ỨNG DỤNG CỦA PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ

PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ II/ ỨNG DỤNG CỦA PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ: Như biết, phát xạ nhiệt điện tử nguồn cung cấp điện tử chủ yếu đèn điện tử thiết bị kỹ thuật Khi khoa học phát triển nguồn phát xạ nhiệt điện tử cải tiến ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện tử, chẳng hạn kính hiển vi điện tử giúp ta biết cấu trúc bề mặt vật liệu, phân tích độ tương phản thành phần hóa học cấu trúc tinh thể mẫu, hay kỹ thuật quang khắc lithography Trong phần xin trình bày vài khái niệm nội dung mà vận dụng trình bày chi tiết ứng dụng nguồn phát xạ nhiệt điện tử kính hiển vi điện tử SEM kỹ thuật lithography II.1 SỰ TƯƠNG TỰ QUANG - CƠ Một nguyên lý quang học nguyên lý Fermat Theo nguyên lý này, ánh sáng lan truyền từ điểm A đến điểm B tất quỹ đạo truyền theo quỹ đạo mà thời gian cần thiết để hết quỹ đạo cực trị Nguyên lý biểu diễn dạng tốn học sau: (2.1) Với v: vận tốc lan truyền ánh sáng môi trường có chiết suất n, n tính cơng thức n=c/v , c: vận tốc lan truyền ánh sáng chân khơng Trong học có ngun lý tác dụng tối thiểu, biểu diễn dạng toán học sau (2.2) Ở đó, Wd : động hạt , v-vận tốc hạt Giả thiết electron chuyển động vào vùng có điện U từ điểm ban đầu có điện U=0, với vận tốc ban đầu v=0, theo định luật bảo tồn lượng ta có: (2.3) Từ biểu thức (2.2) ta có: (2.4) Thay (2.3) vào (2.4) ta (2.5) So sánh (2.1) với (2.5) ta thấy hai biểu thức hoàn toàn tương tự nhau, từ thấy xem quỹ đạo hạt tích điện trường tĩnh điện giống đường tia sáng lan truyền qua mơi trường xác định : có đóng vai trị chiết suất Ta gọi tương tự quang Từ ta có định luật quang học chùm hạt mang điện: Định luật truyền thẳng: Trong vùng có điện khơng đổi, hạt tích điện chuyển động thẳng (vì v mà U= const) Định luật phản xạ: Khi chùm hạt tích điện phản xạ mặt đẳng góc phản xạ góc tới Ta xét điều kiện phản xạ chùm electron: hướng chùm electron có vận tốc ban đầu vo vào bề mặt kim loại có điện âm Uc Để electron tới bề mặt kim loại vận tốc electron thỏa điều kiện: với trục x vng góc với bề mặt kim loại Hình 2.1 Hiện tượng phản xạ tia điện tử Vox=v0cosα,do điều kiện viết lại (2.6) Vì , mv02 mv02  eU , cos   eU cos   eU (1  sin  ) 2 Nên điều kiện để electron tới bề mặt kim loại eU 1  sin    eU c Hay sin    Uc U0 Ngược lại, điều kiện để chùm tia phản xạ trở lại là:  sin    U U c Định luật khúc xạ: Khi hạt tích điện chuyển động từ vùng U1 sang vùng U2, hướng chuyển động độ lớn vận tốc thay đổi xác định định luật khúc xạ : Hiện tượng khúc xạ chùm hạt tích điện tác dụng lực điện trường tồn lớp mỏng phân cách hai vùng có điện khác làm thay đổi thành phần v (vng góc với mặt phân cách) vận tốc Ở lớp phân cách hạt tích điện chịu tác dụng lực điện trường hướng theo trục y Vì thành phần vận tốc thay đổi, thành phần vận tốc v// không đổi v1x=v2x hay v1 sin   v2 sin  Suy U2 sin  v2   sin  v1 U1 Trong chiết suất quang điện tử Khi U 1U2 -trường cản, góc khúc xạ lớn góc tới, tia khúc xạ xa pháp tuyến trường có tác dụng phân kỳ Khi electron chuyển động từ trường chúng chịu tác dụng lực từ, lực phụ thuộc vào điện tích hạt, độ lớn hướng vận tốc hạt mang điện Do đó, trường hợp từ trường khơng có tương tự quang học: từ trường môi trường bất đẳng hướng, cịn điện trường mơi trường đẳng hướng II.2 QUỸ ĐẠO CỦA ELECTRON TRONG T Ừ TRƯỜNG, ĐIỆN TRƯỜNG Thấu kính điện tử dùng để hội tụ hay phân kỳ chùm điện tử, tạo điện trường không đồng hay từ trường không đồng có đối xứng trục A Chuyển động electron điện trường: Phương trình chuyển động electron điện trường không đối xứng trục: U(r)=U(-r) hệ tọa độ trụ : d 2r U m  eE r  s dt r d z U m  eE z  s dt z Theo định luật bảo tồn lượng biến đổi tốn học, ta thu phương trình sau: Dùng cơng thức ta giải tốn trường hợp thấu kính tĩnh điện mỏng yếu Thấu kính tĩnh điện mỏng yếu vùng khơng gian th ấu kính có hẹp, vùng giá trị r điện tử không kịp thay đổi nhiều Để xác định, ta xét chùm điện tử từ điểm A cách khe thấu kính khoảng d làm thành với trục góc α, qua thấu kính chùm bị khúc xạ cắt trục thấu kính điểm A1, khoảng cách ảnh d1 hình vẽ sau: Các góc α,βđều nhỏ Phương trình quỹ đạo viết dạng sau: Tích phân theo z từ A đến A1, ta có: Vì hàm số dấu tích phân khác khơng vùng hẹp, r thay đổi so với r0 Khi ta thay biểu thức sau vào biểu thức trên:  Nếu d= (chùm electron song song) d1=f2, ta tính tiêu cự phải:  Nếu d1= ta tính tiêu cự trái: Ta thấy f1 f2 phụ thuộc vào dấu đạo hàm bậc hai  Nếu >0 f>0, thấu kính hội tụ  Nếu