Шоттки эффектісі және электрондық эмиссияның далалық күшейтілуі
Schottky effect
Шоттки эффектісі: электрондық эмиссияны арттыратын электр өрісінің әсері. Жұмыс функциясын төмендетіп, термоэлектрондық ағынды күшейтеді. Физика терминдері.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Шотки эффектісі немесе өріс күшейткен термоиондық эмиссия – конденсирленген зат физикасындағы құбылыс, ол Уолтер Х. Шотки есімімен аталады. Электронды эмиссия құрылғыларында, әсіресе электрондық қаруларда, термоиондық электронды эмитер айналасындағы ортаға қатысты теріс потенциалмен бейімделеді. Бұл эмитер бетінде F шамасындағы электр өрісін жасайды. Өріс болмағанда, қашып бара жатқан Ферми деңгейі электрон көретін беттік кедергінің биіктігі W, жергілікті жұмыс функциясына тең болады. Электр өрісі беттік кедергіні ΔW мөлшеріне дейін төмендетеді және эмиссиялық токты арттырады. Оны Ричардсон теңдеуінің қарапайым өзгертілуі арқылы W орнына (W – ΔW) қою арқылы модельдеуге болады. Бұл келесі теңдеуді береді:
The Schottky effect or field enhanced thermionic emission is a phenomenon in condensed matter physics named after Walter H. Schottky. In electron emission devices, especially electron guns, the thermionic electron emitter will be biased negative relative to its surroundings. This creates an electric field of magnitude F at the emitter surface. Without the field, the surface barrier seen by an escaping Fermi level electron has height W equal to the local work function. The electric field lowers the surface barrier by an amount ΔW, and increases the emission current. It can be modeled by a simple modification of the Richardson equation, by replacing W by (W − ΔW). This gives the equation
мұнда J – эмиссиялық ток тығыздығы, T – металдың температурасы, W – металдың жұмыс функциясы, k – Больцман тұрақтысы, qe – элементар заряд, ε0 – вакуумдық диэлектрлік өтімділік, ал AG – жалпы тұрақты A0-тің материалға тән түзету коэффициенті λR-ға көбейтілген өнімі, ол әдетте 0,5 шамасында болады. Осы өзгертілген теңдеу қолданылатын өріс және температура режимінде жүретін электронды эмиссия көбінесе Шотки эмиссиясы деп аталады. Бұл теңдеу шамамен 108 В/м-ден төмен электр өрісінің күші үшін салыстырмалы түрде дәл. Электр өрісінің күші 108 В/м-ден жоғары болғанда, Фоллер-Нордхейм (FN) туннельдеуі маңызды эмиссиялық токты құрай бастайды. Бұл режимде өріс күшейткен термоиондық және өрістік эмиссияның біріккен әсерін термоөрістік (TF) эмиссиясы үшін Мерфи-Гуд теңдеуімен модельдеуге болады. Тіпті жоғары өрістерде FN туннельдеу электронды эмиссияның басым механизміне айналады және эмитер «салқын өрісті электронды эмиссия (CFE)» режимінде жұмыс істейді. Термоиондық эмиссияны жарық сияқты басқа да қозу түрлерімен өзара әрекеттесу арқылы күшейтуге болады. Мысалы, термоиондық түрлендіргіштердегі қозу ояртқыш Cs булары Cs Ридберг материясының кластерлерін құрайды, бұл коллектордың эмиссиялық жұмыс функциясын 1,5 эВ-тан 1,0–0,7 эВ-қа дейін төмендетеді. Ридберг материясының ұзақ өмір сүруіне байланысты бұл төмен жұмыс функциясы төмен қалады, бұл төмен температуралық түрлендіргіштің тиімділігін арттырады.
where J is the emission current density, T is the temperature of the metal, W is the work function of the metal, k is the Boltzmann constant, qe is the Elementary charge, ε0 is the vacuum permittivity, and AG is the product of a universal constant A0 multiplied by a material specific correction factor λR which is typically of order 0.5. Electron emission that takes place in the field and temperature regime where this modified equation applies is often called Schottky emission. This equation is relatively accurate for electric field strengths lower than about 108 V m−1. For electric field strengths higher than 108 V m−1, so called Fowler–Nordheim (FN) tunneling begins to contribute significant emission current. In this regime, the combined effects of field enhanced thermionic and field emission can be modeled by the Murphy–Good equation for thermo field (T F) emission. At even higher fields, FN tunneling becomes the dominant electron emission mechanism, and the emitter operates in the so called "cold field electron emission (CFE)" regime. Thermionic emission can also be enhanced by interaction with other forms of excitation such as light. For example, excited Cs vapours in thermionic converters form clusters of Cs Rydberg matter which yield a decrease of collector emitting work function from 1.5 eV to 1.0–0.7 eV. Due to long lived nature of Rydberg matter this low work function remains low which essentially increases the low temperature converter’s efficiency.