Какое действие оказывает электромагнитное облучение на полупроводник кратко

Обновлено: 04.07.2024

Изменение электрического сопротивления полупpоводника под воздействием электромагнитного излучения называют фоторезистивным эффектом (другое название - явление фотопроводимости). Добавочная проводимость, обусловленная носителями заряда, созданными оптической генерацией, носит название фотопроводимости.

Внутренний фотоэффект может наблюдаться как в собственных, так и в примесных полупроводниках. Рассмотрим фотопроводимость в собственном полупроводнике (рис.6.1). Если такой полупроводник облучать светом с энергией квантов больше или равной ширине запрещенной зоны, то происходит поглощение квантов. При этом их энергия идет на образование дополнительных (неравновесных) электронно-дырочных пар. В отсутствии света полупроводник обладает некоторой проводимостью (так называемая темновая проводимость g₀), которая определяется равновесными носителями. При освещении полупроводника к ней добавляется фотопроводимость g_ф, обусловленная неравновесными носителями. В целом удельная проводимость фотопроводника определяется суммой

Поглощение излучения собственным полупроводником будет происходить в том случае, если энергия кванта hn больше или равна ширине запрещенной зоны. Такой квант вызовет разрыв валентной связи и обpазование добавочных свободных электрона и дырки. В случае примесного полупроводника минимальная энергия кванта равна энергии ионизации примеси. Очевидно, что для внутреннего фотоэффекта существует красная (длинноволновая) граница. Для собственного полупроводника она определится следующим образом:

а для примесного

Здесь n_кр и l_кр- частота и длина волны красной границы.

Фотоэлектронная эмиссия ( внешний фотоэффект) - испускание электронов твердыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения , имеющая место только тогда, когда энергия световых квантов ( фотонов) hv превышает работу выхода электронов. [32]

Будкер открыл явление образования релятивистского стабилизированного электронного пучка; Он установил, что под действием электромагнитного излучения , возникающего в результате колебания электронов, пучок сжимается в поперечном направлении, в тонкий устойчивый шнур с большими собственными полями. [33]

Внешним фотоэффектом ( или фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов твердыми и жидкими телами под действием электромагнитного излучения . Герцем в 1887 г. Он заметил, что проскакивание искры между шариками разрядника значительно облегчается, если один из шариков осветить ультрафиолетовыми лучами. [35]

В данной работе изучено влияние ацетилацетонатов металлов на процесс отверждения эпоксидно-полиэфирных композиционных материалов, а также действие электромагнитного излучения в интервале 200 - 400 нм и 800 - 4000 нм на отверждение эпоксидных композиций. [36]

Фоторезистивный эффект ( внутренний фотоэлектрический эффект) - это изменение удельного сопротивления полупроводника, обусловленное исключительно действием электромагнитного излучения ( квантов света) и не связанное с нагреванием полупроводника. Сущность этого явления состоит в том, что при поглощении квантов света с энергией, достаточной для ионизации собственных атомов полупроводника или ионизации примесей, происходит увеличение концентрации носителей заряда. В результате увеличения концентрации носителей уменьшается удельное сопротивление полупроводника. [37]

Внешним фотоэффектом или, иначе, фотоэлектронной эмиссией ] называют испускание электронов веществом, происходящее под действием электромагнитного излучения . Вещество может находиться в разных агрегатных состояниях - твердом, жидком, газообразном. [38]

Фоторезисторы - приборы, принцип действия которых основан на фоторезистивном эффекте - изменении сопротивления полупроводникового материала под действием электромагнитного излучения . [40]

Для преобразования светового излучения в электрический ток используется явление фотоэффекта, которое заключается в испускании электронов веществом под действием электромагнитного излучения . В том случае, когда электроны вылетают наружу из вещества, фотоэффект называется внешним. Это явление, называемое также фотоэлектронной эмиссией, используется в фотоэлементах и фотоумножителях. [41]

Фотосопротивление ( ФС) - это полупроводниковый прибор, действие которого основано на явлении фотопроводимости - способности полупроводников изменять свое электрическое сопротивление под действием электромагнитного излучения различных длин волн . Объясняется явление фотопроводимости тем, что фотоны, проникая в полупроводник, создают в нем свободные носители заряда: фотоэлектроны и фотодырки. Увеличение концентрации свободных носителей заряда влечет за собой увеличение проводимости полупроводника. [42]

В общем случае экзотермические реакции разложения твердых веществ очень чувствительны к присутствию катионных или анионных примесей, а также к следам воды ( рис. 17), природе и давлению инертного гааа [16], к состоянию кристаллизации и степени дисперсности образцов, к действию электромагнитного излучения ( ультрафиолет, гамма - или рентгеновские лучи), к облучению потоком электронов или других частиц. Впрочем, некоторые из таких веществ разлагаются лишь при бомбардировке пучком частиц или фотолитически. [43]

