|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Шоттки эффект в металлах и полупроводниках |
 | |
Анимация
0
Описание
Эффект заключается в росте электронного тока насыщения из твердого тела (катода) под действием внешнего ускоряющего электрического поля вследствие уменьшения работы выхода электрона из твердого тела.
Шоттки эффект проявляется в росте тока термоэлектронной эмиссии в режиме насыщения, в уменьшении энергии поверхностной ионизации и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии в сторону больших длин волн.
Шоттки эффект возникает в электрических полях Е, достаточно больших для рассасывания пространственного заряда у поверхности эмиттера (Е ~ 10 - 100 В·см -1), и существенен для полей Е ~ 106 В·см -1, после чего начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер, образующийся на границе тела (автоэлектронная эмиссия). Для объяснения Шоттки эффекта достаточно рассмотреть силы, действующие на электрон вблизи поверхности металла, начиная с расстояний х > а (а - межатомное расстояние), когда можно отвлечься от атомной структуры поверхности.
Из-за большей электропроводности металла его поверхность эквипотенциальна, силовые линии электрического поля перпендикулярны ей. Поэтому электрон с зарядом - е, находящийся на расстоянии х от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине - х свое "электрическое изображение", т.е. заряд + е.
Сила их притяжения:
F = e2/16p·e0·x2,
где e0 - электрическая постоянная.
Энергия электрона в поле этой силы:
Фн = - e2/16p·e0·x. (1)
Внешнее электрическое поле Е уменьшает эту энергию на величину еЕх. Ход потенциальной энергии электрона вблизи поверхности принимает вид:
Ф = (- e2/16p·e0·x - еЕх), (2)
и потенциальный порог на границе металла превращается в потенциальный барьер с вершиной при
x = xм = (e/16p·e0·E)1/2.
При Е Ј 5·106 В·см -1 xм і 8А (а ~ 3А), (рис. 1).
Ход потенциальной энергии электрона вблизи границы металл-вакуум при отсутствии внешнего поля
Рис. 1
Обозначения:
DФ - уменьшение потенциального барьера под действием поля;
х - расстояние до поверхности металла;
eF - энергия Ферми металла (штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле);
Ф0 - работа выхода металла при отсутствии внешнего поля;
хм- расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла при наличии внешнего поля.
Уменьшение работы выхода за счет действия электрического поля равно:
DФ = e(e·E/4p·e0)1/2.
В результате Шоттки эффекта термоэлектронный ток j в режиме насыщения возрастает по закону:
j = j0·exp(e3·E/4p·e0·k2·T 2)1/2,
а частотный порог фотоэмиссии 
w0 сдвигается на величину D (
w0) = DФ.
В случае, когда эмитирующая поверхность неоднородна и на ней имеются "пятна" с различной работой выходя, над ее 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 Е быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Шоттки эффект).
Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников более сложно. Электрическое поле проникает в них на большую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмитированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка дебаевского радиуса экранирования rэ.
Для х > rэ применима формула (1), но лишь для полей во много раз меньших, чем у металлов (Е Ј 102 - 104 В·см -1). Кроме того, поле, проникая в полупроводник, вызывает в нем перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности полупроводника имеются электронные поверхностные состояния. При достаточной их плотности (~ 1013 см -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, то Шоттки эффект такой же, как и в металлах. Шоттки эффект рассматривается и при протекании тока через контакт металл-полупроводник. Эффект реализуется в виде так называемого Шоттки барьера, потенциального барьера, образующегося в приконтактном слое полупроводника, граничащем с металлом.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Шоттки эффект используется для исследования электронных свойств поверхностей твердых тел.
Реализации эффекта
Техническая реализация - вакуумный диод - показан на рис. 2.
Вакуумный диод
Рис. 2
Литература
1. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1968.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
