ウォルター・H・ショットキー

ウォルター・H・ショットキー
ショットキー、1920年頃
生まれる	ウォルター・ハンス・ショットキー 1886年7月23日 ( 1886-07-23 ) チューリッヒ、スイス
死亡	1976年3月4日（享年89歳） ( 1976-03-05 ) フォルヒハイム、西ドイツ[1]
国籍	ドイツ語
母校	ベルリン大学
知られている	ショットキーダイオード ショットキー効果 ショットキー障壁 ショットキー欠陥ショットキー 異常 ショットキー・モット則 モット・ショットキー方程式 モット・ショットキープロット バンドベンディング スクリーングリッド真空管 リボンマイクロフォン リボンスピーカー 電界 放出理論 ショットノイズ 固体イオン学 量子力学の時間対称性解釈
受賞歴	ヒューズ メダル(1936 年) ヴェルナー フォン ジーメンス リング(1964 年)
科学者としてのキャリア
フィールド	物理学者
機関	イエナ大学(1912–1914) シーメンス研究所(1912–1914, 1927–1958) ヴュルツブルク大学(1919–1923) ロストック大学(1923–1927)
論文	相対性理論のエネルギーとダイナミックさ (1912)
博士課程の指導教員	マックス・プランク ハインリヒ・ルーベンス
著名な学生	ヴェルナー・ハートマン

ヴァルター・ハンス・ショットキー（1886年7月23日 - 1976年3月4日）は、ドイツの物理学者であり、電子およびイオン放出現象の理論開発において初期に大きな役割を果たし、^[2]シーメンス勤務中の1915年にスクリーングリッド 真空管を発明し、^[3] 1924年にエルヴィン・ゲルラッハ博士とともにリボンマイクとリボンスピーカーを共同発明し、 ^{[4]後に半導体装置、}技術物理学、技術分野で多大な貢献を果たした。

ショットキー効果（真空管技術にとって重要な熱電子放出）、ショットキーダイオード（そこで発生する空乏層はショットキー障壁と呼ばれる）、ショットキー空孔（またはショットキー欠陥）、ショットキー異常（熱容量のピーク値）、モット・ショットキー方程式（ラングミュア・ショットキー空間電荷法則とも呼ばれる）は、彼にちなんで名付けられました。彼は、電気ノイズのメカニズム（ショットノイズ）、特に電子管内の空間電荷、半導体の障壁層に関する研究を行い、これらは酸化銅整流器やトランジスタの開発に重要でした。

ショットキーの父は数学者 フリードリヒ・ヘルマン・ショットキー（1851-1935）であった。ショットキーには姉と弟が一人ずついた。父は1882年にチューリッヒ大学の数学教授に任命され、その4年後にショットキーが生まれた。その後、1892年に家族はドイツに戻り、父はマールブルク大学に着任した。^[5]

ショットキーは1904年にベルリンのシュテグリッツ・ギムナジウムを卒業した。1908年にベルリン・フリードリヒ・ヴィルヘルム大学で物理学の学士号を取得し、 1912年に同大学でマックス・プランクとハインリヒ・ルーベンスに師事して物理学の博士号を取得し、論文「相対理論的エネルギー論と力学について」を執筆した。

ショットキーは、ポスドク時代をイエナ大学で過ごしました(1912-14)。その後、ヴュルツブルク大学で講義を行いました (1919-23)。その後、ロストック大学で理論物理学の教授になりました(1923-27)。ショットキーは、2 度のかなり長い期間、シーメンス研究所で働きました (1914-19 年と 1927-58 年)。

彼の研究グループは、第二次世界大戦中の1943年にオーバーフランケンのプレッツフェルトに移転した。これはまた、 1946年から1955年までプレッツフェルト城にシーメンス・シュッケルト・ヴェルケの半導体研究所が設立されるきっかけでもあり、その後彼は1958年までエアランゲンで働いた。物理学者は1976年に亡くなるまでプレッツフェルトに住み、そこに埋葬された。^[6]

1924年、ショットキーはエルヴィン・ゲルラッハと共同でリボンマイクを発明した。そのアイデアは、磁場に吊るされた極細のリボンが電気信号を生成するというものである。これを逆の順序で使用してリボンスピーカーを発明したが、1930年代後半に高磁束永久磁石が利用可能になるまで実用化されなかった。^[4]

1914年にショットキーは、ここで次のように記される有名な古典的な公式を開発した。

${\displaystyle E_{\rm {int}}(x)=-{\frac {q^{2}}{16\pi \epsilon _{0}{x}}}}$。

これは、点電荷 qと平坦な金属表面との間の相互作用エネルギーを計算します。この相互作用は、電荷が表面からx の距離にあるときです。導出方法により、この相互作用は「イメージ ポテンシャル エネルギー」(イメージ PE) と呼ばれます。ショットキーは、球のイメージ PE に関するケルビン卿の以前の研究を基にして研究を行いました。ショットキーのイメージ PE は、電子が金属表面または金属と半導体の界面に内側から近づくときに受ける運動障壁M ( x ) の単純なモデルの標準的な要素になりました。(このM ( x ) は、1 次元の 1 粒子のシュレーディンガー方程式を次の形式で記述した ときに現れる量です。

