Силы, действующие на заряженную частицу в электрическом и магнитном полях.

Сила, действующая на электрон, слагается из двух сил - электрической $\vec{F}_{э л}$ (силы Кулона) и магнитной $\vec{F}_M$ (силы Лоренца):

$$\vec{F}_{э л}=-e \vec{E}_0 \quad \vec{F}_M=-e\left(\vec{v}_e \times \vec{B}\right)$$

Заряженная частица в электрическом поле ощущает силу Кулона, направленную вдоль линий электрического поля и пропорциональную величине заряда частицы. В магнитном поле заряженная частица ощущает силу Лоренца, которая направлена перпендикулярно к линиям магнитного поля и к скорости частицы. Эта сила пропорциональна скорости частицы и заряду. В обоих случаях, направление силы определяется по правилу правой руки.

На частицу массой m и зарядом q в электрическом и маг- нитном полях действует сила: $$\vec{F}=q \vec{E}+q[\vec{v} \times \vec{B}]$$

Движение заряженной частицы описывается классическим законом Ньютона: $$\frac{d(m \vec{v})}{d t}=q \vec{E}+q[\vec{v} \times \vec{B}]$$

При малых скоростях, когда m может быть отождествлена с массой покоя m0, можно записать: $$\frac{m d \vec{v}}{d t}=q \vec{E}+q[\vec{v} \times \vec{B}]$$

$$\begin{gathered} \vec{a}=q \frac{\vec{E}}{m} \\ \vec{v}=q \frac{\vec{E}}{m} t+\vec{v}_0 \\ \vec{r}=\frac{1}{2} q \frac{\vec{E}}{m} t^2+\vec{v}_0 t \end{gathered}$$

Электронно-оптическая аналогия.

Согласно методу оптических аналогий траектория движения заряженной частицы в произвольном электростатическом поле совпадает с траекторией движения луча света, распространяющегося в среде, показатель преломления которой изменяется по заданному закону.

Ход световых лучей описывается геометрической оптикой. Свет в однородной и изотропной среде распространяется прямолинейно, а на границе двух сред преломляется согласно закону Декарта-Снеллиуса: $$\frac{\sin \propto_1}{\sin \alpha_2}=\frac{n_2}{n_1}$$ Чтобы получить аналогичное явление для электрона, движущегося в электростатическом поле, рассмотрим, какое "преломление" испытывает траектория электрона, если он переходит из области пространства с потенциалом $U_1$ в область пространства с потенциалом $U_2$ (рис.3.1).

Потенциал внутри каждой отдельной области пространства является постоянным, и напряженность электрического поля в этих областях равна нулю. Электрическое поле $\vec{E}$, перпендикулярное граничной поверхности, имеется только в бесконечно тонком промежуточном слое. При прохождении заряженной частицы через этот слой тангенциальная компонента ее скорости не изменяется, т.к. $E_{\mathrm{t}}=0$ : $$v_{1 \mathrm{t}}=v_{2 \mathrm{t}}$$

Сравнение полученного уравнения с законом преломления Декарта-Снеллиуса показывает, что роль оптического показателя преломления $n$ в электронной оптике играет выражение $$n_e=\sqrt{2 / m} \sqrt{W_0+e U}=v$$

Теоремы Буша и Лиувилля.

Теорема Буша гласит, что при движении вязкой жидкости или газа каждая частица описывает траекторию, которая не пересекается с траекториями других частиц. То есть, вязкая жидкость или газ не может иметь самопересечений.

$$r^2 \dot{\Theta}+\frac{e}{2 \pi m} \Psi=\text { const }$$

(связывает угловую скорость $\dot{\Theta}$ частицы с магнитным потоком $\Psi$, пронизывающим её траекторию)

Теорема Лиувилля гласит, что при движении в потенциальном поле сохраняется плотность вероятности распределения частиц в фазовом пространстве. Это означает, что если в начальный момент времени плотность вероятности распределения частиц была равномерной, то она будет равномерной и в любой другой момент времени. Также теорема Лиувилля утверждает, что объем фазового пространства сохраняется при движении системы частиц в потенциальном поле.

Согласно теореме Лиувилля, точки, изображающие состояния динамической (гамильтоновой) системы $k$ частиц в $2k$-мерном фазовом пространстве, ведут себя как поток несжимаемой жидкости

Уравнение параксиального пучка.

Уравнение параксиального пучка описывает движение электронов внутри пучка, которое происходит под воздействием электрических и магнитных полей. Оно записывается следующим образом:

$$\dfrac{d^2z}{dt^2} = \dfrac{e}m \cdot (E + v x B)$$

где z - координата электрона вдоль оси пучка, t - время, e - заряд электрона, m - его масса, E - сила электрического поля, B - сила магнитного поля, v - скорость электрона.

Это уравнение описывает изменение скорости и координаты электрона во времени и применяется для расчета траектории движения электронов в пучке.

Пропорциональные масштабные изменения (законы подобия).

В электрической оптике существуют законы подобия, которые утверждают, что при изменении масштаба изображения (например, при уменьшении или увеличении объекта) оптические свойства остаются неизменными. Это означает, что пропорциональные масштабные изменения не влияют на физические характеристики света, такие как длина волны, скорость распространения и поляризация. Например, если мы уменьшим размер линзы в два раза, фокусное расстояние также уменьшится в два раза, но световые лучи продолжат проходить через линзу с тем же углом падения и преломления, что и раньше. Этот закон подобия применяется в различных областях оптики, включая микроскопию, телескопию и проекционное оборудование.

Моделирование электрических и магнитных полей на основе законов подобия.

Закон подобия предполагает, что если две системы имеют одинаковую геометрию и материалы, то они будут иметь одинаковое поведение при одинаковых условиях. Этот закон может быть применен к различным электронным системам, включая электрические цепи, магнитные поля и полупроводниковые устройства.

Соотношение между фокусными расстояниями электрической линзы.

Типы электрических линз.

Апертуры как электрические линзы.

Апертура – это отверстие в оптической системе, которое контролирует количество света, проходящего через систему. Апертуры могут быть использованы как электрические линзы, чтобы изменять фокусировку света.

Когда свет проходит через апертуру, он преломляется и фокусируется в точке за апертурой. Размер апертуры определяет угол, под которым свет попадает на линзу, и, следовательно, фокусное расстояние. Если уменьшить размер апертуры, фокусное расстояние увеличится, а если увеличить размер апертуры, фокусное расстояние уменьшится.

Также апертуры могут использоваться для изменения глубины резкости изображения. Большая апертура позволяет более широко открыть диафрагму и получить меньшую глубину резкости, в то время как маленькая апертура уменьшает размер отверстия и увеличивает глубину резкости.

