Файл: Евдокимов, В. Д. Экзоэлектронная эмиссия при трении.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 105

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ф max

Al

0,8\

ff, В

г

ï

2 if

2

¥ t, час

Р и с . 65. Затухание электронной эмиссии на окисляющихся металлах при облучении светом ртутной кварцевой лампы

1 - через фильтр УФС4; 2 - через фильтр УФС1

Экзоэлектронная эмиссия и толщина окисной пленки на металле. Зависимость интенсивности фототока и фотостимулированной экзоэлект­ ронной эмиссии от времени с момента зачистки образцов приведена на рис. 65. Соответствующие кривые роста окисных пленок на тех же

образцах были приведены на

рис. 60. Исключив время t как пара­

метр и отложив на графике

зависимость логарифма интенсивности эмис ­

сии непосредственно от толщины окисной пленки, получим экспонен­ циальную зависимость для фототока и более сложную зависимость для экзоэлектронной эмиссии (рис. 66).

Поглощение фотоэлектронов в окисной пленке подчиняется законо­ мерности (7.2). Независимо от того, окислялся образец при освеще­ нии или же в темноте, интенсивность экзоэлектронной эмиссии всегда

падает при

нарастании окисного слоя.

Если экзоэлектроны

выбиваются

с каких-то

уровней в окисле, то при

нарастании окисла

центры, от ­

ветственные за эти уровни, накоплялись

бы и экзоэлектронная эмиссия

возрастала. Затухание ее с ростом окисной пленки подтверждает пред­ положение о том, что экзоэлектроны, как и обычные фотоэлектроны,

выбиваются квантами стимулирующего

света из металла и, проходя

ч е ­

рез слой окисла, поглощаются в нем. Закон затухания эмиссии более

слож ­

ный, чем простая экспонента e_ kL, и

свидетельствует о том, что

 

наряду с поглощением экзоэлектронов происходит уменьшение началь­ ной интенсивности их потока. Необходимо выяснить, за счет чего это

происходит, влияет ли уменьшение числа актов окисления

или с к а з ы ­

вается изменение работы выхода электрона при окислении

поверхности.

Работа выхода окисленных металлических поверхностей и спектраль­ ная зависимость фотоэффекта. Определение работы выхода электрона из окисленного металла по данным фотоэлектрических исследований является довольно сложной задачей, поскольку для подобных поверх­ ностей понятие порога фотоэффекта не определено, а спектральную характеристику невозможно описать универсальной формулой. Извест -

138

ные методы определения границы фотоэффекта - методы Фаулера, Дюб - риджа и Кэрролла [267, 338, 339] - разработаны для случая чистых металлических поверхностей и поэтому непригодны для окисленных. Кроме того, исследуемые поверхности не являются равновесными, так как увеличивается толщина окисного слоя и возникают локальные перегревы. Но сопоставление спектральных исследований с данными измерений контактной разности потенциалов дает возможность про­ анализировать экспериментальные результаты и сделать ряд опреде­ ленных заключений относительно особенностей фотоэлектронной эмис ­ сии с окисляющихся металлов [175, 306].

Спектральные характеристики внешнего фотоэффекта представлены на рис. 67, 68. Интенсивность эмиссии измерялась открытым г е й г е ­ ровским счетчиком, освещенность поверхности образца монохромати­ ческим светом определялась с помощью фотоэлемента СЦВ-6 с и з ­ вестной спектральной чувствительностью. Выходная щель светосильного монохроматора была смонтирована непосредственно у верхнего откры­

того торца детектора и вырезала участок спектра шириной

от 5оХ на

длине волны Л = 3650 Я до 60 X при Л = 2500 Я. Ошибки,

обуслов­

ленные наложением спектров более высокого порядка (от

отражатель­

ной дифракционной решетки) и рассеянным светом, исключались тем, что после выходной шели монохроматора ставились светофильтры соответствующего спектрального диапазона. Кривые на этих рисунках

представлены в виде зависимостей квантового выхода

у от

энергии

световых

квантов

hv. Каждая точка получена усреднением

8-10 и з ­

мерений.

