electronenemissie

Electronenemissie is het proces waarbij elektronen uit een materiaal, meestal een metaaloppervlak, naar een vacuüm of gasfase worden verwijderd. De emissie treedt op wanneer elektronen voldoende energie hebben om de oppervlakbarrière te overwinnen, of door tunneling onder invloed van een sterk elektrisch veld, of door absorptie van fotonen. De belangrijkste emissie-modi zijn thermische emissie, veldemissie en emissie door fotonabsorptie.

Thermische emissie ontstaat bij hoge temperaturen wanneer elektronen uit het materiaal ontsnappen langs de energiekant naar het vacuüm. De huidige dichtheid volgt ongeveer de Richardson-Dushman-relatie en hangt af van de temperatuur en de werkfunctie φ van het oppervlak.

Veldemissie treedt op bij grote elektrische velden die de oppervlakbarrière tot tunneling verlagen. Deze vorm van emissie komt vaak voor bij scherpe emittertips en kan worden beschreven met een relatie die rekening houdt met de veldsterkte en de werkfunctie.

Emissie door fotonabsorptie vindt plaats wanneer fotonen met voldoende energie elektronen over de barričre optillen. De maximale kinetische energie van het uitgestraalde elektron is hf − φ, waarbij hf de photonenergie is en φ de werkfunctie. Bij voldoende fotonenergie treedt emissie op; bij hoge lichtintensiteit kunnen multiphotonprocessen voorkomen.

Belangrijke concepten zijn de werkfunctie φ, de toestand van het oppervlak (zuiverheid, structuur en adsorptie) en het Fermi-niveau. Emissie hangt af van temperatuur, elektrisch veld en licht en kan beperkt raken door ruimte-ladingsbeperking of door oppervlaktereiniging.

Toepassingen omvatten emissiekanonnen in elektronenmicroscopen en vacuümtechnologie, fotomultipliers en spectroscopie waarmee de elektronische structuur van materialen kan worden bestudeerd.