Использование апертур как электрических линз является важным инструментом в оптических системах, таких как микроскопы и камеры. Они позволяют управлять фокусировкой света и глубиной резкости, что позволяет получать более четкие и детализированные изображения.

Аберрации электрических линз.

Аберрации электрических линз - это несовершенства в фокусировке света, вызванные различными факторами, такими как геометрические особенности линзы, ее материал, форма и т.д. Эти аберрации могут существенно влиять на качество изображения, получаемого при использовании электрических линз.

Существует несколько видов аберраций электрических линз:

1. Сферическая аберрация - возникает из-за того, что фокусные точки линзы для световых лучей, проходящих через ее центр и края, не совпадают. Это приводит к искажению изображения.

2. Хроматическая аберрация - связана с тем, что линза не фокусирует свет одного цвета в одной точке, что приводит к размытию изображения и появлению цветных краев.

3. Кома - возникает из-за того, что фокусные точки световых лучей, проходящих через линзу под углом, не совпадают с фокусными точками лучей, проходящих через линзу по центру. Это приводит к искажению изображения в форме капли.

4. Астигматизм - возникает из-за того, что линза не фокусирует световые лучи, проходящие через нее в разных направлениях, в одной точке. Это приводит к искажению изображения в форме эллипса.

5. Дисторсия - возникает из-за того, что линза искажает форму объектов на изображении, делая их более выпуклыми или вогнутыми.

Для устранения аберраций электрических линз используются различные методы, такие как использование компенсационных линз, специальных покрытий, а также оптимизация формы и материала линзы.

Основное уравнение магнитной линзы.

Основное уравнение магнитной линзы описывает связь между фокусным расстоянием, силой магнитного поля и энергией заряда, проходящего через линзу. Оно записывается следующим образом:

$$\dfrac1{f} = \left(\dfrac{μ_0}{4π}\right) \left(\dfrac{2πI}{Br}\right)^2 E$$

где $f$ - фокусное расстояние, $I$ - сила тока, $B$ - магнитная индукция, $r$ - радиус кривизны траектории движения заряда, $E$ - энергия заряда, $μ_0$ - магнитная постоянная.

Фокусное расстояние магнитных линз.

Фокусное расстояние магнитной линзы зависит от силы тока, магнитной индукции и энергии заряда, проходящего через линзу:

$$\dfrac1{f} = \left(\dfrac{μ_0}{4π}\right) \left(\dfrac{2πI}{Br}\right)^2 E$$

Например, при заданных значениях силы тока I = 2 А, магнитной индукции B = 0,5 Тл и энергии заряда E = 10 кэВ, по формуле получаем:

$$1/f = (μ0/4π) (2πI/Br)^2 E$$

$$1/f = (4π 10^-7 / 4π) (2π 2 / 0,5)^2 10^4$$

$$1/f = 3200 м^-1$$

$$f = 0,0003125 м$$

Таким образом, фокусное расстояние магнитной линзы составляет 0,0003125 метра при заданных параметрах.

Преимущества и недостатки электрических и магнитных линз.

Преимущества и недостатки электрических и магнитных линз:

Электрические линзы	Магнитные линзы
Преимущества:	Преимущества:
- Могут использоваться для фокусировки заряженных частиц с низкой энергией	- Могут использоваться для фокусировки заряженных частиц с высокой энергией
- Не требуют наличия магнитного поля	- Могут иметь большую силу фокусировки
- Могут быть более компактными	- Могут быть более точными
Недостатки:	Недостатки:
- Могут иметь более низкую силу фокусировки	- Требуют наличия магнитного поля
- Могут быть более чувствительны к внешним электрическим полям	- Могут быть более громоздкими
- Могут иметь более низкую точность	- Могут иметь ограниченный диапазон фокусировки

Электронные пушки. Действие пространственного заряда в пучках и способы его уменьшения.

Внешний вид и конструкция термоэмиссионной электронной пушки

Устройство термоэмиссионной электронной пушки

Электронные пушки используются в различных устройствах, таких как телевизоры, компьютерные мониторы, радары и другие. Одним из важных факторов, влияющих на качество изображения, создаваемого электронной пушкой, является пространственный заряд в пучках.

Пространственный заряд возникает из-за того, что электроны в пучке отталкивают друг друга и располагаются в пучке неоднородно. Это приводит к искажению изображения и ухудшению его качества.

Для уменьшения пространственного заряда в пучках применяются различные методы. Один из таких методов - это использование системы электродов, которые создают электрическое поле, направленное противоположно направлению движения электронов в пучке. Это поле компенсирует отталкивающее действие электронов и помогает распределить их равномерно по пучку.

Также для уменьшения пространственного заряда могут использоваться специальные материалы для покрытия электродов, которые уменьшают эффект отталкивания электронов.

Важным фактором при использовании электронных пушек является поддержание оптимального напряжения на электродах и токе в пучке, чтобы достичь наилучшего качества изображения.

Энергоанализаторы электронов на основе электрического поля. Метод тормозящего поля. Метод задерживающей разности потенциалов.

Преимущества:

• Могут быть более компактными, чем магнитные энергоанализаторы.
• Могут обеспечить высокую точность измерений энергии электронов.
• Могут быть использованы для анализа электронов с низкой энергией.

Недостатки:

• Могут быть более чувствительны к внешним электрическим полям, что может привести к искажению результатов измерений.
• Могут иметь более низкую силу разделения электронов по энергии, чем магнитные энергоанализаторы.
• Не могут быть использованы для анализа заряженных частиц с высокой энергией, так как в этом случае требуется более сильное электрическое поле, которое может привести к разряду в газовой среде.

Принцип работы энергоанализаторов на основе электрического поля основан на использовании метода тормозящего поля. Электроны, проходящие через электрическое поле, замедляются и изменяют свою траекторию в зависимости от своей энергии. Электрическое поле создается путем подачи высокого напряжения на электроды, расположенные вдоль пути электронов.

Дисперсионные анализаторы электронов: фокусировка и дисперсия электронов в поле зеркала.

Отклоняющие (дисперсионные) электростатические анализаторы обладают более высоким энергетическим разрешением. Это достигается благодаря тому, что в анализаторах отклоняющего типа регистрируются электроны только в пределах узкого энергетического окна.

Селекция электронов происходит за счет пропускания пучка электронов через диспергирующее поле, в котором отклонение есть функция энергии электрона, в результате чего только электроны с определенной энергией проходят по заданной траектории, ведущей к коллектору.

Существуют следующие анализаторы отклоняющего типа:

• анализатор типа «плоское электростатическое зеркало»;
• анализатор типа «цилиндрическое зеркало» (АЦЗ);
• полусферический концентрический анализатор (ПСА);
• 127°-й секторный цилиндрический анализатор.

