· Elektronické lúče.Elektrónovými lúčmi sa rozumejú usmernené toky elektrónov, ktorých priečne rozmery sú oveľa menšie ako ich dĺžka. Elektrónové lúče boli prvýkrát objavené pri výboji plynu pri zníženom tlaku.

Pri žeravom výboji kladné ióny vyradia z katódy veľké množstvo elektrónov. Ak k výboju dôjde v trubici pri veľmi vysokom riedení, potom sa stredná voľná dráha elektrónov zväčší a tmavý priestor katódy sa zväčší. Elektróny vyrazené z katódy kladnými iónmi sa pohybujú takmer bez kolízie a formy katódové lúče. Tieto lúče sa šíria normálne k povrchu katódy. Ak sa v anóde elektrónovej trubice vytvorí otvor, potom časť elektrónov urýchľuje elektrické pole , preletí otvorom a vytvorí elektrónový lúč za anódou.

· Vlastnosti a použitie elektrónových lúčov. Elektrónové lúče spôsobujú žiaru (fluorescenciu) určitých látok. Patria sem sklo, zinok, sulfidy kademnatého atď.. Tieto látky sú tzv fosfory. Táto vlastnosť elektrónových lúčov sa využíva vo vákuovej elektronike - žiara televíznych obrazoviek, osciloskopov, elektrónovo-optických konvertorov atď. Dostávajú sa na telesá, elektrónové lúče spôsobujú ich zahrievanie. Táto vlastnosť sa využíva na zváranie ultračistých kovov vo vákuu.

Elektrónové lúče sa vychyľujú v elektrických a magnetických poliach. Možnosť ovládania elektrónového lúča pomocou elektrického a magnetické pole a žiara obrazoviek potiahnutých fosforom pri pôsobení elektrónových lúčov sa používa v katódových trubiciach.

· Katódová trubica. Zariadenie katódovej trubice je znázornené na obr. 12.4.1. Ide o sklenenú vákuovú fľašu. L , v ktorej je "elektrónová pištoľ", pozostávajúca z vyhrievanej katódy Komu emitujúce elektróny a anóda s diafragmou (zvyčajne niekoľko anód umiestnených za sebou) D1 , D2 . Medzi katódou a anódou vzniká potenciálny rozdiel U , čo umožňuje urýchliť elektróny na vysokú rýchlosť a získať úzky lúč. Miesto, kde elektrónový lúč dopadá na obrazovku E , potiahnutá fluorescenčnou kompozíciou sa objaví jasný svetelný bod.

Elektrónový lúč je riadený dvoma pármi dosiek Od 1 a Od 2 umiestnené navzájom kolmo. Pole tanierov Od 1 posúva lúč v horizontálnom smere, pole dosiek Od 2 - vo vertikále. Na tanieroch Od 1 a Od 2 Môžete použiť jednosmerné alebo striedavé napätie. V závislosti od toho zostane svetelný bod na obrazovke buď na svojom mieste, alebo sa bude pohybovať, pričom vytvorí priamku, sínusoidu atď. Osciloskopické zariadenie je založené na tejto vlastnosti. Vo viac ťažké prípady na obrazovke môžete získať striedanie tmavých a svetlých škvŕn, ktoré vytvárajú obraz objektov. Takýto jav pozorujeme v katódovej trubici televízora.

Kontrolné otázky:

1. Čo je to ionizácia plynu a rekombinácia iónov v plyne?

2. Čo je to výboj plynu?

3. Aký je rozdiel medzi nezávislými a nesamostatnými výbojmi plynu?

4. Čo sú oblúkové a žeravé výboje?

5. Čo je plazma? Aké má vlastnosti?

6. Čo je dióda, ako funguje a prečo môže fungovať ako usmerňovač striedavý prúd?

7. Čo sú elektrónové lúče, aké majú vlastnosti, kde sa používajú?

8. Uveďte príklady využitia žeravého výboja v strojárstve.

9. Uveďte príklady praktickej aplikácie plazmy.

10. Popíšte mechanizmus vzniku elektrón-iónových lavín.

Zhrnutie:

V procese štúdia témy sme sa oboznámili s vlastnosťami výbojov plynov a prúdením elektrický prúd v plynoch a vákuu.

Aplikácia

Príloha N 1.

Distribúciu elektrónov a dier popisuje Fermi-Diracova funkcia.

,

kde f F-D(E) je pravdepodobnosť, že energetický stav je obsadený a môže kolísať od 0 predtým 1 ,

E F je Fermiho hladina, často nazývaná Fermiho energia alebo elektrochemický potenciál.

Podľa Pauliho princípu môže byť každý kvantový stav obsadený iba jedným elektrónom. Pri väčšom počte z nich sú pri teplotách absolútnej nuly všetky stavy nižšie E F vyplnené:

f F-D ( E) = 1 , a nad E F sú bez elektrónov a f F-D(E) = 0 . Pretože pri T \u003d 0ºK majú vodivé elektróny nenulovú energiu, ale sú rozdelené vo všetkých povolených stavoch od 0 do E F (eV) potom

.

Fermiho hladina vo vlastnom polovodiči je daná rovnicou:

Hustota stavov g(E)

Počet stavov na jednotkový energetický interval na jednotku objemu polovodiča ako funkcia energie.

V dvoch susediacich fázach sa dosiahne elektronická rovnováha, keď sú hladiny Fermiho rovnaké. -

Príloha č.2.

Na určenie typu funkcie φ(x) použili sme Poissonovu rovnicu známu z elektrostatiky, ktorá dáva do súvislosti potenciál poľa U(x) s objemovou hmotnosťou ρ (x) stacionárne náboje, ktoré toto pole vytvárajú.

Táto rovnica vyzerá takto:

