Ano ang Schottky Effect?

Ano ang Schottky Effect?

Pangangailangan ng Paglalarawan ng Schottky Effect

Ang Schottky effect ay inilalarawan bilang pagbawas sa enerhiyang kailangan para alisin ang mga elektron mula sa ibabaw ng isang materyal sa vacuum kapag isinakatuparan ang isang electric field. Ito ay nagpapataas ng paglabas ng mga elektron mula sa mga materyal na pinainitan at nakakaapekto sa thermionic current, surface ionization energy, at photoelectric threshold. Pinangalan ito kay Walter H. Schottky, at mahalaga ito para sa mga aparato ng paglabas ng elektron tulad ng electron guns.

Thermionic Emission

Upang maintindihan ang Schottky effect, kailangan nating suriin ang konsepto ng thermionic emission at work function.

Ang thermionic emission ay ang paglabas (pag-release) ng mga charge carriers (mga ion o elektron) mula sa ibabaw ng isang materyal dahil sa thermal energy na ibinigay dito. Sa isang solid material, mayroon lamang isa o dalawang elektron para sa bawat atom na malayang makakilos mula sa isang atom patungo sa iba batay sa band theory. Ang mga elektron na ito ay maaaring lumayas mula sa ibabaw kung sapat ang kanilang enerhiya upang mapanalong ang potential barrier na sumasakop sa kanila sa materyal.

Ang work function ay inilalarawan bilang ang minimum na enerhiya na kailangan para ang isang elektron ay makalaya mula sa ibabaw ng isang materyal dahil sa thermal energy. Ito ay nag-iiba depende sa materyal, ang crystal structure nito, kondisyon ng ibabaw, at kapaligiran. Mas mababang work function ay nagresulta sa mas mataas na paglabas ng elektron.

Ang relasyon sa pagitan ng thermionic emission current density J at ang temperatura T ng isang mainit na metal ay ibinibigay ng Richardson’s law, na matematikal na katulad ng Arrhenius equation:

kung saan W ang work function ng metal, k ang Boltzmann constant, AG ang produkto ng isang universal na constant A0 na pinarami ng isang material-specific correction factor λR na karaniwang ng order 0.5.

Ang Papel ng Electric Field

Ngayon, maaari nating ipaliwanag kung paano nakakaapekto ang electric field sa thermionic emission at nagdudulot ng Schottky effect.

Ang pag-apply ng electric field sa isang mainit na materyal ay binabawasan ang potential barrier, na nagpapahintulot sa mas maraming elektron na lumayas. Ito ay binabawasan ang work function ng isang halaga ΔW, na nagpapataas ng thermionic current. Ang barrier lowering ΔW ay inaasahan sa pamamagitan ng:

Ang modified Richardson equation na kinokonsidera ang barrier lowering ay:

Ang modified Richardson equation na kinokonsidera ang barrier lowering ay:

Ang equation na ito ay naglalarawan ng Schottky effect o field-enhanced thermionic emission, na nangyayari kapag isinakatuparan ang isang moderate na electric field (mas mababa kaysa sa 108 V/m) sa isang mainit na materyal.

Field Emission

Kapag isinakatuparan ang isang napakalakas na electric field (higit sa 108 V/m) sa isang mainit na materyal, nangyayari ang isang ibang uri ng paglabas ng elektron na tinatawag na field emission o Fowler-Nordheim tunneling.

Sa kasong ito, ang electric field ay napakalakas na ito ay gumagawa ng napakamaliit na potential barrier na nagpapahintulot sa mga elektron na tumunel dito nang hindi sapat ang thermal energy. Ang uri ng emission o tunneling na ito ay independiyente sa temperatura at depende lamang sa lakas ng electric field.

Ang kombinadong epekto ng field-enhanced thermionic at field emission ay maaaring imodelo gamit ang Murphy-Good equation para sa thermo-field (T-F) emission. Sa mas mataas na fields, ang field emission ay naging dominant na mechanism ng paglabas ng elektron, at ang emitter ay gumagana sa tinatawag na “cold field electron emission (CFE)” regime.

Mga Application

Ang Schottky effect ay ginagamit sa mga aparato tulad ng electron microscopes, vacuum tubes, gas discharge lamps, solar cells, at nanotechnology.

Buod

Ang Schottky effect ay isang phenomenon sa pisika na nagbabawas ng enerhiyang kailangan para alisin ang mga elektron mula sa ibabaw ng isang materyal sa vacuum kapag isinakatuparan ang isang electric field sa ibabaw. Ito ay nagpapataas ng paglabas ng mga elektron mula sa ibabaw ng isang mainit na materyal at nakakaapekto sa thermionic current, surface ionization energy, at photoelectric threshold.

Nangyayari ang Schottky effect kapag isinakatuparan ang isang moderate na electric field na binabawasan ang potential barrier na nagpapahinto sa mga elektron mula sa paglabas mula sa ibabaw, na binabawasan ang work function at nagpapataas ng thermionic current. Ang relasyon sa pagitan ng thermionic current density at temperatura, work function, at lakas ng electric field ay maaaring ilarawan ng isang modified Richardson equation.