Дисперсионные анализаторы электронов: 127о- цилиндрический энергоанализатор электронов Юза-Рожанского;

Цилиндрический энергоанализатор электронов Юза-Рожанского - это устройство, используемое для анализа энергии электронов в пучке. Оно состоит из цилиндрического электрода, разделенного на несколько сегментов, и магнитной системы, создающей магнитное поле внутри цилиндра.

При прохождении электронов через энергоанализатор они подвергаются действию магнитного поля, которое отклоняет их от прямолинейного движения. Электроны с различной энергией будут отклоняться на разные углы, в зависимости от своей энергии.

Затем электроны попадают на сегментированный электрод, где они создают заряд. Этот заряд измеряется и используется для определения энергии электронов в пучке.

Цилиндрический энергоанализатор электронов Юза-Рожанского широко применяется в научных исследованиях и в производстве электронных приборов, где требуется точный анализ энергии электронов.

Дисперсионные анализаторы электронов: 180о – сферический спектрометр электронов.

Дисперсионный сферический спектрометр электронов (DSSE) - это устройство для анализа энергии и углового распределения электронов в пучке. Оно состоит из сферического электрода, разделенного на две полусферы, и магнитной системы, создающей магнитное поле внутри сферы.

Электроны, проходя через DSSE, подвергаются действию магнитного поля, которое заставляет их двигаться по криволинейной траектории внутри сферы. Электроны с различной энергией будут двигаться по разным траекториям, что позволяет разделить их по энергии.

Затем электроны попадают на детектор, где они создают заряд. Этот заряд измеряется и используется для определения энергии и углового распределения электронов в пучке.

DSSE широко применяется в научных исследованиях, например, для изучения свойств поверхности материалов, а также в производстве электронных приборов, где требуется точный анализ энергии и углового распределения электронов.

Энергоанализаторы электронов на основе магнитного поля. Фокусировка лучей в однородном магнитном поле.

Энергоанализаторы электронов на основе магнитного поля используются для измерения энергии и углового распределения электронов в пучке. Они работают на основе фокусировки лучей в однородном магнитном поле.

Электроны, проходя через энергоанализатор, подвергаются действию магнитного поля, которое заставляет их двигаться по криволинейной траектории. Электроны с различной энергией будут двигаться по разным траекториям, что позволяет разделить их по энергии.

Затем электроны попадают на детектор, где они создают заряд. Этот заряд измеряется и используется для определения энергии и углового распределения электронов в пучке.

Энергоанализаторы электронов на основе магнитного поля широко применяются в научных исследованиях, например, для изучения свойств поверхности материалов, а также в производстве электронных приборов, где требуется точный анализ энергии и углового распределения электронов.

Трохоидальный монохроматор электронов.

Трохоидальный монохроматор электронов (ТМЭ) – это устройство, используемое для монохроматизации электронного пучка. Оно основано на принципе трохоидального движения электронов в магнитном поле.

Устройство ТМЭ состоит из серии магнитных линз и дефлекторов, расположенных вокруг оси пучка. Электроны, проходящие через устройство, движутся по трохоидальной траектории в магнитном поле, что позволяет разделить их по энергиям и создать монохроматический пучок.

Принцип работы ТМЭ заключается в том, что электроны, проходящие через устройство, движутся по сложной трохоидальной траектории в магнитном поле, которая зависит от их энергии. Это позволяет разделить электроны по энергиям и создать монохроматический пучок.

ТМЭ могут быть использованы для создания монохроматических пучков электронов с высокой энергией и обеспечивают высокую точность монохроматизации. Однако, они могут быть более громоздкими и сложными в использовании, чем другие устройства для монохроматизации электронов.

Сравнительный анализ различных типов селекторов электронов по энергиям.

Существует несколько типов селекторов электронов по энергиям, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим некоторые из них:

1. Трохоидальный монохроматор электронов (ТМЭ): как уже было описано выше, ТМЭ использует трохоидальное движение электронов в магнитном поле для разделения их по энергиям. Он обеспечивает высокую точность монохроматизации, но может быть более громоздким и сложным в использовании.

2. Энергетический анализатор: это устройство, которое использует электрическое поле для разделения электронов по энергиям. Он обычно состоит из пары электродов, между которыми создается электрическое поле. Энергетический анализатор имеет простую конструкцию и легок в использовании, но может иметь ограниченную точность монохроматизации.

3. Дифракционный гратин: это устройство, которое использует дифракционную решетку для разделения электронов по энергиям. Он может обеспечивать высокую точность монохроматизации и имеет простую конструкцию, но может быть ограничен в использовании для высокоэнергетических электронов.

4. Магнитный селектор: это устройство, которое использует магнитное поле для разделения электронов по энергиям. Он может обеспечивать высокую точность монохроматизации и имеет простую конструкцию, но может быть ограничен в использовании для низкоэнергетических электронов.

Таким образом, каждый тип селектора электронов по энергиям имеет свои преимущества и недостатки, и выбор определенного типа зависит от требуемой точности монохроматизации и условий эксперимента.

Принципы электронной спектроскопии.

1. Измерение энергии электронов: основной принцип электронной спектроскопии заключается в измерении энергии электронов, которые взаимодействуют с образцом. Это позволяет получить информацию о структуре и свойствах образца.

2. Измерение интенсивности электронов: помимо измерения энергии, электронная спектроскопия также позволяет измерять интенсивность электронов, которые рассеиваются или испускаются образцом.

3. Взаимодействие электронов с образцом: при взаимодействии с образцом, электроны могут испытывать различные процессы, такие как упругое рассеяние, неупругое рассеяние, абсорбция и испускание.

4. Анализ спектров: полученные спектры могут быть анализированы для получения информации о свойствах образца, таких как химический состав, структура и электронная структура.

5. Использование различных методов: для получения спектров могут использоваться различные методы, такие как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS), электронная энергетическая потеря спектроскопия (EELS), обратно отражательная электронная спектроскопия (REELS) и другие.

Основное уравнение термоэлектронной эмиссии (статистический и термодинамический выводы).

Число электронов, эмитируемых при фиксированной температуре с единицы площади поверхности в единицу времени в перпендикулярном направлении, равно $$N=\frac{4 \pi k^2 m}{h^3} T^2 \exp \left[-\frac{U_p-U_F}{k T}\right]$$

Основное уравнение термоэлектронной эмиссии:

$$J = AT^2e^{-\frac{\phi}{kT}}$$

где $J$ - плотность тока электронов, $A$ - постоянная, $T$ - температура, $\phi$ - работа выхода электронов, $k$ - постоянная Больцмана.

