Способ определения работы выхода электрона

.Бурсаниди, ов, Ф,А.Мукаество. М.; Нафизики, Т, 3.1977, с. 526,пласт лагаю стино помощ ляют небол часто конта межд едойО/б ЯД ски.пере ивл апр)ли м,зно ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Казахский государственный университет им. С.М.Кирова(56) Калашников С.Г, Электричука, 1977, с, 369, 432-433,Сивухин Д,В. Общий курсЭлектричество. М.; Наука,рис. 283,Фоменко В,С, Эмиссионные свойствматериалов, Киев; Наукова думка, 1981,Изобретение относится к измерениям работы выхода электрона из проводников и полупроводников и может быть использовано в физике твердого тела, технической физике и вакуумном материаловедении,Известен способ измерения работы выхода, в основе которого лежит фотоэлектрический эффект - измеряется минимальная энергия фотона, необходимая для выбивания электрона через определенную грань кристалла,Недостатком этого способа является то, что на процессы фотоэлектронной эмиссии может наложиться автоэлектронная эмиссия, и это приводит к снижению точности определения.Известен также способ определения работы выхода методом контактной разности потенциалов (КРП), Для измерения контактной разности потенциалов употребляют компенсационные схемы. Две небольшие(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНА(57) Изобретение относится к измерениям работы выхода электрона из проводников и полупроводников и может быть использовано в физике твердого тела, электронике. технической физике и вакуумном материаловедении. Тлеющий разряд зажигают в среде инертного газа при пониженном давлении между электродами газоразрядной трубки, В качестве анода используют твердый электролит, облздающий ионной проводимостью по щелочным металлам, Катодом служит исследуемый материал. Работу выхода электрона определяют по потенциалу зажигания тлеюще 1 о разряда. 1 ил,инки из исследуемых вещестраспот параллельно друг другу, одну из плак закрепляют неподвижно. а другую сью механического устройства застав- колебаться в направлении нормали с ьшой амплитудой (доли милли метра) и той в несколько десятков герц. Если ктная разность равна О. а рас:таяние у пластинами есть 1. то напряжен- поля между пластинами равна О/б, а вательно. на каждой единице внутоенповерхности пластин имеется заряд , При периодическом изменении О заластин тоже изменяется пе иодичеПоэтому во внецней цепи появляется менный ток, а на нагрузочном сопроении г оазвивается переменное яжение. Последнее можно усилить телем и ззрег,стрировать осциллограЕсли приложить к пластинам внешнюю сть потенциалов от батареи. о;ратнум1770883 5 10 е 012 = Ф 1- Ф 2,45 50 55 по знаку контактной разности, и изменить ее с помощью делителя напряжения, то можно добиться того, чтобы ток во внешней цепи обратился в нуль, В этом случае приложенное напряжение равно контактной разности, которая, следовательно, определяется непосредственно по показанию вольтметра. Контактная разность потенциалов непосредственно связана с термоэлектронными работами выхода Ф 1 и Ф 2 контактирующих тел, а именно; Это соотношение справедливо как для металлов, так и для полупроводников. Поэтому, если работа выхода одного из проводников известна, то, измеряя О 12, можно найти работу выхода другого проводника.Недостатком этого способа является необходимость усиления измеряемого сигнала, а также наличие механических устройств, предназначенных для реализации данного способа, что является источником погрешности измерения, Для устранения этих недостатков необходимо использование высокочастотных электрических и электроизмерительных устройств, а также прецизионной механики.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оценочный способ определения работы выхода электрона из материала катода по величине нормального катодного падения потенциала в тлеющем разряда постоянного тока. При изменении тока плотность его остается приблизительно постоянной. Остается постоянным и катодное падение потенциала, До давлений в несколько десятков миллиметров ртутного столба нормальное катодное падение потенциала не зависит от давления газа, а определяется только материалом катода и составом газа, Приближенно нормальное катодное падение пропорционально работе выхода электрона из катода, Величина катодного падения потенциала лежит в пределах 100-300 В, что используется для устройства газосветных трубок, например неоновых ламп, в которых электродами служат два железных листочка, покрытых слоем бария для уменьшения работы выхода,Недостатком такого спосба является его непригодность для точного измерения работы выхода электрона из-за нелинейного характера распределения потенциала по длине разрядной трубки. По этой причине данные по работам выхода электрона для различных материалов. полученные как оце 15 20 25 30 35 40 ночные, в справочной литературе не приводятся.Цель изобретения - повышение точности измерения работы выхода элек 1 рона,Поставленная цель достигается тем, что в способе определения работы выхода электрона путем зажигания тлеющего разряда, в качестве эталонного электрода - анода используют твердый электролит, обладающий ионной проводимостью по щелочным металлам, и работу выхода электрона определяют по формуле А = О/Оз (Аз - ЛМе) + АМе, (2)де А работа выхода исследуемо о веще ства:Аме - работа выхода щелочного металла:О - потенциал зажигания тлеющего разряда при исследовании вещества с неизвестной работой выхода электрона;Оэ - потенциал зажигания, измеренный предварительно в системе с катодом. работа выхода которого (Аз) принята за второй эталон.Причинно-следственная связь, позволяющая перейти от поибилизительного соотношения О.п = С А, где О,п - величина катодного падения потенциала нормального тлеющего разряда: С - константа, характерная для данного газа; А - неизвестная работа выхода электрона. к предлагаемой формуле состоит в том, что в изобретении используется особый вид разряда, инициируемый и поддерживаемый ионной эмиссией с анода, а не электронной эмиссией с катодов, Явление эмиссии ионов с и".