súhlasiť ρ(х) = qNd

Slovník pojmov

Amorfné látky	Z termodynamického hľadiska je amorfný HP v metastabilnom stave a musí časom kryštalizovať. Amorfné látky sa správajú ako kvapaliny s abnormálne vysokou viskozitou. Patria sem sklá, plasty a živice, ktoré so stúpajúcou teplotou postupne mäknú a sú schopné tiecť ako kvapaliny [§1.1].
Anizotropia	Heterogenita vlastností kryštálu v rôznych smeroch, ktorá je výsledkom jeho symetrie a vnútornej štruktúry[§1.1].
Úrovne akceptora	Nečistoty, ktoré zachytávajú elektróny z valenčného pásma polovodiča, sa nazývajú akceptor akceptorové hladiny. Polovodiče obsahujúce takéto nečistoty sa nazývajú dierové polovodiče, alebo polovodiče p-typ; často označovaný ako akceptorové polovodiče. [§ 3.6.1].
Adsorpčná vrstva	Pozri [§ 4.2.2].
Kapacita bariéry	S privedeným spätným napätím p-n prechodu, nosiče náboja oboch znamienok sú na oboch stranách prechodu a v oblasti samotného prechodu ich je veľmi málo. Teda v režime spätného napätia p-n prechod je kapacita. Tento kontajner sa nazýva bariéra (C b). [§ 8.5].
Van der Waalsove spojenia	Interakčné sily v takýchto kryštáloch sú určené prítomnosťou prirodzených alebo indukovaných elektrických momentov v molekulách [§ 1.3].
Valence band	Keď sa atómy priblížia k sebe na vzdialenosť asi 10–8 cm, vlnové funkcie atómových elektrónov sa budú prekrývať. V dôsledku toho sa energetická hladina valenčných elektrónov mení na zónu, ktorá sa nazýva valenčná zóna [§ 2.1].
vodíková väzba	V kryštáloch viazaných vodíkovou väzbou je každý atóm vodíka viazaný príťažlivými silami súčasne s dvoma ďalšími atómami. Vodíková väzba spolu s elektrostatickou príťažlivosťou dipólových momentov molekúl vody určuje vlastnosti vody a ľadu[§1.1].
Volt-ampér p-n charakteristika prechod	Pozri [§8.4].
Životnosť médií	Priemerná životnosť nosičov náboja v polovodiči sa zvyčajne nazýva životnosť nosiča[ § 3.8].
degenerovaný plyn	V degenerovanom plyne sa na tvorbe elektrickej vodivosti nemôžu podieľať všetky voľné elektróny, ale iba tie, ktoré sa nachádzajú priamo na Fermiho hladine [§ 5.2.2].
Generovanie nosiča náboja	Generovanie nosičov náboja (tvorba voľných elektrónov a dier) nastáva pod vplyvom tepelného chaotického pôsobenia atómov kryštálová mriežka(tepelná tvorba), vplyvom svetelných kvánt absorbovaných polovodičom (generácia svetla) a iných energetických faktorov [§ 3.4].
heterojunkcia	Heterojunkcia je spojenie vytvorené na rozhraní medzi dvoma polovodičmi s rôznymi zakázanými pásmami. [§ 9.3].
Poruchy kryštálu	Porušenia periodicity mriežky, ktoré nie sú redukované na tepelné pohyby, sa nazývajú defekty [§ 1.7].
Schottkyho defekty	V skutočných kryštáloch sa niektoré uzly kryštálovej mriežky, v ktorých by sa mali nachádzať atómy, ukázali ako neobsadené [§ 1.7].
Frenkelove defekty	Vznikajú, keď atóm opustí svoje miesto v uzle kryštálovej mriežky a umiestni sa do medzier obklopených atómami umiestnenými na ich právoplatných miestach [§ 1.7].
Miesta	Tento typ defektu vzniká, keď je medzi atómové roviny vklinená neúplná ďalšia atómová rovina [§ 1.7].
Diera	Prázdne miesto v kovalentnej väzbe sa nazýva diera. Neúplná väzba bude mať nadbytočný kladný náboj, ktorý sa rovná náboju elektrónu [§ 3.2].
Úrovne darcov	Nečistoty, ktoré sú zdrojom vodivých elektrónov, sa nazývajú darcov a energetické hladiny týchto nečistôt sú úrovne darcov. Polovodiče obsahujúce donorovú nečistotu sa nazývajú elektronické polovodiče, alebo polovodiče n-typ; často označovaný ako darcovské polovodiče[§3.6.1].
driftový prúd	Prúd spôsobený vonkajším elektrickým poľom sa nazýva driftový prúd.[ § 3.8].
Difúzny prúd	Prúd vznikajúci difúziou nosičov z oblasti, kde sa ich koncentrácia zvyšuje smerom k oblasti s nižšou koncentráciou, sa nazýva Difúzny prúd bez driftu. [ § 3.8].
Difúzna dĺžka	Priemerná vzdialenosť, ktorú prepravcovia prejdú počas svojho života, sa nazýva difúzna dĺžka nosičov náboja..
dvojitá elektrická vrstva	Agregátne kladné ióny na povrchu kovu a elektrónov vystupujúcich nad povrchom sa nazýva dvojitá elektrická vrstva..
Zakázaná zóna	Povolené energetické zóny sú od seba oddelené intervalom nazývaným zakázaná zóna alebo energetická medzera [§ 2.1].
Vodivý pás	Ak sa však v najvrchnejšej obsadenej, ale nie úplnej zóne nachádzajú hladiny voľnej energie, ku ktorým môžu elektróny prejsť, potom tvoria tzv. vodivé pásmo[§ 2.1].
Iónové kryštály	Iónové kryštály (NaCl, KC1 atď.) sa vyznačujú tým, že príťažlivé sily pôsobiace medzi iónmi sú elektrostatické. [§1.1].
Millerove indexy	V ristalografii je obvyklé používať špeciálne symboly na označenie rovin. Millerove indexy.[§ 1.6].
injekčný laser	Pozri [§10.6].
Populačná inverzia	Populačná inverzia - pomer medzi populáciami rôznych energetických hladín atómov alebo molekúl látky, v ktorých je počet častíc na vrchu daného páru úrovní väčší ako na spodku. [§10.5].
Crystal	Kryštál je súbor atómov usporiadaných v priestore a udržiavaných v blízkosti rovnovážnej polohy interakčnými silami. Štrukturálne jednotky HP sú atómy, molekuly alebo ióny. Termodynamicky stabilné CT sú kryštalické, pretože majú minimálnu vnútornú energiu so zvýšením teploty po dosiahnutí určitú teplotu, nazývaný bod topenia, preskočia do tekutého stavu. Kryštál má nespojitú periodickú štruktúru. [§1.1].
kovalentný kryštál	V kovalentných kryštáloch (diamant, Ge, Si atď.) sú valenčné elektróny susedných atómov zdieľané, takže kovalentný kryštál možno považovať za jednu obrovskú molekulu [§1.1].
Trieda symetrie	Kryštalografia ukazuje, že existuje celkom 32 možných kombinácií prvkov symetrie. Každá z týchto možných kombinácií je tzv trieda symetrie. V prírode existujú iba kryštály patriace do jednej z 32 tried symetrie [§ 1.3].
Hallov koeficient	Pozri [§ 6.1.1].
Rozdiel kontaktného potenciálu	Pozri [§ 7.1.1].
súdržnosť	Koherencia je koordinovaný tok niekoľkých oscilačných alebo vlnových procesov v čase. Tie. ak fázový rozdiel dvoch kmitov zostáva konštantný v čase, alebo ak dve ideálne monochromatické kmity majú rovnakú frekvenciu, potom sa takéto kmity nazývajú koherentné. [§10.5].
lasery	Stimulované koherentné žiarenie sa nazýva s stimulované alebo vyvolané a žiariče takýchto vĺn sa nazývajú lasery (od Anglické svetlo Amplification by Stimulated Emission of Radiation – zosilnenie svetla v dôsledku indukovaného žiarenia). [§10.4].
kovové spojenie	V kovových kryštáloch je väzba (kovová väzba) spôsobená kolektívnou interakciou mobilných elektrónov s jadrom kryštálovej mriežky. Prechodné kovy sa vyznačujú aj kovalentnou väzbou uskutočňovanou elektrónmi nevyplnených vnútorných obalov [§1.1].
molekulárne kryštály	V molekulových kryštáloch sú molekuly prepojené relatívne slabými elektrostatickými silami (van der Waalsove sily) v dôsledku dynamickej polarizácie molekúl [§1.1].
Nerovnovážna koncentrácia	Ak s pomocou akejkoľvek vonkajší vplyv dynamická rovnováha koncentrácií elektrónov a dier v polovodiči je narušená, potom dochádza k ďalšiemu nerovnovážne koncentrácia nosiča náboja. [§3.8].
nedegenerovaný plyn	V prípade nedegenerovaného plynu je hustota naplnenia vodivého pásu elektrónmi taká malá, že sa takmer nikdy nestretnú tak blízko, že by ich správanie mohlo byť obmedzené Pauliho princípom [§ 5.2.1, § 5.2.2]. .
Nesamostatný výboj plynu	Proces prúdu prechádzajúceho plynom sa nazýva výboj plynu. Prúd v plyne, ktorý sa vyskytuje v prítomnosti externý ionizátor, volal nesamostatný výboj plynu.
Os symetrie	Ak má kryštál os symetrie (rotačná os), potom môže byť zarovnaný sám so sebou, t.j. otočením o určitý uhol okolo tejto osi sa dostane do polohy na nerozoznanie od originálu. V závislosti od symetrie kryštálu môže byť uhol natočenia potrebný na zarovnanie kryštálu so sebou samým 360, 180, 120, 90, 60 stupňov. ( 2p / p, kde n= 1, 2, 3, 4 alebo 6) [§ 1.3].
Hlavní dopravcovia	Elektróny tvoriace veľkú väčšinu nosičov náboja v polovodičoch P-typ, tzv hlavné nosiče náboja a otvory maloletý.. A naopak, diery tvoria veľkú väčšinu nosičov náboja v polovodičoch. p-typ, tzv hlavné nosiče náboja a elektróny maloletý.[§ 3.6.2, § 3.6.3].
Ohmický prechod	Kontakt, elektrický odpor ktorý je malý a nezávisí od smeru prúdu v danom prevádzkovom rozsahu prúdov. [§9.3.3].
Vysielacie obdobie	Vysielanie a reprezentovaný vektorom, ktorý má špecifický smer a číselnú hodnotu rovnú a, volal vysielacie obdobie[§1.3].
Rovina symetrie	Ak sa jedna polovica kryštálu pri odraze v určitej rovine zhoduje s druhou, ako v zrkadle, potom sa takáto rovina nazýva rovina symetrie [§ 1.3].
otočná os	Tento prvok symetrie vyplýva zo súčasnej aplikácie dvoch operácií: rotácie okolo osi a zrkadlového odrazu v rovine kolmej na os [§ 1.3].
Polovodiče	Polovodiče, široká trieda látok s elektronickým mechanizmom elektrickej vodivosti, z hľadiska svojej špecifickej hodnoty s zaujímajú medzipolohu medzi kovmi (s ~ 10 4 -10 6 Ohm -1 cm -1) a dobrými dielektrikami (s ~ 10 -12 -10 -11 Ohm -1 cm -1) (rozsahy hodnôt s sú uvedené pri izbovej teplote) [§ 3.1].
Nečistotný polovodič	Polovodič, ktorý má nečistoty, sa nazýva nečistota a jeho elektrická vodivosť spôsobená prítomnosťou nečistôt v kryštáli sa nazýva nečistota [§ 3.6.1].
polovodič typu n	Pozri Úrovne darcov. [§ 3.6.1].
polovodič typu p	Pozri Úrovne akceptora [§ 3.6.1].[ § 3.6.3].
Vodivosť nečistôt	Vodivosť spôsobená prítomnosťou nečistôt z atómov s rôznou valenciou v polovodičovom kryštáli sa nazýva nečistota [§ 3.6.2].
Schottkyho prechod	Usmernenie kontaktu kov-polovodič P-typ tzv Schottkyho prechod. Najdôležitejšia vlastnosť Schottkyho prechod v porovnaní s r-p prechod je žiadna injekcia menšinového nosiča. [§9.1].
Povrchové javy v polovodičoch	Fyzikálne javy vyskytujúce sa na povrchu polovodičového kryštálu spôsobené porušením rozloženia potenciálu kryštálovej mriežky polovodiča v dôsledku jeho rozbitia na povrchu; prítomnosť nekompenzovaných valenčných väzieb v povrchových atómoch; skreslenie potenciálu mriežky v dôsledku povrchových atómov; skreslenie mriežkového potenciálu v dôsledku možných povrchových defektov v kryštálovej štruktúre. [§9.2].
Povrchový potenciál	Ak vezmeme potenciál v objeme polovodiča rovný nule, potom sa povrchový potenciál bude líšiť od nuly v dôsledku prítomnosti nábojov medzi objemom a povrchom. Potenciálny rozdiel medzi povrchom a objemom sa nazýva povrchový potenciál[§9.2].
Zlomiť	Tunel - na základe tunelového efektu, ktorý sme študovali - keď elektróny prechádzajú cez potenciálnu bariéru r-p- prechod bez zmeny jeho energie.
Lavína - Mechanizmus rozpadu lavín je podobný mechanizmu nárazovej ionizácie v plynoch. Pod vplyvom silného elektrické pole elektróny sa môžu uvoľniť z kovalentných väzieb a prijať energiu dostatočnú na prekonanie potenciálnej bariéry r-p- prechod. Pohyb v oblasti vysokou rýchlosťou r-p- prechodu sa zrážajú s neutrálnymi atómami a ionizujú ich.
Tepelné - Elektrické a tepelné poruchy sa v mnohých prípadoch vyskytujú súčasne. Pri elektrickom prieraze sa polovodič zahrieva a potom dochádza k tepelnému rozpadu. Tepelné generovanie párov elektrón-diera vedie k zvýšeniu koncentrácie menšinových nosičov náboja a k zvýšeniu spätného prúdu a zvýšenie prúdu vedie k ďalšie zvýšenie teplota. Proces rastie ako lavína. Ak sa kryštál príliš zahrieva, rp-prechod nezvratne zlyhá.
Pracovná funkcia	Volá sa pracovná funkcia práca na presun elektrónu z vodiča do okolitého priestoru sa rovná súčinu náboja elektrónu e na prejdenom potenciálnom rozdiele φ 0 .[§ 4.2.1].
Rekombinácia nosičov náboja	Proces premeny voľného elektrónu na viazaný elektrón a zánik dvojice nosičov náboja (elektrón-diera) sa nazýva rekombinácia.
Interakčné sily	Povaha interakčných síl medzi atómami v kryštáloch je dobre známa. to - elektrické sily odpudzovanie a priťahovanie kladne a záporne nabitých častíc prítomných v každom atóme. [§1.1].
Syngónia	V kryštalografii je zvykom spájať 32 tried symetrie do 7 systémov symetrie alebo 7 syngónií, ktoré nesú tieto názvy vo vzostupnom poradí symetrie: triklinický systém, ktorý zahŕňa dve triedy symetrie, trigonálny systém, ktorý kombinuje sedem tried, jednoklonný systém, ktorý zahŕňa tri triedy, hexagonálny systém - päť tried, kosoštvorcový, aj s tromi triedami, tetragonálny systém so siedmimi triedami, kubický systém [§ 1.3]. [§ 1.3].
Vlastný polovodič	Polovodič bude vlastný, ak je vplyv nečistôt na jeho vlastnosti zanedbateľný. Voľné nosiče náboja v ňom vznikajú len porušením valenčných väzieb [§ 3.2].
stimulovaná emisia	Môže nastať proces, pri ktorom všetky excitované atómy emitujú takmer súčasne, vzájomne prepojené a tak, že generované fotóny sú absolútne na nerozoznanie od tých, ktoré spôsobili túto generáciu. Takáto stimulovaná koherentná emisia sa nazýva stimulované alebo vyvolané[§10.4.].
Termočlánok	Pozri [§11.2.1].
termoprvok	Pozri [§ 11.2.2].
Termoelektrické javy	Pozri [§10.1.1].
Vysielanie	Kryštál má nespojitú periodickú štruktúru. Z geometrického hľadiska je možné takúto štruktúru vytvoriť pomocou operácie paralelného posunu tzv vysielať[§1.3].
Pevné	Pevné skupenstvo (TT) je taký stav agregácie látky, ktorý je charakterizovaný stálosťou tvaru uvažovaného makrosystému a špeciálnou povahou tepelného pohybu atómov tvoriacich makrosystém. Existujú kryštalické a amorfné HP. Termodynamicky stabilné CT sú kryštalické, pretože majú minimálnu vnútornú energiu [§1.1].
Vysielacia skupina	Poloha ľubovoľného bodu v priestorovej mriežke je určená kombináciou posunov ma+nb+pc. Kombinácia troch vektorov a, b, c volal vysielacej skupiny[§1.3].
tepelný rozpad p-n križovatka	K tepelnému rozpadu p-n prechodu dochádza v dôsledku vyťahovania valenčných elektrónov z väzieb v atómoch počas tepelných vibrácií kryštálovej mriežky. Tepelné generovanie párov elektrón-diera vedie k zvýšeniu koncentrácie nehlavných nosičov náboja a k zvýšeniu spätného prúdu. [§8.4].
tunelový efekt	Tunelový efekt spočíva v tom, že elektróny prechádzajú potenciálom p-n bariéra prechod bez zmeny jeho energie. [§8.6].
Fotovodivosť polovodičov	Fenomén fotovodivosti je zvýšenie elektrickej vodivosti polovodiča pod vplyvom elektromagnetická radiácia. [§ 10.1].
Fotoodporový efekt	Podstatou tohto javu je, že keď sú svetelné kvantá absorbované s energiou dostatočnou na ionizáciu vlastných atómov polovodiča alebo ionizáciu nečistôt, zvyšuje sa koncentrácia nosičov náboja. [§10.2].
Stred symetrie	Ak je v kryštáli bod, ktorý má tú vlastnosť, že pri výmene polomeru-vektora r, ktorákoľvek z častíc, ktoré tvoria kryštál k jeho inverznému vektoru - r, kryštál prechádza do stavu na nerozoznanie od originálu, potom sa tento bod nazýva stred symetrie alebo stred inverzie [§ 1.3].
Extrakcia nosičov náboja	Pre menšinových nosičov (diery v n- oblasti a elektrónov v R - oblasť) v prechode elektrón-diera nie je žiadna potenciálna bariéra a pole ich vtiahne do oblasti pn prechod. Tento jav sa nazýva extrakcia.[§ 8.2].
elementárna bunka	Rovnobežník postavený na troch elementárnych prekladoch a, b, c sa nazýva elementárny hranol alebo elementárna bunka.[ §1.3].
Prvky symetrie	rovina symetrie, os symetrie, stred symetrie, zrkadlovo rotačná os symetrie[ §1.3].
Elektrochemický potenciál	Energia elektrochemický potenciál- práca, ktorá sa musí vynaložiť na zmenu počtu častíc v systéme na jednotku za predpokladu, že objem a teplota sú konštantné [§ 3.3].
Elektrické členenie p-n prechod	K elektrickému rozpadu dochádza v dôsledku vnútornej elektrostatickej emisie (Zenerov prieraz) a pod vplyvom nárazovej ionizácie polovodičových atómov (lavínový rozpad). [§ 8.4].
Elektronické vyžarovanie	Pozri [§ 4.2.2].
Elektronický dierový prechod (p-n prechod).	Prechod medzi materiálmi s elektrickou vodivosťou typu n a p je meno p-n prechod. [§ 7.2].
Elektrostatická doména	Pozri Gunnov efekt [§ 5.6].
Fermiho energia	Pri teplote rovnajúcej sa absolútnej nule T = 0 K energia celého atómového systému vrátane elektrónového plynu je minimálna. V tomto prípade sa však pozoruje charakteristická situácia, keď elektróny nachádzajúce sa na vyšších energetických úrovniach majú stále dostatočne veľkú energiu, ktorú nemôžu stratiť a prejsť na nižšie úrovne kvôli Pauliho zákazu. Označuje sa energia elektrónov, ktoré zaberajú najvyššiu z obsadených úrovní ε max a nazýva sa Fermiho energia [§ 2.1, § 3.3].
Efektívna hmotnosť	Vplyv na pohyb elektrónu v poli periodického kryštálového potenciálu iónov a iných elektrónov vedie k tomu, že vlastnosti prúdových nosičov v kryštáli (vodivé elektróny a diery) sa v mnohých ohľadoch líšia od vlastností elektrónov v voľné miesto. A ich hmotnosť (efektívna hmotnosť) môže byť veľmi odlišná od hmotnosti voľného elektrónu a závisí od smeru pohybu [§ 3.5].
Gannov efekt	Pozri [§ 5.6].
Zinnerov efekt	Pozri [§ 5.6].
Seebeckov efekt	Pozri [§ 10.1.1].
Peltierov efekt	Pozri [§ 10.1.2].
Thomsonov efekt	Pozri [§ 10.1.3].
halový efekt	Fenomén objavenia sa priečneho elektrického poľa v polovodiči, cez ktorý preteká prúd, pod vplyvom magnetického poľa, sa nazýva Hallov jav. [§ 6.1.1].
ostrý efekt	Pozri [§ 5.6].

