Контактная разность потенциа­лов

КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ, возникает между находящимися в контакте проводниками в условиях термодинамического равновесия. Между двумя приведёнными в соприкосновение проводниками происходит обмен электронами. В результате этого проводники заряжаются (проводник с меньшей работой выхода электронов - положительно, с большей - отрицательно) до тех пор, пока потоки электронов в обоих направлениях не уравновесятся и ферми-уровень во всей системе не станет одинаковым. Установившаяся контактная разность потенциалов равна разности работ выхода электронов из проводников, отнесённой к заряду электрона.

Если составить электрическую цепь из нескольких различных проводников, то контактная разность потенциалов между крайними проводниками определяется только их работами выхода и не зависит от промежуточных членов цепи (правило Вольты). Контактная  разность потенциалов может достигать нескольких вольт. Она зависит от строения проводника и от состояния его поверхности. Поэтому контактную разность потенциалов можно изменять обработкой поверхностей (покрытиями, адсорбцией и т. п.), введением примесей (для полупроводников) и сплавлением с другими веществами (для металлов).

Электрическое поле, создаваемое приконтактным объёмным зарядом, сосредоточено вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Линейные размеры этой области тем меньше, чем больше концентрация электронов проводимости: в металлах - 10^-9-10^-10 м, в полупроводниках - до 10^-6-10^-7 м.

Электрическое поле контактная разность потенциалов изменяет концентрацию свободных носителей заряда (электронов и дырок) в приконтактном слое полупроводников. Когда концентрация основных носителей заряда в полупроводниках понижается, приконтактный слой представляет собой область повышенного сопротивления (запирающий, или обеднённый, слой). Т.к. концентрация носителей заряда и, следовательно, сопротивление контакта изменяются несимметрично в зависимости от знака приложенного напряжения, то контакт двух полупроводников обладает вентильным (выпрямляющим) свойством. С контактной разностью потенциалов связаны также вентильная фотоэдс, термоэлектрические явления и др.

Учёт контактной разности потенциалов важен при конструировании электровакуумных приборов. В электронных лампах контактная разность потенциалов влияет на вид вольтамперных характеристик. В термоэмиссионном преобразователе энергии контактная разность потенциалов используется для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. На существовании контактной разности потенциалов основана работа важнейших элементов полупроводниковой электроники: р-n-переходов и контактов металл-полупроводник.

Лит.: Пикус Г. Е. Основы теории полупроводниковых приборов. М., 1965; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. 4-е изд. М., 2005.