電子發射
正文
電子從物體逸入周圍媒質(真空或氣體)的現象。物體中的電子在常態下所具有的能量都不足以克服表面勢壘而逸出物體。要使它們從物體裡釋放出來，必須另外給予它們能量，稱為激發。電子發射依激發的方式不同分為熱電子發射、光電子發射和次級電子發射。受強電場作用產生的發射稱為場致電子發射。此外還有電漿場致發射或爆發式發射、離子電子發射、過熱電子發射、自釋電子發射等。
電子-內部結構模型圖在真空電子器件中，一般利用電子發射體作為電子源。發射的電子帶有固體內部和表面的許多信息，因此可以利用這些現象來製成各種電子能譜儀和材料分析儀器（見粒子與固體的相互作用）。
電子發射
為真空能級,EF為費米能級,通常稱φ＝E-EF為逸出功，即電子從固體中逸出所需的最小能量。當溫度T1較低時，金屬內部能量最大的電子也不足以克服表面勢壘而逸出。當溫度T2較高時，能量高於真空能級E的電子(畫陰影線部分)就有可能克服表面勢壘而逸出，即形成熱電子發射。 理查森發射方程 O.W.理查森和杜什曼研究熱發射現象，導出描述熱發射的理查森－杜什曼發射方程，簡稱理查森發射方程
J0=A
(1)
電子發射
(2)
從Us起繼續提高Ua時,支取的發射電流還有所增大，這是外加電場使表面勢壘降低所致。這一現象稱作肖特基效應。勢壘降低的數值為
，式中 e為電子電荷,ε0為真空介電常數，E為場強。因此，發射電流密度為 
(3)
電子發射光電子發射 物體受光照射而發射電子的現象稱作光電子發射。光照射在物體上有一部分被反射，其餘部分穿入物體內被吸收。物體吸收光能後可能出現能量較大的電子，某些電子在到達物體表面時還保留足夠的能量，能夠克服表面勢壘而逸出，成為發射電子。
光電子發射的基本實驗規律有：
① 斯托列托夫定律：當入射光的頻譜成分不變時，單位時間內發射的光電子數目（或飽和光電流）與入射光的強度成正比。
② 愛因斯坦定律：光電子的最大動能與入射光的頻率 ν成正比，而與光的強度無關。A.愛因斯坦引出光子的概念來解釋這一現象，並得出數學表示式
(4)
絕對零度時發射電子所具有的最大速度,φ是金屬的電子逸出功，h是普朗克常數。 ③ 長波限或光電閾：當T=0K，公式(4)中的ν降低至極限頻率ν0時發射終止。在低於ν0的頻率下沒有光電子發射。極限頻率ν0下的光子能量 hν0稱做光電閾能。極限頻率ν0決定於公式
ν0＝φ/h (5)
極限波長λ0為λ0＝c/ν0＝ch/φ (6)
式中c為光速。如φ用電子伏表示，則λ0＝12340/φ (┱) (7)
因T＞0K,一部分電子的能量高於費米能級，所以不存在明顯的長波限。一般規定長波光譜靈敏度降到峰值的百分之一時的波長為長波限。④ 光電效應的瞬時性：從光照射在物體上，到光電子從物體逸出的時間短於3×10-9 秒。這就是說,光電發射實際上沒有惰性。這種性質使光電效應在現代技術中獲得廣泛套用。
光電子發射的主要過程是：①光子打在固體上使電子受到激發。這些獲得了光子能量的電子稱為光電子；②一部分光電子向表面運動，在運動過程中發生非彈性碰撞而失去部分能量；③到達表面的光電子克服表面勢壘逸入真空。
金屬的光電子發射 金屬中有較多的自由電子，在T＝0K時，能量最高的電子是費米能級上的電子。因此,光電逸出功為
φ
＝hν0＝E－EF＝φ (8)
半導體和絕緣體的光電子發射 在半導體和絕緣體中，對光子能量hν強烈吸收始於hν等於禁頻寬度Eg(直接光躍遷),而要產生光電發射則需要
hν＞
+Eg(9)
=E-Ec為電子親和勢,Ec為導帶（圖3a）。 
電子發射)。根據公式 hν0＝φ＝+Eg (10)
若半導體表面上存在異質結和表面態，表面能帶將向下彎曲（圖3b），可導致有效電子親和勢
