Ano ang Schottky Effect?

Ano ang Schottky Effect?

Pangungusap ng Schottky Effect

Ang Schottky effect ay inilalarawan bilang pagbawas sa enerhiyang kinakailangan upang alisin ang mga elektron mula sa ibabaw ng isang materyal sa vacuum kapag may electric field na ipinapatupad. Ito ay nagpapataas ng paglabas ng elektron mula sa mga materyal na pinainitan at nakakaapekto sa thermionic current, surface ionization energy, at photoelectric threshold. Ang epekto na ito, na ipinangalan kay Walter H. Schottky, ay mahalaga para sa mga aparato ng electron emission tulad ng electron guns.

Thermionic Emission

Upang maintindihan ang Schottky effect, kailangan nating suriin ang konsepto ng thermionic emission at work function.

Ang thermionic emission ay ang paglabas (release) ng mga charge carrier (ions o electrons) mula sa ibabaw ng isang materyal dahil sa thermal energy na ibinigay dito. Sa isang solid material, mayroong isang o dalawang elektron para sa bawat atom na malaya na makilos mula sa isang atom hanggang sa isa pa batay sa band theory. Ang mga elektron na ito ay maaaring lumayas mula sa ibabaw kung may sapat silang enerhiya upang makalampas sa potential barrier na sumasalamin sa kanila sa materyal.

Ang work function ay inilalarawan bilang ang minimum na enerhiyang kinakailangan para ang isang elektron ay makalayas mula sa ibabaw ng isang materyal dahil sa thermal energy. Ito ay nag-iiba-iba depende sa materyal, crystal structure, kondisyon ng ibabaw, at kapaligiran. Mas mababang work function ay nagreresulta sa mas mataas na paglabas ng elektron.

Ang relasyon sa pagitan ng thermionic emission current density J at ang temperatura T ng isang pinainit na metal ay ibinibigay ng Richardson’s law, na matematikal na katulad ng Arrhenius equation:

kung saan W ang work function ng metal, k ang Boltzmann constant, AG ang produkto ng isang universal na constant A0 na pinarami ng isang material-specific correction factor λR na karaniwang nasa order 0.5.

Ang Role ng Electric Field

Ngayon, maaari nating ipaliwanag kung paano ang electric field ay nakakaapekto sa thermionic emission at nagdudulot ng Schottky effect.

Ang pagpapatupad ng electric field sa isang pinainit na materyal ay binabawasan ang potential barrier, nagbibigay-daan para sa mas maraming elektron na lumayas. Ito ay binabawasan ang work function ng isang halaga ΔW, nagpapataas ng thermionic current. Ang barrier lowering ΔW ay inaasahan sa pamamagitan ng:

Ang modified Richardson equation na tumutugon sa barrier lowering ay:

Ang modified Richardson equation na tumutugon sa barrier lowering ay:

Ang equation na ito ay naglalarawan ng Schottky effect o field-enhanced thermionic emission, na nangyayari kapag may moderate na electric field (mas mababa sa 108 V/m) na ipinapatupad sa isang pinainit na materyal.

Field Emission

Kapag may napakalaking electric field (higit sa 108 V/m) na ipinapatupad sa isang pinainit na materyal, nangyayari ang ibang uri ng electron emission na tinatawag na field emission o Fowler-Nordheim tunneling.

Sa kasong ito, ang electric field ay sobrang lakas na nagpapabuo ng napakalipit na potential barrier na nagbibigay-daan para sa mga elektron na lumusot nang hindi nangangailangan ng sapat na thermal energy. Ang uri ng emission o tunneling na ito ay independiyente sa temperatura at depende lamang sa lakas ng electric field.

Ang kombinadong epekto ng field-enhanced thermionic at field emission ay maaaring imodelo gamit ang Murphy-Good equation para sa thermo-field (T-F) emission. Sa mas mataas na mga field, ang field emission ang naging pangunahing mekanismo ng electron emission, at ang emitter ay gumagana sa tinatawag na “cold field electron emission (CFE)” regime.

Mga Application

Ang Schottky effect ay ginagamit sa mga aparato tulad ng electron microscopes, vacuum tubes, gas discharge lamps, solar cells, at nanotechnology.

Buod

Ang Schottky effect ay isang phenomenon sa physics na nagbabawas ng enerhiyang kinakailangan upang alisin ang mga elektron mula sa ibabaw ng isang materyal sa vacuum kapag may electric field na ipinapatupad sa ibabaw. Ito ay nagpapataas ng paglabas ng elektron mula sa ibabaw ng isang pinainit na materyal at nakakaapekto sa thermionic current, surface ionization energy, at photoelectric threshold.

Ang Schottky effect ay nangyayari kapag ang moderate na electric field ay binabawasan ang potential barrier na sumasalamin sa mga elektron mula sa ibabaw, na nagbabawas ng work function at nagpapataas ng thermionic current. Ang relasyon sa pagitan ng thermionic current density at temperatura, work function, at lakas ng electric field ay maaaring ilarawan ng isang modified Richardson equation.