уменьшение работы выхода (См.
Работа выхода) электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии (См.
Термоэлектронная эмиссия), в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см.
Ионная эмиссия) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии (См.
Фотоэлектронная эмиссия) в сторону бо́льших длин волн λ Ш. э. возникает в полях
Е, достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (
Е Ш
отки эфф
ект 10 -100
в․
см―1), и существен до полей
Е Шотки эффект 10
6 в. см―1. При
Е > 10
7 в․
см―1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (
Туннельная эмиссия)
.
Классическая теория Ш. э. для металлов создана немецким учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрического 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:
(1)
(ε
o -
Диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (φ
э. и. = -
е/16πε
ох. Внешнее электрическое поле уменьшает φ
э. и. на величину
Е. х (см.
рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при
х = хм =
. При
E ≤ 5
.10
6в. см―1 xm ≥ 8Å. Уменьшение работы выхода Φ за счёт действия поля равно:
, например при
Е = 10
5в. см―1 ΔΦ = 0,12
эв и
хм=60 Å. В результате Ш. э.
j экспоненциально возрастает от
jo до
, где
к -
Больцмана постоянная, а частотный порог фотоэмиссии
сдвигается на величину:
. (2)
В случае, когда эмиттирующая поверхность неоднородна и на ней имеются "пятна" с различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрическое поле "пятен". Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрическое поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растет при увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).
Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников (См.
Полупроводники) белее сложно. Электрическое поле проникает в них на бо́льшую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса экранирования
rэ. Для
х > rэ справедлива формула (1), но для полей
Е во много раз меньших, чем у металлов (
ЕШотки эффект10
2-10
4 в/см)
. Кроме того, внешнее электрическое 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 (Ш
отки эфф
ект10
13 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; Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Ненакаливаемые катоды, М., 1974.
Т. М. Лифшиц.
Ф э.и. - потенциальная энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Ф - потенциальная энергия электрона вблизи поверхности металла а присутствии внешнего электрического поля: Фм - работа выхода металла; ∆Ф - уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля; ЕF - уровень Ферми в металле; хм - расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.