Статистический вывод: вероятность того, что электрон с энергией, достаточной для преодоления работы выхода, находится в объеме $V$, определяется распределением Максвелла-Больцмана. Таким образом, плотность тока электронов, испускаемых поверхностью, пропорциональна числу электронов, имеющих достаточную энергию для преодоления барьера.

Термодинамический вывод: термоэлектронная эмиссия происходит из-за разности химического потенциала электронов внутри материала и на его поверхности. При увеличении температуры материала, химический потенциал электронов на поверхности увеличивается и становится ближе к химическому потенциалу внутри материала, что приводит к увеличению плотности тока электронов.

Распределение термоэлектронов по скоростям.

Распределение термоэлектронов по скоростям описывается распределением Максвелла-Больцмана. Это распределение представляет собой гауссову кривую, которая показывает вероятность нахождения электрона с определенной скоростью в газе или вакууме при определенной температуре. В распределении Максвелла-Больцмана наибольшая вероятность нахождения электрона соответствует средней скорости, которая зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше средняя скорость электронов и тем шире распределение по скоростям.

Влияние электрического поля на термоэмиссию (эффект Шоттки).

Из рисунка видно, что на участке выше $U_0$ при увеличении разности потенциалов между катодом и анодом ток не выходит на насыщение согласно соотношению Ридчарсона-Дэшмана, а непрерывно возрастает.

Это явление получило название эффекта Шоттки и обусловлено снижением потенциального барьера $\Delta \varphi$ под воздействием приложенного внешнего электрического поля:

$$\Delta \varphi=\frac{1}{\sqrt{4 \pi \varepsilon_0}} e^{3 / 2} \sqrt{E}$$

Таким образом, в результате эффекта Шоттки ток термоэмиссионного диода при положительном напряжении на аноде растет с ростом анодного напряжения. Следует отметить, что влияние электрического поля тем больше, чем ниже рабочая температура.

Электрическое поле может ускорять термоэлектроны и повышать вероятность их эмиссии из поверхности материала (эффект Шоттки). При наличии электрического поля, термоэлектроны, имеющие скорость выше средней, будут ускоряться и могут преодолеть потенциальный барьер на поверхности материала. Это приводит к увеличению тока эмиссии и снижению порогового напряжения для эмиссии. Однако, сильное электрическое поле может вызвать эффекты насыщения и ограничения эмиссии.

Влияние адсорбированных пленок щелочных и щелочноземельных металлов на термоэлектронную эмиссию.

Адсорбированные пленки щелочных и щелочноземельных металлов могут влиять на термоэлектронную эмиссию из-за своего влияния на электронную структуру поверхности материала.

При нагревании материала происходит выход электронов из его поверхности. Это происходит из-за того, что энергия тепла, поступающая в материал, приводит к возбуждению электронов внутри него. Некоторые из этих электронов могут приобрести достаточно высокую энергию, чтобы преодолеть работу выхода материала и выйти на его поверхность. Это и есть термоэлектронная эмиссия.

Однако адсорбированные пленки могут изменять этот процесс. Атомы металла на поверхности материала образуют слой, который может создавать дополнительные уровни энергии. Эти уровни могут приводить к увеличению термоэлектронной эмиссии, так как они могут предоставлять дополнительные электроны, которые могут легко покинуть поверхность материала.

Кроме того, адсорбированные пленки могут изменять работу выхода материала. Атомы металла на поверхности материала могут изменять электронную структуру поверхности, что приводит к изменению работы выхода. Если работа выхода уменьшается, то это также может способствовать увеличению термоэлектронной эмиссии.

Таким образом, адсорбированные пленки щелочных и щелочноземельных металлов могут влиять на термоэлектронную эмиссию из-за своего влияния на электронную структуру поверхности материала и работы выхода. Это имеет практическое значение для различных приложений, таких как электронная микроскопия и электронная спектроскопия.

Термоэмиссионные катоды.

Термоэмиссионные катоды – это устройства, используемые для эмиссии электронов в вакууме. Они состоят из металлической поверхности, которая нагревается до высокой температуры, что приводит к испусканию электронов.

Принцип работы термоэмиссионных катодов основан на явлении термоэлектронной эмиссии, при которой электроны выходят из металла под действием тепла. Когда катод нагревается, его поверхность начинает испускать электроны, которые затем ускоряются и направляются к аноду.

Преимущества термоэмиссионных катодов заключаются в их высокой надежности и долговечности, а также в возможности регулировки эмиссионной способности. Они также могут быть использованы в широком диапазоне приложений, включая электронные лампы, микроволновые устройства, вакуумные приборы и т.д.

Недостатки: они требуют высоких температур для работы, что может привести к повреждению материала катода и снижению его эмиссионной способности. Кроме того, они могут быть чувствительны к окислению и загрязнению, что может снизить их производительность.

Основными характеристиками термоэмиссионных катодов являются:

• рабочая температура - температура поверхности катода в нормальных рабочих условиях

• удельная эмиссия - величина тока электронной эмиссии с единицы поверхности катода

• удельная мощность накала - мощность накала, приходящаяся на единицу поверхности катода

• эффективность катода - отношение тока эмиссии к мощности накала

• ресурс катода - среднее время безотказной работы.

Тип	Материал	Рабочая температура, $^0C$	Плотность тока
Металлический	$W$	2000-2300	0.7-1//5
Торированный	$Th-W$	2000	3
Оксидный	$BaO_{(3)}$	650-900	1
Боридный	$LaB_{(6)}$	1500-1700	50

Зависимость плотности тока термоэмиссии от температуры в координатах уравнения Ричардсона-Дэшмана:

(линия - прямая Ричардсона)

Фотоэлектронная эмиссия. Основные законы фотоэмиссии.

Фотоэлектронная эмиссия – это явление, при котором фотоны света выбивают электроны из поверхности материала. Основные законы фотоэмиссии:

1. Закон Фота – количество выбитых электронов пропорционально интенсивности падающего света.

2. Закон Эйнштейна – энергия выбитых электронов пропорциональна частоте падающего света.

3. Закон Ричардсона – скорость фотоэмиссии зависит от температуры материала и его работы функции.

Фотоэлектронная эмиссия используется в различных устройствах, таких как фотоэлементы, фотодиоды, солнечные батареи, фотоумножители и т.д. Она также играет важную роль в фотохимических процессах и катализе.

Фотоэлектронная эмиссия металлов.

Основными характеристиками фотоэмиссии являются величина квантового выхода и спектральная чувствительность.

