Вальтер Ганс Шоттки (23 июля 1886 - 4 марта 1976) был немецким физиком, сыгравшим важную роль в разработке теории явлений эмиссии электронов и ионов. [1] изобрел вакуумную лампу с экранной сеткой в 1915 году, работая в компании Siemens . [2] вместе с доктором Эрвином Герлахом изобрели ленточный микрофон и ленточный громкоговоритель в 1924 году [3] и позже внесли значительный вклад в области полупроводниковых приборов, технической физики и технологии.
Отцом Шоттки был математик Фридрих Герман Шоттки (1851–1935). У Шоттки были сестра и брат. Его отец был назначен профессором математики Цюрихского университета в 1882 году, а Шоттки родился четыре года спустя. Затем в 1892 году семья вернулась в Германию, где его отец поступил на работу в Марбургский университет . [ нужна цитата ]
Шоттки окончил гимназию Штеглица в Берлине в 1904 году. Он получил степень бакалавра физики в Берлинском университете в 1908 году и защитил докторскую диссертацию по физике в Берлинском университете имени Гумбольдта в 1912 году, обучаясь у Макса Планка и Генриха Рубенса . , с диссертацией на тему: Zur relativtheoretischen Energetik und Dynamic (переводится как «Об относительно-теоретической энергетике и динамике »).
Постдокторантуру Шоттки провел в Йенском университете (1912–14). Затем он читал лекции в Вюрцбургском университете (1919–23). Он стал профессором теоретической физики Ростокского университета (1923–27). В течение двух значительных периодов времени Шоттки работал в исследовательских лабораториях Сименса (1914–19 и 1927–58).
В 1924 году Шоттки вместе 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 с использованием его в обратном порядке, но это было непрактично, пока в конце 1930-х годов не стали доступны постоянные магниты с высоким магнитным потоком. [3]
В 1914 году Шоттки разработал 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 получения это взаимодействие называется «потенциальной энергией изображения» (ПЭ изображения). Шоттки основывал свою работу на более ранней работе лорда Кельвина, касающейся образа PE для сферы. Изображение Шоттки PE стало стандартным компонентом в простых моделях барьера движения M ( x ), испытываемого электроном при приближении к поверхности металла или границе раздела металл- полупроводник изнутри. (Это M ( x ) — величина, которая появляется, когда одномерное одночастичное уравнение Шредингера записано в виде
Здесь – постоянная Планка, деленная на 2π, а m – масса электрона .)
Изображение PE обычно комбинируется с членами, относящимися к приложенному электрическому полю F и высоте h (в отсутствие поля) барьера. Это приводит к следующему выражению 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 границы раздела металл-вакуум его иногда называют барьером Шоттки – Нордгейма . Во многих случаях h необходимо принимать равным локальной работе выхода φ .
Этот барьер Шоттки-Нордгейма (SN-барьер) сыграл важную роль в теориях термоэлектронной эмиссии и автоэлектронной эмиссии . Приложение поля вызывает снижение барьера и, таким образом, увеличивает эмиссионный ток при термоэлектронной эмиссии . Это называется « эффектом Шоттки », а возникающий в результате режим эмиссии называется « эмиссией Шоттки ».
В 1923 году Шоттки предположил (ошибочно), что экспериментальное явление, тогда называемое автоэлектронной эмиссией, а теперь называемое автоэлектронной эмиссией, возникает, когда барьер снижается до нуля. На самом деле эффект обусловлен волново-механическим туннелированием , как показали Фаулер и Нордхейм в 1928 году. Но барьер SN теперь стал стандартной моделью 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 более старым соображениям о том, как электроны испускаются из металла в вакуум. (По сути, существует несколько режимов излучения для разных комбинаций поля и температуры. Различные режимы определяются разными приближенными формулами.)
Когда все поведение таких интерфейсов исследовано, обнаруживается, что они могут действовать (асимметрично) как особая форма электронного диода, теперь называемого 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 устройств теперь составляет значительную и всеобъемлющую часть фона этих предметов. Можно было бы возразить, что – возможно, потому, что они относятся к области технической физики – они не так широко признаны, как следовало бы.
В 1936 году он был награжден медалью Хьюза Королевского общества за открытие эффекта Шрота (спонтанных изменений тока в высоковакуумных газоразрядных трубках, названных им «эффектом Шрота»: буквально «эффект маленькой дроби») в термоэлектронных технологиях. эмиссии и изобретение им экранно-сеточного тетрода и супергетеродинного метода приема беспроводных сигналов.
В 1964 году он получил Кольцо Вернера фон Сименса в честь его новаторской работы по физическому пониманию многих явлений, которые привели к созданию многих важных технических устройств, в том числе ламповых усилителей и полупроводников .
Изобретение супергетеродина обычно приписывают Эдвину Армстронгу . Однако Шоттки опубликовал статью в Трудах IEEE , которая может указывать на то, что он изобрел и запатентовал нечто подобное в Германии в 1918 году. [4] Француз Люсьен Леви подал иск раньше, чем Армстронг или Шоттки, и в конечном итоге его патент был признан в США и Германии. [5]
В его честь названы Институт Уолтера Шоттки по исследованию полупроводников и Премия Уолтера Шоттки .
