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 fвак, 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 Ps - дипольный момент двойного слоя, приходящийся на единицу
площади поверхности (Ps > 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 Рs и потому разные Р. в. Потенциалы fвак
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 Ps)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 температуры) изменяется и Р. в.- в
соответствии с ф-лой (1). Однако при большой плотности поверхностных состояний
(как, напр., у Ge, Si) изменениевызывает
такое изменениек-рое
компенсирует изменение
так что Р. в. оказывается нечувствительной к изменениямв
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 UK двух тел равна разности их Р. в.; измеряя UK 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
Li |
2,38 |
Fe |
4,31 |
Си |
4,40 |
Ge 4,76 |
Ni(Cs) |
||
|
|
|
|
|
|
|
1,37 |
||
К |
2,22 |
Cr |
4,58 |
Ag |
4,3 |
Si 4,8 |
W (110) |
||
|
|
|
|
|
|
|
5,3 |
||
Cs |
1,81 |
Co |
4,41 |
Аи |
4,30 |
Ag20(Cs) |
W (111) |
||
|
|
|
|
|
|
0,75 |
4,4 |
||
Ni |
4,50 |
Mn |
3,83 |
W |
4,54 |
Ta(Cs) l,1 |
W (100) |
||
|
|
|
|
|
|
|
4,6 |
||
Примечание. (Cs) обозначает покрытие цезием.
Ш. М. Поган