이차 방출

섬네일|upright=1.3|광전 증폭관에 사용된 이차 방출. 광전 음극에 빛이 도달할 때 방출되는 초기 전자가 다이노드 전극에 충돌하여 더 많은 전자를 튕겨내고, 이 전자들이 두 번째 다이노드에 충돌한다. 각각의 입사 전자는 여러 개의 이차 전자를 생성하므로, 직렬로 연결된 다이노드 체인이 초기 전자를 증폭시킨다.

입자물리학에서 이차 방출()은 충분한 에너지를 가진 일차 입사 입자가 표면에 충돌하거나 어떤 물질을 통과할 때, 이차 입자의 방출을 유도하는 현상이다. 이 용어는 종종 진공관 내의 전자나 이온과 같은 하전 입자가 금속 표면에 충돌할 때 전자가 방출되는 것을 지칭하며, 이때 방출되는 전자를 이차 전자라고 한다.R. Kollath, Secondary electron emission of solids irradiated by electrons, Encyclopedia of Physics (ed. S. Flügge) Vol. 21, p. 232 - 303 (1956, in German) 이 경우 입사 입자당 방출되는 이차 전자의 수를 이차 방출 계수()라고 부른다. 만약 이차 입자가 이온이라면 이 효과는 이차 이온 방출이라고 한다. 이차 전자 방출은 광전 증폭관과 영상 증폭관에서 광전 방출로 생성된 적은 수의 광전자를 증폭하여 튜브의 감도를 높이는 데 사용된다. 또한 전자 진공관에서 캐소드로부터 나온 전자가 애노드에 충돌할 때 발생하는 원치 않는 부작용으로 나타내며, 이는 기생 발진을 일으킬 수 있다.

 응용 
 이차 방출 물질 
흔히 사용되는 이차 방출 물질은 다음과 같다.
 알칼리 안티모나이드
 산화 베릴륨 (BeO)
 산화 마그네슘 (MgO)
 인화 갈륨 (GaP)
 인비화 갈륨 (GaAsP)
 산화 납 (PbO)

 광전자 배증소자 및 유사 장치 
광전자 배증소자에서H. Semat, J.R. Albright, Introduction to Atomic and Nuclear Physics, 5th ed., ch. 4.12, Chapman and Hall, London (1972) 하나 이상의 전자가 광전 음극에서 방출되어 연마된 금속 전극(다이노드라고 함)을 향해 가속된다. 이 전극들은 이차 방출을 통해 다수의 전자를 방출하기에 충분한 에너지로 전극 표면에 충돌한다. 이 새로운 전자들은 다시 다른 다이노드를 향해 가속되며, 이 과정이 여러 번 반복되어 결과적으로 보통 100만 배 정도의 전체 이득('전자 증배')을 얻게 되고, 마지막 다이노드에서 전자적으로 검출 가능한 전류 펄스를 생성한다.

이와 유사한 전자증배관은 전자나 이온과 같은 빠른 입자를 검출하는 데 사용될 수 있다.

 역사적 응용 
섬네일|오른쪽|정상 밝기에서의 오실로스코프 디스플레이
섬네일|오른쪽|더 높은 밝기에서의 동일한 튜브. 중앙의 점 주위에 나타나는 디스크 모양은 이차 방출로 인한 것이다. 전자가 화면에서 튕겨 나가 튜브 뒤쪽으로 이동한다. 튜브 양단에 걸린 전압으로 인해 전자는 다시 앞으로 가속되어 넓은 영역에 걸쳐 화면을 타격하게 된다.

 특수 증폭관 
1930년대에는 전자빔이 다이노드에 부딪혀 애노드로 반사되도록 의도적으로 전자빔을 "접는" 특수 증폭관이 개발되었다. 이는 정해진 튜브 크기에서 플레이트와 그리드 사이의 거리를 늘리는 효과가 있어, 튜브의 상호 컨덕턴스를 높이고 잡음 지수를 줄였다. 대표적인 "오비탈 빔 6극관"으로는 1939년에 출시된 RCA 1630이 있다. 이러한 튜브의 강한 전자 전류는 다이노드 표면을 빠르게 손상시켰기 때문에, 수명은 일반적인 튜브에 비해 매우 짧은 편이었다.

 초기 컴퓨터 메모리 튜브 
최초의 임의 접근 컴퓨터 메모리는 이차 방출을 사용하여 튜브 표면에 비트를 저장하는 윌리엄스관이라는 유형의 음극선관을 사용했다. 이차 방출에 기반한 또 다른 임의 접근 컴퓨터 메모리 튜브는 셀렉트론 튜브였다. 두 방식 모두 자기코어 메모리의 발명으로 대체되었다.

 원치 않는 효과 - 4극관 
이차 방출은 4극 진공관 열전자 밸브(튜브)에서처럼 원치 않는 현상이 될 수 있다. 이 경우 양전하를 띤 차폐 그리드가 전자 흐름을 충분히 가속하여 애노드(플레이트)에서 이차 방출을 일으킬 수 있다. 이는 과도한 차폐 그리드 전류를 발생시킬 수 있다. 또한 이러한 유형의 밸브(특히 이차 방출을 줄이기 위해 애노드를 처리하지 않은 초기 형태)가 '부저항' 특성을 나타내게 하여 튜브를 불안정하게 만드는 원인이 되기도 한다. 이 부작용은 일부 오래된 밸브(예: 77형 5극관)를 다이나트론 발진기로 사용함으로써 역으로 이용되기도 했다. 이 효과는 4극관에 억제 그리드라고 불리는 세 번째 그리드를 추가하여 전자를 다시 플레이트로 밀어냄으로써 방지되었다. 이 튜브를 5극 진공관이라고 부른다.

 같이 보기 
 전자 구름 효과
 말터 효과
 스퍼터링

 각주 

분류:응집물질물리학
분류:진공관
분류:전자