Квантовый выход определяется как отношение числа эмитированных электронов $\left(N_e\right)$ к числу падающих на поверхность фотонов $$\left(N_\phi\right): \gamma=\dfrac{N_e}{N_\phi}$$

Величина квантового выхода зависит от рода материала и от частоты падающего на фотокатод света. Для монохроматического излучения с длиной волны $\lambda$ квантовый выход определяется соотношением: $$\gamma=\frac{I_\phi h c}{e \widetilde{\Phi} \lambda}$$

Спектральная чувствительность фотокатода определяется как коэффициент пропорциональности между величиной фототока и величиной монохроматического светового потока: $$\quad S_\lambda=\frac{I}{\widetilde{\Phi}}$$

Спектральная чувствительность фотокатода, как и квантовый выход, зависит от материала фотокатода (типа кристалла) и частоты падающего излучения.

Фотоэлектронная эмиссия полупроводников. Влияние примесей на фотоэлектронную эмиссию полупроводников.

Фотоэлектронная эмиссия полупроводников (внешний фотоэффект) – это процесс выбивания электронов из поверхности полупроводника под действием падающего света. Она является основой работы многих полупроводниковых устройств, таких как фотодиоды и солнечные батареи.

При фотоэмиссии в полупроводнике фотоны света передают энергию электронам в валентной зоне, что приводит к их переходу в зону проводимости. Если энергия фотона больше или равна ширине запрещенной зоны полупроводника, то электроны могут покинуть поверхность материала и создать ток.

Однако, в отличие от металлов, у полупроводников есть работа выхода, которая определяет минимальную энергию фотона, необходимую для выбивания электрона из поверхности. Эта работа выхода зависит от типа полупроводника и его поверхностных свойств.

Фотоэлектронная эмиссия полупроводников используется в различных устройствах, таких как фотодиоды, солнечные батареи, фотоумножители и т.д. Она также является важным инструментом для изучения поверхностных свойств полупроводников и создания новых материалов с определенными свойствами.

Примеси могут оказывать существенное влияние на фотоэлектронную эмиссию полупроводников. Например, допирование полупроводника может изменить его работу выхода и ширину запрещенной зоны, что может привести к изменению эффективности фотоэмиссии. Кроме того, примеси могут влиять на поверхностные свойства полупроводника, такие как рассеяние фотонов и электронов, что также может повлиять на эффективность фотоэмиссии. В некоторых случаях примеси могут быть использованы для создания специальных структур, которые могут увеличить эффективность фотоэмиссии, например, при создании гетероструктур или квантовых ям.

Законы фотоэффекта:

• величина фототока насыщения $I_{\phi э}$ пропорциональна величине светового потока - $\widetilde{\Phi}$

• существование длинноволнового порога фотоэффекта

• максимум энергии эмитируемых электронов определяется частотой излучения

• безынерционность – одномоментное (~10$^{-9}$с) появление или исчезновение эффекта с падающим излучением

Влияние на эмиссию пленок, адсорбированных на поверхности фотоэмитера.

Чем выше энергия фотонов, попадающих на поверхность пленки, тем больше вероятность ионизации атомов пленки и, следовательно, тем больше эмиссия электронов.

Кроме того, влияние на эмиссию могут оказывать такие факторы, как толщина пленки, ее состав и структура, температура и давление в окружающей среде, а также наличие других адсорбированных молекул на поверхности пленки.

Например, если на поверхности пленки присутствуют молекулы газа, то они могут взаимодействовать с электронами, вызывая дополнительные ионизационные процессы и увеличивая эмиссию. С другой стороны, если на поверхности пленки образуется слой оксида или других загрязнений, то это может привести к уменьшению эмиссии.

Таким образом, влияние на эмиссию пленок, адсорбированных на поверхности фотоэмитера, является многогранным и зависит от многих факторов. Для оптимизации эмиссии необходимо учитывать все эти факторы и проводить эксперименты с различными условиями экспозиции.

Фотоэмитеры с отрицательным электронным сродством. Эффективные фотокатоды.

Фотоэмитеры с отрицательным электронным сродством (ОЭС) являются эффективными фотокатодами, которые могут использоваться в различных приложениях, таких как фотоэлектронная спектроскопия, электронная микроскопия и детекторы излучения. ОЭС имеют свойство эмиссии электронов при освещении светом низкой интенсивности, что делает их особенно полезными для работы в условиях низкой освещенности.

Одним из примеров ОЭС является криптоновый фотокатод, который состоит из тонкой пленки криптона на поверхности металлического субстрата. Криптоновый фотокатод имеет высокую чувствительность к ультрафиолетовому (УФ) излучению и может использоваться для детектирования УФ-излучения в различных приложениях.

Другим примером ОЭС является катод на основе цезия-теллурида (CsTe), который имеет высокую чувствительность к видимому и ближнему инфракрасному (ИК) излучению. Катод на основе CsTe может использоваться для создания фотоэлектронных умножителей и детекторов ИК-излучения.

Эффективность ОЭС зависит от многих факторов, включая состав и структуру катода, условия экспозиции и температуру. Для достижения максимальной эффективности необходимо оптимизировать все эти факторы и проводить эксперименты с различными типами ОЭС.

В целом, фотоэмитеры с отрицательным электронным сродством представляют собой эффективные фотокатоды, которые могут использоваться в различных приложениях, требующих высокой чувствительности к свету низкой интенсивности.

Фотоэлементы. Фотоумножители. Солнечные элементы и батареи

Коэффициент усиления ФЭУ $$10^5-10^6$$

Автоэлектронная эмиссия. Основное уравнение автоэлектронной эмиссии.

Автоэлектронная (полевая) эмиссия состоит в испускании электронов поверхностью тела (металла или полупроводника) при создании у границы тела сильного внешнего электрического поля, ускоряющего электроны от поверхности $\left(E=10^6 - 10^8 \mathrm{~B} / \mathrm{cм}\right)$. При наложении внешнего поля потенциальный порог превращается в треугольный потенциальный барьер. Чем сильнее поле, тем уже барьер. При этом за счет туннельного эффекта из тела могут выходить и невозбужденные электроны.

Автоэлектронная эмиссия - это процесс, при котором электроны вылетают из поверхности материала под воздействием электрического поля. Основное уравнение, описывающее автоэлектронную эмиссию, называется уравнением Ричардсона-Дешмана:

$$J = AT^2e^{-\frac{W}{kT}}$$

где $J$ - плотность тока электронов, $A$ - постоянная Ричардсона, $T$ - температура поверхности материала, $W$ - работа выхода электронов из материала, $k$ - постоянная Больцмана.

Уравнение показывает, что плотность тока электронов пропорциональна температуре поверхности материала в квадрате и обратно пропорциональна экспоненте отношения работы выхода электронов к температуре. Это означает, что при повышении температуры материала или уменьшении работы выхода электронов плотность тока электронов возрастает.

Автоэлектронная эмиссия используется в различных устройствах, таких как катодные лампы, электронные пушки и вакуумные диоды.