Elektrónové lúče sú usmernené prúdy rýchlo sa pohybujúcich elektrónov; priečne rozmery zväzkov sú zvyčajne oveľa menšie ako ich dĺžka. Prvýkrát boli objavené elektrónové lúče pri výboji plynu pri zníženom tlaku: pozorovala sa slabá modrá žiara pozdĺž osi plynovej výbojky a fluorescencia sklenených stien trubice, čo bolo vysvetlené pôsobením tzv. lúče (pokusy anglického fyzika W. Crookesa). Ďalší výskum viedol k objavu elektrónu (anglický fyzik J. Thomson, 1897) a samotné lúče boli identifikované s tokmi elektrónov.
V súčasnosti sa elektrónové lúče vytvárajú v elektrónovo-vákuových zariadeniach, ktoré využívajú fenomén termionickej emisie. Ak sa v anóde elektrónovej trubice vytvorí otvor, časť elektrónov zrýchlených elektrickým poľom vletí do otvoru a vytvorí elektrónový lúč za anódou. Počet elektrónov v lúči je možné regulovať umiestnením prídavnej elektródy medzi katódu a anódu a zmenou jej potenciálu. Elektrónové lúče majú množstvo vlastností, vďaka ktorým sú široko používané. praktické využitie.
Vlastnosti elektrónových lúčov a ich aplikácie
Elektrónové lúče majú energiu. Dostávajú sa na telo a spôsobujú ich zahrievanie. V modernej technológii sa táto vlastnosť využíva na elektronické tavenie ultračistých kovov vo vákuu.
Pri dopade na kovovú platňu s vysokou hustotou (volfrám, platina) sa elektrónové lúče spomaľujú, čo vedie k röntgenovému žiareniu. Táto vlastnosť sa využíva v röntgenových trubiciach, o ktorých bude reč neskôr.
Niektoré látky (sklo, sulfidy zinku a kadmia), bombardované elektrónmi, žiaria. V súčasnosti sa medzi materiálmi tohto typu (luminofory) používajú tie, v ktorých sa až 25 % energie elektrónového lúča premieňa na svetelnú energiu.
Elektrónové lúče sú vychyľované elektrickým poľom. Napríklad pri prechode medzi platňami nabitého kondenzátora sa elektróny odchyľujú od záporne nabitej platne ku kladne nabitej platni (obr. 3.39).
Elektrónové lúče sú tiež vychyľované v magnetickom poli. preletieť severný pól magnet, elektróny sa odchyľujú doľava a preletia nad južným pólom - ^ doprava (obr. 3.40). Odchýlka prúdov elektrónov prichádzajúcich zo Slnka v magnetickom poli Zeme vedie k tomu, že žiara plynov horné vrstvy atmosféru (polárne žiary) pozorujeme len na póloch.

