Đề tài Điện tử họa phát xạ - Phát xạ nhiệt điện tử

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ HVTH : Phạm Văn Thịnh MÔN : ĐIỆN TỬ HỌC PHÁT XẠ 2I. GIỚI THIỆU: • Phát xạ nhiệt điện tử là gì? Là sự phát xạ của điện tử từ kim loại hay vật thể đƣợc đốt nóng. • Hiện tượng đầu tiên được quan sát năm 1873 bởi Frederick Guthrie. Khi ông đang nghiên cứu các vật thể mang điện tích , ông phát hiện ra rằng các quả cầu sắt mang điện tích dương khi nung đỏ sẽ mất bớt điện tích. Ông cũng tìm thấy hiện tượng tương tự đối với các quả cầu mang điện tích âm. • Hiện tƣợng phát xạ nhiệt điện tử đƣợc dùng làm cathode (Thƣờng là W tinh khiết) phát điện tử trong một số dụng cụ điện tử.Loại cathode hiệu dụng hơn là cathode màng mỏng, bán dẫn, cathode oxide II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • 1. CƠ CHẾ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI • 2. PT PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI • 3. SỰ PHÂN BỐ THEO VẬN TỐC CỦA NHIỆT ĐIỆN TỬ • 4. ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN TRƢỜNG LÊN PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI • 5. CATHODE MÀNG MỎNG - PHƢƠNG PHÁP LÀM GIẢM CÔNG THOÁT 41. CƠ CHẾ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI: • Kim loại không bị đốt nóng kim loại không phát xạ điện tử  có lực cản tác động lên điện tử khi bay ra khỏi kim loại. • Lực ảnh điện: x >> hằng số mạng C + − x x Hình : Sự thành lập lực ảnh điện ở bề mặt kim loại (1) 4x e F 2 2 2 5Khi điện tử bay ra khỏi lớp biên kim loại, nó bị kéo lại bởi lực ảnh điện này (xảy ra cả ở 0oK) Trên biên kim loại thành lập 2 lớp điện: - Lớp biên của mạng. - Lớp điện tử. • Schottky: – 1 tụ điện phẳng có khoảng cách a – Cƣờng độ trƣờng từ 0 đến a không đổi • Langmuir: – Dựa vào lý thuyết kim loại cổ điển: bên trong kim loại lực F=0 0 xc a F Fc 1 2 2 2 4a e 2 2 4x e Hình : Sơ đồ biến đổi lực tác động lên điện tử ở bề mặt kim loại. 1 – Theo Schottky 2 – Theo Langmuir 6(3) 2a e 4a e 4a e dx 4x e dx 4a e FdxW 2 2 2 2 2 a 2 2 0 2 2 0 0 • Schottky: – Lực trong khoảng 2 lớp điện: – Công thoát toàn phần của điện tử: • Langmuir: – Lực t/d lên điện tử ở giữa 2 lớp điện: F1 = Fc – k(x – c) 2 (4) Thỏa: x = 0 thì F1=0 x = a thì – Công điện tử cần thiết để vƣợt qua 2 lớp điện cũng là:  Công thoát toàn phần của điện tử: (5) 2a e dx 4x e dx cxkFFdxW 2 a 2 2a 0 2 c 0 0 (2) 4a e F 2 2 1 2 2 1 4a e F 2 2 4a e 7• Mặc dù W0 của 2 giả thiết trên bằng nhau nhƣng dạng hàng rào thế năng khác nhau. • W0 đƣợc tính bằng phƣơng pháp nhiễu xạ trên mạng tinh thể. • Ở 0oK, ε << W0 Để phát xạ đƣợc cần cung cấp 1 năng lƣợng bổ sung: Φ0 = W0 – ε ; Φ0: công thoát hiệu dụng của điện tử. 2 1 0 a x W1 W2 W0 T = 0 o K T < 0 o K dW dn W Hình 3.4: Hàng rào thế năng trên bề mặt kim loại 1 – Theo Schottky 2 – Theo Langmuir 82. PHƢƠNG TRÌNH PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI: • Số điện tử đập lên 1 đơn vị diện tích bề mặt kim loại trong 1s là: d (vx,vy,vz) = vxdn(vx,vy,vz) (6) với vx: thành phần vận tốc có hƣớng vuông góc với bề mặt kim loại. • Điều kiện điện tử thoát ra khỏi kim loại: • Từ phân bố thống kê Fermi Dirac của điện tử theo năng lƣợng, ta suy ra phân bố của điện tử theo vận tốc: • từ (6)  (7) W 2 mv 0 2 x (8) 1e dvdvdv h 2m v,v,vdn kT εW zyx 3 3 zyx (9) 1e dvdvdv v h 2m v,v,vdν kT εW zyx x3 3 zyx 9• Theo CHLT phải có hệ số truyền qua D: – D=f(W) khó tính tích phân – dễ tính tích phân hơn, ta đƣợc số điện tử thoát ra khỏi kim loại: • Mật độ dòng phát xạ: •  • Hay • dN(Wx): số điện tử có năng lƣợng trong khoảng (Wx, Wx+dWx) từ trong kim loại đi đến 1 đơn vị diện tích bề mặt của nó trong 1s. D (10) 1e dvdvdv v h 2m Dν 1v - kT εW zyx x3 3 e (11) 1e dvdvdv v h 2m eDeνj 1v - kT εW zyx x3 3 e (12) dWe1lnkT h e m 4 Dj x W kT εW 3 0 x (13) )dN(WeDj 0W x 10 • Theo các tính toán: và Wx ≥ W0 nên: • Tính gần đúng: •  Đây là PT PXNĐT đối với kim loại của Richardson – (A.m-2độ-2) là hằng số – Khác nhau đối với các kim loại khác nhau. 20 kT εW0 1ee kT εW kT εW 0x (14) ...ee1ln kT εW kT εW xx (15) h mek4 Dj 0 2 0 2 3 2 kTkT W eTDAeT x 3 2 0 h k e m 4π A DAA 0 11 • Nhƣng công thức trên có sự sai lệch so với thực tế vì Φ0 phụ thuộc vào nhiệt độ T: – Mức năng lƣợng ε biến đổi theo nhiệt độ. – Do biến đổi hằng số mạng tinh thể nên W0 biến đổi. • Khai triển chuỗi Taylor cho hàm số Φ0(T): • Thế vào (15) ta đƣợc: • Đặt: ψ = Φ0(T0) – αT0 •  (16) )Τ(Τ dΤ )(Τ) T ( 0 Τ 0 000 0 d (17) .eeTDAj kT αT)(T k α 2 0 000 k α 01 eDAA (18) eTAj kT ψ 2 1 12 3. SỰ PHÂN BỐ THEO VẬN TỐC CỦA NHIỆT ĐIỆN TỬ: • Vì W ≥ W0 nên • Từ những kết quả của phần trƣớc ta đƣa ra đƣợc số điện tử đi đến trên 1 đơn vị bề mặt kim loại trong 1s là: Với •  Số điện tử đó thoát ra khỏi kim loại: 1e kT εW (19) dvdvdveCvdnvdυ zyx 2kT vvvm xx 2 z 2 y 2 x kT ε 3 3 e h 2m C (20) dvdvdveDCv'd zyx kT vvvm x 2 z 2 y 2 x 13 • Gọi ux, uy, uz là các thành phần của điện tử sau khi ra khỏi kim loại. • Ta có: uy = vy; uz = vz;  uxdux = vxdvx •  • Hàm phân bố theo vận tốc của nhiệt điện tử phát xạ: 0 2 x 2 x W 2 mv 2 mu (21) dududueeuDCu,u,udυ zyx 2kT uuum kT W xzyx 2 z 2 y 2 x0 (22) dududueDLu,u,udn zyx kT uuum zyx 2 z 2 y 2 x kT W0 CeL epxWD 14 4. ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN TRƢỜNG LÊN PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI: • Thí nghiệm: dòng phát xạ nhiệt điện tử j tăng khi tăng điện trƣờng ở bề mặt catod. • Công của điện tử để chống lại lực cản F2: b: khoảng cách nào đó bên trong kim loại mà ở đó F2=0 • Khi có điện trƣờng ngoài E theo hƣớng gia tốc điện tử  điện tử bị kéo ra khỏi bề mặt với 1 lực: F’ = qE = eE. (23) (x)dxFA b 20 15 •  Lực cản tác động lên điện tử ngoài kim loại là: F(x) = F2(x) – eE (24)  x 0: cản điện tử  x = xk  x > xk : F(x)<0: gia tốc cho điện tử xeE xk-b F(x) F2(x) F(x) Hình 3.5: 0 16 • Công chống lại lực cản là: • Ta có thể xác định: • Vậy khi có điện trƣờng ngoài: – Công của điện tử chống lại lực cản giảm 1 lƣợng: – Công thoát hiệu dụng: E e 2 1 x k (25) eEx 4x e A Edx)()(F(x)dxA k k 2 0 0 22 x b k b x x k k edxxFdxxF (26) eEeAA 0 (27) eEeAA0ΔA (28) eEeΔA 00E 17 • Mật độ dòng jE là: Hay • Từ (30): hay • Nếu điện trƣờng E không bị ảnh hƣởng bởi điện tích không gian => E đồng nhất và E = αVb – α: hằng số phụ thuộc vào hình dáng và kích thƣớc của diode – Vb: hiệu thế giữa anode và catode của diode • Từ (32) => (29) eTDAj kT20E E (30) ejj kT eEe 0E (31) kT eEe j j ln 0 E (32) T E 1,906 j j log 0 E (33) T V α1,906 j j log b 0 E 18 T1 T2 > T1 T3 > T2 0 E j j log bV Khi E > Ek , lý thuyết trên không trùng với thực nghiệm. Nếu Ek ≈ 3.10 6 V.cm-1: quá lớn => xuất hiện phát xạ mới: phát xạ tự động 19 5. CATHODE MÀNG MỎNG - PHƢƠNG PHÁP LÀM GIẢM CÔNG THOÁT • Từ công thức dòng phát xạ nhiệt điện tử j ta thấy chỉ cần 1 biến đổi nhỏ công thoát hiệu dụng ϕ0 có thể làm biến đổi dòng j rất lớn. • Ví dụ phủ một màng mỏng Cs, Ba, hay Th lên cathode W, thì khả năng phát xạ điện tử sẽ tăng -> Hiện tƣợng giảm công thoát của cathode màng mỏng đã đƣợc Langmuir giải thích: Vật chất đƣợc hấp phụ nằm trên bề mặt cathode dƣới dạng ion dƣơng hay một lớp nguyên tử bị phân cực dipole. Hai lớp điện gần kề bề mặt cathode, đƣợc thành lập bởi dipole điện hay bởi lớp ion sẽ gây nên điện trƣờng gia tốc điện hay bởi lớp ion sẽ gây nên điện trƣờng gia tốc, điện trƣờng này sẽ giảm hàng rào thế năng ở bề mặt kim loại Lực tác động lên điện tử trong lớp điện: 24 eneEF m nm mật độ nguyên tử phân cực; σ :mật độ điện tích bề mặt Làm giảm công thoát một lƣợng: epnFd m40 d: Độ rộng của hai lớp điện p = ed: moment lƣỡng cực (dipole) điện Vậy để chuyển điện tử từ nguyên tử vào kim loại thì công thoát hiệu dụng của kim loại phải lớn hơn năng lƣợng ion hoá của nguyên tử cần phủ: ieV0 4E Cathode ϕ0 (eV) kim loại cathode ϕ0 (eV) kim loại màng ϕ0 (eV) Cathode màng mỏng W_Cs W_Ba W_Th Mo_Th Ta_Th W_O Ni_O W_H 4,5 4,5 4,5 42 4,1 4,5 4,6 4,5 1,9 2,5 3,4 3,4 3,4 