Страница 15 из 23
Отличительные особенности Ш. д. по сравнению с полупроводниковыми диодами др. типов: возможность получать требуемую высоту потенциального барьера посредством выбора соответствующего металла; значительная нелинейность вольтамперной характеристики при малых прямых смещениях; очень малая инерционность (до 10¾11 сек ); низкий уровень ВЧ шумов; технологическая совместимость с интегральными схемами ; простота изготовления. Ш. д. служат главным образом СВЧ-диодами различного назначения (детекторными, смесительными, лавинно-пролётными, параметрическими, импульсными, умножительными); кроме того, Ш. д. применяют в качестве приёмников излучения , детекторов ядерного излучения , тензодатчиков , модуляторов света; их используют также в выпрямителях тока ВЧ, солнечных батареях и т.д.
Лит. см. при ст. Полупроводниковый диод .
Ю. Р. Носов.
Рис. 2. Типичная вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р — n-переходом: U — напряжение на диоде; I — ток через диод; U*o бр и I*o бр — максимальное допустимое обратное напряжение и соответствующий обратный ток; Uc т — напряжение стабилизации.
Структура детекторного Шотки диода: 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.
Шотки эффект
Шо'тки эффе'кт, уменьшение работы выхода электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии , в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см. Ионная эмиссия ) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии в сторону бо'льших длин волн l Ш. э. возникает в полях Е , достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е ~ 10 —100 в ×см ¾1 ), и существен до полей Е ~ 106 в . см ¾1 . При Е > 107 в ×см ¾1 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)
(eo — диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (j э. и. = —е /16peо х. Внешнее электрическое поле уменьшает j э. и. на величину Е . х (см. рис. ); на границе металл — вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при х = х м =. При E £ 5. 106 в. см ¾1 x m ³ 8Å. Уменьшение работы выхода F за счёт действия поля равно: , например при Е = 105 в . см ¾1 DF = 0,12 эв и х м =60 Å. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от j o 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 белее сложно. Электрическое поле проникает в них на бо'льшую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса экранирования r э . Для х > r э справедлива формула (1), но для полей Е во много раз меньших, чем у металлов (Е~ 102 — 104 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 (~1013 см ¾2 ) 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.