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

Thắc mắc xin liên hệ: [email protected]

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/electrisation_influence_boule.swf

Khi không có điện trường và ở 0 K

Cường độ trường tới hạn

eEe 0

3

20

eEth

eV54,40 Đối với Wonfram:

cmVEth /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

)()( xx WdNWDj

)( xi WD

)( xWD

Hệ số xuyên rào của hàng rào thế năng vuông góc với độ cao W và độ rộng

xW

ix xWWmh

i CeD

)(2

4

ix

W

nx

nDDDDD ........ 321

nxxxx xWWmh

n

xWWmh

xWWmh

xWWmh

x eCeCeCeCWD

)(2

4)(2

4

3

)(24

2

)(24

1 ...........)(321

10

)(24

lim)( i

ix

ix

xWWmh

x CeWD

n

iix xWWm

hx CeWD 1

)(24

)(

1

0

)(24

)(

x

x dxWWmh

x CeWD

E

WWm

ehx

x

CeWD

2/302

3

8

)(

0

)()( xx WdNWDej

xkT

W

x dWeh

mkTWdN

x

1ln

4)(

3

xkT

W

x dWeh

mkTWdN

x

ln

4)(

3

Eh

m

eEhW

ej

2/30

2/1

3

)2(82

2/100

2/12

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(82

00

22/3

02/1

8

yEh

m

eEm

ej

0eEey

Nếu nhiệt độ lớn thì đồng thời nhận được phát xạ lạnh và phát xạ nhiệt điện tử

ET

b

eETAj

2

22 )(

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 !