Курсовая работа: Вимірювання роботи виходу електронів методом Кельвіна

Отже, для визначення необхідно поставити два експерименти. До цієї групи належать метод електронного пучка Андерсона, а також метод діода з обмеженим просторовим зарядом.

2.4 Вимірювання роботи виходу електронів методом динамічного конденсатора

Найближчим до способу, що заявляється, по технічній суті і результату, що досягається, є відомий і в даний час найвизнаніший спосіб визначення роботи виходу електрона шляхом вимірювання контактної різниці потенціалів (КРП). заснований на тому, що два металеві провідники А (досліджуваний провідник) і Б (провідник порівняння), розміщені у вакуумі, утворюють плоский конденсатор ємністю С. Через різну природу провідників А і Б між ними виникає різниця потенціалів і заряд Q, який за відсутності зовнішньої напруги рівний:

(2.11)

Якщо до провідників А і Б вміщенним у вакуум, через зовнішню систему управління прикласти різницю потенціалів , то тоді). Примусова (зовнішня) зміна ємності конденсатора системою управління на величину ΔС (зміна відстані між провідниками) призводить до зміни його заряду на величину ΔQ:

(2.12)

Фізична суть способу полягає в тому, що якщо системою контролю, управління і реєстрації електричних і інших технічних характеристик провідників А і Б, створюючих конденсатор і замкнутих через зовнішній ланцюг, підібрати величину так, щоб зник потік заряду при примусовій зміні його місткості, тобто, щоб ΔQ стало рівним нулю, то тоді = .

Контроль зміни ΔС проводять при періодичному механічному коливанні однієї з пластин конденсатора щодо іншої. При цьому потік зарядів ΔQ приймає форму змінного струму, який детектує і посилюється.

Підібрану експериментально вищевикладеним способом величину прийнято називати контактною різницею потенціалів провідників А і Б, яка при помноженні на заряд електрона чисельно (в · [эВ]) відображає різницю робіт виходу електрона у вакуум провідників А і Б. Точность методу - ±0.001эВ.

До основних недоліків цього способу визначення роботи виходу електрона у вакуум можна віднести:

· достатню складність экспериментальной установки і тривалість технологічного циклу робіт, витікаючі з вимоги розміщення провідників А і Б в робочому об’ємі з достатньо глибоким вакуумом;

· практичну неможливість позбавлення від адсорбції деяких газів і пари води на поверхню досліджуваного провідника, яка може призводити іноді до різких змін величин робіт виходу електрона для одного і того ж металу, що достатньо переконливо показане в довіднику;

· виникнення так званого «ефекту (потік зарядів ΔQ приймає форму змінного струму) дробу» поблизу нуля змінного струму, що детектує і усилюваного в експерименті, прояв якого накладає обмеження на точність вимірювання величини контактної різниці потенціалів провідників, а значить і на величину роботи виходу електрона у вакуум конкретного провідника А, якщо наперед відома робота виходу електрона у вакуум для провідника Б;

2.5 Вимірювання роботи виходу електронів методом статичного конденсатора

Цей метод, запропонований Дельхаром і ін., в принциповому відношенні схожий з методом Кельвіна, проте відрізняється методом компенсації КРП. Провідники А і В знову утворюють плоский конденсатор, проте замість того, щоб коливатися щодо один одного, вони залишаються нерухомими. Визначається витік зарядів з конденсатора, обумовлена КРП між пластинами, і підбирається зовнішня різниця потенціалів для компенсації цього витоку.

Для цього методу дуже істотно, щоб потенціал був прикладений за час, менший постійній часу RC - контура, що складається з експериментального конденсатора і зовнішнього опору R. Останній вибирається приблизно 10¹² Ом. Необхідна чутливість приблизно 0,25 мВ.

2.6 Вимірювання роботи виходу електронів методом електронного пучка Андерсона

У цьому методі, запропонованому Андерсоном, пучок повільних електронів з гармати падає нормально на поверхню провідника А. Площа, досліджувана пучком, мала в порівнянні з розмірами провідника А, але велика в атомних масштабах. Будується характеристична крива залежності струму мішені від потенціалу на ній. Потім мішень міняється: або змінюється стан поверхні мішені, або берется інший провідник В, і знову будується характеристична крива. Відносний зсув двох кривих на осі напруг дорівнює КРП між двома станами поверхні А або між провідниками А і В.

Точність методу в значній мірі залежить від паралелі характеристичних кривих. Якщо вони непаралелі по всій своїй довжині, то неможливо визначити, який відносний зсув. Відсутність паралелі може бути обумовлений значним неконтрольованим потоком електронів із сторонніх поверхонь, неспівпаданням положень провідників А і В або ефектом плямистості однієї або обох мішеней, причому плями можуть бути розташовані по-різному. Перші два джерела помилок можуть бути усуненені поліпшенням техніки експерименту. Що ж до ефекту плямистості, то метод, мабуть, дає тільки середнє значення роботи виходу поверхні, опромінюваної пучком, а оскільки він застосовується майже виключно до напилених у вакуумі плівок, різниця в плямистості окремих плівок не може бути причиною відхилення від паралелі характеристичних кривих.

3. Вимірювання роботи виходу електронів методом Кельвіна

Однією з характеристик поверхнвеого стану, як вже наголошувалося, є робота виходу електрона. Роботу виходу електрона можна виміряти за допомогою багатьох сучасних спектроскопічних методів, але найточнішим є метод Кельвіна. Схема вимірювань по методу Кельвіна представлена на рис. 4.

Рис.4. Схема для вимірювання роботи виходу електронів методом Кельвіна. 1- досліджуємий матеріал, статична пластина, 2 – електрод порівняння (відома робота виходу), динамічна пластина.

Суть методу Кельвіна полягає в наступному. Вібруючий електрод (2) з відомою роботою виходу вібрує поблизу досліджуваної поверхні (1) утворюючи плоский конденсатор. Різниця робіт виходу між електродом

порівняння і зразком проявляє себе як різниця поверхневих потенціалів

між двома поверхнями. Згідно простому співвідношенню

(3.1)

де - контактна різниця потенціалів (КРП) або різниця робіт виходу, q

- заряд поверхонь, С - ємність.