Kaj je Schottkyjev učinek?

Kaj je Schottkyjev učinek?

Definicija Schottkyjevega učinka

Schottkyjev učinek je definiran kot zmanjšanje energije, potrebne za odstranitev elektronov s površine trdnine v vakuumu, ko je na površino uporabljen električni polje. To poveča izpuščanje elektronov iz segreto materialov in vpliva na termionični tok, površinsko jonizacijsko energijo in fotoelektrično pragovno vrednost. Poimenovan po Walterju H. Schottkyju, ta učinek je ključen za naprave za izpuščanje elektronov, kot so elektronske piščali.

Termionična emitacija

Da bi razumeli Schottkyjev učinek, moramo najprej pregledati koncepte termionične emitacije in delovne funkcije.

Termionična emitacija je emitacija (izpuščanje) nosilcev naboja (ionov ali elektronov) s površine materiala zaradi toplinske energije, ki mu je dana. V trdnem materialu so običajno en ali dva elektrona za vsak atom, ki so prosti, da se gibljejo med atomi glede na teorijo pasov. Ti elektroni lahko zbežijo s površine, če imajo dovolj energije, da premočijo potencialni bariro, ki jih vezuje na material.

Delovna funkcija je definirana kot minimalna energija, potrebna, da elektron zbeži s površine materiala zaradi toplinske energije. Spreminja se glede na material, njegovo kristalno strukturo, stanje površine in okolje. Nižja delovna funkcija pomeni višjo emitacijo elektronov.

Povezava med gostoto termioničnega tokovnega pretoka J in temperaturo T segretega kovinka je podana z Richardsonovim zakonom, ki je matematično analogijen Arrheniusovi enačbi:

kjer je W delovna funkcija kovinka, k Boltzmanova konstanta, AG produkt univerzalne konstante A0 pomnožen z materialom specifičnim popravkom λR, ki je tipično reda 0,5.

Vloga električnega polja

Sedaj lahko pojasnimo, kako električno polje vpliva na termionično emitacijo in povzroča Schottkyjev učinek.

Uporaba električnega polja na segretem materialu zniža potencialno bariro, kar omogoča večemu številu elektronov, da zbežijo. To zniža delovno funkcijo za količino ΔW, kar poveča termionični tok. Znižanje bariere ΔW se izračuna z:

Modificirana Richardsonova enačba, ki upošteva to znižanje bariere, je:

Modificirana Richardsonova enačba, ki upošteva to znižanje bariere, je:

Ta enačba opisuje Schottkyjev učinek ali polje-podprto termionično emitacijo, ki nastane, ko je na segretem materialu uporabljen umesen električni polje (nižji od približno 108 V/m).

Poljska emitacija

Ko je na segretem materialu uporabljen zelo močen električni polje (višji od 108 V/m), se zgodi drugačna emitacija elektronov, imenovana poljska emitacija ali Fowler-Nordheim tuneliranje.

V tem primeru je električno polje tako močno, da ustvari zelo tanko potencialno bariro, ki omogoča elektronom, da jo prestopijo brez dovolj toplinske energije. Ta vrsta emitacije ali tuneliranja je neodvisna od temperature in odvisna samo od moči električnega polja.

Združeni učinki polje-podprte termionične in poljske emitacije lahko modelira Murphy-Goodova enačba za termo-poljsko (T-F) emitacijo. Pri še višjih poljih postane poljska emitacija dominantna mehanizma emitacije elektronov, in emitter deluje v režimu, imenovanem "hladna poljska emitacija elektronov (CFE)".

Uporabe

Schottkyjev učinek se uporablja v napravah, kot so elektronski mikroskopi, vakuumski cevki, plinski razsvetljavni tirki, sončne celice in nanotehnologija.

Povzetek

Schottkyjev učinek je pojav v fiziki, ki zmanjša energijo, potrebno za odstranitev elektronov s površine trdnine v vakuumu, ko je na površino uporabljen električni polje. Poveča izpuščanje elektronov s površine segretega materiala in vpliva na termionični tok, površinsko jonizacijsko energijo in fotoelektrično pragovno vrednost.

Schottkyjev učinek nastane, ko umesen električni polje zniža potencialno bariro, ki preprečuje elektronom, da zbežijo s površine, kar zmanjša delovno funkcijo in poveča termionični tok. Povezava med gostoto termioničnega tokovnega pretoka, temperaturo, delovno funkcijo in močjo električnega polja se lahko opiše z modificirano Richardsonovo enačbo.