Ryža. 3,40
Ryža. 3.39
Možnosť ovládať elektrónový lúč pomocou elektrického alebo magnetického poľa a žiariť pôsobením lúča obrazovky pokrytého fosforom nachádza uplatnenie v katódovej trubici.
Katódová trubica
Zariadenie katódovej trubice je znázornené na obrázku 3.41. Rúrka je vákuový valec vyrobený vo forme banky, expandovanej na jednej strane. Expandované dno banky je potiahnuté fosforom a tvorí rúrkové sito. Na úzkom konci trubice je umiestnený zdroj rýchlych elektrónov - elektrónové delo (obr. 3.42). Skladá sa zo žeraviacej oxidovej katódy K a troch koaxiálnych valcov: riadiacej elektródy (mriežky) M, prvej anódy Ax a druhej anódy A2.
Elektróny sú emitované zahriatou oxidovou vrstvou na čelnej strane valcovej katódy a prechádzajú cez otvor vo valcovej riadiacej elektróde. Riadiaca elektróda má voči katóde záporný potenciál (-20...-70 V) a svojim poľom stláča elektrónový lúč opúšťajúci katódu. Zmenou tohto potenciálu je možné zmeniť počet elektrónov v lúči, t.j. jeho intenzitu.
Každá anóda pozostáva z kotúčov s malými otvormi vloženými do kovového valca. Potenciál prvej anódy je kladný vo vzťahu ku katóde a potenciál druhej anódy je kladný vo vzťahu k prvej anóde. Elektrické polia medzi elektródou M a anódou Ay, ako aj medzi anódami Ax a A2, urýchľujúce elektróny, sú znázornené na obrázku 3.42 pomocou ekvipotenciálnych plôch. Tvar, umiestnenie a potenciály anód sú zvolené tak, aby spolu so zrýchľovaním elektrónov dochádzalo aj k fokusácii elektrónového lúča, t.j. zmenšovaniu jeho plochy.
vertikálne vychýlenie

dosky Obr. 3.41

prierez. Na obrazovke, v mieste, kde dopadá elektrónový lúč (úzko zaostrený elektrónový lúč sa niekedy nazýva elektrónový lúč), sa objaví žiara.
Za elektrónovou pištoľou prechádza zaostrený elektrónový lúč na svojej ceste k obrazovke v sérii medzi dvoma pármi riadiacich dosiek, podobne ako dosky plochého kondenzátora. Ak medzi doskami nie je elektrické pole, lúč nie je vychýlený a svetelný bod je umiestnený v strede obrazovky. Keď sa rozdiel potenciálov prenáša na vertikálne umiestnené dosky, lúč sa posúva v horizontálnom smere a keď je rozdiel potenciálov prenášaný na horizontálne dosky, posúva sa vo vertikálnom smere. Súčasné použitie dvoch párov dosiek umožňuje posúvať svetelný bod na obrazovke ľubovoľným smerom.
Malá hmotnosť elektrónov v elektrónovom lúči poskytuje malú zotrvačnosť katódovej trubice: elektrónový lúč takmer okamžite reaguje na zmeny napätia na ovládacích doskách. Táto vlastnosť elektrónových lúčov je základom pre použitie katódovej trubice v elektronickom osciloskope – zariadení, ktoré sa používa na štúdium rýchlo sa meniacich procesov v elektrických obvodoch.
V katódovej trubici používanej v televízore (tzv. kineskop) je elektrónový lúč riadený pomocou magnetického poľa. Toto pole je vytvorené cievkami umiestnenými na hrdle trubice.
Displej
Katódové trubice sú široko používané v zariadeniach pripojených k elektronickým počítačom (počítačom) - displejom. Obrazovka, podobne ako obrazovka televízora, prijíma informácie zaznamenané a spracované počítačom. Môžete priamo vidieť text v akomkoľvek jazyku, grafiku rôznych procesov, obrázky skutočných objektov, ako aj imaginárne objekty, ktoré sa riadia zákonmi napísanými v počítačovom programe.
V katódových trubiciach sa vytvárajú úzke elektrónové lúče riadené elektrickými a magnetickými poľami. Tieto lúče sa používajú v osciloskopoch, televíznych kineskopoch a počítačových displejoch.

Vynález sa týka elektroniky a možno ho použiť pri výrobe elektronických zariadení, laserov, ako aj v plazmochémii, spektroskopii, spracovaní materiálov, zváraní elektrónovým lúčom a diagnostických meraniach. Spôsob získania elektrónového lúča spočíva vo vedení vysokonapäťového výboja v kontinuálnom alebo pulznom režime vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory naplnenej plynom, zrýchlením a extrakciou elektrónového lúča cez otvory v anóde, privádzajúce ku katóde svetelný tok spôsobujúci fotoelektrický efekt zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery počas vysokonapäťového výboja, zatiaľ čo ak sa napätie zvýši, tlak plynu vo výbojovej komore sa zníži a priestor driftu za anódou je blízko v objeme výbojovej komory je vytvorená rozšírená oblasť s nízkym gradientom potenciálu a v objeme výbojovej komory medzi rozšírenou oblasťou s nízkym gradientom potenciálu a anódou je použitá vložka s dielektrickými kanálikmi, v ktorej sú urýchľované elektróny , a plochá doska s vyvŕtané otvory. Napätie dodávané v nepretržitom režime sa pohybuje od 1,5 do 10 kV a zodpovedajúci tlak sa pohybuje od 6 do 12 Torr. Napätie aplikované v pulznom režime sa pohybuje od 1,5 do 10 kV a zodpovedajúci tlak sa pohybuje od 8 do 16 Torr. Použitie navrhovaného spôsobu získavania elektrónových lúčov umožňuje získať ich s vysokou účinnosťou a predĺžiť životnosť katódy. 2 s. a 2 z.p. f-ly., 2 chor.

