Образование, наука

Расчет катодов

Задачей расчета катода любого типа является определение его размеров (диаметра и длины) и рабочей температуры, необходимой для получения заданного тока эмиссии при заданных напряжении или токе накала и сроке службы. Достаточно точный теоретический расчет существует пока только для однородного металлического (вольфрамового) катода.

Для сложных катодов, неоднородных по своему составу, законченного метода расчета пока нет. Чтобы подойти к расчету реального вольфрамового катода, удобно сначала ввести понятие об идеальном катоде. Идеальным катодом, для которого. была выведена, формула, принято считать катод, имеющий одинаковую температуру по всей длине.

Предполагают, что при прохождении тока через оксидный слой начинается электролиз окиси бария. Образующийся при этом кислород удаляется из лампы, а ионы бария идут внутрь оксида к поверхности металлического сердечника, где присоединяют к себе электроны и превращаются в атомы бария. Срок службы оксидного катода составляет 1000, 1 500 К (иногда до 5 000 h и еще более) и определяется, как и у тарированного катода,

Целостью одноатомной пленки бария на поверхности, причем в случае потери эмиссии возможно ее частичное восстановление путем повторной активировки катода, так как оксидный слой делается обычно достаточно толстим с большим запасом окиси бария. Одной из отличительных особенностей оксидного катода является довольно значительная зависимость анодного тока от анодного потенциала, вследствие чего при увеличении анодного напряжения ток эмиссии все время увеличивается.

Объясняется это сильным и неравномерным по поверхности проявлением в оксидных катодах влияния электрического поля, так как" поверхность оксида в результате- механического способа его нанесения оказывается всегда очень шероховатой, с большим количеством бугорков и выступов, около которых легко образуются высокие градиенты электрического поля. Важно, что оксидный катод обладает различной эмиссионной способностью для длительного и кратковременного отборов эмиссионного тока.

Если у нагретого катода ток эмиссии не отбирается, то на поверхности катода накапливаются в значительном количестве активирующие его атомы бария, работа выхода становится очень малой, и при кратковременном отборе эмиссионного тока его плотность может достигать 30 A cm2 (в некоторых случаях до 150 A cm 2). Однако" прн этом атомы бария на поверхности катода теряют свои электроны, сами обращаясь в положительные ионы, которые электрическим полем в оксидном слое направляются внутрь катода к его сердечнику.

Поверхность катода при длительном отборе от него тока эмиссии обедняется барием, его работа выхода увеличивается, а эмиссионная способность понижается до нормальной величины в 0,2 -н 0,5 A cm2. Исключительно высокая эмиссионная способность оксидных катодов при кратковременном отборе тока носит название импульсной эмиссии и широко применяется в современных импульсных ультракоротковолновых лампах. Явление "саморазогрева" возникает при низких температурах ( недокале) катода я при высоких анодных напряжениях.
По материалам chastnye-uroki-fiziki.ru

Поверхностная проводимость

Механизм влияния поверхностной проводимости на распределение приложенного поля в окрестности частицы выясняется при составлении граничного условия для приложенного поля у внешней границы двойного слоя. Без двойного слоя и соответственно поверхностной проводимости это граничное условие отражает отсутствие потока заряда на поверхность частицы, что возможно лишь при равенстве нулю нормальной составляющей поля у поверхности частицы, выражаемом граничным условием. Нарастание тока от параллели к параллели на левой полусфере обеспечивается подводом его из объема.

В стационарном режиме заряды не должны накапливаться в любом элементе двойного слоя. В правой части этого уравнения фактически фигурирует предел отношения приращения токов через параллели к площади, заключенной между параллелями при стремлении последних к нулю. Подобную операцию можно обобщить на случай более сложной геометрии поверхности, причем вводится специальный символ divs. Функция ф0, удовлетворяющая граничному условию, не может обеспечить выполнимость условия.

Если же поверхностная проводимость отсутствует, но частица проводит ток, должно выполняться условие равенства токов, поступающих на полосу из объема и через полосу в частицу, и соответственно условие равенства нормальных составляющих плотности потока по обе стороны ДС. Если влияние поверхностной проводимости на электрофорез существенно, то вывод Смолуховского о независимости электрофоретической подвижности от формы частиц, радиус кривизны которой существенно превышает толщину двойного слоя, теряет силу.