1,5 1,6 2,7 2,6 2,5 6,3 6,4 5,8 3 1,5 3 1,5 1,5 22docm A A Bảng : Trị số công thoát hiệu dụng ϕ0 (eV) Nguyên nhân làm giảm A: 1. Do phát xạ vết ở đây rất mạnh 2. Do biến đổi dạng hàng rào thế năng dƣới tác dụng của điện trƣờng dipole 24 6. CATHODE OXIDE Cathode oxide là lớp oxide kim loại kiềm thổ (BaO, SnO, CaO) phủ lên mặt kim loại. Quá trình tạo một catod oxide nhƣ sau : • Nhúng cốt kim loại vào cacbonat kim loại kiềm thổ BaCO3 khi cathode khô lắp nó vào dụng cụ và tiếp tục hút khí. • Phân huỷ cacbonat bằng cách nung nóng theo từng khoản thời gian với nhiệt độ 15000K phản ứng này xảy ra nhƣ sau :BaCO3  BaO + CO2 • Khí CO2 thoát ra sẽ đƣợc hút ra ngoài. Nhƣ thế cathode có nhiều lỗ nhỏ và bề mặt gồ ghề. Lúc này cathode có thể xem nhƣ một chất cách điện có độ rộng cùng cấm cỡ ≈ 3,8 eV Các mức năng lƣợng của BaO Tiếp đó chúng ta sẽ luyện cathode tới nhiệt độ 1300  13500K phản ứng sẽ xảy ra nhƣ sau : BaO  Ba++ + O- Đặt vào Anod và Cathode một thế hiệu: V = 100 200V Với thế hiệu V đó khi dòng đi qua BaO, một phần O- gần bề mặt sẽ thoát ra khỏi chân không và còn lại trong mạng oxide những lỗ trống. Những O- từ bên trong sẽ nhảy ra những lỗ trống này và tiếp tục bị hút ra khỏi chân không, nhƣ thế lỗ trống càng đi sâu vào trong mạng và xuất hiện những nguyên tử tự do Ba. Đến một lúc nào đó Ba sẽ phân bố khắp mạng oxide BaO và trên bề mặt của nó. Sau khi luyện xong các nguyên tử tự do Ba đóng vai trò donor và thành lập bán dẫn loại n. Phƣơng trình mật độ dòng phát xạ nhiệt điện tử đối với bán dẫn có dạng: 151 2 4 2 0 W kTj A Dn T e 3 51 1 4 4 4 4 6 2 3 3 22 5 2 1,66.10 . em k A A h cm đô III. CATHODE PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ TRONG MỘT SỐ ỨNG DỤNG: 3. Kính hiển vi điện tử SEM 4. Quang hoả kế 5. Súng phân cực điện tử trong máy gia tốc 1. Bóng đèn 2. Màn hình CRT , Màn hình TV, Màn hình máy hiện sóng 1. BÓNG ĐÈN Hiệu ứng Edison: Ngày 13-02-1880, Thomas Edison là ngƣời đầu tiên quan sát đƣợc sự bức xạ electron của một sợi dây tóc bóng đèn đật trong chân không Thí nghiệm đƣợc xây dựng gồm một sợi dây tóc bóng đèn và một lá kim loại. Khi lá kim loại đƣợc đƣợc nối điện âm còn dây tóc nối điện dƣơng thì hoàn toàn không có dòng electron phát ra, nhƣng nếu nối lá kim loại mang điện tích dƣơng thì xuất hiện dòng electron. Ông cũng phát hiện ra rằng dòng phát xạ tăng khi ông tăng hiệu điện thế. Và hiệu ứng này đƣợc gọi là hiệu ứng Edison BÓNG ĐÈN HUỲNH QUANG 32 Starter (“Con chuột”) Cấu tạo gồm một cặp điện cực và một tụ điện. Cặp điện cực đƣợc đặt trong một ống thủy tinh bơm đầy khí neon. Cặp điện cực và tụ điện đƣợc mắc song song