Kenttäemissio

Kenttäemissio on elektronien poistumista kiinteästä aineesta voimakkaan sähköisen kentän vaikutuksesta. Prosessi voidaan selittää kvanttitunneloitumisena: kun pinnalla olevan elektronin potentiaalibarri kapenee kentän vaikutuksesta, elektroni voi tunkeutua ulos kiinteästä aineesta. Kenttäemissio on erityisen tehokasta teräviä kärkiä sisältävissä järjestelmissä, joissa paikallinen kenttä on suurempi kuin kappaleen keskimääräinen kenttä. Paikallinen kenttä voidaan määritellä E_local = β E_appl, jossa β on geometrinen kenttätehostaja.

Fowler–Nordheimin teoria kuvaa ilmiötä kvanttitunneloitumisena; emissiovirta J riippuu työnkorkeudesta φ sekä paikallisesta kentästä ja kärjen muodosta. Käytännössä J kasvaa erittäin nopeasti, kun E_local kasvaa. Emissio on herkkä pinnan puhtaudelle, ja adsorboituneet molekyylit voivat muuttaa φ:ta sekä aiheuttaa virran vaihtelua.

Käyttökohteita ovat kenttäemissioemittorit (FEG) elektronimikroskopeissa, joissa korkea kirkkaus ja pienet energiavarat ovat etuja. Lisäksi kenttäemissio on ollut merkittävä tutkimus- ja tuotantopiste vakuumikäyttöisissä elektroniikkasovelluksissa sekä varhaisissa kenttäemissio-näyttötekniikoissa.

Materiaalit: tungstentipit ovat yleisimpiä, mutta käytössä ovat myös LaB6-, hiili- sekä grafeni- ja nanotubus-emitterit. Valintaa ohjaavat kestävyys, työfilmi ja haluttu kirkkaus.

Etuna korkea kirkkaus ja pieni energia-levy; haasteina ovat ultra-puhdas tyhjiö, kärjen kuluminen ja herkkyys adsorbateille sekä emitterin stabiilisuus.

Historia: Fowler–Nordheimin vuonna 1928 esittämä kvanttiteoria kenttäemissioon on keskeinen perusta nykyaikaisille emitteritekniikoille, joita käytetään muun muassa elektronimikroskopeissa ja vakuumikäyttöisissä laitteissa.