Mi a Schottky-effektus?
Mi a Schottky-effekt?
A Schottky-effekt definíciója
A Schottky-effekt az a jelenség, amely során a vakuumban lévő szilárd felületen egy elektromos mező alkalmazásakor csökken az elektronok eltávolításához szükséges energia. Ez növeli a melegedett anyagból kiadódó elektronok mennyiségét, és befolyásolja a termionikus áramot, a felszíni ionizációs energiát és a fotoelektrikus küszöböt. Walter H. Schottky nevére adták el, és kritikus fontosságú az elektronkiadó eszközök, például az elektronpuska működéséhez.
Termionikus kiadás
A Schottky-effekt megértéséhez először átnézzük a termionikus kiadást és a munkafüggvény fogalmát.
A termionikus kiadás a töltött részecskék (ionok vagy elektronok) kiadása (szabadulása) a anyag felületéről a hozzáadott hőenergia miatt. A szilárd anyagban általában van egy vagy két elektron minden atomon, amelyek szabadon mozoghatnak az atomok között a sávelmélet alapján. Ezek az elektronok el tudják hagyni a felületet, ha elegendő energiával rendelkeznek ahhoz, hogy túllépjék a potenciális akadályt, ami a anyaghoz köti őket.
A munkafüggvény a minimális energia, amely szükséges ahhoz, hogy az elektronok a hőenergia miatt elhagyják a anyag felületét. Ez változik a anyag, kristálystruktúra, felületi állapot és környezet függvényében. A munkafüggvény csökkenése növeli az elektronkiadást.
A termionikus kiadás áramteljesítmény-sűrűsége (J) és a melegedett fémmel kapcsolatban Richardson törvénye írja le, ami matematikailag hasonló az Arrhenius-egyenlethez:
ahol W a fémmunkafüggvénye, k a Boltzmann-állandó, AG a univerzális állandó (A0) és a anyagspecifikus korrekciós tényező (λR) szorzata, amely általában 0,5 nagyságrendű.
Az elektromos mező szerepe
Most már magyarázhatjuk, hogyan befolyásolja az elektromos mező a termionikus kiadást, és hogyan okozza a Schottky-effektet.
Az elektromos mező alkalmazása a melegedett anyagra csökkenti a potenciális akadályt, lehetővé téve, hogy több elektron szabaduljon ki. Ez ΔW mennyiségű munkafüggvény-csökkenést eredményez, ami növeli a termionikus áramot. A potenciális akadály csökkenése (ΔW) a következőképpen számítható:
A potenciális akadály csökkenését figyelembe vevő módosított Richardson-egyenlet:
A potenciális akadály csökkenését figyelembe vevő módosított Richardson-egyenlet:
Ez az egyenlet leírja a Schottky-effektet vagy a mező-erősített termionikus kiadást, amely akkor fordul elő, amikor egy mérsékelt elektromos mező (kb. 108 V/m-nél alacsonyabb) hat a melegedett anyagra.
Mezőkiadás
Amikor egy nagyon erős elektromos mező (több mint 108 V/m) hat a melegedett anyagra, egy másik típusú elektronkiadás lép fel, amit mezőkiadásnak vagy Fowler-Nordheim-tunnelingnek hívunk.
Ebben az esetben az elektromos mező olyan erős, hogy egy nagyon vékony potenciális akadályt hoz létre, amely lehetővé teszi az elektronok tunnelgását anélkül, hogy elegendő hőenergiával rendelkeznének. Ez a kiadás vagy tunnelgás független a hőtől, és csak az elektromos mező erejétől függ.
A mező-erősített termionikus és mezőkiadás kombinált hatásai a Murphy-Good-egyenlettel modellezhetők a termo-mező (T-F) kiadáshoz. Még magasabb mezők esetén a mezőkiadás lesz a domináns elektronkiadási mechanizmus, és az emittor a "hideg mező elektronkiadás (CFE)" rezimben működik.
Alkalmazások
A Schottky-effektet használják olyan eszközökben, mint az elektronmikroszkópok, vakuumrövidítők, gázdiszze lámpák, fotovoltaikus cellák, és a nanotechnológia területén.
Összefoglalás
A Schottky-effekt egy fizikai jelenség, amely csökkenti az elektronok eltávolításához szükséges energiát a szilárd felületen a vakuumban, amikor elektromos mező hat a felületre. Növeli a melegedett anyagból kiadódó elektronok mennyiségét, és befolyásolja a termionikus áramot, a felszíni ionizációs energiát és a fotoelektrikus küszöböt.
A Schottky-effekt akkor lép fel, amikor a mérsékelt elektromos mező csökkenti a potenciális akadályt, ami csökkenti a munkafüggvényt, és növeli a termionikus áramot. A termionikus áramteljesítmény-sűrűség, a hőmérséklet, a munkafüggvény és az elektromos mező ereje közötti kapcsolat a módosított Richardson-egyenlettel leírható.
