¿Qué es el Efecto Schottky?
¿Qué es el Efecto Schottky?
Definición del Efecto Schottky
El efecto Schottky se define como una reducción en la energía necesaria para eliminar electrones de una superficie sólida en un vacío cuando se aplica un campo eléctrico. Esto aumenta la emisión de electrones de materiales calentados e impacta la corriente termoiónica, la energía de ionización superficial y el umbral fotoeléctrico. Nombrado en honor a Walter H. Schottky, este efecto es crucial para dispositivos de emisión de electrones como los cañones de electrones.
Emisión Termoiónica
Para entender el efecto Schottky, primero necesitamos revisar los conceptos de emisión termoiónica y función de trabajo.
La emisión termoiónica es la emisión (liberación) de portadores de carga (iones o electrones) desde la superficie de un material debido a la energía térmica proporcionada. En un material sólido, generalmente hay uno o dos electrones por cada átomo que son libres de moverse de un átomo a otro según la teoría de bandas. Estos electrones pueden escapar de la superficie si tienen suficiente energía para superar la barrera potencial que los mantiene unidos al material.
La función de trabajo se define como la energía mínima necesaria para que un electrón escape de la superficie de un material debido a la energía térmica. Varía según el material, su estructura cristalina, la condición de la superficie y el entorno. Una función de trabajo más baja resulta en una mayor emisión de electrones.
La relación entre la densidad de corriente de emisión termoiónica J y la temperatura T de un metal calentado se da mediante la ley de Richardson, que es matemáticamente análoga a la ecuación de Arrhenius:
donde W es la función de trabajo del metal, k es la constante de Boltzmann, AG es el producto de una constante universal A0 multiplicada por un factor de corrección específico del material λR que generalmente es del orden de 0.5.
Papel del Campo Eléctrico
Ahora, podemos explicar cómo el campo eléctrico afecta la emisión termoiónica y causa el efecto Schottky.
Aplicar un campo eléctrico a un material calentado reduce la barrera potencial, permitiendo que más electrones escapen. Esto reduce la función de trabajo en una cantidad ΔW, aumentando la corriente termoiónica. La reducción de la barrera ΔW se calcula mediante:
La ecuación de Richardson modificada que tiene en cuenta esta reducción de la barrera es:
La ecuación de Richardson modificada que tiene en cuenta esta reducción de la barrera es:
Esta ecuación describe el efecto Schottky o emisión termoiónica mejorada por campo, que ocurre cuando se aplica un campo eléctrico moderado (inferior a aproximadamente 108 V/m) a un material calentado.
Emisión por Campo
Cuando se aplica un campo eléctrico muy alto (superior a 108 V/m) a un material calentado, ocurre una diferente emisión de electrones llamada emisión por campo o túnel de Fowler-Nordheim.
En este caso, el campo eléctrico es tan fuerte que crea una barrera potencial muy delgada que permite a los electrones tunelar a través de ella sin tener suficiente energía térmica. Este tipo de emisión o túnel es independiente de la temperatura y depende solo de la intensidad del campo eléctrico.
Los efectos combinados de la emisión termoiónica mejorada por campo y la emisión por campo pueden modelarse mediante la ecuación de Murphy-Good para la emisión termo-campo (T-F). A campos aún más altos, la emisión por campo se convierte en el mecanismo dominante de emisión de electrones, y el emisor opera en el régimen conocido como "emisión de electrones por campo frío (CFE)".
Aplicaciones
El efecto Schottky se utiliza en dispositivos como microscopios electrónicos, tubos de vacío, lámparas de descarga de gas, células solares y en nanotecnología.
Resumen
El efecto Schottky es un fenómeno en física que reduce la energía requerida para eliminar electrones de una superficie sólida en un vacío cuando se aplica un campo eléctrico a la superficie. Aumenta la emisión de electrones de la superficie de un material calentado e impacta la corriente termoiónica, la energía de ionización superficial y el umbral fotoeléctrico.
El efecto Schottky ocurre cuando un campo eléctrico moderado reduce la barrera potencial que impide que los electrones escapen de la superficie, lo que disminuye la función de trabajo y aumenta la corriente termoiónica. La relación entre la densidad de corriente termoiónica, la temperatura, la función de trabajo y la intensidad del campo eléctrico puede describirse mediante una ecuación de Richardson modificada.
