增补实验：金属电子逸出功的测定.doc

增补实验:金属电子逸出功的测定增补实验:金属电子逸出功的测定【实验目的】,验证肖特基效应;,测量电子逸出电位。【实验原理】电子的逸出电位正是热电子发射的一个基本物理参数。根据量子理论,原子内电子的能级是量子化的。在金属内部运动着的自由电子遵循类似的规律:;,即各电子是不可区分的;。根据现代的量子论观点,金属中电子的能量分布服从费米-狄拉克分布。在绝对零度时,电子数按能量的分布曲线如图1中的曲线(1)所示,此时电子所具有的最大动能为W,W所处能级又称为费米能级。当温度升高时,电子能量分ii布曲线如图1中的曲线(2)所示,其中少数电子能量上升到比W高,并且电子数随能量以i接近指数的规律减少。T=0KdN/dWT=1500KWWi图1电子能级分布曲线WW0WaWidN/dW图2势能壁垒图-10由于金属表面存在一个厚约10米左右的电子-正电荷电偶层,阻碍电子从金属表面逸出。也就是说金属表面与外界之间有势能壁垒W,如图2,因此电子要从金属中逸出,必a须具有至少大于W的动能,即必须克服电偶层的阻力作功,这个功就叫电子逸出功,以aW表示,显然W=W-W=eφ。W的常用单位为电子伏特(eV),它表征要使处于绝对00ai00零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要的给予的能量。φ称为逸出电位,其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功,单位为伏特(V)。有上述可知:热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布,使动能大于W的电子增多,从而使动能大于W的电子数达到一可观测的大小。可见,逸出功的大小对ia热电子的发射强弱有决定性的作用。根据以上理论,可以推导出热电子发射的理查森-杜旭曼()公式2-(eφ/kT)0I=ASTe(1)e式中:I为热电子发射的电流强度,单位为安培;S为阴极金属的有效发射面积,单位为e2cm;T为热阴极绝对温度,单位为K;eφ为阴极金属的逸出功,单位为电子伏特;k为波0-23尔兹曼常数k=*10(J*K);A为与阴极化学纯度相关的系数。(1)式即为本实验的理论依据。从原则上看,似乎只要能测出式中有关的I、S、A、及T等物理量,就可以求e出逸出功eφ的数值,请看下面的讨论。02我们可以用理查森直线法(曲线取直)进行数据处理。将(1)式除以T,再取以10为底的常用对数,并将e和k的数值带入得023lg(I/T)=lg(AS)–*10(φ/T)(2)e22从(2)式可以看出,lg(I/T)和(1/T)成线性关系。这样,以(1/T)和lg(I/T)ee2分别为横坐标、纵坐标,做出lg(I/T)~(1/T)图线,由直线的斜率即可确定φ。由于eA和S对于某一固定的阴极来说是常数,故lg(AS)一项只改变直线的截距,而并不影响直线的斜率,这就避免了由于A与S不能准确确定对测定φ的影响。,在阴极与阳极之间接一灵敏电流计G,当阴极通一电流I时,产生热电子发射,f相应的有发射电流I通过G。但是,当热电子不断从阴极发射出来飞往阳极的途中,必然形e成空间电荷积累,这些空间电荷的电场必将阻碍后续的热电子飞往阳极,这就严重地影响发射电流的测量。为此,必须维持