Kas ir Šottki efekts?

Kas ir Šottkija efekts?

Šottkija efekta definīcija

Šottkija efekts definē kā enerģijas nepieciešamības samazinājums, lai noņemtu elektronus no tvertnes virsmas vakuumā, kad tiek piemērots elektromagnētiskais lauks. Tas palielina elektronu izplūdi no sildītajiem materiāliem un ietekmē termioniķo strāvu, virsmais jonizācijas enerģiju un fotoelektriskā slieksnis. Efekts ir nosaukts Waltera H. Šottkija vārdā un ir būtisks elektronu emisijas ierīcēm, piemēram, elektronu avotiem.

Termioniķa emisija

Lai saprastu Šottkija efektu, mums jāapskata termioniķa emisijas un darba funkcijas koncepti.

Termioniķa emisija ir lādēto daļiņu (jonu vai elektronu) izplūde no materiāla virsmas dēļ tā termisko enerģiju. Tvertnes materiālā parasti ir viens vai divi elektroni katram atomam, kas brīvi var kustēties no viena atoma uz otru, balstoties uz zonu teoriju. Šie elektroni var izbēgt no virsmas, ja tiem ir pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu potenciālo barjeru, kas tos saista ar materiālu.

Darba funkcija definēta kā minimums enerģija, kas nepieciešama, lai elektrons izbēgtu no materiāla virsmas dēļ termiskās enerģijas. Tā atšķiras atkarībā no materiāla, tā kristāliskā struktūra, virsmas stāvoklis un vides. Zemāka darba funkcija rezultē augstākā elektronu emisijā.

Sakritojums starp termioniķa emisijas strāvas blīvumu J un sildītā metāla temperatūru T ir dots Ritčarda likmē, kas matemātiski ir līdzīgs Arrheniusa vienādojumam:

kur W ir metāla darba funkcija, k ir Boltzmāna konstante, AG ir universālā konstante A0 reizināta ar materiālam specifisku korekcijas koeficientu λR, kas parasti ir apmēram 0,5.

Elektromagnētiskā lauka loma

Tagad mēs varam izskaidrot, kā elektromagnētiskais lauks ietekmē termioniķa emisiju un rada Šottkija efektu.

Elektromagnētiskā lauka piemērošana sildītam materiālam samazina potenciālo barjeru, ļaujot vairāk elektronu izbēgt. Tas samazina darba funkciju par ΔW, palielinot termioniķo strāvu. Barjeru samazinājums ΔW tiek aprēķināts šādi:

Modificētais Ritčarda vienādojums, kas ņem vērā šo barjeru samazinājumu, ir:

Modificētais Ritčarda vienādojums, kas ņem vērā šo barjeru samazinājumu, ir:

Šis vienādojums apraksta Šottkija efektu vai lauka pastiprināto termioniķa emisiju, kas notiek, kad pie sildītā materiāla tiek piemērots vidējs elektromagnētiskais lauks (zemāks par aptuveni 108 V/m).

Lauka emisija

Ja pie sildītā materiāla tiek piemērots ļoti spēcīgs elektromagnētiskais lauks (virzienā virs 108 V/m), notiek cits veids elektronu emisijai, kas sauc par lauka emisiju vai Fowler-Nordheim tunelēšanu.

Šajā gadījumā elektromagnētiskais lauks ir tik spēcīgs, ka tas izveido ļoti plānu potenciālo barjeru, kas ļauj elektroniem tunelēt cauri tai, neatkarīgi no termiskās enerģijas. Šis emisijas vai tunelēšanas veids nav atkarīgs no temperatūras un atkarīgs tikai no elektromagnētiskā lauka stipruma.

Lauka pastiprinātā termioniķa un lauka emisijas kombinētie efekti var tikt modelēti ar Mārfila-Guda vienādojumu termofield (T-F) emisijai. Pie vēl lielākiem laukiem lauka emisija kļūst par dominējošo elektronu emisijas mehānismu, un emisors darbojas tā saukto "saldu lauka elektronu emisijas (CFE)" režīmā.

Lietojumi

Šottkija efekts tiek izmantots ierīcēs, piemēram, elektronu mikroskopos, vakuumtubēs, gāzes izplūdes lampās, saules baterijās un nanotehnoloģijās.

Kopsavilkums

Šottkija efekts ir fizikas parādība, kas samazina enerģiju, kas nepieciešama, lai noņemtu elektronus no tvertnes virsmas vakuumā, kad tiek piemērots elektromagnētiskais lauks virsmai. Tas palielina elektronu izplūdi no sildītā materiāla virsmas un ietekmē termioniķo strāvu, virsmais jonizācijas enerģiju un fotoelektriskā slieksnis.

Šottkija efekts notiek, kad vidējs elektromagnētiskais lauks samazina potenciālo barjeru, kas neļauj elektroniem izbēgt no virsmas, samazinot darba funkciju un palielinot termioniķo strāvu. Attiecība starp termioniķa strāvas blīvumu, temperatūru, darba funkciju un elektromagnētiskā lauka stiprumu var tikt aprakstīta ar modificētu Ritčarda vienādojumu.