходящими вблизи вершины барьера, получим

В работе {16] приведена методика определения параметров ео и а, а следовательно, и электронной температуры по измеренным зависимостям тока проводимости от поля и температуры. Величина электронной температуры в области напряжений, соответствующей

этой модели ограничена, поскольку, например, при больших значе­ ниях 0е величина а должна зависеть от электронной температуры 0е из-за того, что по мере повышения 0е будет изменяться отношение вероятности туннелирования между островками к вероятности пере­ распределения избыточной энергии протуннелированного электрона между всеми электронами в островке, что не учитывается в теории. Тем не менее, роль этой теории велика, поскольку на ее основе можно понять не только зависимости тока проводимости от электри­ ческого поля, температуры и работы выхода электронов, но также уяснить сущность явления электронной эмиссии, основные резуль­ таты исследования которой будут изложены ниже.

Электронная эмиссия из диспергированных пленок.

Одним из свойств диспергированных пленок является возникновение электронной эмиссии при прохождении через пленку электрического тока [11], причем электрон­ ная эмиссия возникает при достаточно сильных полях,

Механизм электронной эмиссии становится понятным, если учесть, что отклонение от закона Ома связано с ра­ зогревом электронного газа в пленке. Действительно, если электронная температура достаточно высока, то согласно закону Ричардсона должна наблюдаться элек­ тронная эмиссия, причем величина тока электронной эмиссии определяется выражением [21]

где ф — работа выхода материала пленки.

16

Справедливость такого механизма электронной эмйбсин подтверждается рядом экспериментальных фактов. Прежде всего, величина тока электронной эмиссии экс­ поненциально возрастает при уменьшении работы вы­ хода электронов (рис. 3): снижение <р напылением моно-

слоя окиси бария приводит к увеличению / э на 4... 5 по­ рядков. В соответствии с формулой (1.9), зависимость

1п/э от 1/ IU оказалась линейной (рис. 1.4). Кроме того, электронная температура, определенная по кривой

тропроводности.

Одновременно с появлением электронной эмиссии воз­ никает свечение, которое локализовано в отдельных, не­ больших по размерам центрах пленки диаметром мень­ ше 0,5 мкм.

Оказалось, что между явлениями свечения и элек­ тронной эмиссии существует тесная связь, что позволило использовать свечение для дальнейшего исследования электронной эмиссии.

Визуальные наблюдения показывают, что излучение чентров различно по цвету и сами центры расположены ^ оолыиинстве случаев вблизи контактов, особенно поло­ жительных. В некоторых случаях при изменении поляр­ ности подаваемого на пленку напряжения происходит обратимое выключение нескольких центров свечения

v одного из контактов и включение новых центров у про­ тивоположного контакта. При увеличении напряжения на пленке свечение становится ярче, при этом могут становиться заметными новые центры и необратимо ис­ чезать старые, особенно наиболее яркие.

При подаче на пленку прямоугольных импульсов на­ пряжения показано, что длительность переднего фронта импульсов света ^ 0 , 5 мкс, т. е. время «разгорания» свечения оказывается не хуже, чем у лучших электро­ люминофоров.

(рис. 1.5). Эти полосы расположены в различных участ­ ках видимой области спектра и относительная интенсив­ ность полос может изменяться в широких пределах [20].

Для разных центров, в зависимости от вводимой в плен­ ку мощности за счет тока, эта величина может изме­ няться в ту или другую сторону на 1... 2 порядка.

Поляризационные исследования, выполненные с по­ мощью поляроида, показали, что по поляризации излу-

18