Techniklexikon

Glühemission

Richardson-Effekt, Effekt, der die Emission von Elektronen aus Metallen und Halbleitern durch thermische Anregung beschreibt (Elektronenquelle). In Metallen und Halbleitern müssen die am losesten gebundenen Elektronen, die Leitungselektronen, die sog. Ablösearbeit F aufbringen, um die Anziehung der positiv geladenen Ionenrümpfe zu überwinden. Elektronenzustände sind bei der Temperatur T = 0 bis zur Fermi-Kante besetzt. Für Temperaturen T > 0 sind auch energetisch höher liegende Zustände gemäss der Fermi-Dirac-Statistik besetzt. Elektronen, deren Energie ausreicht, die Potentialbarriere F zu überwinden, werden von dem Metall emittiert. In Metallen liegen typische Werte für F bei 1-5 eV. Der Elektronenstrom J wird beschrieben durch das Richardson-Gesetz: , wobei A eine Konstante, k_B die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur ist. F ist i.d.R. temperaturabhängig. Für die meisten Metalle lässt sich F in der Form: F = F₀ + aT angeben, wobei F₀ nicht von der Temperatur abhängig ist. Gewöhnlich werden diese Emissionscharakteristika in der Richardson-Auftragung dargestellt, d.h. log(J / T²) über T^-1. Dann ergibt der Schnittpunkt mit der x-Achse die Konstante A und die Steigung der Kurve den Wert F₀ / k_B. Bei Halbleitern ist F temperaturabhängig, dies wird bestimmt durch die Besetzungswahrscheinlichkeit der Elektronenzustände im Leitungsband sowie die Verteilung der Donatorniveaus.