Порядок распределения электронов по оболочкам не изменяется до тех пор, пока атом не испытывает воздействий, при которых его внутренняя энергия увеличивается, например, при соударениях с другими движущимися атомами, с ионами или электронами за счет кинетической энергии этих частиц, а также под действием электромагнитных излучений , например света или рентгеновского излучения. [44]

Электромагнитное загрязнение возникает в результате работы мощных электроустановок, линий электропередач, радиопередающих устройств, в том числе мобильных средств связи. Действие электромагнитного излучения во всем его спектре на человека еще не исследовано. В литературе описаны многочисленные факты отрицательного действия искусственных электромагнитных полей на человека и способность человека ощущать эти поля. Например, некоторые люди, находясь на расстоянии в десятке метров от линии электропередачи, способны определять момент ее включения или выключения. Электромагнитное излучение оказывает отрицательное воздействие не только на человека. Под линиями электропередачи напряженность электрических и магнитных полей значительно превышает фоновый уровень. [45]

Возвращение электронов из зоны проводимости в валентную зону полупроводника сопровождается излучением электромагнитной энергии. Полупроводниковые оптические излучатели можно разделить на две группы:

· излучатели, основанные на принципе спонтанной (самопроизвольной), инжекционной электролюминисценции ;

· оптические генераторы когерентного (индуцированного) излучения (лазеры).

В люминесцирующем веществе за счет энергии внешнего воздействия часть электронов с нижних энергетических уровней Е₁переходит на более высокие уровни, а затем оказывается на некотором уровне возбуждения (метастабильном уровне) Е(рис. 10.4.1,а). Возвращение электронов с уровня Е на уровень Е₁сопровождается электромагнитным излучением, длина волны которого определяется соотношением

где λ – длина волны, мкм ;

Е₂ , Е₁– уровни энергии, эВ.

Кроме простейшего случая рассмотренной трехуровневой системы, может наблюдаться и четырехуровневая система излучения (рис.10.4.1,б ), где оба уровня Е₂ , Е₁ являются метастабильными.

Процесс перехода электронов с уровня Е₂ на уровень, Е₁ может протекать поразному. Если переход атомов из возбужденного состояния в равновесное происходит в связи с внешними воздействиями. То момент излучения и направление вектора поляризации каждого фотона случайны, а результирующий световой поток характеризуется лишь среднестатистическими параметрами. В этом случае возникает спонтанное некогерентное излучение, а образованный в результате такого излучения луч света представляет собой наложение (суперпозицию) волн, генерируемых множеством элементарных осциляторов (возбужденных атомов). Частота и начальная фаза у всех слагаемых волн при этом не одинаковы.

При действии световой волны на люминесцирующую систему с возбужденными атомами с частотой, соответствующей резонансной частоте этих атомов (т.е. длине волны, рассчитываемой по формуле 10.4.1). Может возникнуть процесс, при котором все возбужденные атомы излучают почти одновременно, взаимосвязано и так, что генерируемые фотоны абсолютно неотличимы от тех, которые эту генерацию вызвали. Такое вынужденное когерентное излучение называют стимулированным или индуцированным,а излучатели таких волн получили название лазеров (от английского Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиление света засчет индуцированного излучения).

Лазеры.

Лазер (оптический квантовый генератор) – источник когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона, действие которого основано на использовании вынужденного излучения атомов и молекул.

Когерентность – согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Т.е. если разность фаз двух колебаний остается постоянной во времени, или же два идеальных монохроматических колебания имеют одну и ту же частоту, то такие колебания называются когерентными.

Классификация лазеров: по типу активной среды различают: газовые, твердотельные (к которым так же можно отнести и полупроводниковые лазеры) и жидкостные лазеры.

В газовых лазерах активной средой является газ или смесь газов, возбуждаемые газовым разрядом. Инверсия населенностей создается в результате избирательного возбуждения энергетических уровней, находящихся вблизи резонансных переходов различных атомов, за счет неупругих соударений частиц газа.

Инверсия населенностей – соотношение между населенностями разных энергетических уровней атомов или молекул вещества, при котором число частиц на верхнем из данной пары уровней больше, чем на нижнем.

Инверсия населенностей – необходимое условие создания почти всех квантовых генераторов и усилителей.

Наиболее распространенными газовыми лазерами является гелий-неоновый лазер, излучающий на квантовых переходах между энергетическими уровнями атомов Ne с длиной волны (λ =0,6328 мкм). Другой важный представитель газовых лазеров, лазер на смеси ( CO₂– N₂ ), излучающий в ИК диапазоне (λ =10,6 мкм ). Так же распространены ионные газовые лазеры на ионах Ar , возбуждаемых мощным газовым разрядом. Существуют еще газодинамичные газовые лазеры, в которых инверсия населенности возникает за счет резкого охлаждения нагретой газовой смеси. Так же химические газовые лазеры, где возбужденная активная среда образуется за счет протекания химических реакций.

