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
.
10
6
в.
см
¾1
x
m
³ 8Å. Уменьшение работы выхода F за счёт действия поля равно:
, например при
Е =
10
5
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.