Іонна емісія, випускання позитивних і негативних іонів поверхнею твердого тіла або рідини (емітер) у вакуум або газоподібне середовище. Іон, щоб покинути поверхню, повинен володіти чималою енергією для подолання сил, що утримують його на поверхні. Ця енергія може бути отримана іоном при нагріванні (термоіонна емісія), при бомбардуванні емітера (називається в цьому випадку мішенню) пучком іонів (іонно-іонна емісія), електронами (електронно-іонна емісія) і фотонами (фотодесорбція). У всіх випадках І. е. може мати місце як емісія часток самого емітера, так і домішкових часток, неминучих в реальних матеріалах.
Термоіонна емісія відбувається в результаті випару у вигляді іонів часток емітера або інших часток, що знаходяться в емітері у вигляді домішок або що потрапляють на його поверхню ззовні. У останньому випадку, а інколи і взагалі термоіонна емісія називається поверхневою іонізацією . Кількісною характеристикою термоіонної емісії є міра іонізації а, рівна відношенню числа іонів n i до нейтральних часток n 0 того ж хімічного складу, що випаровуються з поверхні емітера за певний проміжок часу. При цьому виконується співвідношення:
де Q 0 і Q i — теплоти випару часток в нейтральному і іонному станах, до — Больцмана постійна, T — абсолютна температура емітера, А — відношення статистичних вагів часток в іонному і нейтральному станах. Величини Q i і Q 0 пов'язані з роботою виходу j емітера і енергією іонізації V часток (для позитивних іонів) або енергією спорідненості до електрона S (для негативних іонів) співвідношеннями:
Q 0 — Q i = j — V; Q 0 — Q i = S — j. (2)
З (1) і (2) витікає, що міра іонізації а тим вище, чим більше величина j при І. е. позитивних іонів і чим менше j при І. е. негативних іонів. При j < V і j > S величина а, а отже, і іонний струм зростають із зростанням Т ( мал. 1 ). Щільність іонного струму j при термоіонній емісії залежить не лише від величини а, але і від швидкості випару часток з поверхні.
Термоіонна емісія використовується для здобуття пучків іонів в іонних джерелах для індикації слабких молекулярних пучків (наприклад, в квантових стандартах частоти ), для іонного впровадження домішок в напівпровідники і тому подібне В физико-химических дослідженнях термоіонна емісія використовується для визначення енергії іонізації і спорідненості до електрона атомів, молекул і радикалів, теплот випари і десорбції іонів і нейтральних часток, енергії дисоціації молекул і так далі
Якщо емітер знаходиться в електричному полі, прискорюючому іони, що випаровуються, то теплота випари іонів Q i зменшується із зростанням напруженості поля Е в поверхні емітера (Шотки ефект для іонів); при T = Const це супроводиться, згідно (1), зростанням величини а.
В сильних полях (E ~ 10 8 в/см ) І. е. з великою вірогідністю (а » 1 ) відбувається при кімнатній і нижчих температурах. В цьому випадку І. е. називається польовою емісією (автоіонною емісією, випаром полемо). Поля ~10 8 в/см створюються, наприклад, в поверхні тонких вістрів з радіусом закруглення 100—1000 . В таких електричних полях можуть випускатися не лише однозарядні, але і двохзарядні іони. Польову І. е. можна розглядати як випар іонів через понижений полемо потенційний бар'єр . Іонний струм зростає із збільшенням поля Е , причому в слабкіших полях вилітають переважно іони домішок.
Польова І. е. використовується для підготовки зразка в іонному проекторі і в електронному проекторі . Для здобуття різкого зображення за допомогою іонного проектора необхідно створити атомно-гладку поверхня зразка. Польова І. е. згладжує поверхню вістря, оскільки в країв і різких виступів електричне поле сильніше, що приводить до переважного випару іонів з цих місць.
іонно-іонна (вторинна іонна) емісія відбувається при опроміненні поверхні пучком іонів (первинних). При цьому спостерігається емісія (вибивання) вторинних іонів і нейтральних часток (див. також Катодне розпиляло ). У пучку іонів, що вилітають, присутні відбиті від поверхні первинні іони (що інколи змінили знак заряду), іони матеріалу мішені і домішок. Іонно-іонна емісія характеризується коефіцієнт емісії До , рівним відношенню потоку вторинних іонів n Вт даного типа до потоку n п первинних іонів, бомбардуючих поверхню. Зазвичай До складає долі % для однозарядних іонів. Величина До залежить від матеріалу мішені, її температури, типа первинних іонів, їх кінетичної енергії, кута падіння на поверхню, складу і тиску газу, що оточує мішень, і ін. ( мал. 2 ). Просторовий розподіл вторинних іонів визначається енергією і кутом падіння первинних іонів. Середня енергія вторинних іонів зазвичай не перевищує 10 ев . Проте при похилому падінні швидких іонів на мішень вона може бути значно вище. Іонно-іонна емісія застосовується для вивчення адсорбції, каталізу, при дослідженні властивостей поверхні (див. Іонний мікроскоп ) і ін.
електронно-іонна емісія. Електрон при ударі об поверхню витрачає частину кінетичної енергії на розрив зв'язку частки емітера з поверхнею. При цьому частка може покинути поверхню у вигляді іона. Електронно-іонна емісія знаходить вживання для вивчення стану адсорбованих часток.
Фотодесорбція іонів. Поглинання світлового фотона може привести до розпаду молекули мішені на іони або до іонізації атома або молекули. Частина іонів, що виникають при цьому, може покинути поверхню.
Якщо емітер опромінити інтенсивним світловим потоком (промінь лазера потужністю в імпульсі ~ 10 8 —10 9 Вт/см 2 ), то спостерігається вихід іонів речовини мішені із зарядами різної кратності і навіть повністю позбавлених електронів (наприклад, Co 27+ ). Джерелом іонів в цьому випадку є високоїонізованная плазма, що утворюється поблизу емітера при випарі речовини.
Літ.: Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. Ст, Емісійна електроніка, М., 1966; Фогель Я. М., Вторинна іонна емісія, «Успіхи фізичних наук», 1967, т. 91, ст 1, с. 75; Зандберг Е. Я., Іонів Н. І., Поверхнева іонізація, М., 1969; Камінський М., Атомні і іонні зіткнення на поверхні металу, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967.