В жидкостных лазерах активной средой служат растворы органических и неорганических соединений. Жидкостные лазеры на растворах органических красителей перекрывают диапазоны длин волн 0,3 – 1,2 мкм.

В твердотельных лазерах активной средой являются оптические монокристаллы и стекла, содержащие примеси ионов активаторов Cr, Nd, Er, ионы металлов переходных групп. Возбуждаются твердотельные лазеры внешним источником света: импульсными и дуговыми газоразрядными лампами, светодиодами, полупроводниковыми лазерами. Большую известность среди твердотельных лазеров получили: лазер на рубине, излучающий видимый свет с длиной волны λ=0,6943 мкм, и лазеры на алюмоитриевом гранате и стеклах различных составов с примесью Nd , дающие ИК излучение с λ=1,06 мкм. Твердотельные лазеры могут работать в режиме импульсного мощного излучения в виде короткой мощной вспышки (≈ 10 -8 с).

Конструкция лазера как правило включает: излучатель, блок питания и систему охлаждения (для мощных лазеров).

Лазеры могут излучать в различных режимах: непрерывно – в течение некоторого времени, однократно в виде одиночной вспышки, в импульсном режиме, с различными частотами повторения импульсов.

Особое место среди квантовых генераторов оптического диапазона занимают полупроводниковые оптические квантовые генераторы, основоположниками теории которых были советские ученые Н.Г.Басов, Б.М. Вул и Ю.М.Попов. Начиная с 1957 года в нашей стране и зарубежом созданы многочисленные образцы полупроводниковых ОКГ на таких материалах, как арсенид галия, арсенид индия, сурьмянистый индий, селленистый и теллуристый свинец и др.

Преимущества полупроводниковых лазеров перед оптическими квантовыми генераторами на стекле. Ионных кристаллах и газах заключается в их малых размерах, более высоком КПД, в возможности прямого преобразования электрической энергии в когерентное излучение и, следовательно, в простоте управления интенсивностью этого излучения.

Рассмотрим принцип получения когерентного электромагнитного излучения в полупроводнике.

Для того чтобы заставить полупроводник усиливать электромагнитное излучение, необходимо нарушить равновесное распределение электронов по уровням и искусственно создать такое распределение, когда число электронов на верхних уровнях больше, чем на нижних. Такое состояние полупроводника называют состоянием с инверсной заселенностью. Процесс создания условий, при которых полупроводник приобретает состояние с инверсной заселенностью получил название накачки. Существуют различные способы накачки полупроводниковых лазеров ( оптическая накачка, накачка электроннымпучком, ударнаяионизацияи др. ).

Мобильные телефоны, ноутбуки и СВЧ-печи – источники электромагнитного излучения. Какой вред они могут нанести вашему здоровью, и как защитить себя от ЭМ-излучения, рассказывает наш эксперт Александр Кукса.

Содержание

О том, какого мнения современная наука придерживается относительно влияние электромагнитного излучения на организм человека и какие приборы являются самыми значимыми источниками такого излучения, рассказывает

Самыми значимыми источниками электромагнитного поля являются те приборы, которыми мы пользуемся чаще всего и которые располагаются к нам ближе всего. Это:

мобильные телефоны
персональные компьютеры (и ноутбуки, и планшеты, и стационарные компьютеры)
из бытовой техники вне конкуренции СВЧ-печи

Устройства связи дают электромагнитное поле в момент приёма/передачи информации, а из-за того, что они расположены к нам на минимальном расстоянии (например, мобильный телефон находится вообще вплотную к голове), то и значения плотности потока ЭМ поля будет максимальным.

Как правило, чем мощнее потребитель тока, чем он ближе к нам расположен, чем дольше он на нас воздействует и чем менее защищён (экранирован), тем сильнее будут проявляться негативные последствия. Потому что интенсивность излучения от каждого конкретного источника тоже будет разная.

Негативное влияние на организм человека

Чем дольше мы находимся в электромагнитном поле, тем больше шансы на появление каких-либо последствий. Опасность в том, что без специального оборудования, мы никогда и не узнаем, подвергаемся ли мы прямо сейчас воздействию ЭМ-поля или нет. Разве что совсем в критических ситуациях, когда уже и волосы от статических зарядов начинают шевелиться.