Vynález sa týka elektroniky a možno ho použiť pri výrobe elektronických zariadení, laserov, ako aj v plazmochémii, spektroskopii, spracovaní materiálov, zváraní elektrónovým lúčom a diagnostických meraniach. Známy spôsob vytvárania elektrónového lúča (US patent 4641316, IPC 4 H 01 S 3/09), vrátane implementácie vysokonapäťového výboja vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme naplnenej výbojovej komory s plynom, zrýchlenie a extrakcia elektrónového lúča cez otvor v anóde. V tomto prípade sa vysokonapäťový výboj vykonáva v nepretržitom režime pomocou abnormálneho žeravého výboja. Okrem toho, ak sa napätie zvýši, tlak plynu vo výbojovej komore sa zníži. Urýchlite elektróny v oblasti poklesu katódového potenciálu. Anóda sa používa prstencová. Na katóde vyrobenej z hliníka alebo horčíka sa používa povlak oxidu Al 2 O 3 alebo Mg 2 O 3 alebo sa uskutočňuje vysokonapäťový výboj v zmesi plynov s malou prímesou kyslíka. nevýhody túto metódu sú nízka účinnosť tvorby elektrónového lúča a silné rozprašovanie katódy, čo znižuje jej životnosť. Dôvody nedostatkov sú nasledovné. Na získanie elektrónov sa ich emisia z katódy využíva pôsobením iónov zrýchlených v oblasti poklesu potenciálu katódy a bombardovania katódy; ióny, ktoré sa zrýchľujú v oblasti poklesu potenciálu katódy, získavajú významnú energiu a uzavrieť časť prúdu ku katóde, čím sa zníži účinnosť tvorby elektrónového lúča. Okrem toho režim vysokého iónového prúdu ku katóde potrebného na produkciu elektrónov a veľké množstvo iónovej energie potrebnej na zlepšenie účinnosti tvorby elektrónového lúča ničí oxidový povlak, ktorý sa používa na zvýšenie koeficientu emisie ión-elektrónov. v rýchlom katódovom výstupe.mimo prevádzky. Ďalší dobre známy spôsob získania elektrónového lúča (AS ZSSR 820511, MPK 3 N 01 J 39/35) zahŕňa realizáciu vysokonapäťového výboja vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory. naplnená plynom, zrýchlenie a extrakcia elektrónového lúča cez otvory v anóde, privádzanie svetelného toku ku katóde spôsobujúceho fotoelektrický efekt zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery počas vysokonapäťového výboja. V tomto prípade sa vysokonapäťový výboj vykonáva v pulznom režime, s viac ako dvojnásobným prepätím, tlak plynu vo výbojovej komore je vyšší ako 0,1 Torr a ak sa napätie zvýši, tlak plynu vo výboji komora je redukovaná, elektróny sa zrýchľujú v oblasti poklesu potenciálu katódy a anóda je sieťovaná. Nevýhodou tejto metódy je nízka účinnosť tvorby elektrónového lúča v dôsledku nutnosti použitia sieťovej anódy a v dôsledku toho, že pri svojom pohybe vo vnútri urýchľovacej medzery od katódy k anóde elektróny ionizujú pracovný plynu. Ióny, urýchľujúce sa v oblasti poklesu potenciálu katódy, získavajú značnú energiu a približujú časť prúdu ku katóde, čím znižujú účinnosť tvorby elektrónového lúča. Iné značná nevýhoda je naprašovanie katódy, čo vedie k obmedzeniu jej životnosti. Príčinou tohto nedostatku je existencia významného iónového prúdu ku katóde, tvoreného iónmi zrýchlenými v oblasti poklesu katódového potenciálu. Technické riešenie najbližšie k nárokovanému je spôsob získania elektrónového lúča (A.R. Sorokin. Kontinuálny elektrónový lúč v otvorenom výboji. Journal of Technical Physics, vol. 65, v. 5, 1995, str. 198-201), vrátane realizácia vysokonapäťového výboja vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory naplnenej plynom, zrýchlenie a extrakcia elektrónového lúča cez otvory v anóde, prívod svetelného toku ku katóde, čo spôsobuje fotoelektrický efekt, zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery pri realizácii vysokonapäťového výboja. Okrem toho sa vysokonapäťový výboj vykonáva v kontinuálnom režime, zatiaľ čo ak sa zvýši napätie, potom sa zníži tlak plynu vo výbojovej komore, veľkosť použitého napätia sa pohybuje od 1 do 6 kV, tlak plynu v výbojová komora je od 1 do 10 Torr, ako externý sa využíva driftový priestor za anódou k výbojovej medzere zdroja žiarenia, elektróny sú urýchľované v oblasti poklesu potenciálu katódy a používa sa sieťová anóda. Nevýhodou tohto technického riešenia je relatívne nízka účinnosť tvorby elektrónového lúča v dôsledku nutnosti použitia sieťovej anódy a v dôsledku toho, že pri ich pohybe vo vnútri urýchľovacej medzery od katódy k anóde dochádza k ionizácii elektrónov. pracovný plyn. Ióny, urýchľujúce sa v oblasti poklesu potenciálu katódy, získavajú značnú energiu a približujú časť prúdu ku katóde, čím znižujú účinnosť tvorby elektrónového lúča. Ďalšou významnou nevýhodou je rozprašovanie katódy, ku ktorému dochádza v dôsledku značného iónového prúdu ku katóde, tvoreného iónmi urýchlenými v oblasti poklesu potenciálu katódy. Technickým výsledkom vynálezu je: - zvýšenie účinnosti tvorby elektrónového lúča; - zníženie katódového rozprašovania. Technický výsledok je dosiahnutý tým, že pri spôsobe získavania elektrónového lúča sa vysokonapäťový výboj uskutočňuje kontinuálne vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory naplnenej plynom. elektrónový lúč sa urýchľuje a extrahuje cez otvory v anóde, na katódu sa privádza svetelný tok spôsobujúci fotoelektrický efekt zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery počas vysokonapäťového výboja, zatiaľ čo ak sa napätie zvýši , potom sa tlak plynu vo výtlačnej komore zníži. Driftový priestor za anódou sa používa ako zdroj žiarenia zvonku výbojovej medzery, v blízkosti katódy je vytvorená rozšírená oblasť s nízkym gradientom potenciálu, v objeme výbojovej komory medzi rozšírenou oblasťou je použitá vložka s dielektrickými kanálmi s nízkym potenciálovým gradientom a anódou, v ktorej sú urýchľované elektróny a ako anóda je použitá plochá doska s vyvŕtanými otvormi. Pri spôsobe získania elektrónového lúča sa veľkosť napätia dodávaného v kontinuálnom režime mení od 1,5 do 10 kV a zodpovedajúci tlak je od 6 do 12 Torr. Technický výsledok je dosiahnutý tým, že pri spôsobe získavania elektrónového lúča sa uskutočňuje vysokonapäťový výboj vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory naplnenej plynom, elektrónovým lúčom. sa urýchľuje a extrahuje cez otvory v anóde, svetelný tok spôsobujúci fotoelektrický efekt sa pri vysokonapäťovom výboji privádza na katódu zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery, a ak sa zvýši napätie, potom tlak plynu vo výbojovej komore je znížený, driftový priestor za anódou sa využíva ako externý zdroj žiarenia vzhľadom na výbojovú medzeru, vysokonapäťový výboj sa uskutočňuje v pulznom režime, vytvára sa rozšírená oblasť s nízkym gradientom potenciálu v blízkosti katódy je v objeme výbojovej komory medzi rozšírenou oblasťou s nízkym gradientom potenciálu a anódou použitá vložka s dielektrickými kanálikmi, v ktorej sú urýchľované elektróny a plochá doska s vyvŕtanými otvormi. Pri spôsobe vytvárania elektrónového lúča sa napätie aplikované v pulznom režime mení od 1,5 do 10 kV a zodpovedajúci tlak sa mení od 8 do 16 Torr. Podstata vynálezu je ilustrovaná nasledujúcim opisom a priloženými výkresmi. Na obr. 1 schematicky znázorňuje výbojovú komoru obsahujúcu katódu 1, plochú anódu 2 v tvare platne s vyvŕtanými otvormi, vložku s dielektrickými kanálikmi 3 vyrobenú z kremeňa, pričom dielektrické kanály sú zarovnané s otvormi v anóde, a elektrón. kolektor 4. Obrázok 2 ukazuje volt-ampérovú charakteristiku napríklad kontinuálneho výboja v héliu (podobné prúdovo-napäťové charakteristiky boli získané pre pulzný výboj), čo dokazuje vysokú účinnosť tvorby elektrónového lúča, kde 5 je závislosť anódový prúd kompenzujúci prúd iónov ku katóde na napätí medzi katódou a anódovým tlakom hélia rovný 8,1 Torr, 6 - závislosť anódového prúdu, kompenzujúceho prúd iónov ku katóde, od napätia medzi katódou a katódou. anóda pri tlaku hélia 9,5 Torr, 7 - závislosť prúdu elektrónov lúča na kolektore od napätia medzi katódou a anódou pri tlaku hélia 8,1 Torr, 8 - závislosť celkového prúdu z katódy na napätí medzi katódou a anódou pri tlaku hélia 8,1 Torr, 9 - závislosť celkového prúdu z katódy od napätia medzi katódou a anódou pri tlaku hélia 9,5 Torr, 10 - závislosť účinnosti elektrónu napätie tvorby lúča medzi katódou a anódou pri tlaku hélia 8,1 Torr, 11 - závislosť účinnosti tvorby elektrónového lúča od napätia medzi katódou a anódou pri tlaku hélia 9,5 Torr. Implementácia navrhovaného spôsobu vo vypúšťacej komore (obrázok 1) je nasledovná. Zvýšením napätia medzi katódou a anódou sa elektróny emitované katódou prenesú do režimu zrýchlenia a vynesú sa do driftového priestoru za anódou. Časť zrýchlených elektrónov generovaných na katóde pod vložkou z kremeňa s dielektrickými kanálikmi narazí na jej povrch a nabije ju na potenciál U=E/e, kde E a e sú energia a náboj elektrónu. Tým sa vytvorí rozšírená oblasť s nízkym potenciálovým gradientom, pretože pole v medzere medzi vložkou s dielektrickými kanálmi - katódou takmer úplne zmizne. Interakcia poľa vytvoreného nabitou vložkou s dielektrickými kanálmi s aplikovaným poľom vytvára ekvipotenciálne povrchy, ako je povrch AB znázornený na obrázku 1, ktorého potenciálna hodnota je blízka aplikovanému napätiu U AB ~ U k. elektróny emitované katódou na začiatku svojej cesty smerujú cez rozšírenú oblasť s nízkym potenciálovým gradientom a až potom sú urýchlené na energiu E=eU to a produkujú ionizáciu plynu. Pretože vložka s dielektrickými