Schottky Etkisi nedir?

Schottky Etkisi Nedir?

Schottky Etkisi Tanımı

Schottky etkisi, vakumda bir katı yüzeyden elektronları çıkarmak için gereken enerjinin, bir elektrik alan uygulandığında azalması olarak tanımlanır. Bu, ısıtılmış malzemelerden elektron salınımını artırır ve termiyonik akımı, yüzey iyonlaşma enerjisini ve fotoelektrik eşiği etkiler. Walter H. Schottky'den ismini alan bu etki, elektron tüpü gibi elektron emisyon cihazları için kritik öneme sahiptir.

Termiyonik Emisyon

Schottky etkisini anlamak için önce termiyonik emisyon ve çalışma fonksiyonu kavramlarını gözden geçirmemiz gerekir.

Termiyonik emisyon, bir malzemenin yüzeyinden (iyonlar veya elektronlar) yük taşıyıcılarının, ona verilen termal enerji sonucunda salınmasıdır. Katı bir malzemedeki her atom genellikle bant teorisine göre bir veya iki serbest hareket edebilen elektron içerir. Bu elektronlar, malzemeye bağlı olan potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiye sahip olduğunda yüzeyden kaçabilirler.

Çalışma fonksiyonu, bir elektronun termal enerji sonucunda bir malzemenin yüzeyinden kaçmaya başlaması için gereken minimum enerji olarak tanımlanır. Malzemenin, kristal yapısı, yüzey durumu ve çevresi gibi faktörlere göre değişir. Daha düşük bir çalışma fonksiyonu, daha yüksek elektron emisyonuna neden olur.

Isıtılmış bir metalin termiyonik emisyon akım yoğunluğu J ile sıcaklığı T arasındaki ilişki, Arrhenius denklemine matematiksel olarak benzer olan Richardson yasasıyla verilir:

burada W, metalin çalışma fonksiyonudur, k Boltzmann sabitidir, AG evrensel bir sabit A0 ile malzeme spesifik düzelme faktörü λR çarpımıdır, genellikle 0.5 sırasındadır.

Elektrik Alanının Rolü

Şimdi, elektrik alanının termiyonik emisyona nasıl etki ettiği ve Schottky etkisine nasıl neden olduğu açıklanabilir.

Bir ısıtılmış malzeme üzerine elektrik alan uygulanması, potansiyel bariyeri düşürerek daha fazla elektronun kaçmasına izin verir. Bu, çalışma fonksiyonunu ΔW miktarda azaltarak termiyonik akımı artırır. Bariyer düşürme ΔW şu şekilde hesaplanır:

Bu bariyer düşürmeyi dikkate alan değiştirilmiş Richardson denklemi şöyledir:

Bu bariyer düşürmeyi dikkate alan değiştirilmiş Richardson denklemi şöyledir:

Bu denklem, yaklaşık 108 V/m'den düşük bir orta düzeyde elektrik alan uygulandığında meydana gelen Schottky etkisini veya alan destekli termiyonik emisyonu tanımlar.

Alan Emisyonu

Yüksek bir elektrik alan (108 V/m'den fazla) ısıtılmış bir malzeme üzerine uygulandığında, farklı bir elektron emisyonu olan alan emisyonu veya Fowler-Nordheim tünelleme gerçekleşir.

Bu durumda, elektrik alanı çok güçlüdür ve elektronların yeterli termal enerjiye sahip olmadan potansiyel bariyeri tünelle geçmesine izin veren çok ince bir potansiyel bariyer oluşturur. Bu tip emisyon veya tünelleme, sadece elektrik alan gücünden bağımsızdır ve sıcaklıkla ilgisi yoktur.

Alan destekli termiyonik ve alan emisyonun kombinasyonlu etkileri, termo-alan (T-F) emisyonu için Murphy-Good denklemiyle modellenebilir. Daha yüksek alanlarda, alan emisyonu hakim elektron emisyon mekanizması haline gelir ve emicinin "soğuk alan elektron emisyonu (CFE)" rejiminde çalıştığı söylenebilir.

Uygulamalar

Schottky etkisi, elektron mikroskopları, vakum tüpleri, gaz salma lambaları, güneş hücresi ve nanoteknolojide kullanılır.

Özet

Schottky etkisi, bir katı yüzeyden vakumda elektronları çıkarmak için gereken enerjinin, yüzey üzerine bir elektrik alan uygulandığında azaldığı fiziksel bir fenomendir. Isıtılmış bir malzemenin yüzeyinden elektron salınımını artırır ve termiyonik akımı, yüzey iyonlaşma enerjisini ve fotoelektrik eşiği etkiler.

Schottky etkisi, orta düzey bir elektrik alanın, elektronların yüzeyden kaçmasını engelleyen potansiyel bariyeri düşürerek, çalışma fonksiyonunu azaltarak ve termiyonik akımı artırarak gerçekleşir. Termiyonik akım yoğunluğu, sıcaklık, çalışma fonksiyonu ve elektrik alan gücü arasındaki ilişki, değiştirilmiş Richardson denklemiyle tanımlanabilir.