Вальтер Ганс Шоттки (23 июля 1886 г. – 4 марта 1976 г.) был немецким физиком, сыгравшим важную роль в разработке теории явлений электронной и ионной эмиссии [2] , изобретшим в 1915 году, работая в компании Siemens , вакуумную лампу с экранной сеткой [3], совместно с доктором Эрвином Герлахом изобрел ленточный микрофон и ленточный громкоговоритель в 1924 году [4] и позднее внес значительный вклад в области полупроводниковых приборов, технической физики и технологий.
Эффект Шоттки ( термоэлектронная эмиссия , важная для технологии вакуумных ламп ), диод Шоттки (в котором обедненный слой, возникающий в нем, называется барьером Шоттки ), вакансии Шоттки (или дефекты Шоттки ), аномалия Шоттки (пиковое значение теплоемкости) и уравнение Мотта-Шоттки (также закон пространственного заряда Ленгмюра-Шоттки) были названы в его честь. Он провел исследования механизмов электрического шума ( дробовой шум ), пространственного заряда , особенно в электронных лампах, и барьерного слоя в полупроводниках , которые были важны для разработки выпрямителей и транзисторов на основе оксида меди .
Отец Шоттки был математиком Фридрих Герман Шоттки (1851–1935). У Шоттки была одна сестра и один брат. Его отец был назначен профессором математики в Цюрихском университете в 1882 году, и Шоттки родился четыре года спустя. Затем семья переехала обратно в Германию в 1892 году, где его отец получил назначение в Марбургском университете . [5]
Шоттки окончил гимназию Штеглица в Берлине в 1904 году. Он получил степень бакалавра по физике в Берлинском университете Фридриха Вильгельма в 1908 году, а в 1912 году получил степень доктора философии по физике в этом же университете, обучаясь у Макса Планка и Генриха Рубенса , защитив диссертацию под названием: «Zur relativtheoretischen Energetik und Dynamik » («Об относительно-теоретической энергетике и динамике»).
Постдокторантский период Шоттки провёл в Йенском университете (1912–14). Затем он читал лекции в Вюрцбургском университете (1919–23). Он стал профессором теоретической физики в Ростокском университете (1923–27). В течение двух значительных периодов времени Шоттки работал в исследовательских лабораториях Siemens (1914–19 и 1927–58).
Его исследовательская группа переехала в 1943 году в Прецфельд в Верхней Франконии во время Второй мировой войны . Это также послужило толчком к созданию лаборатории полупроводников Siemens-Schuckert -Werke в замке Прецфельд с 1946 по 1955 год, затем он работал в Эрлангене до 1958 года. Физик жил в Прецфельде до своей смерти в 1976 году, где он и был похоронен. [6]
В 1924 году Шоттки совместно с Эрвином Герлахом изобрел ленточный микрофон . Идея заключалась в том, что очень тонкая лента, подвешенная в магнитном поле, могла генерировать электрические сигналы. Это привело к изобретению ленточного громкоговорителя , использовавшего его в обратном порядке, но он не был практичным, пока в конце 1930-х годов не стали доступны постоянные магниты с высоким потоком. [4]
В 1914 году Шоттки вывел известную классическую формулу, записанную здесь как
Это вычисляет энергию взаимодействия между точечным зарядом q и плоской металлической поверхностью, когда заряд находится на расстоянии x от поверхности. Благодаря способу его вывода, это взаимодействие называется «потенциальной энергией изображения» (изображение PE). Шоттки основывал свою работу на более ранней работе лорда Кельвина, касающейся изображения PE для сферы. Изображение PE Шоттки стало стандартным компонентом в простых моделях барьера для движения, M ( x ), испытываемого электроном при приближении к металлической поверхности или интерфейсу металл- полупроводник изнутри. (Это M ( x ) является величиной, которая появляется, когда одномерное, одночастичное, уравнение Шредингера записано в виде
Здесь — приведенная постоянная Планка , а m — масса электрона .)
