Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Лазарь С.С. -> "Физика полупроводников" -> 24

Физика полупроводников - Лазарь С.С.

Лазарь С.С. Физика полупроводников — Наука, 1985. — 460 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikov1985.pdf
Предыдущая << 1 .. 18 19 20 21 22 23 < 24 > 25 26 27 28 29 30 .. 152 >> Следующая

случае работа будет меньше работы выхода, так как на вырывание
электрона из металла, кроме этого, уйдет часть его внутренней
энергии.
Учитывая все вышесказанное не только при абсолютном нуле,
но и при температуре, отличной от абсолютного нуля, работу
выхода отсчитывают от уровня химического потенциала и
называют ее изотермической работой выхода.
Еще более сложным становится вопрос об определении работы
выхода полупроводника: на вырывание электрона в вакуум из зоны
проводимости требуется одна работа, из заполненной зоны -
другая, с примесных уровней - третья. Однако и в этом случае
можно показать, что если
*) При температуре, отличной от абсолютного нуля, в вакууме вокруг
металла тоже имеется некоторое количество электронов - металл заряжен
положительно и окружен отрицательной электронной атмосферой, плотность
которой убывает по закону Больцмана по мере удаления от поверхности. При
этом в условиях равновесия уровень химического потенциала для электронов
и в металле и вакууме будет одинаков, а потенциал будет возрастать по мере
удаления от металла на расстояние порядка дебаевской длины.
67


мы будем удалять электроны с любого уровня, находящегося выше
уровня химического потенциала,^ то материал будет охлаждаться;
при удалении электронов с уровня, находящегося ниже уровня
химического потенциала, он будет нагреваться. И только в том
случае, когда мы будем одновременно удалять и те и другие
электроны, причем в такой пропорции, чтобы их энергия в среднем
равнялась энергии на уровне химического потенциала, температура
останется неизменной. Поэтому и в полупроводниках
изотермическую ' работу выхода отсчитывают от уровня
химического потенциала, несмотря на то, что на этом уровне
большей частью нет ни одного электрона, так как обычно он
проходит где-то в запрещенной зоне (см. гл. 4).
Электрон может получить энергию, необходимую для того,
чтобы покинуть металл (или полупроводник), различными
способами: от падающего на поверхность металла света (на этом
основаны вакуумные и газонаполненные фотоэлементы), от
"бомбардирующих" поверхность быстрых электронов (на этом
основаны фотоумножители) или других частиц и т. д. Эта энергия
может быть также получена за счет внутренней энергий самого
металла. Действительно, при достаточно высокой температуре
распределение Ферми настолько "расплывется", что в нем
появится значительное количество электронов, энергия которых
больше работы выхода; если какой-либо из таких электронов
появляется вблизи поверхности металла и его скорость при этом
направлена нормально к поверхности, то он может покинуть
металл.
На этом явлении основана эмиссия электронов катодов
электронных ламп. Работа выхода оксидных катодов значительно
меньше, чем вольфрамовых, поэтому они требуют значительно
меньшего подогрева, и в этом их основное преимущество.
КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ
Рассмотрим теперь, что происходит, когда мы приближаем друг
к другу два различных металла. Не только при высокой, но и при
любой температуре всегда имеется некоторое количество
электронов, энергия которых достаточна для того, чтобы покинуть
металл; чем меньше работа выхода, тем больше число таких
электронов. Поэтому при соприкосновении металлов начнется
обмен электро-
68


нами между ними *>. Предположим, для определенности, что работа
выхода первого металла меньше, чем второго (рис. 1.14, Тогда
электронный ток слева направо
Isi = AerWllkT будет больше, чем ток в обратном направлении /s2 =
Ae2Wi/hT, поверхность второго металла будет заряжаться
отрицательно, а на поверхности первого будет оставаться
нескомпенсированный положительный заряд ***). Этот процесс
будет продолжаться до тех пор,
Уродень Ферми

а) 6)
Рис. 1.14. Схема возникновения контактной разности потенциалов
пока возникшая вследствие этого в зазоре (который становится
подобен плоскому конденсатору) разность потенциалов не
скомпенсирует разность работ выхода eVK = = W2 - Wi (рис. 1.14,
б).
Оценим количество электронов, которое должно перейти из
одного металла в другой, чтобы создать равновесную разность
потенциалов Ук. Предположим, что разность работ выхода VK = 1в и
зазор между металлами d = = 10-7 см. Тогда поле в зазоре Е = 107
в/см и поверхностная плотность заряда, необходимая, чтобы
создать такое поле в зазоре, q = Е/Ая. Следовательно, количество
электронов, которое должно перейти с 1 см2 одного металла в
другой, чтобы создать это поле, будет
Я = Т" т!г~10" о-73)
*) Кроме этого, при достаточном сближении металлов появляется
возможность перехода электронов из одного металла в другой за счет
туннельного эффекта.
**) Здесь скачок потенциала на поверхности металлов для простоты
показан вертикальным. Свободные зоны на рисунке не показаны.
***) Коэффициент зависит от плотности состояний в обоих металлах, от
температуры и ряда других факторов; в данном случае существенно, что он
Предыдущая << 1 .. 18 19 20 21 22 23 < 24 > 25 26 27 28 29 30 .. 152 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed