АВТОЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ

АВТОЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ (по­ле­вая элек­трон­ная эмис­сия, тун­нель­ная эмис­сия), ис­пус­ка­ние элек­тро­нов про­во­дя­щи­ми твёр­ды­ми и жид­ки­ми те­ла­ми под дей­ст­ви­ем силь­но­го внеш­не­го элек­трич. по­ля. Обыч­но на­пря­жён­ность по­ля $E$, при ко­то­рой на­чи­на­ет­ся эмис­сия эле­к­тро­нов, со­став­ля­ет ве­ли­чи­ну по­ряд­ка 10⁷ В/см у по­верх­но­сти. А. э. об­на­ру­же­на в 1897 Р. У. Ву­дом. Ме­ха­низм элек­трон­ной эмиссии – про­хо­ж­де­ние элек­тро­нов сквозь по­тен­ци­аль­ный барь­ер на гра­ни­це про­во­дя­ще­го те­ла с ва­куу­мом за счёт тун­нель­но­го эф­фек­та. Плот­ность то­ка $j$ А. э. зна­чи­тель­но, по экс­по­нен­ци­аль­но­му за­ко­ну, за­ви­сит от $E$ и от ра­бо­ты вы­хо­да $Φ=eφ$ ($φ$ – вели­чи­на по­тен­ци­аль­но­го барь­е­ра, $e$ – за­ряд элек­тро­на), уве­ли­чи­ва­ясь при рос­те $E$ и сни­же­нии $φ$. Ха­рак­тер­ной осо­бенно­стью А. э. яв­ля­ет­ся вы­со­кая плот­ность эмис­си­он­но­го то­ка: в ста­цио­нар­ном ре­жи­ме в пре­де­лах 10³–10⁵ А/см², а крат­ко­вре­мен­но (в им­пульс­ном ре­жи­ме) до 10⁹ А/см². Од­на­ко то­ки в этом диа­пазоне не­ред­ко ока­зы­ва­ют­ся кри­ти­че­скими (ве­ли­чи­на $j_{кр}$ за­ви­сит от фор­мы и ма­те­риа­ла эмит­те­ра), при­во­дя­щи­ми к взры­ву эмит­те­ра (т. н. взрыв­ная элек­трон­ная эмис­сия). А. э. – ти­пич­ная хо­лод­ная эмис­сия, не ну­ж­даю­щая­ся в те­п­ло­вом воз­бу­ж­де­нии элек­тро­нов. Тем не ме­нее ток А. э. ме­тал­лов воз­рас­та­ет с по­вы­ше­ни­ем темп-ры (тер­мо­ав­то­элек­трон­ная эмис­сия), а ток А. э. по­лу­про­вод­ни­ков, как пра­ви­ло, рез­ко уве­ли­чи­ва­ет­ся не толь­ко с по­вы­ше­ни­ем темп-ры, но и при ос­ве­ще­нии (фо­то­ав­то­элек­трон­ная эмис­сия).

Для об­лег­че­ния соз­да­ния вы­со­ких на­пря­жён­но­стей по­ля у по­верх­но­сти обыч­но ав­то­элек­т­рон­ные эмит­те­ры (ав­то­эмит­те­ры) име­ют фор­му с очень боль­шой кри­виз­ной: ост­рия с ра­диу­сом в сот­ни на­но­мет­ров, ост­рые края лез­вий и т. п.

В ус­ло­ви­ях ва­куу­ма (10^–5–10^–7 Торр) твёр­дые ав­то­эмит­те­ры под влия­ни­ем ад­сорб­ции при­ме­сей и ион­ной бом­бар­ди­ров­ки бы­ст­ро раз­ру­ша­ют­ся и эмис­си­онный ток па­да­ет. Од­на­ко су­ще­ст­ву­ют разл. пу­ти по­вы­ше­ния их ста­биль­но­сти: улуч­ше­ние ва­ку­ум­ных ус­ло­вий, лёг­кий по­дог­рев эмит­те­ра, ос­лаб­ле­ние ион­ной бом­бар­ди­ров­ки (напр., от­кло­не­ни­ем ионов маг­нит­ным по­лем), под­бор наи­бо­лее стой­ких ма­те­риа­лов и др., что по­зво­ля­ет при­ме­нять ав­то­эмит­те­ры в разл. уст­рой­ст­вах. Жид­ко­ме­тал­лич. эмит­те­ры, по­верх­ность ко­то­рых луч­ше про­ти­во­сто­ит де­гра­да­ции, ме­нее при­хот­ли­вы и мо­гут ра­бо­тать в ус­ло­ви­ях не слиш­ком вы­со­ко­го ва­куу­ма (10^–4–10^–6 Торр). Для по­лу­че­ния за­мет­ных то­ков пер­спек­тив­ны мно­го­ост­рий­ные жид­ко­ме­тал­лич. ав­то­эмит­те­ры, ко­то­рые из­го­тов­ля­ют, за­пол­няя ме­тал­лом (гал­ли­ем) мно­го­числ. по­ры-ка­на­лы в ди­элек­трич. плён­ке.

Пре­иму­ще­ст­вами ав­то­элек­трон­ных эмит­те­ров яв­ля­ют­ся бе­зы­нер­ци­он­ность, от­сут­ст­вие за­трат на по­дог­рев, вы­со­кая плот­ность то­ка и рез­ко не­ли­ней­ная вольт-ам­пер­ная ха­рак­те­ри­сти­ка. А. э. ис­поль­зу­ет­ся как яр­кий то­чеч­ный ис­точ­ник элек­тро­нов в элек­трон­ных мик­ро­ско­пах (про­све­чи­ваю­щих и рас­тро­вых), в рент­ге­нов­ских мик­ро­ана­ли­за­то­рах, а так­же как ин­тен­сив­ный ис­точ­ник элек­тро­нов в ус­ко­ри­те­лях, при­бо­рах СВЧ и др.

Мат­ри­цы из боль­шо­го чис­ла мик­ро­ост­рий мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны для соз­да­ния пло­ских ва­ку­ум­ных дис­пле­ев. Кро­ме то­го, А. э. ис­поль­зу­ет­ся в чув­ст­вит. дат­чи­ках ма­лей­ших из­ме­не­ний на­пря­же­ния; имен­но эта об­ласть да­ла толчок к раз­ви­тию тун­нель­ной ска­ни­рую­щей мик­ро­ско­пии (см. Тун­нель­ный мик­ро­скоп), где рель­еф вплоть до атом­но­го «ощу­пы­ва­ет­ся» чув­ст­ви­тель­ной иг­лой. Од­но из ин­те­рес­ных и ис­то­ри­че­ски ран­них (1936) при­ме­не­ний А. э. реа­ли­зо­ва­но в про­стей­шем без­лин­зо­вом эмис­си­он­ном элек­трон­ном микроскопе – элек­трон­ном про­ек­то­ре.