kanálmi je nabitá na potenciál približne zodpovedajúci potenciálu katódy, urýchľovacie pole je významné len v dielektrických kanáloch. Preto k tvorbe iónov a sekundárnych elektrónov dochádza prevažne v týchto kanáloch a v driftovom priestore za anódou. Vďaka efektívnemu toku procesov ambipolárnej difúzie sa rekombinujú na stenách kanála a na katóde bez toho, aby spôsobili prenos prúdu medzi katódou a anódou. Rýchle ióny produkované v oblasti vysokého potenciálového gradientu umiestneného za ekvipotenciálnou plochou AB rozptyľujú svoju energiu pri elastických zrážkach s atómami pracovného plynu a tiež strácajú schopnosť prenášať prúdový vektor na katódu. Výsledkom je, že väčšina prúdu v komore je prenášaná lúčovými elektrónmi. Pre optimálnu voľbu napäťového intervalu boli vynesené závislosti zmeny účinnosti tvorby elektrónového lúča na priloženom napätí (pri použití napätia v kontinuálnom režime aj v pulznom režime), napr. od 450 V do 4 kV (obr. 2, krivky 10 a 11, režim trvalého napájania). Optimálny rozsah aplikovaných hodnôt napätia v kontinuálnom aj pulznom režime bol 1,510 kV. Keď sa spaľovacie napätie zmení zo zapaľovacieho U~450 V na U~650 V, dôjde k vytvoreniu elektrónového lúča ako pri spôsobe získania elektrónového lúča (US patent 4641316, IPC 4 H 01 S 3/09), kde používa sa abnormálny žeravý výboj. Účinnosť tvorby elektrónového lúča je vyjadrená vzťahom =j e /(j e +j i), (1) kde j i je prúdová hustota iónov bombardujúcich katódu; j e je prúdová hustota emisie elektrónov. Keďže j e = i j i (2), kde i je koeficient iónovo-elektrónovej emisie, potom = i /( i +1) (3). Tento rozsah hodnôt napätia je charakterizovaný nízkymi zodpovedajúcimi hodnotami účinnosti tvorby elektrónového lúča, pretože i je menšie ako 0,5. Vysoká účinnosť tvorby elektrónového lúča sa dá dosiahnuť len pri vyššom napätí. V rozsahu napätia od U~650 V do U~1200 V sa účinnosť tvorby elektrónového lúča postupne zvyšuje až na ~95 %, keďže okrem emisie elektrónových iónov sa výrazne zvyšuje aj fotoemisia. Zároveň je energia získaná elektrónmi taká významná, že nabijú povrch vložky s dielektrickými kanálmi na potenciál blízky hodnote použitého napätia. V dôsledku toho je pole v medzerovej katóde - vložke s dielektrickými kanálikmi prudko oslabené, pričom má tvar znázornený na obrázku 1 (ekvipotenciálny povrch AB). Spolu s pôsobením ambipolárneho mechanizmu straty iónov a sekundárnych elektrónov to spôsobuje hlboký pokles iónového prúdu ku katóde a elektrónového prúdu k anóde. Pokles hodnoty anódového prúdu je taký veľký, že vedie k vzniku úseku s klesajúcou prúdovo-napäťovou charakteristikou pre celkový prúd, obr.2 krivka 8. Rast prúdu elektrónového lúča je však zachovaný. (Obr.2 krivka 7). V rozsahu od U~2 kV do U~5 kV sú hodnoty napätia také vysoké, že elektróny prechádzajú do režimu zrýchlenia v celej výbojovej medzere medzi katódou a anódou, a to nielen v oblasti blízko ekvipotenciálna plocha AB. Preto produkujú hlavne ionizáciu vo vnútri dielektrických kanálov kremennej vložky a v oblasti driftového priestoru. V dôsledku vývoja laterálnej štruktúry dielektrických kanálov vložky odumierajú ióny a sekundárne elektróny na stenách v dôsledku procesov ambipolárnej difúzie, čo znižuje prílev iónov do oblasti blízkej katóde a spôsobuje oslabenie iónového prúdu ku katóde, ako aj elektrónového prúdu k anóde, ktorý ho kompenzuje. To všetko vedie k zvýšeniu účinnosti tvorby elektrónového lúča až na ~99,5% pri elektrónovom prúde Ie ~1520 mA. V tomto intervale variácie sa realizujú hodnoty napätia optimálne podmienky vytvorenie elektrónového lúča podľa nárokovaného spôsobu. Prebytok elektrického prúdu nad iónom dosahuje faktor I e / I i = 200, ktorý je oveľa vyšší ako pri známej metóde. V rovnakom pomere klesá aj rýchlosť rozprašovania katódy. Pri milisekundových budiacich impulzoch, kedy je ohrev plynu a jeho vytlačenie z komory menšie, je hodnota ešte vyššia a dosahuje hodnotu rovnajúcu sa 99,8 % alebo viac, hodnota faktora I e /I i =500. Pri vyšších napätiach, ako sú hodnoty uvažovaného intervalu, získavajú ióny zrýchlené v zóne za ekvipotenciálnou plochou AB takú veľkú energiu, že už dokážu „preraziť“ rozšírenú oblasť s nízkym gradientom potenciálu a dostať sa ku katóde, čo v tomto prípade vedie k postupnému znižovaniu účinnosti tvorby elektrónového lúča pri I e ~20 mA alebo viac a v závislosti od tlaku plynu vo výbojovej komore pri aplikovanom napätí U od 4 do 5 kV. Pri tlaku plynu vo výbojovej komore, ktorý sa rovná Р=4 Torr, dochádza k zníženiu účinnosti tvorby elektrónového lúča pri aplikovanom napätí 10 kV. "Rozpad" nastáva v dôsledku rýchleho poklesu prierezu zrážky iónu s atómami plynu so zvyšujúcou sa energiou iónov. V dôsledku toho sa potenciál prenáša hlboko do rozšírenej oblasti s nízkym gradientom potenciálu, čo znižuje jeho hrúbku; ) zníženie účinnosti tvorby elektrónového lúča. Na výber rozsahu tlaku plynu vo výbojovej komore, v ktorom dochádza k zvýšeniu účinnosti tvorby elektrónového lúča, sa uskutočnili experimenty so zmenou tlaku plynu v komore od 4 do 20 Torr. Optimálny rozsah hodnôt plynu vo výbojovej komore bol 612 Torr, keď bolo napätie aplikované v nepretržitom režime. Keď bolo napätie aplikované v pulznom režime, tento interval bol - 816 Torr. Smer svetelného toku, ktorý spôsobuje fotoelektrický efekt zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery počas vysokonapäťového výboja na katódu, zvyšuje výťažok elektrónov z katódy, čo je ekvivalentné zvýšeniu i (vzťah 2) a tým sa zvyšuje (vzťah 3) a vedie k relatívnemu zníženiu katódového rozprašovania. Použitie driftového priestoru za anódou ako zdroja žiarenia, ktoré spôsobuje fotoelektrický efekt, umožňuje získať kontinuálny aj pulzný režim tvorby elektrónového lúča. V nárokovanom spôsobe sa ako anóda používa plochá doska s vyvŕtanými otvormi a je umiestnená za vložkou s dielektrickými kanálikmi (3) (obr. jeden). Ide o faktor prispievajúci k zvýšeniu účinnosti tvorby elektrónového lúča, keďže v tomto prípade anóda nezachytáva prúd rýchlych elektrónov, ako pri známej lúčovej metóde (A.R. Sorokin. Kontinuálny elektrónový lúč v otvorenom výboji 65, 1995, s. 198-201) a vytvorenie rozšírenej oblasti v blízkosti katódy s nízkym gradientom potenciálu vedie k ďalšiemu zvýšeniu účinnosti tvorby elektrónového lúča. . Vskutku, ako je ukázané (P.A. Bokhan. Mechanizmus tvorby a generovania intenzívnych elektrónových lúčov v otvorenom výboji. Journal of technickej fyziky, v.61, v.6, 1991, s. 61-68), účinnosť elektrónového lúča tvorba bez zohľadnenia strát v anódovej mriežke sa rovná
ext \u003d 1 / (1 + (dw / dx) / w 0) (4),
kde je podiel nákladov na energiu elektrónového lúča, ktorý ide na ionizáciu, ktorý sa pohybuje od 60 do 70 % pre vzácne plyny;
- dĺžka zrýchľovacej medzery;
dw/dx je strata energie lúča pri pohybe plynom;
w 0 je priemerná energia vynaložená na vytvorenie jedného iónu. Napríklad v héliu pri tlaku P He = 10 Torr, U = 2 kV a = 0,7 mm straty dw/dx = 185 eV/cm. Keďže pre hélium w 0 ~50 eV, potom v súlade so vzťahom (4) v tomto režime ext = 86,5 %. Ak je geometrická priehľadnosť anódovej mriežky = 85 %, potom v dôsledku toho bude účinnosť tvorby elektrónového lúča známym spôsobom (A. R. Sorokin. Kontinuálny elektrónový lúč v otvorenom výboji. Journal of Technical Physy, zv. 65, v. 5, 1995, s. 198 -201) je len ~74 %. V navrhovanom spôsobe je účinnosť tvorby elektrónového lúča oveľa vyššia, pozri obrázok 2 (krivka 10, 11). Počas bombardovania katódy iónmi je jej rýchlosť rozprašovania úmerná hustote iónového prúdu na katóde a v závislosti od materiálu katódy a energie iónov je 0,2-1,5 atóm/ión (M.A. Zavyalov, Yu.B. Kreidel, A A. Novikov, L. P. Shanturin, Plazmové procesy v technologických elektrónových lúčoch (Moskva: Energoizdat, 1989, 256 s.). Pretože v nárokovanom spôsobe je hodnota prúdovej hustoty iónov ku katóde desaťkrát menšia ako v známymi metódami(A.R. Sorokin. Kontinuálny elektrónový lúč v otvorenom výboji. Journal of Technical Physy, v.65, v.5, 1995, s.198-201; A.S. ZSSR 820511, IPC 3 H 01 J 39/35; US patent 4641316, IPC 4 H 01 S 3/09), potom je rozprašovanie katódy desaťkrát menšie. Príklad 1
Pri tlaku plynu vo výbojovej komore 10,1 Torr, napätí v kontinuálnom režime U= 2,5 kV, pri I e = 20 mA je účinnosť tvorby elektrónového lúča 99,2 %. Príklad 2
Pri tlaku plynu vo výbojovej komore rovnajúcom sa 9,1 Torr, napätí v kontinuálnom režime U=3,6 kV, pri I e =25 mA je účinnosť tvorby elektrónového lúča asi 99,4 %. Príklad 3
Pri tlaku plynu vo výbojovej komore rovnajúcom sa 7,6 Torr, napätí v kontinuálnom režime U=5,1 kV, pri I e =20 mA je účinnosť tvorby elektrónového lúča asi 99,3 %. Príklad 4
Pri tlaku plynu vo výbojovej komore rovnajúcom sa 8,1 Torr, napätí v pulznom režime U=8 kV, pri I e =70 mA, trvaní impulzu = 1 mS je účinnosť tvorby elektrónového lúča asi 99,6 %. Príklad 5
Pri tlaku plynu vo výbojovej komore rovnajúcom sa 12 Torr, napätí v pulznom režime U=6 kV, pri Ie =100 mA, trvaní impulzu = 100S, je účinnosť tvorby elektrónového lúča asi 99 %. Príklad 6
Pri tlaku plynu vo výbojovej komore rovnajúcom sa 16 Torr, napätí v pulznom režime U=4 kV, pri Ie =200 mA, trvaní impulzu = 50S, je účinnosť tvorby elektrónového lúča asi 98 %. Aplikácia navrhovaného spôsobu získavania elektrónových lúčov teda umožňuje získať ich s vysokou účinnosťou a predĺžiť životnosť katódy.

