真空微电子场致发射技术研究(4)
2 场致发射理论
2.1 场致发射原理
物体表面受强电场作用而发射电子的现象称为场致电子发射[4-9]。分为外场致发射和内场致发射。外场致发射：外部强电场压制物体表面势垒，使势垒最高点降低，宽度变窄，导致隧道效应而产生电子发射。内场致发射：内部电场使电子从金属基地进入介质层，并在介质层中得到加速而获得足够能量产生电子发射。
量子理论原理：正向动能超过表面势垒高度的电子会部分反射回金属内部，而反射回去的概率与超过势垒的高度以及势垒本身的形状差密切相关。根据隧道效应，随着电子进入势垒的深度增加，电子波函数的振幅变小。在强场的作用下，出现表面势垒降低、宽度变窄的现象，当势垒宽度变得与电子波长的数量级相当时，就会实现有效的隧道效应。
2.2 场致发射基本理论公式
场致电子发射电流密度J与透射系数D和源函数S有关[10]，即：
(2.1)
其中，E发射体尖端场强， 发射体功函数，T绝对温度，e电子电量，P电子能量。在特定场强E和温度T条件下可以推导出热电子发射的Richardson Schottky公式和场致发射Fowler Nordheim公式。热电子到场致电子发射之间存在过渡关系，下面列出了四种不同温度场强状态下的电子发射公式 [12]：