«Вторичная электронная эмиссия»

испускание электронов поверхностью твёрдого тела при её бомбардировке электронами. Открыта в 1902 немецкими физиками Аустином и Г. Штарке. Электроны, бомбардирующие тело, называются первичными, испущенные — вторичными. Часть первичных электронов отражается телом без потери энергии (упруго отражённые первичные электроны), остальные — с потерями энергии (неупруго отражённые электроны), расходуемой в основном на возбуждение электронов твёрдого тела (См. Твёрдое тело), переходящих на более высокие уровни энергии. Если их энергия и импульс оказываются достаточно большими для преодоления потенциального барьера на поверхности тела, то электроны покидают поверхность тела (истинно вторичные электроны). Все три группы электронов присутствуют в регистрируемом потоке вторичных электронов (рис. 1).

В тонких плёнках В. э. э. наблюдается не только с той поверхности, которая подвергается бомбардировке (эмиссия на отражение, рис. 2, а), но и с противоположной поверхности (эмиссия на прострел, рис. 2, б).

Количественно В. э. э. характеризуется коэффициентом В. э. э. σ = i_вт/i_п , где — i_вт ток, образованный вторичными электронами,i_п — ток первичных электронов, коэффициент упругого r = i_r/i_п и неупругого η = i_η/i_п отражения электронов, а также коэффициентом эмиссии истинно вторичных электронов δ =i_δ/i_п (i_r, i_η, i_δ — токи, соответствующие упруго отражённым, неупруго отражённым и истинно вторичным электронам, i_вт = i_r + i_δ + i_δ).

Коэффициент σ, r, η и δ зависят как от энергии первичных электронов E_п и угла их падения, так и от химического состава, метода изготовления и состояния поверхности облучаемого образца. В металлах (См. Металлы), где плотность электронов проводимости велика, образовавшиеся вторичные электроны имеют малую вероятность выйти наружу. В диэлектриках (См. Диэлектрики), где концентрация электронов проводимости мала, вероятность выхода вторичных электронов больше. Вместе с тем вероятность выхода электронов зависит от высоты потенциального барьера (См. Потенциальный барьер) на поверхности. В результате у ряда неметаллических веществ (окислы щёлочноземельных металлов, щёлочногалоидные соединения) σ > 1 (рис. 3). У специально изготовленных эффективных эмиттеров (интерметаллические соединения типа сурьмянощелочных металлов, спецтальным образом активированные сплавы CuAlMg, AgAlMg, AgAlMgZi и др.) σ 1. У металлов же и собственных полупроводников (См. Полупроводники) значение сравнительно невелико (рис. 4). У углерода (сажи) и окислов переходных металлов σ

С увеличением энергии E_п первичных электронов σ сначала возрастает (рис. 3, 4). Это происходит до тех пор, пока возбуждение электронов тела происходит вблизи поверхности на расстоянии меньшем, чем их длина пробега. При дальнейшем росте E_п общее число возбуждённых электронов продолжает расти, но основная часть их рождается на большей глубине и число электронов, выходящих наружу, уменьшается. Аналогично объясняется рост σ с увеличением угла падения пучка первичных электронов.

Монокристаллы анизотропны по отношению к движению электронов (см. Анизотропия). При движении электронов вдоль каналов, образуемых плотно упакованными цепочками атомов, вероятность рассеяния электронов и ионизации атомов повышается (каналирование). Наблюдается также дифракция электронов в кристаллической решётке. В результате этого зависимости σ, η и rот угла падения первичных электронов и кривые σ (E_п), r(E_п) и η(E_п) для монокристаллов имеют сложную форму с рядом максимумов и минимумов (рис. 5).

Приводимые для поликристаллов коэффициенты σ, η, r, δ обычно представляют собой величины, усреднённые по различным направлениям.

В. э. э. реализуется за время, меньшее чем 10^-12 сек, т. е. является практически безынерционным процессом.