với nhau, hai dây nối đƣợc nối ra ngoài với hai nút kim loại. Cả ống thủy tinh và tụ điện đều đƣợc đặt trong một hộp nhựa hình trụ. Hoạt động của Stater Lúc đầu chƣa có hiện tƣợng phóng điện trong ống Khi nhiệt độ ở hai bản cực nóng lên, nó sẽ giãn ra và dính vào nhau. Khi hiện tƣợng phóng điện trong ống xảy ra. Wolfram có điểm nóng chảy cao nhất (3.422 C, 6.192 F), áp suất hơi thấp nhất, (ở nhiệt độ trên 1.650 C, 3.000 F) độ bền kéo lớn nhất, và hệ số giãn nở nhiệt thấp nhất. Giãn nở vì nhiệt thấp và điểm nóng chảy và độ bền cao của wolfram là do các liên kết cộng hóa trị mạnh hình thành giữa các nguyên tử wolfram với các electron lớp 5d. Có tính trơ về hoá học hay khả năng chống ôxy hóa, axit, và kiềm Súng electron - 2. MÀN HÌNH TV, CRT + Chân không Lớp phát quang Từ trƣờng Chùm electron Súng điện tử gồm 1 heater và 1 cathode để tạo e, 1 lƣới điều khiển để chỉnh độ sáng bởi sự điều chỉnh dòng e và 2 anode. Heater là 1 sợi dây đốt nóng nhƣ dây tóc bóng đèn bởi dòng điện đi qua nó. Mục đích chính của anode 1 là hội tụ e thành 1 chùm tia hẹp, anode 2 sẽ tăng tốc chùm tia e này. Lƣới điều khiển hình trụ và có 1 cái van ở cuối. Anode là 2 tấm hình trụ chứa van với 1 lỗ nhỏ ở tâm. Súng điện tử trong màn hình CRT Cathode súng điện tử trong màn hình CRT thƣờng làm bằng kim loại Wonfram. Dạng dây tóc đƣợc đặt trong chân không khi nóng lên sẽ phát ra điện tử. Ở màn hình trắng đen chỉ có 1 súng điện tử còn ở màn hình màu có 3 súng điện tử. 3. KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ SEM Kính hiển vi điện tử gồm có các bộ phận sau: - Nguồn phát điện tử (súng phóng điện tử). - Hệ thấu kính từ. - Hệ thống giữ mẫu. - Hệ thống thu nhận ảnh Súng điện tử của SEM cấu tạo gồm có ba phần: sợi đốt, hình trụ Wehnelt, bản anode. Trong đó, sợi đốt cũng có các loại nhƣ W, LaB6 (Hexaboride lantan). Hiện nay ngƣời ta thƣờng sử dụng súng phóng điện tử đƣợc tạo nên bằng nung nóng đầu của đơn tinh thể LaB6 Đơn tinh thể LaB6 Hệ thấu kính từ có tác dụng tập trung chùm điện tử vừa đƣợc phát ra khỏi súng phóng điện tử và điều kiển kích thƣớc cũng nhƣ độ hội tụ của chùm tia Thấu kính từ hoạt động dựa trên nguyên lý lệch đƣờng đi của điện tử trong từ trƣờng dƣới tác dụng của lực Lorentz 4. QUANG HOẢ KẾ Xác định nhiệt độ cao (trên 1.000oC), dựa trên việc đo cường độ ánh sáng do vật nóng sáng bức xạ. Scan cường độ của hình ảnh từ lò nung và cường độ của đèn chuẩn được thực hiện bằng cách cài vào thiết bị này một số nhíp kính màu tương ứng với nhiệt độ nhất định. Ưu việt của máy đo ứng dụng QHK là không cần tiếp xúc với vật đo nên thường dùng để xác định nhiệt độ trong