Mis on Schottky efekt?

Mis on Schottky mõju?

Schottky mõju definitsioon

Schottky mõju on defineeritud kui vajaliku energia vähenemine elektronide eemaldamiseks tahre pinnalt vakuumis, kui rakendatakse elektrivälja. See suurendab elektronide väljaviimist soojetatud materjalidest ja mõjutab termioonilist voolu, pinna ioniseerimise energiat ja fotoelektrilist künnist. Nime on andnud Walter H. Schottky, see mõju on oluline elektroonide väljaviskmiste seadmete, nagu elektroonipüstid, jaoks.

Termiooniline väljaviimine

Schottky mõju mõistmiseks peame esmalt uurima termioonilist väljaviimist ja tööfunktsiooni mõisteid.

Termiooniline väljaviimine on laengutrahvete (ioni või elektrone) väljaviimine (vabastamine) materjali pinnalt, mis on tingitud sellele andetud soojuseenergiast. Tahres on tavaliselt üks või kaks elektroni iga atomi kohta, mis on vabad liikuda ühest atomist teise vastavalt paigutuskiirgusteooriale. Need elektronid saavad pinnast põgeneda, kui neil on piisavalt energiat ületada nende materjaliga sidumise potentsiaalbarjäär.

Tööfunktsioon on defineeritud kui vähim energia, mida vajatakse, et elektron saaks põgeneda materjali pinnalt soojuseenergia tõttu. See varieerub materjali, tema kristallstruktuuri, pinnaolukorra ja keskkonna järgi. Madalam tööfunktsioon tuletab suuremat elektronide väljaviimist.

Soojitatud metalli termioonilise väljaviimise jõudlusestiheduse J ja temperatuuri T vahel on Richardsoni seadus, mis matemaatiliselt analoogiline Arrheniusi võrrandiga:

kus W on metalli tööfunktsioon, k Boltzmanni konstant, AG on universaalsete konstantide A0 ja materjalispecifilise parandusfaktori λR korrutis, mis on tavaliselt umbes 0,5.

Elektrivälja roll

Nüüd saame selgitada, kuidas elektriväli mõjutab termioonilist väljaviimist ja põhjustab Schottky mõju.

Kui soojitatud materjale rakendatakse elektrivälja, siis alandatakse potentsiaalbarjääri, lubades rohkem elektronide põgeneda. See vähendab tööfunktsiooni ΔW võrra, suurendades termioonilist voolu. Barjääri alandamise ΔW arvutatakse järgmiselt:

See barjääri alandamist arvestav muutunud Richardsoni võrrand on:

See barjääri alandamist arvestav muutunud Richardsoni võrrand on:

See võrrand kirjeldab Schottky mõju või väljaga tugevdatud termioonilist väljaviimist, mis toimub, kui soojitatud materjale rakendatakse mõõdukas elektriväli (vähem kui umbes 108 V/m).

Väljaviimine

Kui soojitatud materjale rakendatakse väga tugev elektriväli (üle 108 V/m), siis toimub erinev elektronide väljaviimine, mida nimetatakse väljaviimiseks või Fowler-Nordheimi tunnelimiseks.

Sellisel juhul on elektriväli nii tugev, et see loob väga ohutu potentsiaalbarjääri, mis lubab elektronidel tunnelida läbi seda ilma piisava soojuseenergiata. See tüüp väljaviimist või tunnelimist on temperatuurist sõltumatu ja sõltub ainult elektrivälja tugevusest.

Väljaga tugevdatud termioonilise ja väljaviimise kombinatsioonilisi mõjusid saab modelleerida Murphy-Goodi võrrandiga termo-välja (T-F) väljaviimise jaoks. Mõningate veelgi tugevamate väljade korral muutub väljaviimine domineeriva elektronide väljaviimismeetodiks, ja väljaviimisrakendaja töötab nimekirjas "külme välja elektronide väljaviimise (CFE)" režiimis.

Rakendused

Schottky mõju kasutatakse seadmetes nagu elektronmiikroskoopid, vakuumilambid, gaasi väljaviimislambid, päikeseelemendid ja nanotehnoloogias.

Kokkuvõte

Schottky mõju on füüsika ilming, mis vähendab vajalikku energiat elektronide eemaldamiseks tahre pinnalt vakuumis, kui sellele rakendatakse elektrivälja. See suurendab elektronide väljaviimist soojitatud materjalidest ja mõjutab termioonilist voolu, pinna ioniseerimise energiat ja fotoelektrilist künnist.

Schottky mõju toimub, kui mõõdukas elektriväli alandab potentsiaalbarjääri, mis takistab elektronide põgenemist, mis vähendab tööfunktsiooni ja suurendab termioonilist voolu. Termioonilise voolusuhtluse, temperatuuri, tööfunktsiooni ja elektrivälja tugevuse vahelist suhet saab kirjeldada muutunud Richardsoni võrrandiga.