Работа выхода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Рабо́та вы́хода — разность значений энергий уровня вакуума и уровня Ферми , то есть минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону для его «непосредственного» удаления из объёма твёрдого тела, обычно металла или полупроводника:

Работа выхода обычно указывается в электрон-вольтах, типичные величины лежат в диапазоне 3—5 эВ.

Возможные обозначения: и другие.

Здесь «непосредственность» означает то, что электрон удаляется из твёрдого тела через данную поверхность и перемещается в точку, которая расположена достаточно далеко от поверхности по атомным масштабам, достаточным чтобы электрон прошёл весь двойной слой, но достаточно близко по сравнению с размерами макроскопических граней кристалла.

Определение и комментарий[править | править код]

Работа выхода находится как где энергия уровня вакуума берётся на небольшом расстоянии от места выхода электрона из образца, хотя и значительно большем, чем постоянная кристаллической решётки.

При удалении электрона от поверхности его взаимодействие с зарядами, остающимися внутри твёрдого тела, приводит к индуцированию поверхностных зарядов (в электростатике для расчёта взаимодействия применяется «метод изображения заряда»). Удаление электрона на бесконечность происходит в поле индуцированного поверхностного заряда на что требуется дополнительная работа, зависящая от диэлектрической проницаемости вещества, геометрии образца и свойств всех его поверхностей.

При нахождении величины удаление от конкретной грани полагается небольшим, и эта дополнительная работа не учитывается. оказывается разной для различных кристаллографических плоскостей поверхности вещества. В отличие от работа по перемещению электрона далее в бесконечность не зависит от того, через какую плоскость был удален электрон, ввиду потенциальности электростатического поля.

Работа выхода в фотоэффекте[править | править код]

Работа выхода во внешнем фотоэффекте — минимальная энергия фотонов, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света при

Работа выхода из различных металлов[править | править код]

Единицей измерения работы в СИ являются джоуль (Дж), но в физике твердого тела принято использовать электронвольт (эВ)[1]. Диапазоны изменения работы выхода для типичных кристаллографических плоскостей указаны в таблице[2]:

Элемент эВ Элемент эВ Элемент эВ Элемент эВ Элемент эВ
Ag: 4,52 — 4,74 Al: 4,06 — 4,26 As: 3,75 Au: 5,1 — 5,47 B: ~4,45
Ba: 2,52 — 2,7 Be: 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
Mo: 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 Th: 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

Работа выхода для полупроводника[править | править код]

Зонная диаграмма полупроводника

Для полупроводников работа выхода определяется точно так же, как и для металлов (и данные для некоторых собственных полупроводников включены в таблицу).

На практике полупроводник обычно легирован и величина зависит от типа и концентрации легирующих примесей. Уровень при сильном легировании донорами находится у края зоны проводимости , а при сильном легировании акцепторами — близко к краю валентной зоны (соответственно, вариации составляют около ширины запрещённой зоны

Более универсальной величиной, вместо для полупроводников является энергия сродства к электрону, равная Например, для кремния сродство составляет 4,05 эВ, а работа выхода примерно от 4,0 до 5,2 эВ (для собственного материала около 4,6 эВ).

Примечания[править | править код]

  1. Работа выхода может зависеть от грани монокристалла или от от преобладающей грани на поверхности текстуры металла. К примеру, Ag: 4,26; Ag(100): 4,64; Ag(110): 4,52; Ag(111): 4,74.
  2. CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th edition (2016—2017), раздел 12, стр 123.
  3. Nikolic, M. V.; Radic, S. M.; Minic, V.; Ristic, M. M. The dependence of the work function of rare earth metals on their electron structure (англ.) // Microelectronics Journal : journal. — 1996. — February (vol. 27, no. 1). — P. 93—96. — ISSN 0026-2692. — doi:10.1016/0026-2692(95)00097-6. (недоступная ссылка)

Литература[править | править код]

  • Solid State Physics, by Ashcroft and Mermin. Thomson Learning, Inc, 1976