lò luyện kim (có thể tới nhiệt độ > 3.000oC) 5. BÓNG X QUANG • Là một bóng thủy tinh, bên trong là chân không (bóng Coolidge). Có hai cực: • Cực âm: (cathode) đƣợc cấu tạo bằng cuộn dây tungsten đặt trong một thanh kim loại có hình chiếc tách đƣợc đốt nóng lên bởi nguồn điện từ 6 – 10 vôn, có chức năng cơ bản là tạo ra các hạt điện tử (electron), rồi tập trung lại thành luồng hƣớng vào đích là cực dƣơng. • Cực dƣơng: (anode) hay đối âm cực là thanh kim loại rắn, có độ nóng chảy cao, có số nguyên tử Z lớn nhƣ bạch kim (74), wolffram, tungsten - rhenium, molybdenum, Rhodium nối với cực dƣơng của dòng điện có hai chức năng cơ bản là chuyển năng lƣợng điện thành bức xạ tia X và tải nhiệt. • Nguyên lý phát ra tia X: Khi đốt nóng âm cực tạo ra các điện tử , dƣới tác dụng của độ chênh điện thế cao ít nhất là 40.000volt, các electron bị lực hút kéo về dƣơng cực với vận tốc rất lớn. Khi các electron va chạm với cực dƣơng tạo ra nhiệt năng (99%) và bức xạ tia X (< 1%). • Lực gia tốc của các electron phụ thuộc vào hiệu số điện thế của dòng điện đƣợc tính bằng KV và chất lƣợng của chùm HĐT phụ thuộc vào cƣờng độ dòng điện tính bằng mA. • Bản chất của tia X: là một bức xạ điện từ, gồm các sóng dao động theo chu kỳ hình sin, cùng nhóm với các sóng vô tuyến điện, ánh sáng, các bức xạ ion hoá nhƣ tia vũ trụ, tia Gamma, các bức xạ đồng vị. Trong số phổ sóng điện từ này ta thấy ở cực cao là tại Hồng ngoại 7200 A0, tiếp đến là ánh sáng trắng 3900 A0, ở cực thấp là tia Vũ trụ, tia X bƣớc sóng từ 5A0 - 0,01 A0, A0 = 10-6cm, tia Gamma có bƣớc sóng từ 0,01 – 0,0001A0. IV. NGUYÊN TẮC PHÁT CHÙM ĐIỆN TỬ KHÔNG PHÂN KÌ Hình dạng và thông số của súng điện tử tùy thuộc vào từng lĩnh vực sử dụng. Tuy nhiên cũng có một số yêu cầu sau: 1. Hệ thống điện tử phải tạo ra một hình ảnh nhỏ nhất của chùm trên màng hứng 2. Cấu tạo của súng không quá phức tạp, dể sử dụng và có tuổi thọ cao. 3. Vật liệu làm súng phải không nhả khí, không từ tính và chịu đƣợc nhiệt độ cao. I. SÖÏ TÖÔNG TÖÏ QUANG CÔ. Giöõa caùc haït ñieän chuyeån ñoäng trong tröôøng löïc vaø söï truyeàn aùnh saùng trong moâi tröôøng quang hoïc coù söï töông töï saâu saéc. Söï töông töï naøy cho pheùp ta söû duïng caùc quy luaät quang hoïc ñeå xaùc ñònh quyõ ñaïo chuyeån ñoäng cuûa electron trong ñieän tröôøng. Nguyeân lí Fermat: Vôùi: v- toác ñoä lan truyeàn cuûa aùnh saùng trong moâi tröôøng coù chieát suaát n. n = c/v ; c- toác ñoä aùnh saùng trong chaân khoâng. B A nds B A dt B A ds v = = = 0 (1) Töø nguyeân lí Fermat ruùt ra 3 ñieàu kieän cô baûn trong quang hoïc: - Ñònh luaät truyeàn thaúng: Trong moâi tröôøng ñoàng