Энергетическая диаграмма поверхности металла при автоэлектронной эмиссии

В эксперименте этот вид эмиссии происходит в электрических полях с напряженностью $\mathrm{E} \geq 10^6 \mathrm{~B} / \mathrm{cм}$.

Суть процесса в том, что при действии сильного внешнего электрического поля на границе металлвакуум изменяется форма потенциального барьера (рис). В этом случае потенциальный барьер имеет конечную ширину. Согласно квантовой механике для электронов, находящихся в такой потенциальной яме, становится возможным туннельное прохождение сквозь потенциальный барьер. Чем уже и ниже потенциальный барьер, тем больше вероятность туннелирования электронов. Электроны, имеющие разную энергию $\varepsilon$, имеют и разную вероятность выхода из металла. Наибольшую вероятность выхода имеют электроны с энергией, близкой к энергии Ферми. Высота и ширина барьера существенно зависят от напряженности приложенного электрического поля $E$ : чем больше напряженность поля, тем ниже и уже барьер и тем больше эмиссионный выход электронов.

Плотность тока при автоэлектронной эмиссии может быть определена при помощи упрощенного выражения закона Фаулера-Нордгейма: $$J_A=A E^2\left[1-\frac{5 E}{24 E_0}\right] \exp \left[-\frac{4 E_0}{3 E}\right]$$ где $A-$ константа, определяемая свойствами границы раздела и структурой металла, величина $E_0=\frac{\Phi}{e \hbar} \sqrt{2 m \Phi}$, которая для металлов имеет порядок $10^9 \mathrm{~B} / \mathrm{cм}$. Согласно формулам плотность тока автоэмиссии резко зависит от напряженности электрического поля.

Поэтому в экспериментах увеличения напряженности поля добиваются применением катодов, имеющих остроугольную геометрию, на остриях которых достигается максимальная напряженность электрического поля. Для получения ещё больших токов необходимо иметь еще и достаточно большую эмиссиоонную поверхность. Поэтому катод делают либо многоострийным с радиусом закругления $10^{-4}-10^{-5} \mathrm{~cm}$, либо плоским, поскольку даже на полированной плоской металлической поверхности имеются острия микроскопических размеров.

Распределение автоэлектронов по энергиям. Методы экспериментального исследования автоэлектронной эмиссии (АЭЭ).

Распределение автоэлектронов по энергиям может быть описано законом Фаулера-Нордхайма, который учитывает наличие барьеров на поверхности материала:

$$J = AT^2\int_{W}^{\infty} E\exp(-\frac{E-W}{kT})dE$$

где $E$ - энергия электрона.

Для экспериментального исследования автоэлектронной эмиссии используются различные методы, включая измерение плотности тока, измерение зависимости плотности тока от температуры и измерение зависимости плотности тока от напряжения на поверхности материала.

Также используются методы, основанные на регистрации электронов, вылетающих из поверхности материала. Например, в методе электронной эмиссионной микроскопии (ЕЭМ) регистрируются электроны, вылетающие из поверхности образца под действием электрического поля. Этот метод позволяет наблюдать поверхность образца с высоким разрешением и получать информацию о его структуре и свойствах.

Также используются методы, основанные на регистрации электронов, вылетающих из поверхности материала под воздействием света. Например, в методе фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС) регистрируются электроны, вылетающие из поверхности материала под действием света. Этот метод позволяет получать информацию о химическом составе и электронной структуре поверхности материала.

Особенности автоэлектронной эмиссии с неметаллов. Автоэлектронные эмиттеры.

Автоэлектронная эмиссия с неметаллов имеет свои особенности. Например, для них характерно большое количество поверхностных дефектов и примесей, которые могут существенно влиять на процесс эмиссии. Кроме того, неметаллы обычно имеют меньшую энергию работы, что может приводить к более высокой скорости эмиссии.

Для повышения эффективности автоэлектронной эмиссии используются специальные материалы, называемые автоэлектронными эмиттерами. Они обычно состоят из металлического или полупроводникового слоя, покрытого тонким слоем материала с высокой энергией работы. Такие материалы обладают высокой скоростью эмиссии и широким диапазоном рабочих температур.

Примерами автоэлектронных эмиттеров являются оксиды циркония и алюминия, а также карбид кремния и бора. Они широко используются в различных приборах и устройствах, таких как электронные лампы, катодно-лучевые трубки и электронные микроскопы.

Автоэлектронный проектор.

Один из примеров использования автоэлектронных эмиттеров – это автоэлектронный проектор. Он используется для создания изображения на экране путем направления электронного луча на фосфорное покрытие. Этот процесс называется катодной лучевой трубкой (КЛТ).

В автоэлектронном проекторе эмиттеры обычно изготавливаются из оксида циркония или алюминия, которые имеют высокую энергию работы. Эти материалы покрываются тонким слоем карбида кремния или бора, чтобы увеличить скорость эмиссии.

Электроны, испускаемые эмиттерами, ускоряются в электрическом поле и направляются на фосфорное покрытие, которое преобразует энергию электронов в световое излучение. Изображение формируется путем управления интенсивностью электронного луча и его направлением на фосфорное покрытие.

Автоэлектронные проекторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами проекторов, такими как высокая яркость и контрастность изображения, широкий диапазон цветовой гаммы и длительный срок службы. Они широко используются в кинотеатрах, конференц-залах и других местах, где требуется высококачественное изображение.

Автоионизация и ионный проектор.

Автоионизация - это процесс, при котором электроны, вылетающие из зонда сканирующего микроскопа, сталкиваются с молекулами газа вокруг образца и отдают им энергию, что приводит к ионизации газа. В результате этого процесса образуется плазма, состоящая из положительных и отрицательных ионов, которые могут влиять на измерения.

Ионный проектор - это устройство, которое используется в сканирующих микроскопах для формирования пучка ионов, которые направляются на поверхность образца. При столкновении с поверхностью образца ионы отдают энергию, которая может быть зарегистрирована детектором и использована для создания изображения.

Оба эти процесса основываются на взаимодействии электронов или ионов с поверхностью образца и окружающей средой. Они позволяют получать информацию о поверхности образца с высокой точностью и разрешением.

Эмиссия горячих электронов.

Эмиссия горячих электронов - это процесс, при котором электроны вылетают из поверхности материала при нагреве до высоких температур. Этот процесс основан на законе Ричардсона-Дэшмана, который описывает зависимость токовой плотности от температуры и работы выхода материала.

При нагреве материала до высоких температур, энергия теплового движения электронов может стать достаточной для преодоления барьера работы выхода и выхода электронов из поверхности материала. Вылетающие электроны могут быть использованы для создания изображения в сканирующих электронных микроскопах или для генерации тока в электронных устройствах.

