Funcția de lucru
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 14 decembrie 2021; verificările necesită 15 modificări .Funcția de lucru este diferența dintre energiile nivelului de vid și nivelul Fermi , adică energia minimă care trebuie transmisă unui electron pentru îndepărtarea lui „directă” din volumul unui solid , de obicei un metal sau semiconductor:
Funcția de lucru este de obicei dată în electroni volți , cu valori tipice în intervalul 3-5 eV.
Denumiri posibile: și altele.
Aici „imediatitatea” înseamnă că un electron este îndepărtat din solid printr-o suprafață dată și călătorește până la un punct care este suficient de departe de suprafață pe o scară atomică suficientă pentru ca electronul să treacă prin întregul strat dublu , dar suficient de aproape în comparație cu dimensiunea fețelor macroscopice de cristal.
Definiție și comentariu
Funcția de lucru se găsește în cazul în care energia nivelului de vid este luată la o distanță mică de punctul de ieșire a electronilor din probă, deși mult mai mare decât constanta rețelei cristaline .
Când un electron se îndepărtează de suprafață, interacțiunea sa cu sarcinile rămase în interiorul solidului duce la inducerea sarcinilor de suprafață (în electrostatică , „ metoda imaginii de încărcare ” este folosită pentru a calcula interacțiunea ). Îndepărtarea unui electron la infinit are loc în câmpul unei sarcini de suprafață induse, care necesită muncă suplimentară, care depinde de permittivitatea substanței, de geometria probei și de proprietățile tuturor suprafețelor sale.
La găsirea valorii , se presupune că distanța de la o anumită față este mică, iar această muncă suplimentară nu este luată în considerare. se dovedește a fi diferit pentru diferite planuri cristalografice ale suprafeței substanței. În schimb, munca de a muta un electron mai departe la infinit nu depinde de planul prin care a fost îndepărtat electronul, datorită potențialității câmpului electrostatic .
Funcția de lucru în efectul fotoelectric
Funcția de lucru în efectul fotoelectric extern este energia fotonului minimă necesară pentru a îndepărta un electron dintr-o substanță sub acțiunea luminii la
Funcția de lucru a diferitelor metale
Unitatea de lucru SI este joule (J), dar în fizica stării solide se obișnuiește să se folosească electron - volt (eV) [1] . Intervalele de modificări ale funcției de lucru pentru planurile cristalografice tipice sunt prezentate în tabelul [2] :
| Element | eV | Element | eV | Element | eV | Element | eV | Element | eV |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ag : | 4,52 - 4,74 | Al : | 4,06 - 4,26 | Ca : | 3,75 | Au : | 5,1 - 5,47 | B : | ~4,45 |
| Ba : | 2,52 - 2,7 | Fii : | 4,98 | Bi : | 4.31 | C : | ~5 | Ca : | 2,87 |
| CD : | 4.08 | Ce : | 2.9 | co : | 5 | cr : | 4.5 | Cs : | 2.14 |
| Cu : | 4,53 - 5,10 | Eu : | 2.5 | Fe : | 4,67 - 4,81 | Ga : | 4.32 | Gd : | 2,90 |
| hf : | 3.9 | hg : | 4.475 | In : | 4.09 | ir : | 5.00 - 5.67 | K : | 2.29 |
| la : | 3.5 | Li : | 2,93 | Lu : | ~3.3 | mg : | 3,66 | Mn : | 4.1 |
| Lu : | 4,36 - 4,95 | Na : | 2.36 | Nb : | 3,95 - 4,87 | Nd : | 3.2 | Ni : | 5.04 - 5.35 |
| Os : | 5,93 | Pb : | 4.25 | Pd : | 5,22 - 5,6 | Pt : | 5,12 - 5,93 | Rb : | 2.261 |
| Re : | 4,72 | Rh : | 4,98 | Ru : | 4,71 | Sb : | 4,55 - 4,7 | sc : | 3.5 |
| Se : | 5.9 | Si : | 4,60 - 4,85 | sm : | 2.7 | sn : | 4.42 | Sr : | ~2,59 |
| Ta : | 4.00 - 4.80 | Tb : | 3.00 | Te : | 4,95 | al : | 3.4 | Ti : | 4.33 |
| TL : | ~3,84 | U : | 3,63 - 3,90 | V : | 4.3 | W : | 4,32 - 5,22 | Y : | 3.1 |
| Yb : | 2,60 [3] | Zn : | 3,63 - 4,9 | Zr : | 4.05 |
Funcția de lucru poate fi determinată prin metoda diferenței de potențial de contact, pe baza unei comparații a funcțiilor de lucru din metale - referință și controlată [4] .
Funcția de lucru pentru un semiconductor
Pentru semiconductori, funcția de lucru este definită exact în același mod ca și pentru metale (și datele pentru unii semiconductori intrinseci sunt incluse în tabel).
În practică, semiconductorul este de obicei dopat , iar valoarea depinde de tipul și concentrația de dopanți. Când este puternic dopat cu donatori , nivelul este la marginea benzii de conducere , iar când este puternic dopat cu acceptori , este aproape de marginea benzii de valență (în mod corespunzător, variațiile sunt legate de band gap ).
O valoare mai universală, în loc de semiconductori, este energia afinității electronilor , egală. De exemplu, pentru siliciu, afinitatea este de 4,05 eV, iar funcția de lucru este de aproximativ 4,0 până la 5,2 eV (pentru materialul intrinsec, aproximativ 4,6 eV).
Note
- ↑ Funcția de lucru poate depinde de fața monocristalului sau de fața dominantă de pe suprafața texturii metalice. De exemplu Ag: 4,26; Ag(100): 4,64; Ag(110): 4,52; Ag(111): 4,74.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics ediția a 97-a (2016-2017), secțiunea 12, pagina 123.
- ↑ Nikolic, M.V.; Radic, S. M.; Minic, V.; Ristic, MM Dependența funcției de lucru a metalelor pământurilor rare de structura lor electronică (engleză) // Microelectronics Journal : journal. - 1996. - Februarie ( vol. 27 , nr. 1 ). - P. 93-96 . — ISSN 0026-2692 . - doi : 10.1016/0026-2692(95)00097-6 . (link indisponibil)
- ↑ Metoda diferenței de potențial de contact .
Literatură
- Fizica stării solide, de Ashcroft și Mermin. Thomson Learning, Inc., 1976
- Goncharenko V.I., Oleshko V.S. Metoda diferenței de potențial de contact în aprecierea stării energetice a suprafeței pieselor metalice ale echipamentelor aviatice: monografie. - M.: Editura MAI, 2019. - 160 p. - ISBN 978-5-4316-0631-1 http://elibrary.mai.ru/MegaPro/UserEntry?Action=Link_FindDoc&id=68387&idb=0