Уолтер Х. Шоттки

Уолтер Х. Шоттки
Шоттки, ок. 1920 г.
Рожденный	Уолтер Ханс Шоттки 23 июля 1886 г. ( 23 июля 1886 г. ) Цюрих , Швейцария
Умер	4 марта 1976 г. ( 1976-03-05 ) (89 лет) Форххайм , Западная Германия
Национальность	немецкий
Альма-матер	Берлинский университет
Известный	диод Шоттки Эффект Шоттки Барьер Шоттки дефект Шоттки Аномалии Шоттки Правило Шоттки – Мотта Уравнение Мотта – Шоттки График Мотта – Шоттки Гибка ленты Вакуумная трубка с экранной сеткой Ленточный микрофон Ленточный громкоговоритель Теория автоэмиссии Шум выстрела Твердотельная ионика Симметричные во времени интерпретации квантовой механики
Награды	Медаль Хьюза (1936 г.) Вернер фон Сименс Ринг (1964)
Научная карьера
Поля	Физик
Учреждения	Йенский университет (1912–1914) Исследовательские лаборатории Сименс (1912–1914, 1927–1958) Вюрцбургский университет (1919–1923) Ростокский университет (1923–1927)
Диссертация	Об относительной теоретической энергетике и динамике (1912 г.)
Докторантура	Макс Планк Генрих Рубенс
Известные студенты	Вернер Хартманн

Вальтер Ганс Шоттки (23 июля 1886 г. - 4 марта 1976 г.) был немецким физиком, сыгравшим важную роль в разработке теории явлений эмиссии электронов и ионов. изобрел с экранной сеткой вакуумную лампу в ​​1915 году, работая в компании Siemens . вместе с доктором Эрвином Герлахом изобрел ленточный микрофон и ленточный громкоговоритель в 1924 году. а позже внес значительный вклад в области полупроводниковых приборов, технической физики и технологии.

Эффект Шоттки ( термионная эмиссия , важная для технологии электронных ламп ), диод Шоттки (где возникающий в нем обедненный слой называется барьером Шоттки ), вакансии Шоттки (или дефекты Шоттки ), аномалия Шоттки (пиковое значение теплоемкость) и уравнение Мотта-Шоттки (также закон пространственного заряда Ленгмюра-Шоттки) были названы в его честь. Он проводил исследования механизмов электрического шума ( дробовой шум ), пространственного заряда , особенно в электронных лампах, и барьерного слоя в полупроводниках , которые имели важное значение для разработки медно-оксидных выпрямителей и транзисторов .

Ранний период жизни

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 получил назначение в Марбургский университет .

Шоттки окончил гимназию Штеглица в Берлине в 1904 году. Он получил степень бакалавра физики по в Берлинском университете имени Фредерика Вильгельма в 1908 году и защитил докторскую диссертацию физике в этом университете в 1912 году, обучаясь у Макса Планка и Генриха Рубенса . диссертация на тему: Zur relativtheoretischen Energetik und Dynamic , «Об относительно-теоретической энергетике и динамике».

Карьера

Постдокторантуру Шоттки провел в Йенском университете (1912–1914). 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).

Его исследовательская группа переехала в 1943 году в Прецфельд в Верхней Франконии во время Второй мировой войны . Это также послужило толчком к созданию полупроводниковой лаборатории Сименс -Шукерт -Верке 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 и работал. тоже был похоронен.

Изобретения

изобрел ленточный микрофон В 1924 году Шоттки вместе с Эрвином Герлахом . 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 постоянные магниты с высоким магнитным потоком. в конце 1930-х годов не стали доступны

Основные научные достижения

В 1914 году Шоттки разработал известную классическую формулу, записанную здесь как

$E_{\rm {int}}(x)=-{\frac {q^{2}}{16\pi \epsilon _{0}{x}}}$.

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

${\frac {d^{2}}{dx^{2}}}\Psi (x)={\frac {2m}{\hbar ^{2}}}M(x)\Psi (x).$

Здесь, $\hbar$ – приведенная постоянная Планка , а m – масса электрона .)

Изображение PE обычно сочетается 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 :

$M(x)=\;h-eFx-e^{2}/4\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r}x\;.$

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 (барьер SN) сыграл важную роль в теориях термоэлектронной эмиссии и автоэлектронной эмиссии . Приложение поля вызывает снижение барьера и, таким образом, увеличивает ток эмиссии 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.

Награды

В 1936 году он был награжден Королевского общества за медалью Хьюза открытие дробового эффекта (спонтанных изменений тока в высоковакуумных газоразрядных трубках, названных им «эффектом Шрота»: буквально «эффект малого выстрела») в термоэлектронных технологиях. эмиссии и изобретение им экранно-сеточного 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 созданию многих важных технических устройств, в том числе ламповых усилителей и полупроводников .

Споры

Изобретение супергетеродина обычно приписывают Эдвину Армстронгу . статью Однако Шоттки опубликовал в Трудах IEEE , которая может указывать на то, что он изобрел и запатентовал нечто подобное в Германии в 1918 году. Француз Люсьен Леви подал иск раньше, чем Армстронг или Шоттки, и в конечном итоге его патент был признан в США и Германии.

• 1939: первый p – n переход

Наследие

Замок Прецфельд, где в 1940-х годах для исследовательской группы Шоттки была основана лаборатория Сименс.

Институт Вальтера Шоттки по исследованию полупроводников и Премия Вальтера Шоттки за выдающиеся достижения в физике твердого тела Его именем названы Дом Вальтера Шоттки Аахенского университета RWTH и Здание Вальтера Шоттки Георга-Саймона-Ома Нюрнбергской высшей школы прикладных наук имени в Нюрнберге . В его честь также названы . Институт интегрированных систем и устройств Фраунгофера расположен на улице Шоттки в Эрлангене .

Книги, написанные Шоттки

• Термодинамика , Юлиус Шпрингер, Берлин, Германия, 1929.
• Физика тлеющих электродов , Akademische Verlagsgesellschaft , Лейпциг, 1928.

См. также

• Транзистор Шоттки
• Солнечный элемент на переходе Шоттки
• Транзистор с поверхностным барьером

Внешние ссылки

• «Вальтер Шоттки - Биография, факты и фотографии» . Известные учёные . Проверено 20 июля 2024 г.
• Уолтер Шоттки
• Биография Уолтера Х. Шоттки
• Институт Уолтера Шоттки
• Вальтер Х. Шоттки в Немецкой национальной библиотеки каталоге
• Рейнхард В. Серчингер: Уолтер Шоттки - теоретик-атомщик и инженер-электрик. Его жизнь и деятельность до 1941 г. Дифольц; Штутгарт; Берлин: Издательство GNT, 2008.
• Математическая генеалогия Шоттки