Шотки эффект

Шотки эффект, уменьшение работы выхода электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии, в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см. Ионная эмиссия) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии в сторону больших длин волн l Ш. э. возникает в полях Е, достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е ~ 10 —100 в×см^¾1), и существен до полей Е ~ 10⁶ в^. см^¾1. При Е > 10⁷ в×см^¾1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (туннельная эмиссия).

  Классическая теория Ш. э. для металлов создана немецким учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрического поля перпендикулярны его поверхности. Поэтому электрон с зарядом —е, находящийся на расстоянии х > а (а — межатомное расстояние) от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине х своё «электрическое изображение», т. е. заряд +е. Сила их притяжения:

   (1)

  (e_o — диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (j _{э. и.} = —е/16pe_ох. Внешнее электрическое поле уменьшает j _{э. и.} на величину Е^. х (см. рис.); на границе металл — вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при х = х_м =. При E £  5^.10⁶в^. см^¾1 x_m  ³ 8Å. Уменьшение работы выхода F за счёт действия поля равно: , например при Е = 10⁵в^. см^¾1 DF = 0,12 эв и х_м=60 Å. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от j_o до , где к — Больцмана постоянная, а частотный порог фотоэмиссии  сдвигается на величину:

. (2)

  В случае, когда эмиттирующая поверхность неоднородна и на ней имеются «пятна» с различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрическое поле «пятен». Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрическое поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растет при увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).

  Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников белее сложно. Электрическое поле проникает в них на большую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса экранирования r_э. Для х > r_э справедлива формула (1), но для полей Е во много раз меньших, чем у металлов (Е~10²—10⁴ в/см). Кроме того, внешнее электрическое поле, проникая в полупроводник, вызывает в нём перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности полупроводников имеются поверхностные электронные состояния. При достаточной их плотности (~10¹³ см^¾2) находящиеся в них электроны экранируют внешнее поле. В этом случае (если заполнение и опустошение поверхностных состояний под действием поля вылетающего электрона происходит достаточно быстро) Ш. э. такой же, как и в металлах. Ш. э. имеет место и при протекании тока через контакт металл — полупроводник (см. Шотки барьер, Шотки диод).

  Лит.: Schottky W., «Physikalische Zeitschrift», 1914, Bd 15, S. 872; Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Ненакаливаемые катоды, М., 1974.

  Т. М. Лифшиц.

Ф э.и. — потенциальная энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх — потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Ф — потенциальная энергия электрона вблизи поверхности металла а присутствии внешнего электрического поля: Ф_м — работа выхода металла; ∆Ф — уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля; Е_F — уровень Ферми в металле; х_м — расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.