Термоэлектронная эмиссия оксидного катода

Оксидный катод наиболее распространен в современных электровакуумных приборах благодоря большой удельной эмиссии, сравнительно низкой рабочей температуре и высокой экономичности (экогомичность катода представляет собой отношение тока эмиссии к мощности накала катода).

В качестве материала керна при изготовлении оксидного катода используется вольфрам или никель. Активный слой представляет собой полупроводник, образованный смесью окислов щелочноземельных металлов (ВаО и SrO - двухкомпонентный оксид или ВаО, SrO и CaO - трехкомпонентный оксид) с вкраплениями атомов чистого металла (Ва, Sr) и поверхностным одноатомным слоем Ва.

Электропроводность и термоэлектронная эмиссия оксидного катода зависят главным образом от концентрации примесных атомов Ва. Поэтому энергетическая диаграмма оксидного катода рассматривается обычно как диаграмма окиси бария с вкраплениями донорной примеси - атомов Ва. Такая диаграмма приведена на рис. 3-2. Здесь -верхняя граница заполненной (валентной) зоны энергетических уровней; - нижняя граница свободных разрешенных уровней (зоны проводимости); - донорный локальный уровень, вносимый в запретную зону примесными атомами Ва; - уровень Ферми (уровень электрохимического потенциала); - расстояние от локального уровня Ва до нижней границы зоны проводимости; величина называется внутренней работой выхода; - внешняя работа выхода (расстояние от нижней границы зоны проводимости до верха потенциального барьера).

Термоэлектронная эмиссия оксидного катода описывается формулой Козляковской - Тягунова:

где jэ - плотность тока эмиссии, А/м2; В - постоянная, величина которой зависит от степени активировки оксидного катода (концентрации примеси Ва) и лежит обычно в пределах ; - работа выхода оксидного катода (j -работа выхода, выраженная в вольтах). У хорошо активированных катодов j составляет 0,95-1,2 В.

В табл. 3-3 приведены сравнительные данные об основных параметрах современных термокатодов.

Стремление к увеличению срока службы оксидного катода часто приводит к значительному уменьшению фактически отбираемой плотности тока по сравнению с плотностью тока эмиссии. Наиболее полно используется оксидный катод в импульсных приборах, где за счет возникновения ускоряющего электрического поля плотность тока эмиссии увеличивается и достигает .

В табл. 3-4 приведены основные данные, характеризующие применение оксидного катода в электронных и ионных приборах.

Рис. 3-2. Энергетическая диаграмма оксидного катода.

Таблица 3-3 Основные параметры термокатодов

Основные параметры термокатодов
Тип катода	Рабочая температура, К	Плотность тока эмиссии, А/м²	Экономичность, мА/Вт
Вольфрам	2400-2600		4-10
Тантал	2300-2400		10-20
Торированный вольфрам	1800-1900		20-60
Карбидированный торированный вольфрам	1900-2000		20-70
Торированный молибден	1900-2000		До 200
Оксидный катод	1000-1200		10-500
Бариевый катод	900-1000		50-150

Таблица 3-4 Основные параметры оксидного катода в электронных и ионных приборах

Основные параметры оксидного катода в электронных и ионных приборах
Характеристика типов ламп	Температура катода, К	Отбираемая плотность тока, А/м²	Экономичность катода, мА/Вт
Приемно-усилительные лампы, катоды косвенного накала	950-1000	60-100	4
Малогабаритные лампы, катоды косвенного накала	950-1000	100-200	6
Приемно-усилительные лампы, катоды прямого накала	950-1000	200-800	15-40
Малогабаритные лампы, катоды прямого накала	950-1000	200-800	20-30
Оконечные лампы, катоды косвенного накала	1000-1100	200-800	10
Выпрямительные электронные лампы	1100	500-900	20
Генераторные лампы	1100	250-800	окт.40
Импульсные лампы	1100	(5-9)100000	2000
Газотроны (катоды прямого накала)	1100-1150	1000-3000	50-60
Газотроны и тиратроны (экранированные катоды косвенного накала)	1100-1150	1000-3000	100-200

Дополнительно по теме