Действительно, вывод этот базируется на том, что при малой толщине двойного слоя распределение скоростей потенциально, что отражено в формуле. Однако при проводимости вещества частицы или при наличии поверхностной проводимости нормальная составляющая поля у поверхности не обращается в нуль. Следовательно, распределение скоростей в формуле Смолуховского в данном случае неприемлемо, так как не удовлетворяется условие обращения в нуль у поверхности частицы нормальной составляющей скорости.

Для бактерий расчет дает для концентрации в точке максимума 0,23 Ю-3 моль л, эксперимент 10-3 моль л. Авторы считают возможным определять поверхностную проводимость по положению максимума. Нельзя, однако, согласиться с предложенным способом определения положения максимума. Слева от максимума быстрое убывание подвижности должно быть вызвано быстрым ростом экспоненты с понижением концентрации, т. е. с ростом £ (£ при постоянном поверхностном заряде растет с уменьшением концентрации).

В работе измеряли поверхностную проводимость и электрофоретическую подвижность примерно изодиаметричных частиц, получаемых измельчением стекла пирекс толщиной около 8 мк, покрытых адсорбционным слоем bovine serum albumine при различных концентрациях хлористого натрия. Для определения поверхностной проводимости измеряли проводимость суспензии с объемной долей твердой фазы в электролите 0,14. Для расчета поверхностной проводимости была привлечена формула Фрике и Кертиса.
Поверхностная проводимость

Полупроводниковые лазеры и светодиоды

Отличительной особенностью полупроводников, выделяющей их в отдельный класс материалов, является возможность управляемо изменять (инвертировать) тип их электропроводности. При этом диапазон изменения удельного сопротивления может достигать двадцати и более порядков. Именно эта особенность привела к созданию перехода и развитию полупроводниковой электроники и микроэлектроники. Области их применения весьма широки от простейших световых индикаторов до волоконно-оптических линий связи сверхвысокой емкости и лазерных систем обработки информации.

Их тиражи превышают миллионы при номенклатуре в несколько сотен модификаций. Обладая традиционными преимуществами полупроводниковых приборов: малыми габаритами, мгновенной готовностью к работе, низкими рабочими напряжениями, надежностью, совместимостью с интегральной полупроводниковой технологией, экономичностью и низкой стоимостью, светодиоды и инжекционные лазеры с высокой эффективностью преобразуют электрическую энергию (сигнал) в световую.

Полупроводниковые гетеропереходы и инжекционная электролюминесценция: В основе действия полупроводниковых светодиодов и инжекционных лазеров лежит электролюминесценция. Наиболее эффективным методом электрического возбуждения является инжекция не основных носителей заряда через переход при приложении к нему напряжения U в прямом направлении. Такая люминесценция называется инжекционной. За счет процессов рекомбинации их концентрация убывает по мере удаления от области объемного заряда.

При постоянной скорости рекомбинации (постоянном времени жизни) концентрация не основных носителей заряда будет уменьшаться с расстоянием по экспоненциальному закону. Расстояние, на котором их концентрация уменьшится в е раз, равно диффузионной длине. Эту величину можно принять за глубину, на которую проникают инжектированные носители заряда. Таким образом, глубину проникновения электронов в область можно считать равной их диффузионной длине L" в материале, а глубину проникновения дырок в область диффузионной длине Lp в материале.

По мере удаления от области объемного заряда квази уровни Ферми будут приближаться к равновесному уровню, сливаясь с ним. На расстоянии, равном диффузионной длине Д, или Lpt неравновесный квази уровень Ферми снижается (для электронов) или повышается (для дырок) приблизительно на от максимального значения на границе -л-перехода. Другими словами, расстояние FZ-F! как и ранее, определяется уровнем возбуждения, Заметим, что максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу, ограничено.

Для обычного гомо перехода это значение определяется полным спрямлением потенциального барьера. Внешним полем можно почти полностью убрать потенциальный барьер, но невозможно сделать его отрицательным. Физически это означает, что переходе (точнее, в гомо переходе) концентрация инжектированных не основных носителей заряда, как правило, не может превышать концентрацию этих же носителей в эмиттере, где они являются основными. Хвосты плотности состояний появляются вследствие сильного легирования материала.
Читать статью