Самостоятельное значение получило исследование и применение В. э. э. в сильных электростатических полях и электрических полях сверхвысоких частот. Создание в диэлектрике сильного электрического поля (10⁵—10⁶ в|см) приводит к увеличению σ до 50—100 (вторичная электронная эмиссия, усиленная полем). Кроме того, в этом случае величина σ существенно зависит от пористости диэлектрического слоя, так как наличие пор увеличивает эффективную поверхность эмиттера, а поле способствует «вытягиванию» медленных вторичных электронов, которые, ударяясь о стенки пор, могут вызвать, в свою очередь, В. э. э. с σ > 1 и возникновение электронных лавин. Развитие лавин при определённых условиях приводит к самоподдерживающейся холодной эмиссии, продолжающейся в течение многих часов после прекращения бомбардировки электронами.

В. э. э. применяется во многих электровакуумных приборах для усиления электронных потоков (фотоэлектронные умножители (См. Фотоэлектронный умножитель), усилители изображений и т. д.) и для записи информации в виде потенциального рельефа на поверхности диэлектрика (Электроннолучевые приборы). В ряде приборов В. э. э. является «вредным» эффектом (динатронный эффект в электронных лампах (См. Электронная лампа), появление электрического заряда на поверхности стекла и диэлектриков в электровакуумных приборах (См. Электровакуумные приборы)).

В высокочастотном электрическом поле E = E₀cosωt, вследствие В. э. э., на поверхностях электродов наблюдается явление лавинообразного размножения электронов (вторично-электронный резонанс). Это явление открыто Х. Э. Фарнсуортом в 1934. Для возникновения резонанса необходимо, чтобы время между двумя последовательными соударениями электронов с поверхностями электродов (рис. 6, а) было равно нечётному числу полупериодов высокочастотного поля Е (условия синхронизма). При этом электроны могут приобрести в поле энергию, при которой σ > 1. Размножение электронов происходит на поверхностях двух электродов, между которыми приложено высокочастотное электрическое поле, или на одной поверхности, помещённой в скрещенные электрическое и магнитное поля (рис. 6, б). Быстрое нарастание концентрации электронов ограничивается ростом пространственного заряда, что нарушает условие синхронизма. Явление вторичного электронного резонанса играет существенную роль в механизме возникновения плотного прикатодного объёмного заряда в Магнетронах и Амплитронах, а также в механизме работы динамических фотоэлектронных умножителей. С другой стороны, это явление может быть причиной нестабильной работы этих приборов и может ограничивать их выходную мощность.

Лит.: Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Брюининг Г., Физика и применение вторичной электронной эмиссии, пер. с англ., М., 1958; Браун С., Элементарные процессы в плазме газового разряда, М., 1961; Гавичев Д. А. [и др.], Исследование резонансного высокочастотного разряда в скрещенных полях, «Журнал технической физики», 1965, т. 35, с. 813.

А. Р. Шульман.

Рис. 1. Распределение вторичных электронов по энергиям: I — упруго отражённые электроны, II — неупруго отражённые электроны, III — coбственно вторичные электроны; Е_п — энергия первичных электронов.

Рис. 2. Вторичная электронная эмиссия на отражение (а) и на прострел (б).

Рис. 3. Зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии σ от энергии первичных электронов Е_п.

Рис. 4. Зависимость коэффициентов σ и η от энергии первичных электронов Е_п для некоторых металлов.

Рис. 5. Зависимость σ, η и r от угла падения φ первичных электронов для монокристаллов кремния; Е_п = 1000 эв; пунктир — зависимость σ (φ) для плёнки кремния.

Рис. 6. Размножение электронов в высокочастотном электрическом поле (а) и в скрещенных электрическом Е и магнитном Н полях (б). Поле Н перпендикулярно плоскости чертежа; стрелками показаны траектории электронов.

ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ - испускание электронов (вторичных) твердыми и жидкими телами при бомбардировке их поверхности первичными электронами. Используется для усиления электронных потоков в электрических вакуумных приборах, напр., в фотоэлектронных умножителях.

