Большая Советская Энциклопедия (КО)

Контактная разность потенциалов

Конта'ктная ра'зность потенциа'лов, разность электрических потенциалов, возникающая между контактирующими телами в условиях термодинамического равновесия. Наиболее важно понятие К. р. п. для твёрдых проводников (металлов и полупроводников ). Если два твёрдых проводника привести в соприкосновение, то между ними происходит обмен электронами, причём вначале преимущественно электроны переходят из проводника с меньшей работой выхода в проводник с большей работой выхода. В результате этого процесса проводники приобретают электрические заряды противоположных знаков, что приводит к появлению электрического поля, препятствующего дальнейшему перетеканию электронов. В конечном счёте достигается равновесие, при котором потоки электронов в обоих направлениях становятся одинаковыми, и между проводниками устанавливается К. р. п.

Значение К. р. п. равно разности работ выхода, отнесённой к заряду электрона. Если составить электрическую цепь из нескольких проводников, то К. р. п. между крайними проводниками определяется только их работами выхода и не зависит от промежуточных членов цепи (правило Вольта). К. р. п. может достигать величины в несколько в. Она зависит от строения проводника и от состояния его поверхности. Поэтому величина К. р. п. может быть изменена обработкой поверхностей (покрытиями, адсорбцией и т. п.), введением примесей (в случае полупроводников) и сплавлением с др. веществами (в случае металлов).

Т. к. работа электрических сил, обусловленных К. р. п., производимая при перемещении заряда по замкнутому контуру, составленному из нескольких проводников, равна нулю, то прямое измерение К. р. п. невозможно. Одним из наиболее распространённых способов измерения К. р. п. является метод вибрирующего конденсатора Кельвина. Периодически изменяют расстояние между пластинами электрического конденсатора, сделанными из исследуемой пары проводников, при этом изменяется ёмкость конденсатора и в цепи появляется переменный электрический ток, обусловленный К. р. п. Измеряя ток, определяют К. р. п.

Электрическое поле К. р. п. сосредоточено в проводниках вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Линейные размеры этой области порядка длины экранирования, которая тем больше, чем меньше концентрация электронов проводимости в проводнике. Длина экранирования в металлах имеет атомные размеры (10^-8 —10^-7 см ), а в полупроводниках колеблется в широких пределах и может достигать величины 10^-4 — 10^-5 см. Отсюда следуют два вывода: 1) из двух соприкасающихся тел К. р. п. приходится в основном на проводники с большим сопротивлением; 2) для полупроводников в области сосредоточения К. р. п. заметно изменяется концентрация носителей заряда.

К. р. п. играет важную роль в физике твёрдого тела и её приложениях. Она оказывает заметное влияние на работу электровакуумных приборов., В электронных лампах К. р. п. между электродами складывается с приложенными внешними напряжениями и влияет на вид вольтамперных характеристик. В термоэлектронном преобразователе энергии К. р. п. используется для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Электроны «испаряются» из горячего катода с большой работой выхода (см. Термоэлектронная эмиссия ) и «конденсируются» на аноде с малой работой выхода. Разность в потенциальной энергии электронов превращается в работу, производимую во внешней электрической цепи.

В случае контакта металла с полупроводником К. р. п. сосредоточена практически в полупроводнике и при достаточно большой величине заметно изменяет концентрацию носителей тока в приконтактной области полупроводника, а следовательно, и сопротивление этого слоя. Если образуется слой с высоким сопротивлением (обеднённый носителями тока), то при наложении внешней разности потенциалов концентрация носителей заряда будет в нём заметно меняться, причём несимметричным образом в зависимости от знака внешнего напряжения. Таким образом, К. р. п. обусловливает нелинейность вольтамперных характеристик контактов металл — полупроводник, которые благодаря этому обладают выпрямительными свойствами (см. Шотки диод ).

В случае контакта двух полупроводников из одного вещества, но с различными типами проводимости К. р. п. приводит к образованию переходного слоя объёмного заряда с нелинейной зависимостью сопротивления от внешнего напряжения (см. Электронно-дырочный переход ).

Лит.: Пикус Г. Е., Основы теории полупроводниковых приборов, М., 1965; Царев Б. М., Контактная разность потенциалов и ее влияние на работу электровакуумных приборов, 2 изд., М., 1955.

В. Б. Сандомирский.