Thermoïonique - Définition

Émission Schottky

Dans les appareils à émission d'électrons, et particulièrement dans les canon à électrons, l'émetteur thermo-ionique est électrisé négativement par rapport à l'ambiance. Il se crée pour cette raison un champ électrique d'intensité F à sa surface. En l'absence de ce champ, la barrière de potentiel de surface que traverse un électron éjecté du niveau de Fermi présente une épaisseur W égale au travail de sortie. Le champ électrique diminue la barrière de potentiel d'une valeur ΔW, ce qui augmente l'intensité émise : c'est l’« effet Schottky », ou amplification par effet de champ de l’émission thermo-ionique. On peut la modéliser en adaptant légèrement l'équation de Richardson : à W on substitue l'épaisseur modifiée de la barrière de potentiel (W − ΔW). On obtient donc l’équation :

où ε₀ est la constante diélectrique (ou permittivité du vide).

L'apparition d'un courant électrique engendré dans des conditions thermiques et électriques telles que cette équation s'applique, est appelée émission Schottky. L’équation de Schottky est précise pour des champs électrique d'intensité inférieure à 10⁸ V/m. Pour un champ électrique d'intensité supérieure à 10⁸ V/m, l’effet tunnel de Fowler-Nordheim (FN) vient altérer sensiblement l'intensité de ce courant électrique : à un tel régime, en effet, l'action combinée de l'effet Schottky et de l'effet de champ se modélise par l'équation de Murphy-Good relative à l'effet thermoélectrique. Dans les champs encore plus intenses, l'effet tunnel Fowler-Nordheim finit par devenir dominant, et l'émetteur se comporte comme une cathode froide dans l'Émission par effet de champ.

L’émission thermo-ionique peut également se trouver amplifiée par interaction avec d'autres formes d’excitation comme la lumière. Par exemple, la vapeur de césium excitée des convertisseurs thermo-ioniques forme des amas de Rydberg de césium qui font décroître le potentiel d'émission du collecteur de 1,5 eV à 1, voire 0,7 eV. Étant donnée la persistance des édifices de Rydberg ce potentiel reste diminué suffisamment longtemps pour que l'efficacité du convertisseur froid s'en trouve affectée.

La diode à vide

Le physicien anglais John Ambrose Fleming, alors qu'il travaillait pour la société « Wireless Telegraphy », découvrit que l'effet Edison pouvait être utilisé pour la détection des ondes radios. Fleming développa un tube électronique à deux éléments connu sous le nom de diode à vide, qu'il breveta le 16 novembre 1904. La diode thermoïonique peut aussi être configurée comme un convertisseur différence de chaleur/énergie électrique et ce sans pièces mobiles.