Перенос электронов через границу полупроводник-вакуум с отрицательным и положительным электронным сродством: влияние скачка массы

Рассмотрено влияние скачка массы электрона на границе кристалл-вакуум на фотоэмиссию из полупроводников. В приближении эффективных масс рассчитаны угловые и энергетические зависимости коэффициента прохождения электронов через границы со скачком массы и потенциальными ступеньками различных знаков, соответствующих отрицательному и положительному электронному сродству. Показано, что благодаря скачку массы, существуют критическая энергия и критический угол падения электронов, которые разделяют качественно различные угловые и энергетические зависимости коэффициента прохождения соответственно. Скачок массы делает возможным прохождение электронов (вплоть до полного прохождения) через положительную потенциальную ступеньку при нормальной компоненте кинетической энергии ниже высоты ступеньки. Расчетные зависимости квантового выхода эмиссии термализованных электронов от величины сродства сопоставлены с экспериментальными данными по фотоэмиссии из $p$-GaAs(Cs,O). Проанализированы возможные причины существенных отличий эксперимента от расчета: сложный ход потенциала, включающий приповерхностный изгиб зон в полупроводнике и потенциал сил заряда-изображения в вакууме, рассеяние в (Cs,O)-слое, а также необходимость выхода за пределы приближения эффективных масс и учета блоховского характера волновых функций в полупроводнике.