Введение
Эффект Шотки, или полевое усиление термоионной эмиссии, – это явление в физике конденсированного состояния, названное в честь Уолтера Х. Шотки. В приборах электронного излучения, особенно в электронных пушках, термоионный электронный излучатель смещается отрицательным потенциалом относительно окружающей среды. Это создает электрическое поле величиной F на поверхности излучателя. Без поля поверхностный барьер, видимый вылетающим электроном уровня Ферми, имеет высоту W, равную локальной работе выхода. Электрическое поле снижает поверхностный барьер на величину ΔW и увеличивает эмиссионный ток. Это можно смоделировать простой модификацией уравнения Ричардсона, заменив W на (W − ΔW). Это дает уравнение, где J – плотность тока эмиссии, T – температура металла, W – работа выхода металла, k – постоянная Больцмана, qe – элементарный заряд, ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, а AG – произведение универсальной константы A0, умноженное на поправочный коэффициент λR, который обычно составляет порядка 0,5. Электронная эмиссия, происходящая в поле и температурном режиме, где применимо это модифицированное уравнение, часто называется эмиссией Шотки. Это уравнение относительно точно для напряженности электрического поля ниже примерно 108 В/м. При напряженности электрического поля выше 108 В/м так называемое туннелирование Фаулера–Нордгейма (FN) начинает вносить существенный вклад в эмиссионный ток. В этом режиме комбинированное воздействие полевого усиления термоионной эмиссии и полевой эмиссии может быть смоделировано уравнением Мерфи–Гуда для термопольной (TF) эмиссии. При еще более высоких полях туннелирование FN становится доминирующим механизмом эмиссии электронов, и излучатель работает в так называемом режиме "холодной полевой эмиссии электронов (CFE)". Термоионная эмиссия также может быть усилена взаимодействием с другими формами возбуждения, такими как свет. Например, возбужденные пары Cs в термоионных преобразователях образуют кластеры материи Cs Ридберга, что приводит к снижению работы выхода коллектора с 1,5 эВ до 1,0–0,7 эВ. Благодаря долгоживущей природе материи Ридберга эта низкая работа выхода остается низкой, что существенно повышает эффективность низкотемпературного преобразователя.
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.