${\displaystyle {\frac {d^{2}}{dx^{2}}}\Psi (x)={\frac {2m}{\hbar ^{2}}}M(x)\Psi (x).}$

ここで、は換算プランク定数、m は電子の質量です。 ${\displaystyle \hbar}$

イメージ PE は通常、印加電界 Fと障壁の高さh (電界がない場合) に関連する項と組み合わされます。これにより、金属の「電気表面」から真空または半導体までの距離xに対する障壁エネルギーの依存性を表す次の式が得られます。

${\displaystyle M(x)=\;h-eFx-e^{2}/4\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r}x\;.}$

ここで、eは正電荷、ε ₀は電気定数、ε _{r は}第2の媒体の比誘電率（真空の場合は1）です。金属-半導体接合の場合、これはショットキー障壁と呼ばれます。金属-真空界面の場合、これはショットキー-ノルドハイム障壁と呼ばれることもあります。多くの場合、h は局所仕事関数 φと等しくする必要があります。

このショットキー・ノルドハイム障壁（SN障壁）は、熱電子放出と電界電子放出の理論において重要な役割を果たしてきました。電界を印加すると障壁が低下し、熱電子放出における放出電流が増加します。これを「ショットキー効果」と呼び、結果として生じる放出様式を「ショットキー放出」と呼びます。

1923年、ショットキーは、当時は自己電子放出と呼ばれ、現在では電界電子放出と呼ばれている実験現象は、障壁がゼロに引き下げられたときに生じると（誤って）示唆しました。実際、この効果は、ファウラーとノルドハイムが1928年に示したように、波動機械トンネル効果によるものです。しかし、SN障壁は現在ではトンネル障壁の標準モデルとなっています。

その後、半導体デバイスの分野で、金属と半導体の接合部に同様の障壁が存在するはずであることが示唆されました。このような障壁は現在ではショットキー障壁として広く知られており、電子が金属から真空中に放出される方法に関する古い考察に類似した考察が、障壁を越えた電子の移動に適用されます。(基本的に、電界と温度の異なる組み合わせに対して、複数の放出モードが存在します。異なるモードは、異なる近似式によって制御されます。)

このような界面の全体的な動作を調べると、それらは（非対称的に）特殊な形態の電子ダイオードとして動作できることがわかり、現在ではショットキーダイオードと呼ばれています。この文脈では、金属と半導体の接合は「ショットキー（整流）接点」として知られています。

表面科学/発光エレクトロニクスと半導体デバイス理論におけるショットキーの貢献は、現在ではこれらの分野の背景において重要かつ広範囲にわたる部分を形成しています。おそらく、それが技術物理学の分野であるため、一般に十分に認識されていないと主張することもできるでしょう。

1936年、彼は熱電子放出におけるショット効果（高真空放電管の自然発生的な電流変化、彼は「シュロット効果」と呼んだ。文字通り「小さなショット効果」）の発見と、スクリーングリッド四極管および無線信号を受信するスーパーヘテロダイン方式の発明により、王立協会のヒューズ賞を受賞しました。1962年には、カール・フリードリヒ・ガウス賞を受賞しました。1964年には、真空管アンプや半導体など、多くの重要な技術機器につながる多くの現象の物理的理解に関する画期的な研究が評価され、ヴェルナー・フォン・ジーメンス・リングを受賞しました。

スーパーヘテロダインの発明は、通常エドウィン・アームストロングによるものとされている。しかし、ショットキーはIEEEのProceedingsに論文を発表しており、1918年にドイツで同様のものを発明し特許を取得していた可能性を示唆している。^[7] フランス人のルシアン・レヴィはアームストロングやショットキーよりも早く特許を申請しており、最終的に彼の特許は米国とドイツで認められた。^[8]

半導体研究のためのウォルター・ショットキー研究所と固体物理学における優れた業績を表彰するウォルター・ショットキー賞は、彼の名にちなんで名付けられています。アーヘン工科大学のウォルター・ショットキー・ハウスとニュルンベルクのゲオルク・シモン・オーム応用科学大学のウォルター・ショットキー・ビルも彼の名にちなんで名付けられています。フラウンホーファー集積システムおよびデバイス技術研究所は、エアランゲンのショットキー通りにあります。

• Thermodynamik、Julius Springer、ベルリン、ドイツ、1929 年。
• Physik der Glühelektroden、Akademische Verlagsgesellschaft、ライプツィヒ、1928 年。

• ショットキートランジスタ
• ショットキー接合太陽電池
• 表面バリアトランジスタ

ウィキメディア・コモンズには、ウォルター・ショットキーに関連するメディアがあります。

• 「ウォルター・ショットキー - 伝記、事実、写真」。有名な科学者。 2024年7月20日閲覧。
• ウォルター・ショットキー
• ウォルター・H・ショットキーの伝記
• ウォルター・ショットキー研究所
• ドイツ国立図書館のカタログに掲載されているウォルター・H・ショットキー
• ラインハルト W. セルヒンガー: Walter Schottky – 原子理論研究者および電気技術者。 Sein Leben und Werk bis ins Jahr 1941。ディーホルツ。シュトゥットガルト;ベルリン：GNT-Verlag、2008年。
• ショットキーの数学の系譜