რით არის შოტკის ეფექტი?

რა არის შოტკის ეფექტი?

შოტკის ეფექტის განმარტება

შოტკის ეფექტი განიხილება როგორც ენერგიის შემცირება, რომელიც საჭიროა ელექტრონების წარმოებისთვის სადიდო ზედაპირიდან ვაკუუმში, როდესაც გარეშე ელექტროსადგური გამოიყენება. ეს ამაღლებს ელექტრონების დასრულებას დათბული მასალებიდან და გავლენას ახდენს თერმიონულ ძარის, ზედაპირის იონიზაციის ენერგიასა და ფოტოელექტრონულ საზღვრას. ეს ეფექტი შეიქმნა ვალტერ ჰ. შოტკის სახელით და არის კრიტიკული ელექტრონების ემისიის მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა ელექტრონული განათებები.

თერმიონული ემისია

შოტკის ეფექტის გასაგებად, ჯერ უნდა განვიხილოთ თერმიონული ემისია და მუშაობის ფუნქციის კონცეფციები.

თერმიონული ემისია არის დარჩენილი მუხტების (იონების ან ელექტრონების) გამოსხივება მასალის ზედაპირიდან თერმიული ენერგიის შესაბამისად. სადიდო მასალაში ჩანაწერების თეორიის მიხედვით, ჩანაწერები შეიძლება გადაიდოს ერთი ატომიდან მეორეზე, თუ აქვთ საკმარისი ენერგია შეძლონ შედეგის შესაბამისი შეზღუდვის გადარჩენა მასალის შესაბამისად.

მუშაობის ფუნქცია განიხილება როგორც მინიმალური ენერგია, რომელიც საჭიროა ელექტრონის გამოსხივებისთვის მასალის ზედაპირიდან თერმიული ენერგიის შესაბამისად. ის იცვლება მასალის, მისი კრისტალური სტრუქტურის, ზედაპირის მდგომარეობისა და გარემოს მიხედვით. დაბალი მუშაობის ფუნქცია ამაღლებს ელექტრონების ემისიას.

დათბული სხეულის ტემპერატურასა და თერმიონული ემისიის დენსიტეტს შორის ურთიერთდება რიჩარდონის კანონი, რომელიც მათემატიკურად ანალოგიურია არრენიუს განტოლებას:

სადაც W არის მეტალის მუშაობის ფუნქცია, k ბოლცმანის კონსტანტი, AG არის უნივერსალური კონსტანტი A0-ს და მასალის სპეციფიკური კორექტირების ფაქტორი λR-ის ნამრავლი, რომელიც ჩვეულებრივ არის 0.5 რიგის.

ელექტროსადგურის როლი

ახლა შეგვიძლია განვიხილოთ, როგორ გავლენას ახდენს ელექტროსადგური თერმიონულ ემისიაზე და შოტკის ეფექტზე.

ელექტროსადგურის გამოყენება დათბულ მასალაზე შემცირებს პოტენციალურ ბარიერს, რაც შესაძლოა უფრო მეტ ელექტრონს დასრულდეს. ეს შემცირებს მუშაობის ფუნქციას ΔW-ით, რითაც ამაღლებს თერმიონულ ძარს. ბარიერის შემცირება ΔW გამოითვლება შემდეგი განტოლებით:

შემცირებული რიჩარდონის განტოლება, რომელიც ართულებს ეს ბარიერის შემცირება, არის:

შემცირებული რიჩარდონის განტოლება, რომელიც ართულებს ეს ბარიერის შემცირება, არის:

ეს განტოლება აღწერს შოტკის ეფექტს ან ელექტროსადგურით გამოშვებულ თერმიონულ ემისიას, რომელიც ხდება, როდესაც მოდერატული ელექტროსადგური (დაბალი 108 V/m-ზე) გამოიყენება დათბულ მასალაზე.

ველის ემისია

როდესაც ძალიან დიდი ელექტროსადგური (მეტი 108 V/m-ზე) გამოიყენება დათბულ მასალაზე, ხდება სხვა ტიპის ელექტრონების ემისია, რომელიც ცნობილია როგორც ველის ემისია ან ფოულერ-ნორდჰეიმის ტუნელირება.

ამ შემთხვევაში, ელექტროსადგური არის ისეთი ძალიან ძლიერი, რომ ქმნის ძალიან დაბალ პოტენციალურ ბარიერს, რომელიც შესაძლოა ელექტრონები გადასხივონ მას გარეშე თერმიული ენერგიის გარეშე. ეს ტიპის ემისია ან ტუნელირება არ დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და დამოკიდებულია მხოლოდ ელექტროსადგურის ძალაზე.

ველით გამოშვებული თერმიონული და ველის ემისიის კომბინირებული ეფექტები შეიძლება მოდელირებული იყოს მერფი-გუდის განტოლებით თერმო-ველის (T-F) ემისიისთვის. უფრო ძლიერი ველების შემთხვევაში, ველის ემისია ხდება ძირითადი ელექტრონების ემისიის მექანიზმი და გამომრგობლის მუშაობა ხდება ამორჩენილი "ცივი ველის ელექტრონების ემისია (CFE)" რეჟიმში.

გამოყენება

შოტკის ეფექტი გამოიყენება მოწყობილობებში, როგორიცაა ელექტრონული მიკროსკოპები, ვაკუუმური ლამპები, აირის დარტყმის ლამპები, სოლარული ბატარეები და ნანოტექნოლოგიაში.

შეჯამება

შოტკის ეფექტი არის ფიზიკური ფენომენი, რომელიც შემცირებს ენერგიას, რომელიც საჭიროა ელექტრონების წარმოებისთვის სადიდო ზედაპირიდან ვაკუუმში, როდესაც ელექტროსადგური გამოიყენება ზედაპირზე. ეს ამაღლებს ელექტრონების დასრულებას დათბული მასალის ზედაპირიდან და გავლენას ახდენს თერმიონულ ძარს, ზედაპირის იონიზაციის ენერგიასა და ფოტოელექტრონულ საზღვრას.

შოტკის ეფექტი ხდება, როდესაც მოდერატული ელექტროსადგური შემცირებს პოტენციალურ ბარიერს, რომელიც არ შესაძლოა ელექტრონები გადასხივონ ზედაპირიდან, რითაც შემცირებს მუშაობის ფუნქციას და ამაღლებს თერმიონულ ძარს. თერმიონული ძარის დენსიტეტის, ტემპერატურის, მუშაობის ფუნქციისა და ელექტროსადგურის ძალის შორის ურთიერთდება შემცირებული რიჩარდონის განტოლებით.