ШОТКИ ЭФФЕКТ

Уменьшение работы выхода эл-нов из тв. тел под действием внешнего ускоряющего их электрич. поля. Ш. э. проявляется в росте тока термоэлектронной эмиссии в режиме насыщения, в уменьшении энергии поверхностной ионизации и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии в сторону больших длин волн. Ш. э. возникает в электрич. полях Е, достаточно больших для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е=10—100 В•см-1), и существен до полей E=106 В•см-1, после чего начинает преобладать просачивание эл-нов сквозь потенц. барьер, образующийся на границе тела (автоэлектронная эмиссия). Теория Ш. э. для металлов создана нем. учёным В. Шотки (1914). Для объяснения Ш. э. достаточно рассмотреть силы, действующие на эл-н вблизи поверхности металла, начиная с расстояний х>а (а — межат. расстояние), когда можно отвлечься от ат. структуры поверхности. Из-за большой электропроводности металла его поверхность эквипотенциальна, силовые линии электрич. поля перпендикулярны ей. Поэтому эл-н с зарядом — е, находящийся на расстоянии х от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине — x своё «электрич. изображение», т. е. заряд +е. Сила их притяжения F=е2/16pe0x2, где e0 — электрическая постоянная. Энергия эл-на в поле этой силы

фэи=- e2/16pe0x. (1)

Внеш. электрич. поле Е уменьшает эту энергию на величину еЕх. Ход потенц. энергии эл-на вблизи поверхности принимает вид (рис.):

Ф=(-е2/16pe0х-eЕх), (2)

и потенц. порог на границе металла превращается в потенц. барьер с вершиной при x=xм= (е/16pe0E)1/2.

При Е? 5•106В•см-1 xм?8?(а=З?).

Ход потенц. энергии эл-на вблизи границы металл — вакуум при отсутствии внеш. поля (Фэи ) и при наличии электрич. поля Е, ускоряющего эл-ны (Ф): DФ— уменьшение потенц. барьера под действием поля; х — расстояние до поверхности металла; ?F — энергия Ферми металла (штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле); Ф0— работа выхода металла при отсутствии внеш. поля;xм — расстояние от вершины потенц. барьера до поверхности металла при наличии внеш. поля.

Уменьшение работы выхода за счёт действия электрич. поля равно: DФ=е(еE/4pe0)1/2. В результате Ш. э. термоэлектронный ток j в режиме насыщения возрастает по закону: j=j0ехр(е3Е/4pe0k2Т2)1/2, а частотный порог фотоэмиссии ћw0 сдвигается на величину D(ћw0)=DФ.

В случае, когда эмитирующая поверхность неоднородна и на ней имеются «пятна» с разл. работой выхода, над её поверхностью возникает электрич. поле пятен. Это поле тормозит эл-ны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внеш. электрич. поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растёт при увеличении Е быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).

Влияние электрич. поля на эмиссию эл-нов из полупроводников более сложно. Электрич. поле проникает в них на большую глубину (от сотен до десятков тысяч ат. слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмитированным эл-ном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка дебаевского радиуса экранирования rэ. Для х>rэ применима ф-ла (1), но лишь для полей во много раз меньших, чем у металлов (Е?102—104В•см).

Кроме того, поле, проникая в ПП, вызывает в нём перераспределение зарядов, что приводит к дополнит. уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности ПП имеются электронные поверхностные состояния. При достаточной их плотности (=1013 см-2) находящиеся в них эл-ны экранируют внеш. поле. В этом случае, если заполнение и опустошение поверхностных состояний под действием поля вылетающего эл-на происходит достаточно быстро, то Ш. э. такой же, как и в металлах. Ш. э. рассматривается и при протекании тока через контакт металл —ПП (см. ШОТКИ БАРЬЕР).