냉음극방출

요약 물질(주로 도체)의 표면에 강한 전기장을 걸면, 그 결과 상온에서 물질의 표면으로부터 전자가 방출되는 현상을 가리킨다. 이는 터널링효과에 의한 것이며, 열음극방출보다 적게 전기 에너지를 공급해도 된다는 장점이 있다.

도체 표면에 10⁸ V/m 이상의 강한 전기장을 걸면 도체 내의 전자에너지가 구속에너지(일함수라고도 한다)의 벽을 넘을 정도로 크지 않아도 터널효과에 의해서 그 벽을 뚫고 밖으로 튀어나온다. 예를 들면, 10^-7 m 정도의 작은 곡률반지름을 가진 뾰족한 바늘을 음극으로 하고, 양극에 수천 V의 전압을 걸면 등전위선(等電位線)은 거의 바늘의 끝 부근에 집중하며, 그 곳의 전기장의 세기는 10⁸ V/m 정도가 되어, 바늘 끝에서 전자가 방출된다. 이것은 전기장방출 현미경의 원리이다.

또 산화마그네슘 MgO 등의 물질을 금속의 표면에 얇게 칠한 것은 어떤 원인에 의해 표면으로부터 전자가 방출되면 뒤에 양이온이 되어, 그 주변에 강한 전기장이 국부적(局部的)으로 생기기 때문에 어떤 종류의 전기장방출이 일어난다. 이 물질 자체는 절연물이나, 두께가 얇기 때문에 토대가 된 금속으로부터 전자가 보급되어 상온에서의 전자방출이 지속된다. 열전자방출(熱電子放出)을 이용한 진공관이 음극을 가열할 때 많은 전력을 필요로 하는 데 대하여, 냉음극방출은 큰 이점을 가진다.