Эмиссия горячих электронов является важным процессом в физической электронике, так как она позволяет создавать и контролировать потоки электронов с высокой энергией. Это имеет широкое применение в различных областях, включая электронную микроскопию, электронную литографию и электронику высоких частот.

Уравнение Ричардсона-Дэшмана: $$J = AT^2exp(-φ/kT)$$

где $J$ - токовая плотность эмиссии горячих электронов, $A$ - постоянная Ричардсона, $T$ - температура, $φ$ - работа выхода материала и $k$ - постоянная Больцмана.

Туннельный микроскоп. Основы нанотехнологий.

Туннельный микроскоп (ТМ) - это устройство для изучения поверхностей материалов на атомном уровне. Он основан на явлении туннелирования электронов через узкую зазор между металлической иглой и поверхностью образца.

Принцип работы ТМ заключается в том, что металлическая игла сканирует поверхность образца на очень близком расстоянии, менее 1 нм. Между иглой и поверхностью образца создается потенциальный барьер, который препятствует прохождению электронов. Однако, если приложить к игле и образцу разность потенциалов, то электроны смогут туннелировать через барьер, создавая ток. Измеряя этот ток, можно получить информацию о форме поверхности образца.

Преимущества ТМ заключаются в том, что он позволяет получить изображение поверхности образца с разрешением до атомных масштабов, а также проводить исследования в вакууме и при комнатной температуре.

Недостатки ТМ включают высокую чувствительность к вибрациям и температурным изменениям, а также сложность и дороговизну оборудования.

Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ) и ее основные закономерности.

Вторичная электронная эмиссия – это процесс испускания электронов с поверхности материала под действием падающих на нее электронов или ионов. Этот процесс может быть полезным или вредным, в зависимости от его применения.

Основные закономерности вторичной электронной эмиссии:

1. Коэффициент вторичной эмиссии (KVE) – это отношение числа вторичных электронов, испускаемых с поверхности материала, к числу падающих на нее электронов или ионов. Коэффициент может быть меньше единицы (например, для металлов) или больше единицы (например, для диэлектриков).

2. Зависимость KVE от угла падения – при падении электронов или ионов под углом к поверхности материала, коэффициент вторичной эмиссии может изменяться. Например, для металлов он может быть меньше при падении под углом, близким к нормали к поверхности.

3. Зависимость KVE от энергии падающих частиц – при увеличении энергии падающих электронов или ионов, коэффициент вторичной эмиссии может увеличиваться. Однако, при достижении определенного порога энергии, он может начать уменьшаться.

4. Зависимость KVE от состояния поверхности материала – состояние поверхности материала может влиять на коэффициент вторичной эмиссии. Например, для металлов, поверхность которых покрыта оксидной пленкой, коэффициент может быть меньше, чем для чистой поверхности.

Вторичная электронная эмиссия имеет широкое применение в различных областях, таких как катодные лучевые трубки, сцинтилляционные детекторы, электронно-лучевая литография и другие. Однако, в некоторых случаях, она может приводить к нежелательным эффектам, таким как старение материалов и потеря энергии падающих частиц.

Распределение электронов, испущенных при бомбардировке первичными электронами с энергией 200 эВ.

1. истинно вторичные электроны

2. упруго отражённые первичные электроны

3. неупруго рассеянные первичные электроны

Энергетический спектр вторичных электронов. Упруго и неупруго отраженные электроны. Характеристические потери.

Энергетический спектр вторичных электронов показывает распределение энергии электронов, испускаемых при вторичной эмиссии.

Упруго отраженные электроны отражаются от поверхности материала без потерь энергии и могут быть использованы для анализа поверхности методом обратного рассеяния электронов. Неупруго отраженные электроны теряют часть своей энергии при отражении и могут быть использованы для анализа состава поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Характеристические потери возникают при столкновении электронов с атомами материала и могут быть использованы для анализа химического состава поверхности методом электронной спектроскопии вторичных электронов.

Закон Виддингтона для ВЭЭ.

Закон Виддингтона для ВЭЭ (вторичной электронной эмиссии) - количество вторичных электронов, испускаемых поверхностью материала при облучении ее пучком первичных электронов, пропорционально энергии пучка и плотности заряда на поверхности.

Потери первичных электронов описываются законом Виддингтона: $$\varepsilon_x=\sqrt{\left(\varepsilon_0^2-\alpha x\right)}$$ где $\varepsilon_x-$ энергия первичных электронов, прошедших путь $x$ в материале мишени, $\alpha-$ постоянная Виддингтона, значения которой лежат в диапазоне $\left(10^{10}-10^{12}\right) \mathrm{эB}^2 / \mathrm{cм}$.

Особенности ВЭЭ полупроводников и диэлектриков. Эффект Малтера.

В полупроводниках количество вторичных электронов, испускаемых поверхностью, зависит от типа и концентрации примесей, а также от температуры.

В диэлектриках количество вторичных электронов зависит от энергии первичных электронов и от напряженности электрического поля на поверхности.

Эффект Малтера заключается в том, что при увеличении энергии первичных электронов до определенного порога, количество вторичных электронов начинает резко возрастать. Это связано с тем, что при достижении пороговой энергии первичные электроны начинают вызывать каскадную реакцию, при которой каждый вторичный электрон вызывает испускание еще большего количества вторичных электронов.

Эффект Малтера может быть использован для увеличения чувствительности метода ВЭЭ. Однако, он также может привести к искажению результатов анализа, поэтому необходимо учитывать этот эффект при интерпретации результатов ВЭЭ.

Методы исследования ВЭЭ. Эффективные эмиттеры вторичных электронов. Применение ВЭЭ в электронных приборах.

Существует несколько методов исследования ВЭЭ, включая сканирующую электронную микроскопию (SEM), электронную спектроскопию (ESCA) и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS). SEM является наиболее распространенным методом исследования ВЭЭ, который позволяет получать изображения поверхности образцов с высоким разрешением.

Для эффективного испускания вторичных электронов используются специальные материалы, называемые эмиттерами вторичных электронов. Эти материалы имеют высокую электропроводность и низкую работу выхода, что позволяет эффективно испускать вторичные электроны при воздействии первичных.

ВЭЭ также широко используется в электронных приборах, таких как транзисторы, диоды и интегральные схемы. Например, при производстве интегральных схем ВЭЭ используется для контроля качества поверхностей чипов и определения размеров элементов. Также ВЭЭ используется для анализа поверхности материалов в области нанотехнологий.

Ионно-электронная эмиссия.

