Шотки эффект
Определение «Шотки эффект» по БСЭ:
Шотки эффект
уменьшение работы выхода электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии, в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см. Ионная эмиссия) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии в сторону больших длин волн λ Ш. э. возникает в полях Е, достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е ∼ 10 -100 в·см−1), и существен до полей Е ∼ 106 в·см −1.
При Е > 107 в·см−1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (Туннельная эмиссия).
Классическая теория Ш. э. для металлов создана немецким учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрического поля перпендикулярны его поверхности. Поэтому электрон с зарядом −e, находящийся на расстоянии x > a (a - межатомное расстояние) от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине x своё
«электрическое изображение», т. е. заряд +e. Сила их притяжения:
F = eІ / 16πε0xІ (1)
(ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (φэ. и. = −e/16πε0x. Внешнее электрическое поле уменьшает φэ. и. на величину E·x (см. рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при
x = xм = e(e/16πε0E)Ѕ.
При E ≤ 5·106в·см−1 xм ≥ 8Е. Уменьшение работы выхода Φ за счёт действия поля равно:
ΔΦ = e(eE/4πε0)Ѕ,
например при Е = 105в·см−1 ΔΦ = 0,12 эв и xм=60 Е. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от j0 до
j = j0 exp
| [ | e
kT
| (
| eE
4πε0
| ) | Ѕ | ]
|
где k - Больцмана постоянная, а
частотный порог фотоэмиссии ħω
0 сдвигается на величину:
Δ(ħω
0) = e(eE/4πε
0)
Ѕ. (2)
В случае,
когда эмиттирующая
поверхность неоднородна и на ней имеются «пятна» с
различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрическое поле «пятен». Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрическое поле складывается с
полем пятен и,
возрастая, устраняет тормозящее действие последнего.
Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растет при
увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).
Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников белее
сложно. Электрическое поле проникает в них на большую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса
экранирования r
э. Для х > r
э справедлива
формула (1), но для полей Е во
много раз меньших, чем у металлов (Е∼10
2-10
4в/см).
Кроме того,
внешнее электрическое поле,
проникая в
полупроводник, вызывает в нём
перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода.
Обычно, однако, на поверхности полупроводников имеются поверхностные электронные состояния.
При
достаточной их плотности (∼10
13см
−2) находящиеся в них электроны экранируют внешнее поле. В этом случае (если
заполнение и
опустошение поверхностных
состояний под действием поля вылетающего электрона происходит достаточно
быстро) Ш. э.
такой же, как и в металлах. Ш. э. имеет
место и при
протекании тока
через контакт металл - полупроводник (см. Шотки барьер, Шотки диод).
Лит.: Schottky W., «Physikalische Zeitschrift», 1914, Bd 15, S. 872;
Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная
электроника, М., 1966; Ненакаливаемые катоды, М., 1974.
Т. М. Лифшиц.
К ст. Шотки эффект
Φэ.и. - потенциальная
энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Φ - потенциальная энергия электрона
вблизи поверхности металла в
присутствии внешнего электрического поля: Φ
м -
работа выхода металла;
ΔΦ - уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля;
F -
уровень Ферми в металле; х
м - расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны
заполненные электронные состояния в металле.
Шотки диод
Шотки эффект
Шотман