secondary electron emission

secondary electron emission

ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

испускание эл-нов (вторичных) тв. и жидкими телами (эмиттерами) при их бомбардировке эл-нами (первичными). При толщине эмиттера, меньшей пробега первичных эл-нов, вторичные эл-ны эмиттнруются как со стороны бомбардируемой поверхности (В. э. э. «на отражение»), так ц с её обратной стороны (В. э. э. «на прострел»). Вторичные эл-ны имеют непрерывный энергетич. спектр от 0 до энергии?п первичных эл-нов (рис. 1). Они состоят из упруго (?=?п) и неупруго (условно??50 эВ) отражённых первичных и истинно вторичных эл-нов (??50 эВ) — эл-нов в-ва, получивших от первичных эл-нов энергию, достаточную для выхода в вакуум. Их наиболее вероятная энергия — 2—4 эВ для металлов и порядка 1 эВ для диэлектриков. Тонкая структура энергетич. спектра эл-нов обусловлена характеристич. потерями эл-нов на возбуждение атомов в-ва (см. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ) и Оже эффектом и позволяет судить о хим. составе и электронном состоянии атомов поверхностного слоя тв. тела.

Количественно В. э. э. характеризуется коэффициентом В. э. э. о, равным:

где i1 — ток, создаваемый первичными эл-нами, i2 — всеми вторичными, d — ноэфф. истинной В. э. э., h и r — коэфф. неупругого и упругого отражения эл-нов. Если?п<100эВ, то s=d+r,

Рис. 1. Распределение вторичных эл-нов по энергиям: 1 — упруго отражённые эл-ны; 2 — неупруго отражённые эл-ны; 3 — истинно вторичные эл-ны; 4 — пики характеристич. потерь; 5 — Оже-электроны;п — энергия первичных эл-нов.

а при?п>100—200 эВ s=d+h). Коэфф. s, d, h, r зависят не только от энергии, но и от угла падения первичных эл-нов, природы и структуры в-ва, состояния поверхности, темп-ры. Для монокристаллов эти зависимости обладают тонкой структурой, обусловленной дифракцией электронов (см. ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ), когерентно рассеянных разл. плоскостями кристалла.

Истинно вторичные эл-ны эмиттируются из приповерхностного слоя толщиной Я. В металлах, где в результате вз-ствия с эл-нами проводимости

Рис. 2. Зависимость коэфф. s и h от энергии первичных эл-нов: вверху — для металлов; внизу — для диэлектриков и ПП.

первичные эл-ны быстро теряют энергию, l и s малы (l=30?, s=0,4—1,8, рис. 2). В диэлектриках с широкой запрещённой зоной и малым сродством к электрону c эл-ны, возбуждённые в зону проводимости, могут терять энергию в осн. лишь на возбуждение колебаний кристаллической решётки. Эти потери невелики, поэтому диэлектрики обладают большими значениями l(300—1200?) и s(20—40) при?п порядка неск. сотен В. Из диэлектрич. слоев изготавливают эфф. эмиттеры вторичных эл-нов. В ПП эмиттерах вторичных эл-нов с отрицат. электронным сродством (c<0) даже те эл-ны, к-рые движутся к поверхности с очень малыми энергиями (=kT), также могут выйти в вакуум. Поэтому такие эмиттеры обладают ещё большими значениями l и s (рис. 2). Создание в диэлектрике, особенно в пористых слоях, сильного электрич. поля (105— 106 В/см) приводит к росту s до 50— 100 (В. э. э., усиленная полем).

втори́чная электро́нная эми́ссия

испускание электронов (вторичных) твёрдыми и жидкими телами (эмиттерами) при бомбардировке их поверхности первичными электронами. Используется для усиления электронных потоков в электровакуумных приборах, например, в фотоэлектронных умножителях.

* * *

ВТОРИ́ЧНАЯ ЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ, испускание электронов (вторичных) твердыми и жидкими телами при бомбардировке их поверхности первичными электронами. Используется для усиления электронных потоков в электровакуумных приборах, например, в фотоэлектронных умножителях.

испускание электронов, происходящее в результате бомбардировки поверхности твёрдого тела (металла, ПП или диэлектрика) пучком электронов. Количественно В. э. э. характеризуется коэфф. В. э. э., равным отношению числа вторичных электронов, испускаемых телом, к числу падающих на него первичных электронов. На явлении В. э. э. основано действие вторично-электронных умножителей.

secondary electron emission

испускание электронов (вторичных) твёрдыми и жидкими телами (эмиттерами) при бомбардировке их поверхности первичными электронами. Используется для усиления электронных потоков в эл.-вакуумных приборах, напр. в фотоэлектронных умножителях.