Большая Советская Энциклопедия (ИО) - [22]

  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 n_i к числу нейтральных частиц n₀ того же химического состава, испаряющихся с поверхности эмиттера за определённый промежуток времени. При этом выполняется соотношение:

где Q₀ и Q_i — 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 Q_i 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 — Q_i = j — V; Q₀ — Q_i = S — j.                                         (2)

Из (1) и (2) следует, что степень ионизации a тем выше, чем больше величина j при И. э. положительных ионов и чем меньше j при И. э. 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 Q_i 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 ~ 10⁸в/см) И. э. с большой вероятностью (a » 1 ) происходит при комнатной и более низких температурах. В этом случае И. э. называется полевой эмиссией (автоионной эмиссией, испарением полем). Поля ~10⁸в/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 И. э. 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 И. э. 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 И. э. 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). При этом наблюдается эмиссия (выбивание) вторичных ионов и нейтральных частиц (см. также Катодное распыление). В пучке вылетающих ионов присутствуют отражённые от поверхности первичные ионы (иногда изменившие знак заряда), ионы материала мишени и примесей. Ионно-ионная эмиссия характеризуется коэффициент эмиссии К, равным отношению потока вторичных ионов n_вт данного типа к потоку n_п первичных ионов, бомбардирующих поверхность. Обычно К составляет доли % для однозарядных ионов. Величина К зависит от материала мишени, её температуры, типа первичных ионов, их кинетической энергии, угла падения на поверхность, состава и давления газа, окружающего мишень, и др. (рис. 2). Пространственное распределение вторичных ионов определяется энергией и углом падения первичных ионов. Средняя энергия вторичных ионов обычно не превышает 10 эв. Однако при наклонном падении быстрых ионов на мишень она может быть значительно выше. Ионно-ионная эмиссия применяется для изучения адсорбции, катализа, при исследовании свойств поверхности (см. Ионный микроскоп) и др.

  Электронно-ионная эмиссия. Электрон при ударе о поверхность затрачивает часть кинетической энергии на разрыв связи частицы эмиттера с поверхностью. При этом частица может покинуть поверхность в виде иона. Электронно-ионная эмиссия находит применение для изучения состояния адсорбированных частиц.

  Фотодесорбция ионов. Поглощение светового фотона может привести к распаду молекулы мишени на ионы либо к ионизации атома или молекулы. Часть ионов, возникающих при этом, может покинуть поверхность.

  Если эмиттер облучить интенсивным световым потоком (луч лазера мощностью в импульсе ~ 10⁸—10⁹вт/см²), то наблюдается выход ионов вещества мишени с зарядами различной кратности и даже полностью лишённых электронов (например, Co