Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 3, Numéro 3, septembre 1968
Page(s) 286 - 304
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0196800303028600
Rev. Phys. Appl. (Paris) 3, 286-304 (1968)
DOI: 10.1051/rphysap:0196800303028600

Mise au point - L'ionisation de contact

J.B. Moreau

Laboratoire de Radioélectricité Générale du Conservatoire National des Arts et Métiers (1)


Abstract
Contact ionization occurs when an atom (usually alkaline) is ionized at the contact of a hot surface. This phenomenon combined with the thermo-electronic emission leads to the realization of mixed emitters of electrons and ions. Two theories attempt to explain this phenomenon, - one (Rasor) assuming that the particles adsorbed on the surface exist in an either atomic or ionic state, - the other (Gyftopoulos) maintaining that there is only one type of adsorbed particles (the adatoms), held onto the surface by bonds that are partially covalent, partially electrovalent. We draw a parallel between these two theories and try to bring forward their most essential aspects. Just as Richardson-Dushman's law, Saha-Langmuir's law, which expresses quantitatively the emission of ions, is a function of the work function φ of the emitting material. This law could readily be used if φ was constant. However, φ is dependent on the degree of coverage θ of the surface by the alkaline metal, and the main difficulties consist in defining φ as a function of θ, and θ as a function of the parameters accessible to the experiment. The experimental results confirm Rasor's and Gyftopoulos' theoretical expressions ; they are, however, too vague to allow an appreciation of their value.


Résumé
L'ionisation de contact consiste à ioniser un atome (alcalin en général) au contact d'une surface chaude. Ce phénomène associé à l'émission thermo-électronique conduit à la réalisation d'émetteurs mixtes d'électrons et d'ions. Deux théories tentent d'expliquer ce phénomène : l'une (Rasor) suppose que les particules adsorbées sur la surface existent dans deux états distincts, atomique ou ionique ; la seconde (Gyftopoulos) considère qu'il n'existe qu'un type de particules adsorbées (les adatomes) dont les liaisons avec les atomes du substrat sont partiellement covalentes et partiellement électrovalentes. Nous présentons en parallèle ces deux théories pour en dégager les aspects essentiels. De même que la loi de Richardson-Dushman, la loi de Saha-Langmuir qui exprime quantitativement l'émission ionique, est une fonction du potentiel de sortie φ du matériau émetteur. Son exploitation serait simple si φ était constant. En fait, φ dépend du taux de recouvrement θ de la surface par le métal alcalin et les principales difficultés consistent à exprimer φ en fonction de θ et θ en fonction des paramètres accessibles à l'expérience. Les résultats expérimentaux confirment les expressions théoriques de Rasor ou Gyftopoulos, mais ne sont pas assez précis pour apprécier le degré de validité de l'une ou l'autre théorie.

PACS
5150 - Electrical phenomena in gases.
6800 - Surfaces and interfaces: thin films and whiskers.

Key words
ionisation -- reviews -- surface phenomena