Контакт металл-металл

Рассмотрим плотный контакт двух металлов M₁ и М₂ с разными работами выхода A₁ и А₂ (рис. 4).

Рис. 4. Потоки электронов n₁₂ и n₂₁ при контакте двух металлов в начальный момент времени

В первоначальный момент времени поток электронов n₁₂ будет значительно больше, чем поток n₂₁, При этом М₁ заряжается положительно (в нем остаются некомпенсированные ионы), а М₂- отрицательно. Электрон, переходящий из М₁ в М₂, переносит заряд –q, создавая разность потенциалов между металлами на контакте –V. Последующие электроны должны преодолевать возникающий потенциальный барьер –qV, величина которого непрерывно увеличивается с ростом числа перешедших в М₂ электронов. Работа, совершаемая электронами по преодолению энергетического барьера
–qV, переходит в потенциальную энергию электронов, в результате чего все энергетические уровни в М₁ опускаются, а в М₂ поднимаются (рис. 5).

Этот процесс будет происходить до тех пор, пока уровни Ферми в М₁ и М₂ не установятся на одной высоте. После чего напротив заполненных уровней М₁ окажутся заполненные уровни М₂ с той же плотностью электронов. При этом потенциальный барьер для электронов, движущихся слева направо, станет равным потенциальному барьеру для электронов, движущихся из M₂ в M₁.

Между металлами устанавливается равновесие, которому соответствует возникновение контактной разности потенциалов:

Рис. 5. Энергетическая диаграмма контакта двух металлов в равновесном состоянии

Величина V_k составляет от 0,1 до нескольких вольт. Концентрацию поверхностных электронов N, участвующих в образовании V_k можно определить следующим образом. Напряженность поля на контакте толщиной d равна

Так как поверхностная плотность заряда r=e₀E, то

Поскольку концентрация электронов в металлах очень велика, то в создании V_k участвуют всего около 1% носителей заряда, находящихся на поверхности металла. Поэтому толщина образующегося двойного электрического слоя d будет очень мала - порядка постоянной кристаллической решетки, и удельное сопротивление этого слоя практически не будет отличаться от удельного сопротивления остального объема металлов. Кроме того, из-за малой толщины потенциального барьера d электроны приобретают возможность туннелировать сквозь него. В результате ток будет проходить одинаково хорошо в обоих направлениях, т.е. выпрямляющее действие контакта будет отсутствовать.