Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
РАБОТА ВЫХОДА

РАБОТА ВЫХОДА

РАБОТА ВЫХОДА - энергия, к-рая затрачивается твёрдым или жидким телом при тепловом возбуждении электрона этого тела в вакуум (в состояние с равной нулю кинетич. энергией). Р. в. равна разности двух энергий: 1) энергии покоящегося электрона, находящегося в такой точке вне тела, к-рая, с одной стороны, удалена от поверхности тела на расстояние, во много раз превышающее межатомные расстояния, а с др. стороны, гораздо ближе к рассматриваемой поверхности тела, чем к др. телам и к краю этой поверхности (в частности, эта точка должна быть далека от края рассматриваемой кристаллич. грани); 2) эл.-хим. потенциала электронов в рассматриваемом теле, к-рый в состоянии термодинамич. равновесия одинаков во всех точках тела. Если эл.-статич. потенциал в вакууме в указанной точке равен f _вак, в объёме тела -

- ферми-энергия электронов (уровень их хим. потенциала), - эл.-хим. потенциал электронов в рассматриваемом теле, то Р. в. равна

Осн. часть Р. в. представляет собой энергию связи электрона в твёрдом теле с атомными ядрами и др. электронами и аналогична энергии ионизации атомов и молекул. Однако есть ещё вклад в Р. в., связанный с наличием в приповерхностной области любого тела двойного электрич. слоя. Он возникает даже на идеально правильной и чистой поверхности кристалла в результате того, что "центр тяжести" плотности электронов в приповерхностной кристаллич. ячейке не совпадает с плоскостью, в к-рой расположены ионы. При этом разность где P_s- дипольный момент двойного слоя, приходящийся на единицу площади поверхности (P_s> 0, если дипольный момент направлен наружу). Толщина двойного слоя в металлах и аналогичного двойного слоя в полупроводниках порядка межатомных расстояний. В полупроводниках вблизи поверхности помимо этого возникает ещё двойной слой в виде области пространственного заряда, толщина к-рой может достигать тысяч межатомных расстояний.

Р. в.- характеристика поверхности тела. Грани одного и того же кристалла, образованные разными кристаллографич. плоскостями или покрытые разными веществами, имеют разные величины Р _s и потому разные Р. в. Потенциалы f _вак этих поверхностей разные (каждый из этих потенциалов определяется в точке, близкой к соответствующей поверхности), поэтому между поверхностями возникают контактная разность потенциалов и соответствующее эл.-статич. поле.

Р. в. может быть сильно изменена адсорбцией разл. атомов или молекул на поверхности (адсорбиров. частицы изменяют величину P_s )даже в том случае, когда объёмные свойства тела неизменны. Атомы металлов с малой энергией ионизации, напр. Cs, снижают Р. в.- в нек-рых полупроводниках до величин - 1 эВ (см., напр., табл.).

Если на поверхности полупроводника нет поверхностных состояний[напр., поверхности (110) GaAs и InP], то при изменении уровня Ферми в объёме (при легировании полупроводника или изменении темп-ры) изменяется и Р. в.- в соответствии с ф-лой (1). Однако при большой плотности поверхностных состояний (как, напр., у Ge, Si) изменение вызывает такое изменение к-рое компенсирует изменение так что Р. в. оказывается нечувствительной к изменениям в объёме полупроводника.

Р. в. определяет величину и температурную зависимость тока термоэлектронной эмиссии. В зависимости от того, в каких условиях происходит эмиссия электронов - адиабатических или изотермических, с Р. в. совпадает изменение внутр. энергии или соответственно свободной энергии тела, связанное с испусканием одного электрона.

Мин. энергия, требуемая для эмиссии электрона при фотоэлектрич. эффекте, при вторичной электронной эмиссии, когда эмиссия происходит не в результате спонтанного теплового возбуждения за счёт внутр. энергии тела, а под действием внеш. источника (света, быстрого электрона), в общем случае отличается от Р. в., к-рую поэтому для определённости называют термоэлектронной Р. в. В металлах и сильно легированных (вырожденных) полупроводниках, в к-рых верх. уровень заполненных электронами состояний совпадает с фотоэлектрич. Р. в. совпадает с термоэлектронной Р. в. Но в сравнительно чистых полупроводниках верхний заполненный уровень совпадает с краем валентной зоны, к-рый во мн. случаях ниже вследствие чего фотоэлектрич. Р. в. больше термоэлектронной Р. в.

Р. в. измеряют по температурной зависимости и по величине термоэмиссионного тока; в металлах и вырожденных полупроводниках - по красной границе внеш. фотоэффекта. Контактная разность потенциалов U_K двух тел равна разности их Р. в.; измеряя U_K между исследуемой поверхностью и эталонной, Р. в. к-рой известна, находят Р. в. первой.

Работа выхода (в эВ) некоторых поликристаллических металлов, полупроводников и отдельных граней монокристалла вольфрама

Примечание. (Cs) обозначает покрытие цезием.

Лит.: Фоменко B.C., Эмиссионные свойства материалов, Справочник, 4 изд.. К., 1981; Добрецов Л. H., Го-моюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Ривьере X., Работа выхода. Измерения и результаты, в сб.: Поверхностные свойства твердых тел, под ред. М. Грина, пер, с англ., М., 1972. Ш. М. Поган.