Микровыступы

Одной из основных причин инициирования вакуумного пробоя являются микровыступы на поверхности катода. Электрическое поле на их кончике увеличивается во много раз, по сравнению со средним полем; это приводит к усилению тока автоэлектронной эмиссии. Для количественной характеристики поверхности катода вводят понятие коэффициента усиления электрического полÿ b _E, представляющего собой отношение истинного значения напряженности электрического поля на вершине выступа к ее среднему макроскопическому значению E _ср = U / d, где U  напряжение на зазоре; d  расстояние между электродами.

В случае простых геометрических форм выступов найдены связи между коэффициентомb _E и параметрами неоднородности. В практически полезной области значений b _Е можно пользоваться простыми приближенными зависимостями b _E от h/r, где h высота, а r радиус вершины микровыступа соответственно. Для цилиндра со сферической вершиной при b _E = 10 -1000 b _E = h/r + 2.

Диэлектрические загрязнения и пленки

Кроме микронеровностей, которые являются частицами металла, на катоде могут присутствовать диэлектрические включения и пленки. Например, после механической обработки на поверхности электрода могут образовываться вкрапления абразивных материалов и карбидов, появляющихся под действием высоких температур вследствие трения. Кроме того, на поверхности металла могут происходить различные химические реакции, приводящие к появлению соединений в виде диэлектрических пленок. Одной из них является окисление металла. Если поверхность соприкасается с газом, окисляющим металл, то образуются диэлектрические окислы.На электродах могут присутствовать также осадки вакуумных масел и других органических загрязнений. Для очистки поверхности, как известно, используют ионную бомбардировку поверхности. Ионы при взаимодействии с молекулами органических загрязнений могут приводить к образованию полимерных пленок. В зависимости от сорта ионов ионная бомбардировка может привести к окислению поверхности, формированию полупроводящих пленок и других химических соединений. Наконец, диэлектрические пленки на катоде образуются просто после соприкасания поверхности электрода с рукой

Для объяснения усиления тока эмиссии диэлектрическими пленками сделано предположение что вызывающие эмиссию микровключения обладают хорошими диэлектрическими свойствами, позволяющими внешнему полю проникать сквозь них к металлическому катоду. Тогда при некотором поле электроны получат возможность туннелировать через барьер на границе металл-диэлектрик в зону проводимости последнего. Эти электроны приводят к образованию лавин.