nhaát vaø ñaúng höôùng ( chieát suaát ñoàng ñeàu), aùnh saùng truyeàn theo ñöôøng thaúng. - Ñònh luaät phaûn xaï: Khi tia saùng phaûn xaï treân maët phaân caùch giöõa hai moâi tröôøng thì goùc phaûn xaï baèng goùc tôùi. - Ñònh luaät khuùc xaï: Khi tia saùng ñi töø moâi tröôøng coù chieát suaát n 1 sang moâi tröôøng coù chieát suaát n 2 , noù bò khuùc xaï ôû maët phaân caùch hai moâi tröôøng. Tæ soá giöõa goùc tôùi vaø goùc phaûn xaï thoaû maõn ñieàu kieän: ’ = (2) Sin Sin 2 1 n n = (3) n1 n2 >n1 ’ v oxv Hieän töôïng truyeàn thaúng, phaûn xaï, khuùc xaï 2. HỆ QUANG HỌC CỦA SÚNG ĐIỆN TỬ Thấu kính điện tử đƣợc dùng để hội tụ hay phân kỳ chùm điện tử, tạo đƣợc bằng điện trƣờng không đồng nhất hay từ trƣờng không đồng nhất có đối xứng trục. 2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH • Theo lý thuyết Larange-Helmholz • Độ rộng ảnh của cathode • Yêu cầu: r2 nhỏ nhất: Giảm tử số hay tăng mẫu số 1 1 1 2 2 2r n tg r n tg 1 1 1 2 2 2 r U r U 2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH r2 nhỏ nhất Giảm tử số Tăng mẫu số Giảm r1 Giảm U1 giảm gama 1 Tăng U2 Tăng gama 2 1 1 1 2 2 2 r U r U 1 2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH Giảm U1 ảnh hưởng của vận tốc ban đầu cua3 điện tử  sắc sai sẽ cao dt chuyển đông chậm hơn. Điện tích không gian Đtmở rộng chùm đt Không khả thi 2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH Tăng gama 2 không đủ không gian để vật làm lệch chùm điện tử. thấu kính gần màng hiệu quả làm lệch điện tử sẽ giảm Không khả thi Với những lý do trên, súng điện tử thấu kính đơn không thể cho chùm điện tử có tiết diện nhỏ nhất. Do đó nó ít đƣợc sử dụng. Hầu hết súng ngày nay sử dụng hệ quang học hai thấu kính 2.2 HỆ 2 THẤU KÍNH Công dụng của hệ quang học 2 hoặc 3 thấu kính cho phép chúng ta tạo ra những súng điện tử đáp ứng tốt những đòi hỏi đã nêu. 2.2 HỆ 2 THẤU KÍNH (1.thấu kính thứ nhất 2. thấu kính thứ hai, 3. màn hình, 4. tiết diện giao nhau, 5. hình ảnh cathode, 6. bán kính chùm tia) VI. Phát xạ nhiệt điện tử photon tăng cƣờng có thể tăng gấp đôi hiệu suất của các pin năng lƣợng mặt trời • Tháng 8/2010 Các kỹ sƣ tại Đại học Stanford đã phát triển một quá trình mà có thể khai thác ánh sáng và nhiệt năng của đồng thời, có thể tạo ra các pin năng lƣợng mặt trời gấp đôi hiệu suất nhƣ những pin hiện nay. Gọi là phát xạ nhiệt điện tử photon tăng cƣờng (photon enhanced thermionic emission - PETE), quá trình này khác với các pin truyền thống, mất hiệu suất khi nhiệt độ tăng. Bằng cách phủ lên vật liệu bán dẫn một lớp mỏng của xêzi (cesium), cho phép vật liệu sử dụng cả nhiệt và ánh sáng đồng thời.