Elektronuitstoot

Elektronuitstoot is het proces waarbij elektronen uit een materiaal, meestal een metaal, in een vacuüm of een andere omgeving worden vrijgegeven. De belangrijkste mechanismen zijn thermische emissie, foto-emissie, veldemissie en secundaire emissie.

Thermische emissie gebeurt wanneer warmte elektronen over de bindingsenergie laat springen. De werkfunctie φ van het materiaal bepaalt de drempel. De emissie kan bij benadering worden beschreven met modellen zoals de Richardson-Dushman-relatie, waarbij de huidige dichtheid J toeneemt met temperatuur en exp(-φ/(k_B T)). Toepassingen bevinden zich onder meer in kathodes voor vacuümbuizen en verhitten emitteren.

Foto-emissie treedt op wanneer een foton elektronen losmaakt uit het oppervlak; hv moet groter dan φ zijn. De kinetische energie van het uitgestraalde elektron is ongeveer hv - φ. De theorie leidde tot het begrip van het foto-elektrisch effect. Toepassingen omvatten fotodetectoren, fotomultiplicatoren en emissiebronnen voor lichtmeters.

Veldemissie (of koude emissie) vindt plaats onder een sterk elektrisch veld, waardoor elektronen door de potentiaalbarrière kunnen tunnelen. Dit wordt vaak beschreven met de Fowler-Nordheim-relatie. Veldemissie vereist vaak nanoschaal structuur of scherpe tips en wordt gebruikt in elektronenmicroscopie, vacuum-elektronica en gerelateerde toepassingen.

Secundaire emissie ontstaat wanneer invallende elektronen of ionen extra elektronen uit een oppervlak vrijmaken. De emissie-yield hangt af van materiaal, oppervlaktetoestand en invallende energie. Secundaire emissie is belangrijk in detectors en beeldvormingstechnieken zoals SEM.

Factoren die elektronuitstoot beïnvloeden zijn onder meer de werkfunctie, oppervlaktestructuur, zuiverheid, temperatuur en de vacuümkwaliteit. Materialen zoals wolfraam en bepaalde oxiden spelen een grote rol in technologische toepassingen.