Изображение PE обычно сочетается с терминами, относящимися к приложенному электрическому полю F и высоте h (при отсутствии поля) барьера. Это приводит к следующему выражению для зависимости энергии барьера от расстояния x , измеренного от «электрической поверхности» металла в вакуум или в полупроводник :
Здесь e — элементарный положительный заряд , ε 0 — электрическая постоянная , а ε r — относительная диэлектрическая проницаемость второй среды (=1 для вакуума ). В случае перехода металл–полупроводник это называется барьером Шоттки ; в случае интерфейса металл–вакуум это иногда называют барьером Шоттки–Нордгейма . Во многих контекстах h следует принимать равным локальной работе выхода φ .
Этот барьер Шоттки-Нордгейма (SN-барьер) сыграл важную роль в теориях термоэлектронной эмиссии и полевой электронной эмиссии . Приложение поля вызывает снижение барьера и, таким образом, усиливает ток эмиссии при термоэлектронной эмиссии . Это называется « эффектом Шоттки », а результирующий режим эмиссии называется « эмиссией Шоттки ».
В 1923 году Шоттки предположил (неверно), что экспериментальное явление, тогда называемое автоэлектронной эмиссией, а теперь называемое полевой электронной эмиссией, возникало, когда барьер был опущен до нуля. На самом деле, эффект обусловлен волновым механическим туннелированием , как показали Фаулер и Нордгейм в 1928 году. Но барьер SN теперь стал стандартной моделью для туннельного барьера.
Позже, в контексте полупроводниковых приборов , было высказано предположение, что аналогичный барьер должен существовать на стыке металла и полупроводника. Такие барьеры теперь широко известны как барьеры Шоттки , и к переносу электронов через них применяются соображения, аналогичные старым соображениям о том, как электроны испускаются из металла в вакуум. (В принципе, существует несколько режимов эмиссии для различных комбинаций поля и температуры. Различные режимы управляются различными приближенными формулами.)
При изучении всего поведения таких интерфейсов обнаруживается, что они могут действовать (асимметрично) как особая форма электронного диода, теперь называемая диодом Шоттки . В этом контексте переход металл-полупроводник известен как « контакт Шоттки (выпрямляющий) ».
Вклад Шоттки в науку о поверхности/эмиссионную электронику и в теорию полупроводниковых приборов теперь составляет значительную и всепроникающую часть фона этих предметов. Можно было бы утверждать, что — возможно, потому, что они находятся в области технической физики — они не так общепризнанны, как следовало бы.
В 1936 году он был награжден медалью Хьюза Королевского общества за открытие эффекта дроби (спонтанные изменения тока в высоковакуумных разрядных трубках, названные им «эффектом Шрота»: буквально «эффектом малой дроби») в термоэлектронной эмиссии и изобретение экранно-сетчатого тетрода и супергетеродинного метода приема беспроводных сигналов. В 1962 году он был награжден медалью Карла Фридриха Гаусса. В 1964 году он получил кольцо Вернера фон Сименса в честь его новаторской работы по физическому пониманию многих явлений, которые привели к появлению многих важных технических приборов, среди которых ламповые усилители и полупроводники .
Изобретение супергетеродина обычно приписывают Эдвину Армстронгу . Однако Шоттки опубликовал статью в Proceedings of the IEEE , которая может указывать на то, что он изобрел и запатентовал нечто подобное в Германии в 1918 году. [7] Француз Люсьен Леви подал иск раньше Армстронга и Шоттки, и в конечном итоге его патент был признан в США и Германии. [8]
В его честь названы Институт Вальтера Шоттки по исследованию полупроводников и Премия Вальтера Шоттки за выдающиеся достижения в физике твердого тела. В его честь также названы Дом Вальтера Шоттки Рейнско - Вестфальского технического университета Ахена и Здание Вальтера Шоттки Высшей школы прикладных наук имени Георга Симона Ома в Нюрнберге . Институт Фраунгофера по интегрированным системам и приборостроению находится на улице Шоттки в Эрлангене .
