电子发射基础深度教程：机理、分类与应用
电子发射基本概念
利用特定外部能量使物质表面电子逸出周围空间的现象称电子发射。金属原子以晶体结构紧密结合，所有电子受原子束缚。电子器件靠自由电子导电。价电子处于最外层轨道，受金属束缚，需足够外部能量才能逃逸。0°C 时表面电子逸出所需最大外部能量称功函数。
电子发射的实验探究方法
电子发射可通过不同外部途径实现，视器件与场景而定。最常用、最简单的是热离子发射/一次发射：施加热能，电子动能增加，束缚力减弱而逸出。常用于真空或惰性气体中的金属。高效热阴极需低功函数以在低温下工作。
第二种是二次发射：高速运动粒子（一次电子）轰击材料表面，将能量转移给束缚电子（二次电子）使其逸出。影响因素：一次电子能量、发射材料、入射电子质量、一次电子类型、靶材表面状况、入射角等。
金属表面电子发射示意
第三种光电发射：光照射感光材料（钾、镭等），表面电子吸收光能动能增大而逸出。广泛用于光电管。关键特性：发射随光照即时启停；需光频率超阈值频率；不同材料阈值不同；光电子动能与光通量无关。
第四种场发射/冷阴极发射：电子带负电，若在材料表面附近施加强正电场，表面电子吸收引力能量而逸出。外加正电场越强，发射越强。场强达 10⁶ V/cm 时发射率剧增。冷阴极发射不依赖温度，但需外加电位超阈值电压。
所有发射机制广泛应用于阴极射线管、X 射线、医疗设备等。相关示意图如下：
工业技术