Contents
1 Introduction: Functions and Performances Governed
by the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Why is the Work Function Important? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Contents of the Following Chapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 What is the Work Function?: Definition and Factors
that Determine the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Definition of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Origin of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Factors Determining the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Effect of Temperature on the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 Inhomogeneity of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Modification of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1 Mixing Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1 Substitutional Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2 Interstitials (Metal Carbides and Nitrides) . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.3 Intermetallic Compounds (Ordered Alloys) . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.4 Two Elements with Miscibility Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.2 Surface Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3 Adsorption or Segregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4 Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4 Measurement of Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.1 Utilizing Electron Emission Current Measurement . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.1.1 Thermal Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.1.2 Field Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.1.3 Photoelectron Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2 Utilizing Electron Emission Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2.1 Photoelectron Emission Yield Spectroscopy (PYS) . . . . . . . . . 78
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1 Introduction: Functions and Performances Governed
by the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Why is the Work Function Important? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Contents of the Following Chapters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 What is the Work Function?: Definition and Factors
that Determine the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Definition of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Origin of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Factors Determining the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Effect of Temperature on the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5 Inhomogeneity of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Modification of the Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1 Mixing Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1 Substitutional Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2 Interstitials (Metal Carbides and Nitrides) . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.3 Intermetallic Compounds (Ordered Alloys) . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.4 Two Elements with Miscibility Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.2 Surface Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3 Adsorption or Segregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4 Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4 Measurement of Work Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.1 Utilizing Electron Emission Current Measurement . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.1.1 Thermal Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.1.2 Field Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.1.3 Photoelectron Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2 Utilizing Electron Emission Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2.1 Photoelectron Emission Yield Spectroscopy (PYS) . . . . . . . . . 78
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