場致發射

電子場致發射，也稱為場致發射（ Field Emission ）和電子場發射、場發射，是由靜電場引起的電子發射。最常見的情況是從固體表面到真空的場致發射。然而，場發射可以從固體或液體表面、真空、流體（例如空氣）或任何絕緣或弱導電電介質中發生。電子從半導體的價帶到導帶的場致促進（齊納效應）也可以看作是場發射的一種形式。該術語的使用是具有歷史意義的，因為表面光效應、熱電子發射（或Richardson-Dushman 效應）和「冷電子發射」（即強靜態（或准靜態）電場中的電子發射）的相關現象是在 1880 年代到 1930 年代被獨立發現和研究的。不帶限定詞地使用場致發射這個詞時，它通常表示「冷發射」。

純金屬中的場致發射發生在強電場中：電場強度大小通常高於十億伏特每米，並且強烈依賴於功函數。雖然基於場致發射的電子源有許多應用，但場致發射是真空擊穿和放電這一不良現象的主要來源，工程師在防治這種現象。表面場致發射的應用包括構建用於高分辨率電子顯微鏡的強電子源或從航天器中釋放感應電荷。消除感應電荷的裝置稱為電荷中和器。

1920 年代後期，場致發射由電子的量子隧穿效應解釋。這是新生的量子力學的成果之一。大塊金屬的場致發射理論由Ralph H. Fowler和Lothar Wolfgang Nordheim提出。 近似方程Fowler–Nordheim 方程以他們命名。嚴格來說，Fowler-Nordheim 方程僅適用於塊狀金屬的場致發射，經過適當修正後也可用於其他一些塊狀晶體，但它通常用來（粗略地）描述其他材料的場致發射。

術語和約定

場致電子發射、場電子發射、場致發射和電子場發射是這種實驗現象及其理論的常用名。此處使用場致發射。

Fowler-Nordheim 隧穿是電子通過隧穿效應穿過強電場在導體表面形成的圓潤的三角勢壘。在不同場合下，電子可以通過 Fowler-Nordheim 隧穿從許多材料中逸出。

冷場電子發射(CFE) 是一種特定的統計發射體系的名稱，該體系中發射源中的電子最初處於熱力學平衡，大多數發出的電子都接近費米能級並通過 Fowler-Nordheim 隧道效應逃逸。 （相比之下，在肖特基發射中，大多數越過外場降低後的勢壘的電子能量遠高於費米能級。 ) 如果施加適當大小的電場，許多固體和液體材料都可以通過 CFE 發射電子。

實際應用：過去和現在

作為電子槍發射源的場致發射器

電子顯微鏡的肖特基發射器電子源