[科普中国]-接触电现象

接触电现象是指两块不同金属A、B接触时，它们之间出现电位差的现象。这个电位差称为接触电位差。

形成接触电位差的机理是不同金属里自由电子势阱深度不同，自由电子密度也不相等，从而费密能级不一样。通常用逸出功表示把位于费密能级上的一个电子移到金属表面之外所需作的功；费密能级不同也就是逸出功不同。

试验证明在两块不带电的金属A、B相距很远的情况下，它们的费密能级EFA、逸出功等于和势垒ψ等。逐渐移近时，它们的势场开始相互影响，中间势垒显著下降。当继续移近，势垒已降到金属A的费密能级附近，这时A里的电子开始流入金属B，因为按照统计物理学， 电子将从费密能级高的地方向费密能级低的地方流动。但并无大量的电子从A流到B，因为当A失去电子时，它的电位 将上升，从而其中电子的能级将下降；与此同时，B的电位将下降，其中电子的能级将上升。这样，只需要相当少的电子流过去，就可通过电位差使两块金属的费密能级拉平。到这时电子就不再流动；而两块金属A、B之间将出现一个电位差，其值为e的电子电荷的值。1

原理解释两块金属中逸出功大的一个具有较低的电位。此电位差即接触电位差。用光电效应法与热电发射法分别测出的一些金属的逸出功的值。利用此表即可求出其中任二种金属间的接触电位差以及哪一金属具有较低电势。2

值得注意的是，金属A、B所带的电荷都分布在其表面上，金属内 的电子密度不变，在两金属接触面上正负电荷形成一偶电层。两块金属的接触电位差实质上就是这偶电层产生的。2

接触电效应作用接触电效应在一些物理过程中起着重要作用。例如半导体与金属接触时所产生的接触电位差（或称肖脱基电位差）将在半导体表面附近形成一个阻挡层。E0为位于材料外表面电子的位能；Eσ为导带底部的能级；EV为价 带顶部的能级；分别为半导体和金属的费密能级，两种材料的逸出功之差是eV。接触时电子将从半导体流向金属，导致半导体中电子能级下降(相对金属)，但由于N型半导体中自由电子的密度比金属小得多，半导体所能荷带的正电荷密度很有限，从而能级的下降将是逐渐的，正电荷分布在半导体表面的一个有限厚度(10-7～10-8米)的层内。这一层由于自由电子密度降到很小（耗尽层）而具有很高电阻。它对电流成为一个阻挡层。当外电压加在这种半导体－金属结上时，阻挡层的厚度发生变化，若N型半导体是在负电位，则阻挡层厚度将减小，反之阻挡层厚度将增加。这样，电流的大小就同电压的方向有关，从而显示出整流作用。类似地，当N型半导体与P型半导

体接触时，接触电效应亦将在接触面两侧附近形成一个势垒区，这就是通常所谓的半导体的PN结。3

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李雪梅 - 副教授 - 西南大学