Emission und Verhalten freier Elektronen

Zusammenfassung

Das Elektronengas quasifreier Elektronen ist im Kristall der elektronisch leitenden Substanzen (Metalle, Halbleiter) wie in einem Käfig eingesperrt, und es bedarf einer Arbeitsleistung, sie daraus zu befreien. Diese Arbeit ist gegen das elektrische Feld der bei der Paarbildung im Kristallgitter zurückbleibenden Ionen zu leisten, das daher nach einer Emission der Elektronen positiv geladen zurückbleibt. Diese Austrittsarbeit, die das Elektron befähigt, durch die Oberfläche (als Grenzfläche gegen den Außenraum) zu treten und außen als freies Elektron weiter zu existieren, muß durch Zuführung von Energie aufgebracht werden. Die Energie kann mechanischer Natur sein. Dabei wird das Elektron durch Stoß aus dem Atomverband herausgeschlagen, in welchem es vor allem elektrische Kräfte festhalten. Sie kann aber auch durch elektromagnetische Strahlung dem Elektron zugeführt werden. Ebenso befreit die Zufuhr thermischer Energie Elektronen aus dem Atomverband. Schließlich können hohe elektrische Feldstärken Elektronen aus dem atomaren Verband herausreißen. Da die Größenordnung der Ionisierungsspannung, d. h. der Spannung, die notwendig ist, um ein Elektron aus dem Atomverband zu entfernen, bei rund 20 Volt liegt und die des Atomdurchmessers 10^-8 cm ist, so folgt für die zur Loslösung des Elektrons erforderliche elektrische Feldstärke eine Größenordnung von 10⁷ Volt/cm. Solche Feldstärken lassen sich an Elektroden starker Krümmung unschwer erzielen.