Que é o Efecto Schottky

Que é o Efecto Schottky?

Definición do Efecto Schottky

O efecto Schottky defínese como unha redución na enerxía necesaria para eliminar eléctrons dunha superficie sólida no vacío cando se aplica un campo eléctrico. Isto aumenta a descarga de eléctrons de materiais calentados e afecta á corrente termoiónica, á enerxía de ionización da superficie e ao limiar fotoeléctrico. Nomeado en honor a Walter H. Schottky, este efecto é crucial para dispositivos de emisión de eléctrons como as armas de eléctrons.

Emisión Termoiónica

Para entender o efecto Schottky, primeiro temos que revisar os conceptos de emisión termoiónica e función de traballo.

A emisión termoiónica é a emissión (liberación) de portadores de carga (ións ou eléctrons) da superficie dun material debido á enerxía térmica dada a este. Nún material sólido, xeralmente hai un ou dous eléctrons por cada átomo que son libres para moverse de un átomo a outro baseándose na teoría de bandas. Estes eléctrons poden escapar da superficie se teñen suficiente enerxía para superar a barrera de potencial que os ata ao material.

A función de traballo defínese como a mínima enerxía necesaria para que un electrón escape da superficie dun material debido á enerxía térmica. Varía en función do material, a súa estrutura cristalina, a condición da superficie e o ambiente. Unha función de traballo menor resulta en maior emisión de eléctrons.

A relación entre a densidade de corrente de emisión termoiónica J e a temperatura T dun metal calentado dáse pola lei de Richardson, que é matemáticamente análoga á ecuación de Arrhenius:

onde W é a función de traballo do metal, k é a constante de Boltzmann, AG é o produto dunha constante universal A0 multiplicada por un factor de corrección específico do material λR que xeralmente está na orde de 0,5.

Papel do Campo Eléctrico

Agora, podemos explicar como o campo eléctrico afecta á emisión termoiónica e causa o efecto Schottky.

Aplicar un campo eléctrico a un material calentado baixa a barrera de potencial, permitindo que saian máis eléctrons. Isto reduce a función de traballo nunha cantidade ΔW, aumentando a corrente termoiónica. A baixada da barrera ΔW calculase por:

A ecuación de Richardson modificada que ten en conta esta baixada da barrera é:

A ecuación de Richardson modificada que ten en conta esta baixada da barrera é:

Esta ecuación describe o efecto Schottky ou emisión termoiónica realzada polo campo, que ocorre cando se aplica un campo eléctrico moderado (inferior a aproximadamente 108 V/m) a un material calentado.

Emisión de Campo

Cando se aplica un campo eléctrico moi alto (superior a 108 V/m) a un material calentado, ocorre un tipo diferente de emisión de eléctrons chamado emisión de campo ou túneling de Fowler-Nordheim.

Neste caso, o campo eléctrico é tan forte que crea unha barrera de potencial moi fina que permite que os eléctrons tunelen a través dela sen ter suficiente enerxía térmica. Este tipo de emisión ou túneling é independente da temperatura e depende só da intensidade do campo eléctrico.

Os efectos combinados da emisión termoiónica realzada polo campo e a emisión de campo poden modelarse coa ecuación de Murphy-Good para a emisión termocampo (T-F). A campos aínda máis altos, a emisión de campo converteuse no mecanismo dominante de emisión de eléctrons, e o emisor opera no chamado "régimen de emisión de campo frío (CFE)".

Aplicacións

O efecto Schottky utilízase en dispositivos como microscopios electrónicos, tubos de vacío, lámpanas de descarga de gas, células solares e na nanotecnoloxía.

Resumo

O efecto Schottky é un fenómeno na física que reduce a enerxía necesaria para eliminar eléctrons dunha superficie sólida no vacío cando se aplica un campo eléctrico á superficie. Aumenta a descarga de eléctrons da superficie dun material calentado e afecta á corrente termoiónica, á enerxía de ionización da superficie e ao limiar fotoeléctrico.

O efecto Schottky ocorre cando un campo eléctrico moderado baixa a barrera de potencial que impide que os eléctrons escapan da superficie, o que diminúe a función de traballo e aumenta a corrente termoiónica. A relación entre a densidade de corrente termoiónica e a temperatura, a función de traballo e a intensidade do campo eléctrico pode describirse con unha ecuación de Richardson modificada.