Nárokovať

1. Spôsob získania elektrónového lúča, ktorý spočíva vo vedení vysokonapäťového výboja v kontinuálnom režime vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory naplnenej plynom, zrýchlením a extrakciou elektrónového lúča. cez otvory v anóde, privádzajúci svetelný tok ku katóde, spôsobujúci fotoelektrický efekt, zo zdroja žiarenia mimo výbojovej medzery počas vysokonapäťového výboja, pričom ak sa zvýši napätie, potom tlak plynu vo výboji komora je znížená a driftový priestor za anódou je použitý ako externý zdroj žiarenia vzhľadom na výbojovú medzeru, vyznačujúci sa tým, že v blízkosti rozšírenej oblasti s nízkym gradientom potenciálu je v objeme výbojovej komory vytvorená a vložka s dielektrickými kanálmi sa používa v objeme výbojovej komory medzi rozšírenou oblasťou s nízkym gradientom potenciálu a anódou, v ktorej sú urýchľované elektróny a dielektrické kanály sú usporiadané koaxiálne v anóde a ako anóda sa používa plochá doska s vyvŕtanými otvormi. 2. Spôsob získania elektrónového lúča podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hodnota napätia dodávaného v kontinuálnom režime sa mení od 1,5 do 10 kV a zodpovedajúci tlak - od 6 do 12 Torr. Spôsob výroby elektrónového lúča, ktorý spočíva vo vedení vysokonapäťového výboja vo výbojovej medzere medzi katódou a anódou v objeme výbojovej komory naplnenej plynom, urýchľovaní a extrakcii elektrónového lúča cez otvory v anóde privádzajúci svetelný tok na katódu spôsobujúci fotoelektrický efekt z vonkajšej strany vzhľadom na výbojovú medzeru zdroja žiarenia pri vedení vysokonapäťového výboja, pričom pri zvýšení napätia sa tlak plynu vo výbojovej komore zníži znížená a driftový priestor za anódou sa používa ako externý zdroj žiarenia vzhľadom na výbojovú medzeru, vyznačujúci sa tým, že vysokonapäťový výboj sa uskutočňuje v pulznom režime, v blízkosti sa vytvorí rozšírená oblasť s nízkym gradientom potenciálu. v objeme výbojovej komory medzi rozšírenou oblasťou s nízkym gradientom potenciálu a anódou, v ktorej sú urýchľované elektróny, a dielektrikom je použitá katóda a vložka s dielektrickými kanálikmi. Kalové kanály sú usporiadané koaxiálne s otvormi v anóde a ako anóda sa používa plochá doska s vyvŕtanými otvormi. 4. Spôsob získania elektrónového lúča podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že hodnota aplikovaného impulzného napätia sa mení od 1,5 do 10 kV a zodpovedajúci tlak je od 8 do 16 Torr.

