Шотки ефект

Шотки ефект, зменшення роботи виходу електронів з твердих тіл під дією зовнішнього прискорюючого їх електричного поля. Ш. е. виявляється в зростанні струму насичення термоелектронній емісії, в зменшенні енергії поверхневої іонізації (див. Іонна емісія ) і в зрушенні порогу фотоелектронній емісії у бік великих довжин хвиль l Ш. е. виникає в полях Е , достатніх для розсмоктування просторів. заряду в поверхні емітера ( Е ~ 10 —100 в × см ^¾1 ), і существен до полів Е ~ 10 ⁶ в ^. см ^¾1 . При Е > 10 ⁷ в × см ^¾1 починає переважати просочування електронів крізь потенційний бар'єр на кордоні тіла ( тунельна емісія ) .

  Класична теорія Ш. е. для металів створена німецьким ученим В. Шотки (1914). Із-за великої електропровідності металу силові лінії електричного поля перпендикулярні його поверхні. Тому електрон із зарядом — е , що знаходиться на відстані х > а ( а — міжатомна відстань) від поверхні, взаємодіє з нею так, як якби він індукував в металі на глибині х своє «електричне зображення», тобто заряд + е. Сила їх тяжіння:

    (1)

  (e _про — діелектрична проникність вакууму), потенціал цієї сили (j _{е. і.} = — е /16pe _про х. Зовнішнє електричне поле зменшує j _{е. і.} на величину Е ^. х (див. мал. ); на кордоні метал — вакуум з'являється потенційний бар'єр з вершиною при х = х _м-код =. При E £  5 ^. 10 ⁶ в ^. см ^¾1 x _m  ³ 8å. Зменшення роботи виходу F за рахунок дії поля рівне:, наприклад при Е = 10 ⁵ в ^. см ^¾1 DF = 0,12 ев і х _м-код =60 Å. В результаті Ш. е. j експоненціально зростає від j _про до, де до — Больцмана постійна, а частотний поріг фотоемісії  зрушується на величину:

. (2)

  У разі, коли еміттірующая поверхня неоднорідна і на ній є «плями» з різною роботою виходу, над її поверхнею виникає електричне поле «плям». Це поле гальмує електрони, що вилітають з ділянок катода з меншою, ніж в сусідніх, роботою виходу. Зовнішнє електричне поле складається з полем плям і, зростаючи, усуває гальмівну дію останнього. Внаслідок цього емісійний струм з неоднорідного емітера зростає при збільшенні E швидше, ніж в разі однорідного емітера (аномальний Ш. е.).

  Вплив електричного поля на емісію електронів з напівпровідників біліше складно. Електричне поле проникає в них на велику глибину (від сотень до десятків тисяч атомних шарів). Тому заряд, що індукується еміттірованним електроном, розташований не на поверхні, а в шарі товщиною порядку радіусу екранування r _е . Для х > r _е справедлива формула (1), але для полів Е у багато разів менших, ніж в металів ( Е~ 10 ² — 10 ⁴ в/см ) . Крім того, зовнішнє електричне поле, проникаючи в напівпровідник, викликає в нім перерозподіл зарядів, що приводить до додаткового зменшення роботи виходу. Зазвичай, проте, на поверхні напівпровідників є поверхневі електронні стани. При достатній їх щільності (~10 ¹³ см ^¾2 ) електрони, що знаходяться в них, екранують зовнішнє поле. В цьому випадку (якщо заповнення і спустошення поверхневих станів під дією поля електрона, що вилітає, відбувається досить швидко) Ш. е. такий же, як і в металах. Ш. е. має місце і при протіканні струму через контакт метал — напівпровідник (див. Шотки бар'єр, Шотки діод ) .

  Літ.: Schottky W., «Physikalische Zeitschrift», 1914, Bd 15, S. 872; Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. Ст Емісійна електроніка, М., 1966; Нерозжарювані катоди, М., 1974.

  Т. М. Ліфшиц.

Ф е.і. — потенційна енергія електрона в полі сили електричного зображення; єЄх — потенційна енергія електрона в зовнішньому електричному полі; Ф — потенційна енергія електрона поблизу поверхні металу а присутності зовнішнього електричного поля: Ф _м-коду — робота виходу металу; ∆Ф — зменшення роботи виходу під дією зовнішнього електричного поля; Е _F — рівень Фермі в металі; х _м-код — відстань від вершини потенційного бар'єру до поверхні металу; штрихуванням показані заповнені електронні полягання в металі.