35)Контактная разность потенциалов. Термо эдс

 разность потенциалов, возникающая между находящимися в электрич. контакте проводниками в условиях тер-модинамич. равновесия. Между двумя проводниками, приведёнными в соприкосновение, происходит обмен электронами, в результате чего они заряжаются (проводник с меньшей работой выхода положительно, а с большей - отрицательно) до тех пор, пока потоки электронов в обоих направлениях не уравновесятся и во всей системе уровень эл.-хим. потенциала ( ферми-уровенъ )станет одинаковым. Установившаяся К. р. п. равна разности работ выхода проводников, отнесённой к заряду электрона.

Если составить электрич. цепь из неск. разл. 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 неск. В. Она зависит от строения проводника (его объёмных электронных свойств) и от состояния его поверхности. Поэтому К. р. п можно изменять обработкой поверхностей (покрытия ми, адсорбцией и т. п.), введением примесей (для полупроводников) и сплавлением с др. веществами (в случае металлов).

Электрич. поле К. р. п., создаваемое приконтактным объёмным зарядом, сосредоточено вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Протяжённость приконтактной области тем меньше, чем больше концентрации электронов проводимости в проводниках: в металлах   см, в полупроводниках до   см. При контакте полупроводника с металлом практически вся область приконтактного поля локализована в полупроводнике.

Электрич. поле К. р. п. изменяет концентрации свободных носителей заряда (электронов, дырок) в при-контактном слое. Когда концентрация осн. носителей заряда в полупроводниках понижается, приконтактный слой представляет собой область повыш. сопротивления (запирающий слой). Т. к. концентрация носителей и, следовательно, сопротивление контакта изменяются несимметрично в зависимости от знака приложенного напряжения, то контакт двух полупроводников обладает вентильным (выпрямляющим) свойством. С К. р. п. связаны также вентильная фотоэдс, термоэлектричество и ряд др. электронных явлений. На существовании 

К. р. п. основана работа важнейших элементов полупроводниковой электроники: р - n -переходов и контактов металл-полупроводник. Учёт К. р. п. важен при конструировании электровакуумных приборов. В электронных лампах К. р. п. влияет на вид вольт-амперных характеристик. При прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую в термоэмиссионном преобразователе создаётся напряжение как раз порядка К. р. п. 

Термо-ЭДС в полупроводниках, как и в металлах возникает под действием разности температуры. Основой преобразователей тепловой энергии в электрическую являются термоэлементы, составленные из последовательно включенных полупроводников p и n-типов. Большая термо-ЭДС полупроводников позволяет использовать их в качестве эффективных преобразователей тепловой энергии в электрическую.

- электродвижущая сила U, возникающая в электрич. цепи, состоящей из неск. разнородных проводников, контакты между к-рыми имеют разл. темп-ры ( Зе-ебека эффект). Если электрич. цепь состоит из двух разл. проводников, она наз. термоэлементом или термопарой. Величина T. зависит только от темп-р горячего T₁. и холодного T₂ контактов и от материалов проводников. В небольшом интервале темп-р (0-100 ^oC) U=a(T₁-T₂). Коэф. а, называемый коэф. Зеебека или термоэлектрич. способностью пары, термосилой, коэф. Т., удельной Т., зависит от материала проводников и интервала темп-р (табл.).

Цифры, приведённые в табл., условны, т. к. T. чувствительна к микроскопия. кол-вам примесей, к ориентации кристаллич. зёрен. T. может возникнуть в цепи, состоящей и из одного материала, если его разные участки подвергались разл. технол. операциям. Она не меняется при последоват. включении в цепь любого кол-ва др. материалов, если появляющиеся при этом дополнит. места контактов поддерживают при одной и той же темп-ре.

Значения a для некоторых металлов и сплавов по отношению к Pb

П р и м е ч а н и е. Знак "+" указывает, что ток течёт от Pb к данному металлу через более нагре тый спай, а знак " -"-через холодный спай.

Если вдоль проводника существует градиент темп-ры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости. В полупроводниках, кроме того, концентрация электронов растёт с темп-рой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному, на холодном конце накапливается отрицат. заряд, а на горячем остаётся нескомпенсир. положит. заряд. Накопление заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет равный обратный поток электронов. Алгебраич. сумма таких разностей потенциалов в цепи создаёт одну из составляющих Т., к-рую наз. объёмной. Другие составляющие T. связаны с температурной зависимостью контактной разности потенциалови с эффектом увлечения электронов фононами.T. к. число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, больше, чем число электронов, движущихся навстречу, то в результате увлечения ими электронов на холодном конце накапливается отрицат. заряд. Эта составляющая Т., называемая T. у в л е ч е н и я, при низких темп-pax может быть в десятки и сотни раз больше других. В магнетиках играет роль также увлечение электронов магнонами.

T. металлов очень мала, сравнительно больше T. в полуметаллах и их сплавах, а также в нек-рых переходных металлах и их сплавах (напр., в сплавах Pd-Ag T. достигает 86 мкВ/К). T. в этих случаях велика из-за того, что ср. энергия электронов в потоке сильно отличается от энергии Ферми. Иногда быстрые электроны обладают меньшим коэф. диффузии, чем медленные, и T. меняет знак. Величина и знак T. зависят также от формы ферми-поверх-ности, разл. участки к-рой могут давать в T. вклады противоположного знака. Знак T. металлов иногда меняется на противоположный при низких темп-pax. Вполупроводниках n -типа на холодном контакте скапливаются дырки, а на горячем остаётся нескомпенсир. отрицат. заряд (если аномальный механизмрассеяния носителей заряда или эффект увлечения не приводит к перемене знака Т.). В термоэлементе, состоящем из полупроводников р- и п- типов, T. складываются. В полупроводнике со смешанной проводимостью к холодному контакту диффундируют и электроны и дырки и их заряды взаимно компенсируются. Если концентрации и подвижности электронов и дырок равны, то T. равна нулю.