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 (φ_{э. и.} = −e/16πε₀x. Внешнее электрическое поле уменьшает φ_{э. и.} на величину E·x (см. рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при
x = x_м = e(e/16πε₀E)^Ѕ.
При E ≤ 5·10⁶в·см⁻¹ x_м ≥ 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 x_м=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 ħω₀ сдвигается на величину:
Δ(ħω₀) = e(eE/4πε₀)^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∼10²-10⁴в/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 (∼10¹³см⁻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