Вальтер Шоттки

Вальтер Шоттки (нем. Walter Hans Schottky; 23 июля 1886, Цюрих, Швейцария — 4 марта 1976, Форххайм, ФРГ) — немецкий физик и инженер-электронщик. Внёс фундаментальный вклад в физику твёрдого тела, электронику и термодинамику. Наиболее известен открытием эффекта Шоттки, разработкой теории выпрямления на границе металл-полупроводник (диод Шоттки) и созданием теории флуктуаций тока (дробовой шум, тепловой шум). Его работы легли в основу современной полупроводниковой техники и вакуумной электроники.

Биография

Ранние годы и образование

Вальтер Шоттки родился в Цюрихе в семье математика Фридриха Шоттки, профессора Цюрихского университета. С детства проявлял интерес к точным наукам. В 1904 году поступил в Берлинский университет имени Фридриха Вильгельма, где изучал физику под руководством Макса Планка, а также слушал лекции Генриха Рубенса и Эмиля Варбурга. В 1912 году под руководством Планка защитил докторскую диссертацию на тему «О релятивистской термодинамике и о расширении понятия энтропии», в которой заложил основы релятивистской термодинамики.

Научная карьера

После защиты диссертации Шоттки работал в Физико-техническом институте (PTB) в Берлине, где занимался исследованиями в области вакуумной электроники. В 1914 году он опубликовал работу, в которой впервые математически описал дробовой шум в вакуумных лампах — явление, названное впоследствии эффектом Шоттки. В 1915 году он перешёл в компанию Siemens & Halske, где проработал до 1919 года, занимаясь разработкой усилителей и радиоламп.

В 1919 году Шоттки вернулся в академическую среду, став профессором физики в Университете Вюрцбурга, а затем в 1923 году — в Университете Галле. В 1927 году он перешёл в Университет Эрлангена, где возглавил кафедру теоретической физики. В 1936 году Шоттки вернулся в компанию Siemens, где основал собственную лабораторию по исследованию полупроводников. В 1940 году он опубликовал фундаментальную работу «Теория выпрямления на границе металл-полупроводник», в которой объяснил механизм работы диода Шоттки.

После Второй мировой войны Шоттки продолжал работать в Siemens, но в 1952 году вышел на пенсию. Последние годы жизни провёл в городе Форххайм, где и скончался в 1976 году.

Основные научные достижения

Эффект Шоттки (дробовой шум)

В 1914 году Шоттки теоретически предсказал и экспериментально подтвердил существование дробового шума — флуктуаций тока, возникающих из-за дискретной природы электрического заряда. Этот эффект проявляется в вакуумных лампах и полупроводниковых приборах при малых токах. Шоттки вывел формулу для спектральной плотности шума, которая впоследствии стала основой для стандартизации измерений в электронике.

Диод Шоттки

В 1938 году Шоттки разработал теорию выпрямления на контакте металл-полупроводник, которая объясняет работу диода Шоттки — полупроводникового прибора с барьером Шоттки. В отличие от обычного p-n-перехода, диод Шоттки имеет более низкое прямое падение напряжения (0,2–0,4 В) и высокое быстродействие, что делает его незаменимым в высокочастотных и импульсных схемах. Шоттки показал, что выпрямление возникает из-за разницы в работе выхода электронов из металла и полупроводника, что создаёт потенциальный барьер.

Тепловой шум

В 1928 году Шоттки совместно с Гарри Найквистом независимо друг от друга разработали теорию теплового шума (шума Джонсона-Найквиста) в резисторах. Шоттки вывел формулу для среднеквадратичного напряжения теплового шума: \( \overline{U^2} = 4k_B T R \Delta f \), где \( k_B \) — постоянная Больцмана, \( T \) — температура, \( R \) — сопротивление, \( \Delta f \) — полоса частот. Эта формула стала фундаментальной для радиотехники и физики.

Теория полупроводников

Шоттки внёс значительный вклад в теорию полупроводников. Он разработал модель обеднённого слоя (барьера Шоттки) на границе металл-полупроводник, объяснил механизмы инжекции носителей заряда и рекомбинации. Его работы предвосхитили создание транзисторов и интегральных схем.

Термодинамика

В своей докторской диссертации Шоттки заложил основы релятивистской термодинамики, показав, что энтропия является инвариантом относительно преобразований Лоренца. Он также разработал теорию фазовых переходов и критических явлений, которая позже была развита Ландау и другими физиками.

Награды и признание

• 1924 год — Медаль Хьюза (Лондонское королевское общество) за исследования в области электроники.
• 1936 год — Медаль Рентгена (Германия) за вклад в физику.
• 1953 год — Медаль Вернера фон Сименса (Германия) за выдающиеся достижения в электротехнике.
• 1960 год — Почётный доктор Технического университета Мюнхена.
• Именем Шоттки названы: барьер Шоттки, диод Шоттки, эффект Шоттки, а также кратер на Луне (Schottky).
• В 1964 году избран членом Леопольдины (Германская академия естествоиспытателей).

Память

В 1986 году, к 100-летию со дня рождения, в Германии была выпущена почтовая марка с изображением Шоттки. В городе Форххайм установлена мемориальная доска на доме, где он жил. В 2006 году компания Siemens учредила премию имени Вальтера Шоттки за выдающиеся достижения в области полупроводниковой физики.

Источники

• Шоттки В. О релятивистской термодинамике и о расширении понятия энтропии (диссертация, 1912).
• Шоттки В. Теория выпрямления на границе металл-полупроводник (1940).
• Шоттки В. О дробовом шуме в вакуумных лампах (1914).
• Шоттки В. Тепловой шум в резисторах (1928).
• Биография Вальтера Шоттки на сайте Немецкого музея (Мюнхен).
• Статья «Вальтер Шоттки» в энциклопедии «Британника» (1976).
• Материалы архива компании Siemens (1936–1952).