Što je Schottkyjev učinak

Što je Schottkyjev učinak?

Definicija Schottkyjeva učinka

Schottkyjev učinak definiran je kao smanjenje energije potrebne za uklanjanje elektrona s čvrste površine u vakuumu kada se primijeni električno polje. To povećava emitiranje elektrona iz zagrijanih materijala i utječe na termionički struj, energiju površinske jonizacije i fotoelektričnu pragovnu vrijednost. Nazvan je po Walteru H. Schottkyju, a ovaj učinak je ključan za uređaje za emitiranje elektrona poput elektronskih topova.

Termionička emisija

Da bismo razumjeli Schottkyjev učinak, prvo moramo pregledati koncepte termioničke emisije i radnog funkcionala.

Termionička emisija je emitiranje (oslobađanje) nositelja naboja (iona ili elektrona) s površine materijala zbog topline koja mu se daje. U čvrstom materijalu obično postoji jedan ili dva elektrona po atomu koji su slobodni da se kreću od atoma do atoma prema teoriji zon. Ovi elektroni mogu napustiti površinu ako imaju dovoljno energije da premoći potencijalni barjer koji ih vezuje za materijal.

Radni funkcional definiran je kao minimalna energija potrebna da elektron napusti površinu materijala zbog topline. On varira ovisno o materijalu, njegovoj kristalnoj strukturi, stanju površine i okruženju. Niži radni funkcional rezultira većim emitiranjem elektrona.

Odnos gustoće struje termioničke emisije J i temperature T zagrijanog metala daje Richardsonov zakon, koji matematički analogan je Arheniusovom jednadžbi:

gdje je W radni funkcional metala, k Boltzmannova konstanta, AG proizvod univerzalne konstante A0 pomnožene specifičnim korekcijskim faktorom λR, koji je tipično reda 0.5.

Uloga električnog polja

Sada možemo objasniti kako električno polje utječe na termioničku emisiju i uzrokuje Schottkyjev učinak.

Primjena električnog polja na zagrijani materijal snižava potencijalni barjer, omogućujući više elektrona da napuste površinu. To smanjuje radni funkcional za količinu ΔW, povećavajući termioničku struju. Smanjenje barjera ΔW izračunava se prema:

Modificirana Richardsonova jednadžba koja uzima u obzir smanjenje barjera glasi:

Modificirana Richardsonova jednadžba koja uzima u obzir smanjenje barjera glasi:

Ova jednadžba opisuje Schottkyjev učinak ili emisiju pod utjecajem polja, koja se događa kada se umjereno električno polje (niže od oko 108 V/m) primijeni na zagrijani materijal.

Emisija pod utjecajem polja

Kada se vrlo jako električno polje (preko 108 V/m) primijeni na zagrijani materijal, događa se drugačija emisija elektrona, tzv. emisija pod utjecajem polja ili Fowler-Nordheim tuneliranje.

U ovom slučaju, električno polje je toliko jako da stvara vrlo tanki potencijalni barjer koji dopušta elektronima da tuneliraju kroz njega bez dovoljne toplinske energije. Ovaj tip emisije ili tuneliranja ne ovisi o temperaturi, već samo o jačini električnog polja.

Kombinirani učinci emisije pod utjecajem polja i emisije pod utjecajem polja mogu se modelirati Murphy-Goodovom jednadžbom za termo-poljsku (T-P) emisiju. Pri još većim poljima, emisija pod utjecajem polja postaje dominantni mehanizam emitiranja elektrona, a emitter radi u režimu tzv. "hladne emisije pod utjecajem polja (CFE)".

Primjene

Schottkyjev učinak koristi se u uređajima poput elektronskih mikroskopa, vakuumskih cijevi, gasnih razradnih svjetiljki, solarnih celija i nanotehnologiji.

Sažetak

Schottkyjev učinak je fenomen u fizici koji smanjuje energiju potrebnu za uklanjanje elektrona s čvrste površine u vakuumu kada se na površinu primijeni električno polje. Povećava emitiranje elektrona s površine zagrijanog materijala i utječe na termioničku struju, energiju površinske jonizacije i fotoelektričnu pragovnu vrijednost.

Schottkyjev učinak nastupa kada umjereno električno polje snižava potencijalni barjer koji sprečava elektrone da napuste površinu, što smanjuje radni funkcional i povećava termioničku struju. Odnos gustoće termioničke struje, temperature, radnog funkcionala i jačine električnog polja može se opisati modificiranom Richardsonovom jednadžbom.