Кинетическая теория процессов переноса и поверхностных явлений в твёрдом теле, страница 33

Для автотермоэлектронной эмиссии из-за наличия внешнего поля может наблюдаться эффект выхода электронов, энергия которых выше, чем энергия Ферми ε>μ. В этом случае существует некоторая характерная температура, ниже которой металл нагревается, а выше — охлаждается. Эта температура носит наэнаниетемпературы инверсии, и ее вычисление дает    T_*. Из этого соотношения видно, что температура инверсии соответствует случаю, когда злектроны па длине волны де Бройля набирают энергию порядка тепловой. Выражение для потока тепла npи автотермоэлектронной эмиссии имеет вид

                                                                  (5-30)

Зависимость потока тепла при термоавтоэлектронной эмиссии от плотности тока для различных температур приведена на рис. 5.7 (эксперимент для чистого вольфрама). Хорошо .видно изменение характера тепловых процессов с ростом плотности автотермоэлектронного тока. Другие интересные и важные явления, связанные с рассмотренными типами эмиссии, имеются, например, в [16].

5.5. Фотоэлектронная эмиссия

Совершенно ясно, что наряду с воздействием на поверхность твердого тела постоянного электрического поля можно исследовать воздействие на него электромагнитного поля. Сюда относится множество различных явлений, включая нормальный и аномальный скин-эффекты, разного рода резонансные явления и т. д. (см., например, [12 — 14]). Нас, однако, будет интересовать лишь вопрос об эмиссия электронов с поверхности под действием излучения. Внутренний фотоэффект здесь рассматриваться не будет [8].

Падение на твердое тело электромагнитного поля определенной длины волны может вызывать эмигрирование поверхностью гак называемых фотоэлектронов. Это явление носит название внешнего фотоэффекта. Именно на нем остановимся несколько подробнее.

Внешний фотоэффект связан с тем, что часть электронов под действием падающего излучения получают энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера. При этом, как нетрудно понять, должен иметь место порог по энергии падающего излучения, а значит, по его частоте, наличие которого связано с тем, что энергия, передаваемая электронам, должна быть достаточной для преодоления потенциального барьера. Эффективность фотоэффекта можно охарактеризовать числом электронов, приходящихся на данный поток фотонов:

δ= (jω/е)/(I_ω/ω).                       (5.31)

Здесь  I_ω — интенсивность излучения   на  данной  частоте.

Количественное рассмотрение внешнего фотоэффекта мажет быть проведено на основе нахождения тока электронов (фототока) иод воздействием падающей световой волны интенсивностью I (гармонически изменяющегося электромагнитного поля с частотой <и|. Решая кнаптовомехапическую задачу для этого случая [4], можно показать, что плотность тока фотоэмиссии при T=0 равна

                                                                                (5.32)

Здесь —пороговая частота, .которая находится из условия, что энергия фотонов равняется работе выхода, т. е. = μ+еφ. Последнее соотношение иногда называют законом Фаулсра (вместе с формулой (5.32)). Расчет тока фотоэмиссии по выражению (5.32), как правило, хорошо соответствует эксперименту.

Заметим, что при T>0 всегда имеются электроны с энергией, превышающей энергию Ферми, поэтому в этом случае даже при условии  появляется фотоэмиссионный ток. Однако, поскольку число электронов выше уровня Ферм» на величину ε_F /k_BT, то с повышением температуры фототек меняется очень слабо.

В заключение данного раздела отметим, что ловерхност-. ные явления в твердых телах представляют собой самостоятельный раздел физики твердого тела и столь краткое рассмотрение относящихся сюда вопросов вовсе не говорит об их второстепениости. Более тога, изучение поверхности твердого тела в настоящее иремя является одним из важнейших направлений физики твердого тела. Поэтому укажем лишь некоторую литературу, в которой содержится более полное изложение физики поверхностных явлений [8, 15, 16].