Кривые

на рис. 67 , 68 подобны спектральным

характеристи-

139

•/7-7.

\

1

л z 1

J 5hù,sE 5 H aß

Рис. 67. Спектральная зависимость квантового выхода фотоэффекта с окисляющегося алюминия ( а ) , магния (6) на разных стадиях окисления

1 - через 1 мин

после механической

зачистки;

2

- через 57 час;

3 - через 120 час

 

 

 

 

 

 

кам, полученным другими авторами [87,

88,

169].

Но

более широкий

спектральный диапазон и большее число

экспериментальных

точек

позволили обнаружить новые детали на спектральных кривых.

Сравнивая ход спектральных характеристик для разных

металлов,

можно отметить две характерные особенности: максимум в

области

hv = 4 , 5 т 5

эв и длинноволновый "хвост", простирающийся

далеко за

пределы

пороговых

значений фотоэффекта

для

чистых

металлических

поверхностей. Уменьшение квантового выхода

фотоэффекта

в области

5 эв <hv

<

9 эв объяснялось в работе

[341]. С

увеличением энергии

возрастает доля отраженного света, поглощение света в поверхност­ ном слое уменьшается, поверхностный фотоэффект падает. Объемный же фотоэффект начинается при hu > 9 эв.

Существование длинноволновых "хвостов" не может быть объясне­ но только изменением работы выхода металлической поверхности при

окислении. Экстраполяцией

длинноволновой части спектральных кри­

вых известной

зависимостью у = a(hv - h v 0

) 3

были пмучены

"экстра ­

полированные"

значения

работы

выхода

q>3 = hvQ [175].

Измерения

работы выхода тех же поверхностей методом контактной разности

 

потенциалов дали значения

<рк> близкие к полученным значениям

<рэ _

При этом работа выхода электрода сравнения (окисленный никель)

 

принималась равной 4,87 эв. Данные измерений приводятся

в табл.

12

и сравниваются со значениями ср

для чистых

металлов в

вакууме.

140

y, W7электр./кВант.

 

 

 

f

"3

Рис. 68.

Спектральная

з а в и ­

 

 

 

симость

квантового выхода

 

/лZn

фотоэффекта с окисляющихся

j

металлов через 1 мин

после

 

зачистки (масштаб для пунк­

 

/ А

тирных

кривых см . справа)

?

S

if

к-

 

5 hf,j0

 

Вследствие хорошего согласования величин ф

и ф к

можно

пола­

гать, что экстраполяция спектральных характеристик

дает,

как и м е ­

тод контактной разности потенциалов, усредненное значение работы

выхода

поверхности. Тогда существование

"хвостов" на

спектральных

кривых,

представляющих собой слабую эмиссию при hv

< ф К )

мо,.;но

объяснить наличием

участков

поверхности

со значительно пониженной

работой

выхода. Со

временем

квантовый

выход фотоэффекта

умень­

шается, что объясняется поглощением электронов в толще вырастаю­ щего окисного слоя. Вся кривая в целом смещается вправо (рис. 67),

что объясняется увеличением работы выхода. Длинноволновые

"хвосты"

полностью

исчезают,

и кривые начинаются со значений

hv =

фк .

