ТЕРМОЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ

ТЕРМОЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ, ис­пус­ка­ние элек­тро­нов на­гре­ты­ми те­ла­ми (эмит­те­ра­ми) в ва­ку­ум или др. сре­ду. Вый­ти из эмит­те­ра мо­гут толь­ко те элек­тро­ны, энер­гия ко­то­рых боль­ше энер­гии элек­тро­на, по­коя­ще­го­ся вне эмит­те­ра (см. Ра­бо­та вы­хо­да). В ус­ло­ви­ях тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сия в со­от­вет­ст­вии с Фер­ми – Ди­ра­ка рас­пре­де­ле­ни­ем чис­ло та­ких элек­тро­нов при темп-pax T≈300 К ни­чтож­но малó и экс­по­нен­ци­аль­но рас­тёт с рос­том T. По­это­му ток T. э. за­ме­тен толь­ко для на­гре­тых тел. Вы­лет элек­тро­нов при­во­дит к ох­ла­ж­де­нию эмит­тера. При от­сут­ст­вии «от­са­сы­ваю­ще­го» элек­трич. по­ля (или при ма­лой его ве­ли­чи­не) вы­ле­тев­шие элек­тро­ны об­ра­зу­ют вбли­зи по­верх­но­сти эмит­те­ра от­ри­ца­тель­ный про­стран­ст­вен­ный за­ряд, ог­ра­ни­чи­ваю­щий ток тер­мо­элек­трон­ной эмис­сии.

При ма­лых на­пря­же­ни­ях U<U₀ ме­ж­ду эмит­те­ром и ано­дом плот­ность то­ка j∝U^3/2 (см. Лен­гмю­ра фор­му­ла); при U∼U₀ про­стран­ст­вен­ный за­ряд рас­са­сы­ва­ет­ся и ток дос­ти­га­ет на­сы­ще­ния j₀, а при даль­ней­шем рос­те U ток сла­бо рас­тёт вслед­ст­вие умень­ше­ния ра­бо­ты вы­хо­да эле­кт­ро­на (см. Шотт­ки эф­фект). В силь­ных элек­трич. по­лях (на­пря­жён­но­стью E>10⁸ В/м) к T. э. до­бав­ля­ет­ся ав­то­элек­трон­ная эмис­сия (термо­ав­то­элек­трон­ная эмис­сия).

В пред­по­ло­же­нии, что по­верх­ность эмит­те­ра од­но­род­на и элек­трон­ный газ в нём на­хо­дит­ся в со­стоя­нии тер­мо­дина­мич. рав­но­ве­сия, плот­ность то­ка на­сы­ще­ния j₀ мож­но вы­чис­лить по фор­му­ле Ри­чард­со­на – Деш­ма­на: j₀=AT²exp(-Ф/kT), где Ф – ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­на, A=A₀(1-r), r – ус­ред­нён­ный по энер­ги­ям ко­эф. от­ра­же­ния элек­тро­нов от по­верхно­сти эмит­те­ра, A₀= 4πek²m/h³= 120,4·10⁴ А/(м²·К²) (e – за­ряд элек­тро­на, m – мас­са элек­тро­на, k – по­сто­ян­ная Больц­ма­на, h – по­сто­ян­ная План­ка). Ф и А обыч­но не яв­ля­ют­ся кон­стан­та­ми ве­ще­ст­ва; для боль­шин­ст­ва чис­тых ме­тал­лов зна­че­ния А из­ме­ня­ют­ся в ин­тер­ва­ле (1,5–35)·10⁵ А/(м²·К²).

Фор­му­ла Ри­чард­со­на – Деш­ма­на при­ме­ни­ма и для опи­са­ния Т. э. в по­лу­провод­ни­ках. Од­на­ко влия­ние темп-ры, элек­трич. по­ля, при­ме­сей в эмит­те­ре и т. п. на эмис­си­он­ный ток и на ве­ли­чи­ны Ф и А су­ще­ст­вен­но иное, чем в ме­тал­лах. Раз­ли­чия обу­слов­ле­ны ма­лой кон­цен­тра­ци­ей элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти и на­ли­чи­ем ло­ка­ли­зов. по­верх­но­ст­ных элек­трон­ных со­стоя­ний, влияю­щих на рас­по­ло­же­ние уров­ня Фер­ми на по­верх­но­сти по­лу­про­вод­ни­ка, вплоть до его «за­кре­п­ле­ния» в не­ко­то­рой точ­ке за­пре­щён­ной зо­ны (см. По­верх­но­ст­ные со­стоя­ния).

По­верх­ность боль­шин­ст­ва эмит­те­ров не­од­но­род­на, на ней су­ще­ст­ву­ют «пят­на» с раз­ной ра­бо­той вы­хо­да. Ме­ж­ду ни­ми воз­ни­ка­ет кон­такт­ная раз­ность по­тен­циа­лов и элек­трич. по­ля (по­ля «пя­тен»), ко­то­рые соз­да­ют до­пол­нит. по­тен­ци­аль­ные барь­е­ры для эми­ти­руе­мых элек­тро­нов, что при­во­дит к бо­лее силь­ной за­ви­си­мо­сти то­ка от анод­но­го на­пря­же­ния (ано­маль­ный эф­фект Шотт­ки), а так­же уве­ли­чи­ва­ет за­ви­си­мость то­ка от T.

Т. э. ле­жит в ос­но­ве ра­бо­ты тер­мо­элек­трон­ных ка­то­дов, ко­то­рые при­ме­ня­ют­ся во мно­гих элек­тро­ва­ку­ум­ных, газо­раз­ряд­ных и элек­трон­ных при­бо­рах.