Co je Schottky efekt?

Co je Schottkyho efekt?

Definice Schottkyho efektu

Schottkyho efekt je definován jako snížení energie potřebné k odstranění elektronů z povrchu pevné látky v vakuum při použití elektrického pole. To podporuje výboj elektronů z ohřátých materiálů a ovlivňuje termoiontový proud, povrchovou ionizační energii a fotoelektrickou hranici. Tento efekt, pojmenovaný po Walterovi H. Schottkym, je klíčový pro zařízení na vydávání elektronů, jako jsou elektronové dělové.

Termoiontový výboj

Abychom porozuměli Schottkyho efektu, musíme nejdříve projít koncepty termoiontového výboje a práce funkce.

Termoiontový výboj je výboj (uvolnění) nosičů náboje (iontů nebo elektronů) z povrchu materiálu díky tepelné energii dodané tomuto materiálu. V pevném materiálu se obvykle nachází jeden nebo dva volné elektrony pro každý atom, které mohou pohybovat mezi atomy na základě teorie pásem. Tyto elektrony mohou uniknout z povrchu, pokud mají dostatek energie k překonání potenciální bariéry, která je drží uvnitř materiálu.

Práce funkce je definována jako minimální energie potřebná k tomu, aby elektron unikl z povrchu materiálu díky tepelné energii. Změňuje se v závislosti na materiálu, jeho krystalové struktuře, stavu povrchu a prostředí. Nižší práce funkce vede k vyššímu výboji elektronů.

Vztah mezi hustotou termoiontového proudu J a teplotou T ohřátého kovu je popsán Richardsonovým zákonem, který je matematicky analogický Arrheniovu rovnici:

kde W je práce funkce kovu, k je Boltzmannova konstanta, AG je součin univerzální konstanty A0 násobené materiálově specifickým korekčním faktorem λR, který je obvykle řádu 0,5.

Role elektrického pole

Nyní můžeme vysvětlit, jak elektrické pole ovlivňuje termoiontový výboj a způsobuje Schottkyho efekt.

Použití elektrického pole na ohřátý materiál snižuje potenciální bariéru, což umožňuje, aby uniklo více elektronů. To snižuje práci funkci o hodnotu ΔW, což zvyšuje termoiontový proud. Snížení bariéry ΔW je vypočteno pomocí:

Upravená Richardsonova rovnice, která zohledňuje toto snížení bariéry, je:

Upravená Richardsonova rovnice, která zohledňuje toto snížení bariéry, je:

Tato rovnice popisuje Schottkyho efekt nebo pole posílený termoiontový výboj, který nastává, když je na ohřátý materiál použito střední síly elektrického pole (nižší než asi 108 V/m).

Pole výboj

Když je na ohřátý materiál použito velmi silné elektrické pole (více než 108 V/m), nastává jiný typ výboje elektronů nazývaný pole výboj nebo Fowler-Nordheim tunelování.

V tomto případě je elektrické pole tak silné, že vytváří velmi tenkou potenciální bariéru, která umožňuje elektronům tunelovat skrz ni bez dostatečné tepelné energie. Tento typ výboje nebo tunelování je nezávislý na teplotě a závisí pouze na síle elektrického pole.

Kombinované účinky pole posíleného termoiontového a pole výboje lze modelovat Murphy-Goodovou rovnicí pro termo-pole (T-F) výboj. Při ještě vyšších polích se pole výboj stává dominantním mechanismem výboje elektronů a emitér funguje v tzv. "chladném pole výboji (CFE)" režimu.

Aplikace

Schottkyho efekt je využíván v zařízeních, jako jsou elektronové mikroskopie, vakuumové trubice, plynové výbojové lampy, solární články a v nanotechnologii.

Shrnutí

Schottkyho efekt je fyzikální jev, který snižuje energii potřebnou k odstranění elektronů z povrchu pevné látky v vakuum při použití elektrického pole na povrch. Zvyšuje výboj elektronů z povrchu ohřátého materiálu a ovlivňuje termoiontový proud, povrchovou ionizační energii a fotoelektrickou hranici.

Schottkyho efekt nastává, když střední elektrické pole snižuje potenciální bariéru, která brání elektronům v uniku z povrchu, což snižuje práci funkci a zvyšuje termoiontový proud. Vztah mezi hustotou termoiontového proudu, teplotou, prací funkcí a silou elektrického pole lze popsat upravenou Richardsonovou rovnicí.