Transcript 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.

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:
[email protected]
Quang năng
Nhiệt năng
Năng lượng điện trường
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
Độ giảm hàng rào thế khi có điện trường ngoài là:
0  e eE
Cường độ trường tới hạn
Eth 
Đối với Wonfram:
0  4,54eV
Eth  10 V / cm
8

2
0
3
e
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 Di (Wx )
• Hệ số xuyên rào của
toàn bộ hàng rào D(Wx )
là tích của các hệ số
xuyên rào thành phần
• Tính mật độ dòng theo
công thức:

j   D(Wx )dN(Wx )
0
Hệ số xuyên rào của hàng rào thế năng vuông góc
với độ cao W và độ rộng xn
Di  Ce

4
2 m (W Wx )xi
h
xi
W
Wx
D  D1.D2 .D3......Dn
D(Wx )  C1e

4
2 m (W Wx )x1
h
D(Wx )  Ce
D(Wx )  Ce
4

h
4

h
D(Wx )  Ce

.C2e

4
2 m(W Wx )x2
h
n
2m

(W Wx )xi
i 1

2m

lim
x 0 i 1
(W Wx )xi
i
4
2m
h
x1

(W Wx )dx
0
 W0 Wx 
8

2m
3eh
E
3/ 2
D (Wx )  Ce
C3e

4
2 m (W Wx )x3
h
..........Cne

4
2 m(W Wx )xn
h

j  e  D (Wx ) dN (Wx )
Nếu kể đến ảnh hưởng của lực ảnh điện lên hàng
rào thế năng trên bề mặt kim loại
0
 Wx
4m kT 
kT

dN (Wx ) 
ln
1

e

h3

 Wx

4m kT
kT

dN (Wx ) 
ln
e

h3


dWx


8 ( 2 m )1 / 2 03 / 2

2
3h
E
e
j
E e
1/ 2
2hW00
2 1/ 2

dWx


Nếu để ý đến ảnh hưởng của lực
ảnh điện
2
8 ( 2 m )1 / 2 03 / 2

 ( y)
2
3h
E
e
j
E e
8m00
y  e eE0
Nếu nhiệt độ lớn thì đồng thời nhận được phát xạ
lạnh và phát xạ nhiệt điện tử
b2

2
T  E
j  A2 (T  E) e
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 !