Elektrónový lúč je riadený tok elektrónov. Je možné napríklad získať elektrónový lúč z elektrónovej lampy. Aby ste to dosiahli, musíte urobiť otvor v anóde. Časť elektrónov zrýchlených elektrickým poľom spadne do tohto otvoru a vytvorí elektrónový lúč za anódou. Navyše budeme dokonca horieť, aby sme kontrolovali počet elektrónov v tomto lúči. K tomu bude potrebné vložiť medzi katódu a anódu prídavnú elektródu, ktorej potenciál budeme meniť.

Základné vlastnosti elektrónového lúča

• Pri dopade elektrónového lúča na povrch telesa dôjde k zahriatiu tohto telesa.Táto vlastnosť elektrónových lúčov je široko využívaná na elektronické tavenie ultračistých kovov.
• Získanie röntgenového žiarenia, pri ktorom dôjde k spomaleniu rýchlych elektrónov. Táto vlastnosť je široko používaná v röntgenových trubiciach a zariadeniach vyrobených na ich základe.
• Keď elektrónový lúč zasiahne niektoré látky, napríklad sklo, začnú žiariť. Tieto materiály sa nazývajú fosfory.
• Elektrónové lúče budú vychýlené elektrickým poľom. Ak napríklad prejdeme lúčom elektrónov medzi doskami kondenzátora, elektróny sa odklonia od záporne nabitej dosky.
• Elektrónový lúč je vychyľovaný magnetickým poľom. Ak vystrelíte lúč elektrónov cez severný pól magnetu, vychýli sa smerom k nemu ľavá strana, a ak je nad juhom - na pravú stranu. Preto možno polárnu žiaru pozorovať len na póloch Zeme.

Posledné tri vlastnosti elektrónového lúča našli uplatnenie v katódovej trubici.

Katódová trubica

Celkový pohľad a zariadenie katódovej trubice sú znázornené na nasledujúcom obrázku:

obrázok

Elektrónové delo je umiestnené v úzkom okraji CRT. Skladá sa z katódy a anódy a je zdrojom elektrónového lúča. V elektrónovom dele sa elektrónový lúč urýchľuje na požadovanú rýchlosť. Navyše v elektrónke je elektrónový lúč zaostrený tak, že jeho prierezová plocha je takmer bodová.

Potom, čo lúč opustí elektrónové delo, postupne prechádza cez dva páry riadiacich dosiek. Prispievajú k zmene smeru lúča. Ak na nich nie je žiadny potenciálny rozdiel, lúč bude nasmerovaný do stredu obrazovky. Ak privedieme napätie na vertikálne usporiadané platne, lúč sa posunie v horizontálnom smere o nejaký uhol. Ak privedieme napätie na horizontálne umiestnené dosky, lúč sa posunie vo vertikálnom smere. Pomocou dvoch párov dosiek teda môžeme dosiahnuť posun lúča do akéhokoľvek bodu na obrazovke.

Úzky prúd elektrónov sa nazýva elektrónový lúč. Elektrónový lúč, ktorý možno ovládať, sa získa v katódovej trubici (obr. 93). jedna z nej základné časti je vákuová sklenená fľaša (vákuum obj 0,000001 mmHg čl.). Na jednom konci je valcovitý a na druhom kužeľovitý a končí vypuklým dnom. Na vnútornej strane dna valca je nanesená vrstva fosforu a na základni trubice je umiestnená katóda, ktorá pri zahrievaní emituje elektróny. Katóda je umiestnená v riadiacom valci, na konci ktorého je otvor. Cez ňu vychádza elektrónový lúč. Činnosť riadiaceho valca je podobná pôsobeniu mriežky v trióde: zmenou záporného potenciálu riadiaceho valca sa reguluje počet elektrónov v lúči a tým aj jas žiary týchto častí obrazovky. kde sa mení elektrónový lúč. Za riadiacim valcom sú zaostrovacie a urýchľovacie anódy.

Medzi riadiacim valcom a zaostrovacou anódou je nehomogénna elektrické pole, ktorej ekvipotenciálne plochy majú tvar šošovky A, tzv elektrostatická šošovka(Obr. 94). Táto šošovka zaostrí elektrónový lúč a udelí elektrónom zrýchlenie, po ktorom elektrónový lúč vstúpi do elektrostatickej šošovky B medzi zaostrovaciu a urýchľovaciu anódu.

Zoberme si elektróny v bodoch 1 a 2. V nich, rovnako ako v iných bodoch, je intenzita elektrického poľa kolmá na ekvipotenciálne plochy a na náboj pôsobia sily F 1 a F 2, ktoré sú opačné k sile poľa v tieto body. Zložky týchto síl F1" a F2" prepožičiavajú elektrónom zrýchlenie pozdĺž osi valcov. Zložka F" 1 vychyľuje lúč nadol a zložka F" 2 - nahor.

Šošovka B dodáva elektrónom dodatočné zrýchlenie a navyše spôsobuje dodatočné zaostrenie elektrónového lúča. Elektróny v lúči preletia cez prvú polovicu šošovky nižšou priemernou rýchlosťou ako druhá (tam, kde dosiahne 10 4 km/sec), takže vychýlenie lúča smerom nadol je väčšie ako nahor. Pri vychýlení do osi v hornej polovici šošovky sa lúč zužuje. To isté sa deje v jej dolnej polovici. Zmenou potenciálu zaostrovacej anódy sa zmení konvergencia lúča a dosiahne sa jeho zaostrenie na matnici. Na ceste k tienidlu prechádza elektrónový lúč striedavo medzi dvoma pármi dosiek umiestnených vo vzájomne kolmých rovinách s vývodmi smerom von.

Katóda, riadiaci valec, zaostrovacia anóda, urýchľovacia anóda tvoria zariadenie tzv elektronická zbraň. Poďme zistiť, aké vlastnosti elektrónového lúča sa používajú v katódovej trubici. Keď ho zapneme (obr. 95, a) a zaostríme lúč na obrazovku, uvidíme na ňom svietiaci bod. Lúč elektrónov dopadajúci na fosfor spôsobuje jeho žiaru. Táto vlastnosť sa používa na výrobu obrazoviek v katódových trubiciach používaných v osciloskopoch, televízii a radaroch.

Pripojte vodiče vertikálnych dosiek k zdroju priamy prúd. Pohybom lúča (svetlého bodu) po obrazovke vidíme, že lúč sa odchýlil smerom k doske s kladným potenciálom. Keď sa zmení polarita dosiek, zmení sa aj smer posunu lúča v horizontálnej rovine. Keď sú horizontálne dosky pripojené k zdroju prúdu a keď sa zmení polarita, lúč sa bude pohybovať vo vertikálnej rovine. Ak sa na vertikálne umiestnené dosky aplikuje striedavé napätie, potom lúč (a svetlý bod na obrazovke) pôsobením výsledného elektrického poľa začne medzi doskami oscilovať v horizontálnom smere (pozdĺž osi X alebo času os t), a keď sa na vodorovné dosky privedie striedavé napätie, bude oscilovať vo vertikálnom smere (pozdĺž osi Y). Vďaka rýchlemu kolísaniu jasného bodu na obrazovke sa získa jasná priamka.

Na stranu trubice privedieme oblúkový magnet. Vidíme, že bod elektrónového lúča sa posunul k okraju obrazovky. Vymeňte póly magnetu, svetlý bod sa odchýlil cez obrazovku dovnútra opačná strana. (Vzhľadom na to, že lúč je prúd elektrónov, použite pravidlo ľavej ruky na určenie smeru vychýlenia bodu na obrazovke.) Elektrónový lúč je vychyľovaný elektrickými a magnetickými poľami. Vzhľadom na malú hmotnosť elektrónu je elektrónový lúč prakticky bez zotrvačnosti. Vďaka tomu je možné ho okamžite presunúť.

V osciloskope sa skúmané napätie aplikuje na horizontálne dosky (pozri obr. 93) a na zvislé dosky sa aplikuje pílovité napätie U-krát zo špeciálneho zariadenia (pozri obr. 95, b). Pílové napätie, ktoré sa zvyšuje priamo úmerne s časom, spôsobuje rovnomerný pohyb jasného bodu na obrazovke v horizontálnom smere počas času t 1, napríklad zľava doprava. Potom veľmi rýchlo klesne na nulu v čase t 2 . Počas t 2 sa elektrónový lúč vráti do svojej pôvodnej polohy a proces sa opakuje. Počas spätného chodu lúča sa na riadiaci valec privádza záporné blokovacie napätie, ktoré blokuje prístup elektrónov na obrazovku osciloskopu. To umožňuje na ňom pozorovať grafické znázornenie rýchlych periodických elektrických procesov.

Existujú katódové trubice s magnetickým zaostrovacím a vychyľovacím zariadením. Používajú sa ako prijímacie televízne trubice (kinoskopy). Ich zariadenie je jednoduchšie ako elektrostatické.