Bài thuyết trình Cơ sở lí thuyết hiện tượng phát xạ tự động (phát xạ lạnh, phát xạ trường)

Bài thuyết trình Cơ sở lí thuyết hiện tượng phát xạ tự động (phát xạ lạnh, phát xạ trường)

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

Nhiệt năng

Năng lượng điện trường

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/el ectrisation_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

0 



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:







0

) (

) (W x dN W x D

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

n x x

x

h n

x W W m h x

W W m h x

W W m h

W

4 )

( 2 4 3

) (

2 4 2

) (

2 4

1

)



























1 0

) (

2

4

lim )

i x

i x

x W

W

m h

W

D











n

i

i

x x W

W

m h

W

) (

2 4

) (











1

0

) (

2 4

) (

x

W W

m h

x Ce W

D



E

W W

m eh

x

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 )

E h

m

e

E hW

e

j

2 / 3 0 2 / 1

3

) 2 ( 8 2 2

/ 1 0 0

2 / 1 2

2











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 !