Контактная разность потенциалов

Рассмотрим процессы, происходящие при сближении и контакте двух металлов, энергетические диаграммы которых показаны на рис.2.5 а.

u NK+hzesa1dx+Nc0y2tZKeX21PD8BS2ZJfzCc9UkdKnI6+CPqyEYJmcjvCaVA3D4CIyLbPKyBHc6b OwG8Kvn/H6pfAAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAA AAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAGlFNMI7AgAAdQQAAA4AAAAA AAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAK5U1ZrfAAAACwEAAA8A AAAAAAAAAAAAAAAAlQQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAAChBQAAAAA= " o:allowincell="f">

Рис.2.5.

В изолированном состоянии электроны в этих проводниках характеризуются уровнями Ферми E_F1 и Е_F2 и работами выхода Ф₁ и Ф₂. Приведем проводники в контакт, сблизив их до такого расстояния, при котором возможен эффективный обмен электронами. На рис.2.5 а показано, как заполнены электронами уровни металлов при Т = 0 К; в зоне проводимости проводника 2 заняты все состояния вплоть до уровня Ферми Е_F2, причем против этих состояний расположены занятые уровни зоны проводимости проводника 1. Поэтому из проводника 2 электроны не могут переходить в проводник 1.

При температуре, отличной от 0 К, электроны проводника 2, термически возбужденные на уровни, расположенные выше Е_F2, могут переходить в проводник 1, но число таких электронов при обычных температурах невелико, вследствие чего их поток n₂₁ очень мал.

Иная картина складывается для проводника 1. В нем при Т = 0 К зона проводимости также заполнена вплоть до уровня Ферми Е_F1, но вследствие меньшей работы выхода (Ф₁ < Ф₂) против занятых состояний этого проводника, располагающихся выше уровня Ферми Е_F2, размещаются свободные уровни зоны проводимости проводника 2. Поэтому при наличии контакта (даже при Т = 0 К) электроны с занятых уровней проводника 1 переходят на свободные уровни проводника 2, образуя поток n₁₂, на первых порах значительно превосходящий поток n₂₁.

Теперь рассмотрим, как устанавливается равновесие между проводниками. Проводник 1, теряя электроны, заряжается положительно. Возникновение этих зарядов вызывает смещение энергетических уровней обоих проводников. В проводнике 1, заряженном положительно, все уровни опускаются вниз, а в проводнике 2, заряженном отрицательно, все уровни поднимаются вверх относительно своих положений в незаряженном состоянии этих проводников (рис.2.5б). В результате устанавливается равновесие и уровни Ферми Е_F1 и Е_F2 уравниваются. Равновесию между проводниками отвечает равновесная разность потенциалов между ними:

(2.4)

называемая контактной разностью потенциалов. U_к определяется разностью работ выхода электронов из контактирующих проводников. Значение ее может достигать единиц вольт. Из рисунка б следует, что контактная разность потенциалов создает для электронов, переходящих в проводник с большей работой выхода, потенциальный барьер высотой eU_к = Ф₂ - Ф₁, который препятствует дальнейшему переходу электронов из проводника 1 в проводник 2.

Дата добавления: 2014-01-11