Phát xạ điện tử - Lí thuyết phát xạ tự động

Cơ sở lí thuyết hiện tượng phát xạ tự động phát xạ lạnh, phát xạ trường GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Thanh Lâm... Kính hiển vi xuyên hầm quét hoạt động dựa trên hiệu ứng phát x

Cơ sở lí thuyết hiện tượng phát

xạ tự động (phát xạ lạnh, phát xạ

trường)

GVHD: PGS.TS Lê Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Thanh Lâm

Thắc mắc xin liên hệ:

thanhlam1910_2006@yahoo.com

Nhiệt năng

Quang năng

Kính hiển vi xuyên hầm quét hoạt động dựa

trên hiệu ứng phát xạ tự động

Nội dung

1 Hiện tượng phát xạ tự động

2 Tính toán dòng phát xạ tự động

• Về mặt thuật ngữ: sử dụng từ “phát xạ tự động” trong toàn bài báo cáo.

• Về phương pháp tiếp cận: Không đi sâu vào các tính toán chi tiết, tập trung làm rõ bản chất vật lí của hiện tượng.

1.Hiện tượng phát xạ tự động

• Phát xạ tự động là hiện tượng phát xạ electron của các vật dẫn rắn hoặc lỏng dưới ảnh hưởng của điện trường cường độ cao (khoảng 107 V/cm)

• Phát xạ tự động được khám phá vào năm 1897 bởi

R.Wood (USA)

• Năm 1929, R.Millikan và C.Lauritsen đã thiết lập mối

quan hệ tuyến tính giữa logarit của mật độ dòng phát xạ

tự động j với nghịch đảo của điện trường: 1/E

• Cũng trong khoảng 1928-1929, R.Fowler và L.Nordheim

đã đưa ra giải thích lí thuyết về hiện tượng qua hiệu ứng chui hầm

Hành vi của electron khi có sự hiện

diện của điện trường

• http://www.ostralo.net/3_animations/swf/

electrisation_influence_boule.swf

Khi không có điện trường và ở 0 K

Cường độ trường tới hạn

eE e



 0

3

2 0

e

Eth  

eV

54 ,

4



Đối với Wonfram:

cm V

Eth  108 /

Độ giảm hàng rào thế khi có điện trường ngoài là:

Cường độ trường tới hạn

Tính mật độ dòng

• Chia rào thế thành các

yêu tố nhỏ hình chữ

nhật, tính hệ số xuyên

rào của mỗi yếu tố đó

• Hệ số xuyên rào của

toàn bộ hàng rào

là tích của các hệ số

xuyên rào thành phần

• Tính mật độ dòng theo

công thức:





 D(W x)dN(W x)

j

) ( x

i W D

) (W x D

Hệ số xuyên rào của hàng rào thế năng vuông góc

với độ cao W và độ rộng

x

W

i

x x W

W m h

i Ce

4 

i

x



W

n

x



D D

D D

D  1 2 3

n x x

x

h n

x W W m h x

W W m h x

W W m h

W

D            2 (  )

4 )

( 2 4 3

) (

2 4 2

) (

2 4

)



























1 0

) (

2

4

lim )

i x

i x

x W

W

m h

x Ce

W

D











n

i

i

x x W

W

m h

x Ce

W

) (

2

4

) (











1

0

) (

2

4

) (

x

x dx W

W

m h

W

D



E

W W

m eh

x

Ce W

D

2 /

3 0

2 3

8

) (













0

) (

) ( Wx dN Wx D

e

j

x kT

W

h

mkT W

dN

x



























1 ln

4 )

x kT

W

h

mkT W

dN

x

























ln

4 )

Nếu kể đến ảnh hưởng của lực ảnh điện lên hàng rào thế năng trên bề mặt kim loại

Nếu để ý đến ảnh hưởng của lực

ảnh điện

)

( 3

) 2 (

8 2

0 0

2 1/2 03/2

8

y E

h

m

e

E m

e













0



eE e

y 

Nếu nhiệt độ lớn thì đồng thời nhận được phát xạ

lạnh và phát xạ nhiệt điện tử

E T

b

e E

T A







2

2

Phổ năng lượng của các electron trong hiệu ứng phát xạ tự động đối với các nhiệt độ T khác nhau

và điện trường E khác nhau; j=4.5 eV

Have a nice weekend !