Hvað er Schottky áhrif?

Hvað er Schottky áhrif?

Skilgreining á Schottky áhrifum

Schottky áhrif eru skilgreind sem minnka í orku sem þarf til að fjarlægja rafeður frá fasti yfirborði í vakuum þegar elektrískt svæði er beitt. Þetta bætir við rafefnisloka af hittedu efni og hefur áhrif á termo-rafstraum, yfirborðs ionagjöf og ljósofnlega spönnþröng. Nafnið kemur af Walter H. Schottky, og þessi áhrif eru mikilvæg fyrir rafefnisloka tækjum eins og rafefnisbúnaðar.

Termo-rafstraumur

Til að skilja Schottky áhrif þurfum við fyrst að skoða termo-rafstraum og vinnumálsgreinina.

Termo-rafstraumur er útskot (frigjöf) af rafmagnsferilum (ionum eða rafeðum) frá yfirborði efins vegna hitakerfisins sem gefið er honum. Í fastu efni eru vanalega einn eða tveir rafeður fyrir hverja atóm sem eru óbundið til að ferast frá einu atómi til annars byggð á bandteikningunni. Þessir rafeður geta brotið út af yfirborðinu ef þeir hafa nógu mikið orku til að yfirleifa potensspönnina sem bindir þá við efnið.

Vinnumál er skilgreint sem lágmarksorka sem þarf til að rafeður broti út af yfirborði efins vegna hitakerfis. Það breytist eftir efni, kristalgrunnlagi, yfirborðsástandi og umhverfi. Lægra vinnumál leiðir til meiri rafefnisloka.

Sambandið milli termo-rafstraumsþéttunar J og hitastigsins T af hitaðri metali er gefið af Richardson's lögum, sem er stærðfræðilega jafnt og Arrhenius-jöfnunni:

þar sem W er vinnumál metilsins, k er Boltzmann-staðlaður, AG er margfeldi almennrar fastu A0 og efnisbundið stillingargildi λR sem er venjulega af stærð 0,5.

Hlutverk elektríska svæðis

Nú getum við lýst hvernig elektríska svæði hefur áhrif á termo-rafstraum og valdi Schottky áhrifum.

Við að beita elektríska svæði við hitað efni lækkar potensspönnina, sem leyfir fleiri rafeðum að brota út. Þetta lækkar vinnumál með magni ΔW, sem bætir við termo-rafstraumi. Spönnslækkun ΔW er reiknuð með:

Breyttu Richardson-jöfnunni sem tekur tillit til þessa spönnslækkunar er:

Breyttu Richardson-jöfnunni sem tekur tillit til þessa spönnslækkunar er:

Þessi jafna lýsir Schottky áhrifum eða rekinu við termo-rafstraum, sem gerast þegar miðlungs sterkur elektrískur svæði (lægri en um 108 V/m) er beitt við hitað efni.

Rekin við rafefnisloka

Þegar mjög sterkur elektrískur svæði (yfir 108 V/m) er beitt við hitað efni gerast önnur rafefnisloka sem kölluð er rekin við rafefnisloka eða Fowler-Nordheim tunneling.

Í þessu tilfelli er elektrískt svæði svo sterk að það býr til mjög þynna potensspönn sem leyfir rafeðum að túnnla þvert á móti því án nokkurra hitakerfis. Þessi tegund af loke eða túnnling er óháð hitastigi og fer einungis af elektrísku svæðisstyrk.

Samþætt áhrif rekins við termo-rafstraum og rekinu við rafefnisloka má lýsa með Murphy-Good-jöfnunni fyrir thermo-field (T-F) loke. Við enn stærri svæði verður rekin við rafefnisloka að stjórnmæli rafefnislokameðferðar, og útgefandinn virkar í sökutengda „cold field electron emission (CFE)“ reglu.

Notkun

Schottky áhrif eru notaðir í tækjum eins og rafefnismyndavélar, vakuumröfur, loftgjósarljós, sólcellar og nanoteknologíu.

Samantekt

Schottky áhrif eru atburður í eðlisfræði sem minnkar orku sem þarf til að fjarlægja rafeður frá fastu yfirborði í vakuum þegar elektrískt svæði er beitt. Það bætir við rafefnisloka af yfirborði hitaðs efns og hefur áhrif á termo-rafstraum, yfirborðs ionagjöf og ljósofnlega spönnþröng.

Schottky áhrif gerast þegar miðlungs sterkur elektrískur svæði lækkar potensspönnina sem hindrar rafeðum að brota út af yfirborðinu, sem lækkar vinnumál og bætir við termo-rafstraumi. Sambandið milli termo-rafstraumsþéttunar, hitastigs, vinnumáls og elektríska svæðisstyrks getur verið lýst með breyttu Richardson-jöfnu.