верхности анода именуется испусканием ":нодных лучей, В данном случае образование анодных лучей состсит в электропереносе ионов натрия сквозь стекло, При этом катодное падение потенциала, имеющее место при горении разряда между металлическими катодом и анодом, смещается в толщу стекла, формируя линейное распределение гготенциала по длине разрядной трубки, Данный тип разряда может быть отнесен к линейным явлениям, в которых многие задачи решаются путем составления пропорций, Для составления пропорций производят два опыта; в первом из которых измеряют потенциал зажигания тлеющего разряда Оэ между электродами с известными работами выхода: Оэ = С(Аэ - АМе), (3)а во втором измеряют потенциал зажигания О между анодом и катодом с неи:,вестнойработой выхода;О = СА - Аме) (4) Стационарность.о параметров двух опытов обеспечивается постоянство константы С, исключаемой при почленном делении уравнений(3) и (4), с получением выражения пропорции, которую разрешают относительно неизвестной работы выхода А, т.е, получают формулу (2),На чертеже приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит анод в виде стакана 1 с расплавом чилийской селитры йаМОз, в которую погружена анодная часть 2 разрядной трубки 3 из стекла С 49-1: в состав стекла входит 8,7 мас.% Ма 20, Так как все стекла, содержащие в своем составе щелочные металлы, обладают ионной проводимостью, для реализации способа можно испол ьзовать л итие вые. калиевые, цезиевые и другие стекла при замене нитрата натрия на нитрат применяемого в качестве эталона щелочного металла. Торец катодной части 4 разрядной трубки вместе с держателем 5 образца, выполненного из нержавеющей стали, взаимно пришлифованы с целью осуществления разъемного вакуумно-плотного соединения. Исследуемый образец б, гальванически контактирующий с держателем 5, образует выступающую часть катода в виде механического соединения держателя с образцом для локализации силовых линий поля на его поверхности. Разрядная трубка 3 имеет патрубок 7 для откачки; патрубок 8 предназначен дя напуска рабочего газа. Для определения потенциала зажигания в цепь разрядного контура включен вольтметр 9 с делителем напряжения 10, Для зажигания тлеющего разряда использован высоковольтный источник питания 11.Работу выхода электрона определяют следующим образом. Исследуемый образец б помещают в катодную часть 4 разрядной трубки 3. Через патрубок 7 откачивают газ из разрядной трубки 3, затем через патрубок 8 вводят рабочий газ (аргон или гелий) до давления 0,5-1 Торр, После напуска рабочего газа включают истчоник питания 11, напряжение которого контролируют с помощью вольтметра 9, Производят два последовательных определения с помощьювольтметра значений Оз и О.П р и м е р, Измеряют работу выходавакуумно-плавленой меди. образец которой представляет собой цилиндр диаметром 2 мм и высотой 4 мм. Образец закрепляют надержателе 5 в вертикальном положенииСистему откачивают до давления 1 Тоор, Напряжение подают с помощью высоко 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 вольтного источника питания 11 постоянного тока ВУ-50, Потенциал зажигания фиксируют вольтметром 9 марки ВА, включенным в цепь с помощью делителя напряжения 10, Размеры разрядной трубки при получении данных составляют; длина 400 мм, диаметр 20 мм. толщина стенки стекла С0.5 мм, Для образца потенциал зажигания определяют 10 раэ, По данным измерений находят среднее значение потенциала зажигания и ошибку в одно стандартное отклонение. Потенциал зажигания определен равным 4925 В. Для исключения параметров среды в качестве эталона выбран графит. Работа выхода графита принята равной 4.7 эВ. Для определения потенциала зажигания для катода из графита выполняют те же операции, что и для образца меди. Среднее значение потенциала зажигания для него составляет 5525 В, стандартное отклонение среднего - 16 В. В обоих опытах анодом служит образующаяся на внутренней поверхности погруженной в расплав части разрядной трубки пленка натрия, как результат заряда межэлектродной емкости катод - анод. Пленка натрия является вторым эталонным электродом с известной работой выхода, равной 2.35 эВ, Значение работы выхода вакуумнс-плавленой меди. вычисленное по формуле (2). равно 4,435 +/- 0,065 эВ, Эти же операции проделаны и для других материалов. Значения работ выхода для ряда металлсв. определенные предлагаемым способом. сопоставлены с. рекомендуемыми в таблице. При удлинении трубки до 600 мм или укорочении до 250 мм при давлении рабочего газа в интервале 1-5 Торр данные табл цы воспроизводятся. так как эти вариации, изменяя значения потенциалов зажигания. не влияют на величину их отношения. т.е. О /Оз сохраняется постоянным, равным 4925 В//5525 В = 0,887,Из данных габлицы видно. что в пределах ошибки в два стандартных отклонениярезультаты исследования совпадак т с рекомендуемыми значениями,Таким образом, предлагаемый способ обладает высокой степенью достоверности. обеспечиваемой тем что в способе использован электролизный закон Фарадея, относящийся к одному из фундаментальныхзаконов природы.Формула изобретения Способ определения работы выхода электрона путем зажигания тлеющего разряда в среде инеотного газа при пониженном давлении между электродами газоразрядной стеклянной тоубки, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что. с целью повышения1770883 В), реко точности измерения работы выхода электрона, в качестве эталонного электрода-анода используют твердый электролит, обладающий ионной проводимостью по щелочным металлам, и работу выхода электрона определяют по потенциалу зажигания тлеющего разряда по формулеА = О/Оэ(Аэ - АМе) + АМе,где А - работа выхода исследуемого вещества: Аме - работа выхода щелочно о металла:О - потенциал зажигания тлеющегоразряда, при исследовании вещества с 5 неизвестной работой выхода электрона:Оэ - потенциал зажигания, измеренныйв системе с катодом, работа выхода которого (Аэ) принята за второй эталон, 10