Ионно-электронная эмиссия (ИЭЭ) - это процесс выхода электронов и ионов из поверхности материала под воздействием первичного ионного потока. Этот процесс может быть использован для создания тонких покрытий, обработки поверхности материалов, а также для исследования свойств поверхности.

Один из методов ИЭЭ - ионно-лучевая обработка (ИЛО), которая используется для создания тонких покрытий на поверхности материалов. В этом процессе первичный ионный поток направляется на поверхность материала, что приводит к выбиванию атомов и молекул из поверхности. Эти атомы и молекулы затем осаждается на поверхности материала, образуя тонкий покрытий.

ИЭЭ также используется для обработки поверхности материалов, таких как удаление загрязнений или создание микро- и наноструктур. В этом случае первичный ионный поток может быть направлен на поверхность материала с определенной энергией и углом, что позволяет контролировать форму и размеры создаваемых структур.

Использование ИЭЭ для исследования свойств поверхности материалов включает в себя методы, такие как растровая ионно-микроскопия (RIM) и ионно-электронная спектроскопия (ИЭС). RIM позволяет получать изображения поверхности материалов с высоким разрешением, а ИЭС используется для анализа химического состава поверхности материалов.

Потенциальная ионно-электронная эмиссия.

В этом случае электроны могут перескочить через энергетический барьер и покинуть поверхность материала, образуя электронный поток. Это явление может быть использовано для создания электронных устройств, таких как диоды или транзисторы.

Кинетическая ионно-электронная эмиссия.

Кинетическая ионно-электронная эмиссия происходит при взаимодействии поверхности материала с высокоэнергетическими частицами, такими как ионы или электроны. При этом частицы могут оторвать электроны от поверхности материала, образуя ионный поток или электронный поток.

Кинетическая ионно-электронная эмиссия может использоваться в различных технологиях, например, в ионной имплантации, при которой ионы вводятся в материал для изменения его свойств. Также это явление может быть использовано для создания источников ионов или электронов в различных устройствах, таких как масс-спектрометры или катодные лампы.

Виды взаимодействия ионов с твердым телом. Катодное распыление. Ионное травление.

Катодное распыление - это процесс отрыва атомов или молекул материала от его поверхности под действием ионов. Этот процесс может использоваться для нанесения покрытий на поверхность материала или для создания тонких пленок.

Ионное травление - это процесс удаления материала с поверхности под действием ионов. Этот процесс может использоваться для очистки поверхности перед нанесением покрытий или для изменения формы поверхности материала.

Оба этих процесса могут быть использованы в различных технологиях, таких как производство микрочипов, создание солнечных батарей или нанесение защитных покрытий на поверхности материалов.

Экзоэлектронная эмиссия и ее проявления.

Экзоэлектронная эмиссия - это процесс выхода электронов из поверхности материала под действием энергии, например, света или тепла. Этот процесс может проявляться в различных формах, таких как фотоэмиссия, термоэмиссия, катодолюминесценция и другие.

Фотоэмиссия - это процесс выхода электронов из поверхности материала под действием света. Этот процесс используется в фотоэлектрических ячейках и фотоумножителях.

Термоэмиссия - это процесс выхода электронов из поверхности материала под действием тепла. Этот процесс используется в электронной технике и вакуумной технологии.

Катодолюминесценция - это процесс излучения света материалом под действием электронов. Этот процесс используется в технологии создания светодиодов и других источников света.

Все эти проявления экзоэлектронной эмиссии имеют широкое применение в различных областях технологии и науки, таких как электроника, оптика, физика и материаловедение.

Эмиссия под воздействием нейтральных атомных частиц. Эмиссия под воздействием метастабильных атомов.

Экзоэлектронная эмиссия под воздействием нейтральных атомных частиц (ионно-индуцированная эмиссия) происходит при столкновении нейтральных атомов с поверхностью твердого тела. В результате столкновения энергия нейтрального атома передается электронам, находящимся на поверхности, и возникает процесс эмиссии.

Основные этапы процесса ионно-индуцированной эмиссии:

1. Столкновение нейтрального атома с поверхностью твердого тела.

2. Передача энергии от нейтрального атома к электронам, находящимся на поверхности.

3. Выброс электрона из поверхностного слоя материала.

4. Диффузия выброшенного электрона в окружающую среду.

Процесс ионно-индуцированной эмиссии используется для исследования поверхностей материалов и создания тонких пленок. Например, при ионно-индуцированной депозиции на поверхности материала образуется тонкий слой, состоящий из атомов, выброшенных из ионизированного газа. Этот процесс используется для создания наноструктурных материалов с заданными свойствами.

Эмиссия под воздействием метастабильных атомов происходит при столкновении метастабильных атомов с поверхностью твердого тела. Метастабильные атомы - это атомы, которые находятся в возбужденном состоянии и имеют длительное время жизни в этом состоянии.

Основные этапы процесса эмиссии под воздействием метастабильных атомов:

1. Столкновение метастабильного атома с поверхностью твердого тела.

2. Передача энергии от метастабильного атома к электронам, находящимся на поверхности.

3. Выброс электрона из поверхностного слоя материала.

4. Диффузия выброшенного электрона в окружающую среду.

Процесс эмиссии под воздействием метастабильных атомов может использоваться для исследования поверхностей материалов и создания тонких пленок. Этот процесс также может использоваться для создания наноструктурных материалов с заданными свойствами.

Однако, процесс эмиссии под воздействием метастабильных атомов менее распространен, чем процесс ионно-индуцированной эмиссии, так как метастабильные атомы имеют более низкую концентрацию в газовой среде, чем ионы.

Эмиссионные методы исследования поверхности твердых тел.

Эмиссионные методы исследования поверхности твердых тел включают в себя:

1. Электронная эмиссия (электронная микроскопия) - метод, основанный на регистрации электронов, выброшенных из поверхности материала под воздействием электрического поля.

2. Ионно-индуцированная эмиссия (ионная микроскопия) - метод, основанный на регистрации ионов, выброшенных из поверхности материала под воздействием пучка ионов.

3. Эмиссия под воздействием метастабильных атомов - метод, основанный на регистрации электронов, выброшенных из поверхности материала под воздействием метастабильных атомов.

4. Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС) - метод, основанный на регистрации фотоэлектронов, выброшенных из поверхности материала под воздействием света.

5. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) - метод, основанный на регистрации фотоэлектронов, выброшенных из поверхности материала под воздействием рентгеновского излучения.

6. Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) - метод, основанный на сканировании поверхности материала с помощью зонда, который регистрирует изменения топографии и свойств поверхности.

7. Электрохимическая эмиссия - метод, основанный на регистрации электронов, выброшенных из поверхности материала под воздействием электрохимических реакций.

Каждый из этих методов имеет свои преимущества и ограничения, и выбор метода зависит от целей исследования и свойств материала.