полевая эмиссия

Ответ от Игорь Владимирович[гуру]
Ионная эмиссия, испускание положительных и отрицательных ионов поверхностью твёрдого тела или жидкости (эмиттер) в вакуум или газообразную среду. Ион, чтобы покинуть поверхность, должен обладать достаточно большой энергией для преодоления сил, удерживающих его на поверхности. Эта энергия может быть получена ионом при нагревании (термоионная эмиссия) , при бомбардировке эмиттера (называется в этом случае мишенью) пучком ионов (ионно-ионная эмиссия) , электронами (электронно-ионная эмиссия) и фотонами (фотодесорбция) . Во всех случаях Ионная эмиссия может иметь место как эмиссия частиц самого эмиттера, так и примесных частиц, неизбежных в реальных материалах.
Термоионная эмиссия происходит в результате испарения в виде ионов частиц эмиттера или других частиц, находящихся в эмиттере в виде примесей или попадающих на его поверхность извне. В последнем случае, а иногда и вообще термоионная эмиссия называется поверхностной ионизацией. Количественной характеристикой термоионной эмиссии является степень ионизации a, равная отношению числа ионов ni к числу нейтральных частиц n0 того же химического состава, испаряющихся с поверхности эмиттера за определённый промежуток времени. При этом выполняется соотношение:
где Q0 и Qi — теплоты испарения частиц в нейтральном и ионном состояниях, k — Больцмана постоянная, T — абсолютная температура эмиттера, А — отношение статистических весов частиц в ионном и нейтральном состояниях. Величины Qi и Q0 связаны с работой выхода j эмиттера и энергией ионизации V частиц (для положительных ионов) или энергией сродства к электрону S (для отрицательных ионов) соотношениями:
Q0 — Qi = j — V; Q0 — Qi = S — j. (2)
Из (1) и (2) следует, что степень ионизации a тем выше, чем больше величина j при Ионная эмиссия положительных ионов и чем меньше j при Ионная эмиссия отрицательных ионов. При j < V и j > S величина a, а следовательно, и ионный ток растут с ростом Т (рис. 1). Плотность ионного тока j при термоионной эмиссии зависит не только от величины a, но и от скорости испарения частиц с поверхности.
Термоионная эмиссия используется для получения пучков ионов в ионных источниках для индикации слабых молекулярных пучков (например, в квантовых стандартах частоты) , для ионного внедрения примесей в полупроводники и т. п. В физико-химических исследованиях термоионная эмиссия используется для определения энергии ионизации и сродства к электрону атомов, молекул и радикалов, теплот испарения и десорбции ионов и нейтральных частиц, энергии диссоциации молекул и т. д.
Если эмиттер находится в электрическом поле, ускоряющем испаряющиеся ионы, то теплота испарения ионов Qi уменьшается с ростом напряжённости поля Е у поверхности эмиттера (Шотки эффект для ионов) ; при T = Const это сопровождается, согласно (1), ростом величины a.
В сильных полях (E ~ 108 в/см) Ионная эмиссия с большой вероятностью (a » 1 ) происходит при комнатной и более низких температурах. В этом случае Ионная эмиссия называется полевой эмиссией (автоионной эмиссией, испарением полем) . Поля ~108 в/см создаются, например, у поверхности тонких острий с радиусом закругления 100—1000 . В таких электрических полях могут испускаться не только однозарядные, но и двухзарядные ионы. Полевую Ионная эмиссия можно рассматривать как испарение ионов через сниженный полем потенциальный барьер. Ионный ток растет с увеличением поля Е, причём в более слабых полях вылетают преимущественно ионы примесей.
Полевая Ионная эмиссия используется для подготовки образца в ионном проекторе и в электронном проекторе. Для получения резкого изображения с помощью ионного проектора необходимо создать атомно-гладкую поверхность образца. Полевая Ионная эмиссия сглаживает поверхность острия, так как у краев и резких выступов электрическое поле сильнее, что приводит к предпочтительному испарению ионов с этих мест.
Ионно-ионная (вторичная ионная) эмиссия происходит при облучении поверхности пучком ионов (первичных).