Què és l'efecte Schottky?
Què és l'efecte Schottky?
Definició de l'efecte Schottky
L'efecte Schottky es defineix com una reducció de l'energia necessària per treure els electrons d'una superfície sòlida en un buit quan s'aplica un camp elèctric. Això augmenta la descàrrega d'electrons dels materials calentats i afecta la corrent tèrmica, l'energia d'ionització superficial i el llindar fotoelèctric. Anomenat així en honor de Walter H. Schottky, aquest efecte és crucial per a dispositius d'emissió d'electrons com les armes d'electrons.
Emissió tèrmica
Per entendre l'efecte Schottky, primer hem de revisar els conceptes d'emissió tèrmica i funció de treball.
L'emissió tèrmica és l'emissió (lliberació) de portadors de càrrega (ions o electrons) de la superfície d'un material degut a l'energia tèrmica que se li proporciona. En un material sòlid, hi ha normalment un o dos electrons per cada àtom que són lliures de moure's d'un àtom a un altre basant-se en la teoria de bandes. Aquests electrons poden escapar de la superfície si tenen prou energia per superar la barra de potencial que els lliga al material.
La funció de treball es defineix com l'energia mínima necessària perquè un electró escapi de la superfície d'un material degut a l'energia tèrmica. Varia segons el material, la seva estructura cristal·lina, la condició de la superfície i l'entorn. Una funció de treball més baixa resulta en una emissió d'electrons més alta.
La relació entre la densitat de corrent tèrmica J i la temperatura T d'un metall calentat es dóna per la llei de Richardson, que és matemàticament anàloga a l'equació d'Arrhenius:
on W és la funció de treball del metall, k és la constant de Boltzmann, AG és el producte d'una constant universal A0 multiplicada per un factor de correcció específic del material λR que normalment és de l'ordre de 0,5.
El paper del camp elèctric
Ara, podem explicar com el camp elèctric afecta l'emissió tèrmica i provoca l'efecte Schottky.
Aplicar un camp elèctric a un material calentat abaixa la barra de potencial, permetent que més electrons escapid. Això redueix la funció de treball en una quantitat ΔW, incrementant la corrent tèrmica. La reducció de la barra de potencial ΔW es calcula mitjançant:
L'equació de Richardson modificada que pren en compte aquesta reducció de la barra de potencial és:
L'equació de Richardson modificada que pren en compte aquesta reducció de la barra de potencial és:
Aquesta equació descriu l'efecte Schottky o emissió tèrmica reforçada per camp, que ocorre quan s'aplica un camp elèctric moderat (inferior a uns 108 V/m) a un material calentat.
Emissió per camp
Quan s'aplica un camp elèctric molt elevat (superior a 108 V/m) a un material calentat, ocorre una emissió d'electrons diferent anomenada emissió per camp o túnel de Fowler-Nordheim.
En aquest cas, el camp elèctric és tan fort que crea una barra de potencial molt fina que permet als electrons travessar-la sense tenir prou energia tèrmica. Aquest tipus d'emissió o túnel és independent de la temperatura i només depèn de la força del camp elèctric.
Els efectes combinats de l'emissió tèrmica reforçada per camp i l'emissió per camp es poden modelar amb l'equació de Murphy-Good per a l'emissió tèrmico-camp (T-F). A camps encara més forts, l'emissió per camp es converteix en el mecanisme dominant d'emissió d'electrons, i l'emissor opera en el regim anomenat "emissió de camp fred (CFE)".
Aplicacions
L'efecte Schottky s'utilitza en dispositius com microscopis electrònics, tubs de buit, llums de descàrrega de gas, cèl·lules solars i en nanotecnologia.
Resum
L'efecte Schottky és un fenòmen en física que redueix l'energia requerida per treure els electrons d'una superfície sòlida en un buit quan s'aplica un camp elèctric a la superfície. Aumenta la descàrrega d'electrons de la superfície d'un material calentat i afecta la corrent tèrmica, l'energia d'ionització superficial i el llindar fotoelèctric.
L'efecte Schottky ocorre quan un camp elèctric moderat abaixa la barra de potencial que impedeix que els electrons escapid de la superfície, cosa que disminueix la funció de treball i augmenta la corrent tèrmica. La relació entre la densitat de corrent tèrmica, la temperatura, la funció de treball i la força del camp elèctric es pot descriure amb una equació de Richardson modificada.
