一种多材料金属电子功函数的测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种多材料金属电子功函数的测定装置，属于电子功函数测定装置的技术 领域。
【背景技术】
[0002] 金属中存在大量的自由电子，由于电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具 有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功，电 子从加热的金属中发射出来的现象称为热电子发射，热电子发射的性能与金属材料的逸出 电势或逸出功有关，在电真空器件阴极材料的选择中，材料的逸出电势是重要参量之一，里 查逊提出的热电子发射定律对无线电电子学的发展具有深远的影响。
【发明内容】
[0003] 本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为:提供一种便于测量金 属材料电子逸出功的测定装置。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种多材料金属电子功函数 的测定装置，包括其阴极灯丝由所述金属材料制成的理想二极管，所述阴极灯丝与控制开 关K1的一端相连，所述控制开关K1的另一端与电流检测器Ial的输入端相连，所述电流检测 器Ial的输出端并接阳极电压器Ual的正极后与共发射极放大电路的第一输入端相连，所述 阳极电压器Ual的负极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R1的一端后与 共发射极放大电路的第二输入端相连，所述电阻R1的另一端并接共发射极放大电路的第三 输入端和理想二极管的阳极后接地，所述共发射极放大电路的输出端与A/D转换器的输入 端相连，所述A/D转换器输出端与单片机的输入端相连，所述单片机的控制端与显示器相 连。
[0005] 所述理想二极管和控制开关K1均为三个，所述的三个理想二极管的阴极灯丝的制 成金属材料互不相同，每个理想二极管的阴极灯丝分别与一个对应的控制开关K1的一端相 连，三个控制开关K1的另一端均并接在一起，所述的三个理想二极管的阳极均并接在一起； 所述的三个理想二极管的阴极灯丝的制成金属材料分别为钨、钼和钽;所述单片机的电源 端还与充电装置相连;所述显示器为IXD显示器。
[0006] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0007] 1、本发明中的多材料金属电子功函数的测定装置，包括其阴极灯丝由所述金属材 料制成的理想二极管，所述阴极灯丝与控制开关K1的一端相连，所述控制开关K1的另一端 与电流检测器Ial的输入端相连，所述电流检测器Ial的输出端并接阳极电压器Ual的正极 后与共发射极放大电路的第一输入端相连，所述阳极电压器Ua 1的负极与电容C1的一端相 连，所述电容C1的另一端并接电阻R1的一端后与共发射极放大电路的第二输入端相连，所 述电阻R1的另一端并接共发射极放大电路的第三输入端和理想二极管的阳极后接地，所述 共发射极放大电路的输出端与A/D转换器的输入端相连；由理查逊-杜西曼公式可知，要测 定金属材料的电子逸出功，通常是先把被测材料做成理想二极管的灯丝，测出灯丝的温度 和在不同温度时的热电子发射电流，再利用理查逊直线法作图，求出直线的斜率，即可得出 金属材料的电子逸出功;在实验时还需对具有加速电场时的热电子发射电流作出修正，即 需求出无加速电场时的热电子发射电流，而无加速电场时的热电子发射电流与具有加速电 场时的热电子发射电流和阳极电压有关;本发明将待测金属材料制成理想二极管的阴极灯 丝，在灯丝上接一个开关，手动控制开关，通过电流检测器Ial检测具有加速电场时的热电 子发射电流、通过阳极电压器Ual知道阳极电压，将具有加速电场时的热电子发射电流和阳 极电压通过共发射极放大电路进行放大，再经过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，将 该数字信号发送给单片机，单片机结合事先输入的灯丝温度，进行数据处理，然后在LCD显 示器上进行显示出所要图线，根据灯丝的温度与不同温度时的热电子发射电流的关系，求 出待测金属材料的逸出功。
[0008] 2、本发明中，所述理想二极管和控制开关K1均为三个，所述的三个理想二极管的 阴极灯丝的制成金属材料互不相同，每个理想二极管的阴极灯丝分别与一个对应的控制开 关K1的一端相连，三个控制开关K1的另一端均并接在一起，所述的三个理想二极管的阳极 均并接在一起;本发明可根据实际需要，将所需要测定的金属材料分别制成对应的理想二 极管灯丝，每根灯丝由不同的控制开关K1控制，通过开闭控制开关K1来选择对哪种金属材 料进行测定，使用和操作都非常方便。
【附图说明】
[0009] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
[0010] 图1为本发明的电路结构示意图；
[0011] 图中：1为理想二极管，2为共发射极放大电路，3为A/D转换器，4为单片机，5为显示 器，6为充电装置。
【具体实施方式】
[0012] 研究热电子发射的目的之一就是要选择合适的阴极物质，实验和理论证实，影响 灯丝发射电流密度的主要参量是灯丝温度和灯丝物质的逸出功，灯丝温度愈高，发射电流 密度愈大，因此，理想的纯金属热电子发射体应该是具有较小的逸出功而有较高的熔点，使 得工作温度得以提高，以期获得较大的发射电流;如将被测的金属材料制成理想二极管的 灯丝，通以电流加热，就会有热电子发射，热电子发射为理查逊-杜西曼（Richards on-Dushmon)公式：
[0013] I=AST2exp[-e?/KT] (1)
[0014] 其中：I为热电子发射的电流强度，A为与二极管灯丝表面化学纯度有关的系数，S 为灯丝的有效发射面积，K为玻尔兹曼常数，T为灯丝的绝对温度，θ φ为电子逸出功(单位为 电子伏特）。
[0015] 在实际测量中，为了设法避开Α和S的测量，常用到下述的理查逊直线法，将（1)式 两边除T2,再取对数得：
[0016]
[0017] 从上式可见，/叩+与I呈线性关系，做出I直线，从直线的斜率即可得 出电子的逸出电位Φ，从而求出电子的逸出功6?，这个方法的特点是可以不必知道A和S的 数值，A和S的影响只是使iog |直线平行移动而不改变其斜率;因此，要测定金属材料 的电子逸出功，通常是先把被测材料做成二极管的灯丝，实验时测出灯丝温度T和在不同温 度T时的热电子发射电流，再用里查逊直线法作图，求出直线的斜率，从而得出金属电子的 逸出功e?;
[0018] 在实验时还要对具有加速电场时的热电子发射电流做出修正，求出无加速电场时 的热电子发射电流;为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳极，必须在阴极和阳 极间外加一个加速电gE a，然而由于Ea的存在使阴极表面的势皇Ea降低，因而逸出功减小， 发射电流增大，这一现象称为肖脱基效应，可以证明，在阴极表面加