БСЭ. Шотки эффект
Начало Вверх

ШОТКИ ЭФФЕКТ, уменьшение работы выхода электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрич. 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 лямбда. Ш. э. возникает в полях E, достаточных для рассасывания пространств, заряда у поверхности эмиттера (E ~ 10- -100 вхсм-1), и существен до полей E ~ 106вхсм-1. При E > 107 вхсм-1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (туннельная эмиссия).

Классич. теория Ш. э. для металлов создана нем. учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрич. поля перпендикулярны его поверхности. Поэтому электрон с зарядом -е, находящийся на расстоянии х > а (а - межатомное расстояние) от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине х своё "электрическое изображение", т. е. заряд + е. Сила их притяжения:
2923-1.jpg

0 - диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы фэ.и. = - e/16пЕ0х. Внешнее электрич. поле уменьшает фэ.и. на величину E · х(см. рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при
2923-2.jpg

хм" 8А. Уменьшение работы выхода Ф за счёт действия поля равно: дельта Ф = е(еЕ/4пЕ0)1/2, напр., при E=105в*см-1   дельта Ф = 0,12 эв и хм=60А. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от
2923-3.jpg

Фэ.и. - потенциальная энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Ф - потенциальная энергия электрона вблизи поверхности металла в присутствии внешнего электрического поля; Фм - работа выхода металла; дельта-Ф - уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля; EF - уровень Ферми в металле; Хм - расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.

Болъцмана постоянная, а частотный порог фотоэмиссии hw0 сдвигается на величину:
2923-4.jpg

В случае, когда эмиттирующая поверхность неоднородна и на ней имеются "пятна" с различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрич. поле "пятен". Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрич. поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растёт при увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).

Влияние электрич. поля на эмиссию электронов из полупроводников более сложно. Электрич. 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 rэ. Для x > rэ, справедлива формула (1), но для полей E во много раз меньших, чем у металлов (Е~102 - 104 в/см). Кроме того, внешнее электрич. 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 (~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) 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. H., Гомоюнова M. В., Эмиссионная электроника, M., 1966; Ненакаливаемые катоды, M., 1974.

T. M. Лифшиц.

Яндекс.Метрика

© (составление) libelli.ru 2003-2017