[科普中国]-阴极电子发射

阴极发射电子的过程。在气体放电中阴极起着重要作用，它提供电子，维持了电流的循环。在金属阴极中，电子可以自由运动。但在阴极表面，由于电子和晶格离子之间静电力的作用形成势垒，使电子不能离开电极表面。为了克服表面势垒的阻碍，把电子移到阴极之外，需要施加逸出功(或称为功函数)eφ。逸出功决定于阴极的材料和表面状态。给电子提供能量，把电子从阴极中释放出来的方式有光电发射、热发射、场致发射、二次电子发射等。

释义阴极发射电子的过程。在气体放电中阴极起着重要作用，它提供电子，维持了电流的循环。在金属阴极中，电子可以自由运动。但在阴极表面，由于电子和晶格离子之间静电力的作用形成势垒，使电子不能离开电极表面。为了克服表面势垒的阻碍，把电子移到阴极之外，需要施加逸出功(或称为功函数)eφ。逸出功决定于阴极的材料和表面状态。给电子提供能量，把电子从阴极中释放出来的方式有光电发射、热发射、场致发射、二次电子发射等。

光电发射波长足够短的电磁辐射入射到阴极表面而引起的阴极电子发射。对于大多数的纯金属，λc落在紫外光谱区域，其光电发射系数(一个入射光子产生的光电子数)约在10～10的范围。光电器件就利用了光电发射效应。在光电器件的阴极表面涂上一层氧化物或合金，使λc落在可见光区甚至红外区，其光电发射系数也大大增加。

热发射由于温度升高而引起的阴极表面电子发射。在室温下，只有极少数的电子，它的能量超过金属表面势垒，可从阴极表面离开。当把阴极加热到1500～2500K时，将有一部分电子具有足够的能量，穿过势垒而从表面发射出来。

场致发射由于外加强电场而引起的阴极表面电子发射。在外加强电场的作用下，阴极中部分电子“穿过”势垒而从表面发射出来。按照量子力学的理论，处于位阱中的电子，即使它的能量不超过势垒的势能，也有一定的概率穿过势垒而跑掉，这就是所谓的“隧道效应”。在强电场的作用下，势垒的形状变窄变低，电子就容易穿过势垒而从表面发射出来。对于一定的金属，其场致发射电流密度可根据波动力学，用福勒-诺得海姆(Fowler-Nordheim)公式进行计算。

在气体放电过程中，如果在电极表面有氧化物绝缘薄层，正离子会积聚在其上，可形成高达10V/m的强电场，引起场致发射，这种现象称为马尔特(Malter)效应。

二次电子发射由正离子、受激励的中性原子和分子轰击阴极表面而引起的电子发射。正离子从阴极轰击出电子，必须由一个正离子至少打出两个电子，其中一个用于中和正电荷，另一个为自由电子。因此，正离子所具有的动能Wk和势能Wp之和应大于逸出功eφ的2倍。1

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学