《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求1.doc

《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求 电子发射 电子发射的分类： ⑴、光电发射：靠光照射金属表面引起电子发射。 ⑵、热电子发射：加热金属使其中大量电子克服表面势垒而逸出。 ⑶、二次电子发射：靠电子流或离子流轰击金属表面产生电子发射 ⑷、场效应发射：靠外加强电场引起电子发射 2、热电子发射 ⑴、无线电电子学的基础 ⑵、真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象 二、实验目的和要求 1、了解热电子发射规律。 2、掌握逸出功的测量方法。 学习一种数据处理方法。 三、金属电子逸出功的测定原理简述 1、真空二极管的结构 阴极K 通以电流 If 加热 阳极A上加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流 Ia 通过 2、金属电子逸出功 ⑴金属中电子能量分布 根据固体物理学中金属电子理论，金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布，即： 式中WF称费米能级。 金属-真空界面表面势垒曲线 (x为电子距离金属表面的距离) 逸出功定义： ⑵、根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式。 式中：I-热电子发射的电流强度(A) S-阴极金属的有效发射面积(cm2) k-玻尔兹曼常数 T-绝对温度 eV-金属的逸出功 A-与阴极化学纯度有关的系数 3、肖脱基效应 式中的I是不存在外电场时的阴极热发射电流。无外场时，电子不断地从阴极发射出来，在飞向阳极的途中，必然形成空间电荷，空间电荷在阴极附近形成的电场，正好阻止热电子的发射，这就严重地影响发射电流的测量。为了消除空间电荷的影响，在阳极加一正电压，于是阳极和阴极之间形成一加速电场Ea，使电子加速飞向阳极。然而由于Ea的存在，使阴极发射电子得到助力，发射电流较无电场时大。这一现象称肖特基(Schottky)效应。 根据二极管理论，考虑到阴极和阳极共轴，且是园柱形，并忽略接触电势差和其它影响，可推得 式中Ia和I0分别是加速电场为Ea和零时的阴极发射电流；r1和r2分别为阴极和阳极的半径；Ua为阳极电压。 4、外延法求零场发射电流 5、查理逊直线法求逸出电势 【实验内容】 1、按图接好线路，经检查无误后，接通电源予热10分钟。（阳极+连1接线柱。阳极-连6接线柱，灯丝电压+连3接线柱，--连5接线柱，安培表正极连4接线柱，负极连5接线柱，微安表正极连1接线柱，负极连2接线柱） 2、取不同的灯丝电流If (即对应于不同的温度T)，从0.50A开始，每隔0.05A测一次。对每一电流If，测阳极电压为20，30，40，……，120伏时的电流Ia。 注意，If不能超过0.80A，以延长二极管寿命。每改变一次电流值，要恒温5发钟，使阴极达到热平衡。 3、用单对数坐标纸作lgIa－直线，求出截距1g I0，即求出不同电流If下的I0，查出对应的温度T。 4、作－直线。求直线的斜率Δ()/Δ()。计算钨的逸出功eφ。 5、与公认值时e=4.54eV比较，作误差分析。 【实验原始数据】 If/A Ua/V 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0.50 Ia/μA 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 【数据处理】 1、lgIa－曲线 根据原始数据计算出不同If下，lgIa与的值，如表1所示。 表1 不同If下lgIa与的值 If/A Ua1/2/V1/2 4.47 5.48 6.32 7.07 7.75 8.37 8.94 9.49 10.00 10.49 10.95 0.50 lgIa/μA 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 由表1中的数据可做不同If下lgIa－曲线，如图1所示(仅供参考)。 图1 lgIa－曲线 由上图可读出不同If下lgIa－曲线的截距lgI0，如表2所示。 表2 不同If对应的lgI0 If/A 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 lgI0/μA 2、－曲线 知不同If对应不同温度，如表3所示。 表3 标准二极管的加热电流与温度的关系 If/A 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 T/K 1720 1800 1880 1960 2040 2120