＝E-Ec＜0,這就成為負電子親和勢。負電子親和勢光電陰極光電子逸出深度深、光電發射效率高。 
電子發射
電子發射一般在0.5～1.8之間；半導體和絕緣體的δ較大，能達到5～6；有些複雜表面的δ可達十幾。負電子親和勢發射體的δ可達500以上。 
電子發射半導體和絕緣體的次級電子發射 半導體和絕緣體導電性能差，被電子轟擊時，會出現表面帶電現象（如δ＞1，則表面帶正電；δ＜1，則表面帶負電）。半導體和絕緣體次級發射的特點是：①次級發射係數一般較大。這是因為半導體和絕緣體中的導電電子較少，激發的電子向表面擴散過程中能量損失較少。②E
值一般較大，這是因為激發電子逸出時能量損失較小，在深處激發的電子有逸出的可能,初電子穿入的深度就可能深一些,即相應的 E值大一些。③不同類型的半導體和絕緣體的次級發射係數的歸一化曲線形狀不盡相同，這是因為不同物質的能帶結構不同，初電子在其內的能量減損率不相同。④半導體和絕緣體次級電子的初速一般較小，而且分布的寬度較窄。這說明激發電子在逸出過程中主要與聲子多次碰撞，平均說來損失了大致相同的能量。 場致電子發射 物體表面受強電場作用而發射電子的現象稱作場致電子發射或冷發射。場致發射有兩類，一類是外部強電場壓抑物體的表面勢壘，使勢壘的最高點降低，並使勢壘的寬度變窄，導致隧道效應而產生電子發射（外場致發射）；另一類是內部電場使電子從金屬基底進入介質層，並在介質層中得到加速而獲得足夠能量而產生電子發射（內場致發射）。場致發射與前述三種發射方式不同，物體中電子不需要外加能量就可逸出。
電子發射
,這就是熱發射中遇到的肖特基效應。如場強達到107 伏／厘米的數量級（曲線c）就會產生可觀的發射。如果把電場增加到如曲線d的值,發射電流密度會提高許多個數量級。 在熱發射中,只考慮電子的微粒性,認為凡是能量高於勢壘的電子就能逸出物體，而能量低於勢壘的電子沒有逸出的可能。而場致發射則要考慮電子的波動性。按照量子力學的觀點，能量高於勢壘的電子有可能被反射回來，而能量低於勢壘的電子也有可能透射出去。即當能量為E1的電子（圖7）在A點碰到勢壘時，並不是象微粒那樣被碰回來，它的波函式是按指數下降的。如果勢壘在這裡不是太寬,則在B點的波函式還有相當的值，亦即這些電子有一定的逸出幾率。電子能穿過比它全部能量還高的勢壘的現象稱為隧道效應。
福勒-諾德罕發射方程 實驗和理論分析表明,場致發射的電流密度Jf與外加電場強度E的關係是
(11)
內場致電子發射 在物質內部產生場強使電子從一種物質逸入另一種物質或逸入真空的發射形式。內場致發射又可細分為介質薄膜發射、肖特基勢壘發射、反向偏壓PN結髮射和負電子親合勢發射等。前三種發射都是靠內部的過熱電子,其能量足以克服表面勢壘而逸出,所以這種發射形式又稱作過熱電子發射。若表面勢壘降低到低於導帶底（成為負值），熱電子就很易逸出，這種情況稱為負電子親和勢發射。
自釋電子發射 物體表面受到機械作用、氣體放電作用、紫外光或 X射線照射後發射電子的現象。自釋電子發射的電流很小，不能用作電子源，但在其他方面有很多用途。例如，①自釋電子發射與晶體中存在缺陷密切相關，可用以研究半導體材料。②自釋電子發射與磷光物質發光存在相似關係，可用以研究發光現象。③自釋電子發射與表面狀態有密切關係，可用以研究固體表面、化學吸附和催化作用等。
各種實用發射體，如金屬熱陰極、氧化物陰極、鋇鎢陰極、光電陰極、次級發射體、場致發射體等均屬於真空電子器件陰極。
參考書目
孟昭英：《陰極電子學引論》，人民教育出版社，北京，1961。
劉學愨：《陰極電子學》，科學出版社，北京，1980。
