O que é o Efeito Schottky?

O que é o Efeito Schottky?

Definição do Efeito Schottky

O efeito Schottky é definido como uma redução na energia necessária para remover elétrons de uma superfície sólida em vácuo quando um campo elétrico é aplicado. Isso aumenta a emissão de elétrons de materiais aquecidos e afeta a corrente termiônica, a energia de ionização superficial e o limiar fotoelétrico. Nomeado em homenagem a Walter H. Schottky, este efeito é crucial para dispositivos de emissão de elétrons, como canhões de elétrons.

Emissão Termiônica

Para entender o efeito Schottky, precisamos primeiro revisar os conceitos de emissão termiônica e função de trabalho.

A emissão termiônica é a emissão (liberação) de portadores de carga (íons ou elétrons) da superfície de um material devido à energia térmica fornecida a ele. Em um material sólido, geralmente há um ou dois elétrons por átomo que são livres para se mover de um átomo para outro, com base na teoria de bandas. Esses elétrons podem escapar da superfície se tiverem energia suficiente para superar a barreira potencial que os liga ao material.

A função de trabalho é definida como a energia mínima necessária para um elétron escapar da superfície de um material devido à energia térmica. Ela varia com base no material, sua estrutura cristalina, condição da superfície e ambiente. Uma função de trabalho menor resulta em maior emissão de elétrons.

A relação entre a densidade de corrente termiônica J e a temperatura T de um metal aquecido é dada pela lei de Richardson, que é matematicamente análoga à equação de Arrhenius:

onde W é a função de trabalho do metal, k é a constante de Boltzmann, AG é o produto de uma constante universal A0 multiplicada por um fator de correção específico do material λR que é tipicamente da ordem de 0,5.

Papel do Campo Elétrico

Agora, podemos explicar como o campo elétrico afeta a emissão termiônica e causa o efeito Schottky.

Aplicar um campo elétrico a um material aquecido diminui a barreira potencial, permitindo que mais elétrons escapem. Isso reduz a função de trabalho por uma quantidade ΔW, aumentando a corrente termiônica. A redução da barreira ΔW é calculada por:

A equação de Richardson modificada que leva em conta essa redução da barreira é:

A equação de Richardson modificada que leva em conta essa redução da barreira é:

Esta equação descreve o efeito Schottky ou emissão termiônica reforçada pelo campo, que ocorre quando um campo elétrico moderado (inferior a cerca de 108 V/m) é aplicado a um material aquecido.

Emissão de Campo

Quando um campo elétrico muito alto (superior a 108 V/m) é aplicado a um material aquecido, ocorre um tipo diferente de emissão de elétrons chamado emissão de campo ou tunelamento Fowler-Nordheim.

Neste caso, o campo elétrico é tão forte que cria uma barreira potencial muito fina que permite que os elétrons tunelem através dela sem ter energia térmica suficiente. Este tipo de emissão ou tunelamento é independente da temperatura e depende apenas da intensidade do campo elétrico.

Os efeitos combinados da emissão termiônica reforçada pelo campo e da emissão de campo podem ser modelados pela equação de Murphy-Good para emissão termo-campo (T-F). Em campos ainda mais altos, a emissão de campo torna-se o mecanismo dominante de emissão de elétrons, e o emissor opera no regime conhecido como "emissão de campo frio (CFE)".

Aplicações

O efeito Schottky é utilizado em dispositivos como microscópios eletrônicos, válvulas de vácuo, lâmpadas de descarga de gás, células solares e na nanotecnologia.

Resumo

O efeito Schottky é um fenômeno na física que reduz a energia necessária para remover elétrons de uma superfície sólida em vácuo quando um campo elétrico é aplicado à superfície. Ele aumenta a emissão de elétrons da superfície de um material aquecido e afeta a corrente termiônica, a energia de ionização superficial e o limiar fotoelétrico.

O efeito Schottky ocorre quando um campo elétrico moderado diminui a barreira potencial que impede os elétrons de escapar da superfície, o que diminui a função de trabalho e aumenta a corrente termiônica. A relação entre a densidade de corrente termiônica, a temperatura, a função de trabalho e a intensidade do campo elétrico pode ser descrita por uma equação de Richardson modificada.