ШОТКИ ЭФФЕКТ

ШОТКИ ЭФФЕКТ уменьшение работы
выхода
электронов
из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрич. 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
лямбда. Ш. э. возникает в полях E, достаточных для рассасывания
пространств, заряда у поверхности эмиттера (E 10- -100 вхсм^-1),
и
существен до полей E 10⁶вхсм^-1.
При
E
> 10⁷ вхсм^-1
начинает преобладать просачивание
электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (туннельная эмиссия).

Классич. теория Ш. э. для металлов
создана нем. учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла
силовые линии электрич. 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:

(Едиэлектрическая
проницаемость вакуума), потенциал этой силы фe/16пЕВнешнее
электрич. поле уменьшает ф на величину
E · х(см.рис.);
на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при

х8А.
Уменьшение работы выхода Ф за счёт действия поля равно: дельта Ф = е(еЕ/4пЕ1/2,
напр,
при E=10⁵в*см^-1 дельта Ф = 0,12
эв
и
х=60А.
В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от

Фэ.и. - потенциальная энергия электрона
в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия
электрона во внешнем электрическом поле; Ф - потенциальная энергия электрона
вблизи поверхности металла в присутствии внешнего электрического поля;
Фм - работа выхода металла; дельта-Ф - уменьшение работы выхода под действием
внешнего электрического поля; E- уровень Ферми в металле;
Хм
- расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла;
штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.

Болъцмана постоянная,
а частотный
порог фотоэмиссии hw сдвигается на величину:

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

Влияние электрич. поля на эмиссию электронов
из полупроводников более сложно. Электрич. 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 rДля
x
> rсправедлива формула (1), но для полей
E во
много раз меньших, чем у металлов (Е10² - 10⁴в/см).
Кроме
того, внешнее электрич. 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^-2)
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; Добрец о в Л. H., Гомоюнова M. В., Эмиссионная
электроника, M., 1966; Ненакаливаемые катоды, M., 1974.
T. M. Лифшиц.