С л е -

 

 

 

Т а б л и ц а

12

Работа выхода металлических поверхностей, . эв

 

 

 

 

Металлы

Чистая

Поверхность

на воздухе через

Давно

окислен­

поверхность

1 мин после

зачистки

ные

поверх­

в вакууме

 

 

ности

 

 

 

 

 

 

 

 

<Рк

 

AI

4,25

3,65

3,65

 

4,04

 

Mg

3,64

3,83

3,80

 

3,61

 

Zn

4,24

3,84

3,94

 

4,25

 

Cd

4,1

4,23

4,30

 

4,20

 

Sn

4,38

4,21

4,35

 

4,31

 

Nb

3,99

3,92

4,06

 

4,76

•

T i

3,95

4,54

4,51

 

4,68

 

141

доватедьно, через некоторое время после зачистки, когда вырос

окис-

ный слой предельной толщины и реакция окисления прекратилась,

и с ­

чезают участки с пониженной работой выхода. Поскольку окисление шло за счет вьіхода металлических ионов на поверхность окисла, то очевидно, что существование и исчезновение неравновесных участков

поверхности, ответственных за длинноволновый фотоэффект,связано имен­ но с ними. Необходимо выяснить, каким же образом ионы металла влияют на фотоэлектрические свойства поверхности - создают ли они островки с пониженной работой выхода или же разогревают поверх­

ность

за счет теплового эффекта окисления.

 

Теперь можно дать определение экзоэлектронной эмиссии с

метал ­

лов -

это нестабильная

эмиссия, стимулированная квантами с

энер ­

гиями,

меньшими работы

выхода поверхности, и обусловленная

суще ­

ствованием неравновесных участков. Если принять такое определение, становится понятным, как важно правильно выбрать условия подсветки.

При hv

> срк фотоэффект затухает главным

образом за счет погло­

щения

электронов в слое

окисла. При

hv <<р

"фотоотклик" дают

только

микрое копи чес юі

малые участки

поверхности, чем и объясняет­

ся малая интенсивность экзоэлектронной эмиссии. В последнем случае фототок уменьшается вследствие поглощения электронов в окисле и

уменьшения

числа фотоактивных участков поверхности. С

исчезнове­

нием этих участков полностью прекращается фотоэффект.

 

 

Работа выхода окисленных металлических поверхностей и параметры

окисных пленок. Сравнивая величины

<р и <рк

из

табл.

12,

отметим,

что

у одних

металлов (AI, Mg, Zn ) зачистка

на

воздухе уменьшает р а ­

боту

выхода,

у других (Cd, Nb, T i ) -

увеличивает

ее.

Эти

изменения

значительны

(+0,59эв у

Ті и - 0,6эв

у

AI)

и не

могут являться

результатом

одной лишь

деформации [ 185].

Очевидно,

причинами ука ­

занных изменений работы выхода могут быть также окисные и адсорб­ ционные слои.

По существующей теории работа

выхода

металлической

поверхности,

покрытой слоем окисла или полупроводника,

не должна

существенно

измениться, если толщина слоя

L

намного

меньше

дебаевской

длины

экранирования Lrj [ 342]. Окисные

пленки

на

металлах

обладают

непло­

хими изолирующими свойствами. Оценка

величины L p

для

них

дает

значения порядка 103Я. Адсорбция

кислорода и паров

воды

приводит к

отрицательному заряжению поверхности и увеличению работы выхода

примерно на 0,5 эв [343]. Поэтому

при окислении в атмосферных

у с ­

ловиях, когда максимальная толщина

окисла не превышает 50 Я и

при­

сутствуют слои адсорбированного кислорода, работа выхода окислен­ ного металла либо не должна изменяться, либо может только увели­ чиваться по сравнению с работой выхода чистой металлической поверх­ ности. Именно это и наблюдается при исследовании окисленных поверх­

ностей

Cd, Sn, Mg, Nb, Ті методом контактной разности потенциалов. Но

для

AI

и

Zn

получен обратный результат. Измерения работы

выхода

окисляющегося

алюминия дали следующие значения: через

1 мин

после

зачистки

- 3,65

эв, через 1 час - 3,70

эв,

через

24 часа

- 3,77

эв,

через 48

час. -

3,82

и через 1 месяц -

3,97

эв.

В то же

время

тол ­

щина

окисной пленки

за первые 5 час.

окисления

наросла

до 17

Я,

142

Смотрите также файлы