Воздействие ЭМ полей может вызывать:

головокружения
головные боли
бессонницу
усталость
ухудшение концентрации внимания
депрессивное состояние
повышенную возбудимость
раздражительность
резкие перепады настроения
сильные скачки АД
слабость
нарушения работы сердечной мышцы
ухудшение проводимости миокарда
аритмию

Опасность заключается ещё и в том, что заметив у себя любой из описанных выше признаков, человек станет подозревать всё что угодно, но не электромагнитные поля, вызванные, например, скрытой проводкой, идущей вдоль спального места.

Правила безопасности при воздействии электромагнитного излучения на организм человека

Самая качественная защита от ЭМ излучения – это расстояние.

Плотность излучения с расстоянием падает в разы. У каждого источника достаточно ограниченный радиус действия полей, поэтому правильное планирование мест для отдыха/досуга, работы и сна уже залог Вашего здоровья, однако, не стоит забывать и про то, что любой обесточенный источник ЭМ-полей перестаёт таковым являться.

Поэтому не забывайте выключать из сети неиспользуемые приборы, не располагайте рядом с головой мощные источники ЭМИ, следите за состоянием бытовой техники и читайте инструкции по правильной эксплуатации бытовых приборов.

Чем электроника дороже - тем она безопаснее?

Однако стоит учитывать то, что это касается только новой техники, не подвергавшейся физическому воздействию, ремонтам, при правильной эксплуатации, расположении и прочее. Если хоть что-то было нарушено, то интенсивность излучения может измениться в разы.

Какое мнение сейчас принято по данному вопросу в научном сообществе?

Вред электромагнитного излучения для здоровья человека никем не отрицается. Но споры и обсуждения продолжаются касательно предельно допустимых уровней, так как провести однозначно линию, разграничивающую вред и пользу для организма, очень тяжело. В конце концов, есть и лечебные источники ЭМ-полей и диагностическое оборудование.

Развитие цивилизации со всеми ее удобствами и высокими технологиями давно вызывает много вопросов об изменении геомагнитного фона. Воздействие различных источников излучения на окружающую среду и человеческий организм — излюбленная тема сторонников теорий заговоров и конспирологов.

Ученые иронично им парируют, что наша планета — просто огромный кусок магнита, который вращается вокруг мега-термоядерной станции — Солнца. Поэтому бояться каких бы то ни было лучей, живя на нем, глупо. Тем не менее, к современным электронным системам, электротехнике и инфраструктуре для их обслуживания нельзя относиться легкомысленно. Электромагнитное загрязнение повышает риск появления проблем со здоровьем и соблюдать правила безопасности необходимо.

Чем опасно искусственное электромагнитное излучение

Естественный геомагнитный фон, обеспечиваемый Землей и космосом, обеспечивает циркуляцию воздушных масс, мирового океана, нормальную инсоляцию и другие планетарные условия жизни. По сравнению с ним масштабы техногенного мизерны. Но есть нюанс — электромагнитная паутина, произведенная людьми, воздействует направленно непосредственно на своих пользователей. Силовые кабели, линии высокого напряжения, теле и радиооборудование, компьютерная и бытовая техника создают второй фон. Для человека он оказывается агрессивнее природного. Под его влиянием организм находится круглосуточно: на улице, дома, во время работы и сна. А мощность некоторых источников способна нарушать физиологические процессы, особенно при близких или непосредственных контактах.

Врачи и ученые отмечают, что искусственный электромагнитный фон может менять деятельность головного мозга, эндокринной, репродуктивной, сердечно-сосудистой систем, — тех сфер, где все биохимические процессы протекают с высокой скоростью. Воздействие избыточного излучения снижает иммунитет, может увеличивать риск злокачественных опухолей, нарушает выработку гормонов, синтез белка, внутриклеточный обмен, приводит к перегреву тканей, способствует накоплению свободных радикалов и токсинов.

В группу риска, наиболее подверженную влиянию электромагнитных полей входят:

нервно и физически истощенные;

люди с генетическими и врожденными заболеваниями;

Чем больше разнообразных источников излучения находится вблизи или внутри мест проживания и работы, тем агрессивнее их совокупное влияние на здоровье. Коварство искусственных ЭМП в том, что их ущерб для организма не всегда очевиден. Для его изучения требуются иногда годы наблюдений.

К каким нарушениям приводит электромагнитное излучение

Под влиянием вредного для организма излучения у людей часто развиваются нарушения со стороны центральной нервной системы. Типичные жертвы ЭМП страдают:

У тех, чьи дома напичканы электронными и электроприборами, ухудшается память, снижается стрессоустойчивость, часто возникают перепады настроения, апатия или состояния ажитации.

Характерные нарушения со стороны сосудистой системы:

брадикардия или тахикардия;

регулярное учащение пульса;

давящие тупые боли в области сердца;

ощущение жара в теле;

скачки артериального давления.

Из-за снижения функции гипофиза вероятно ухудшение состояния эндокринной системы. Под воздействием ЭМП активнее выделяются адреналин и кортизол, снижается синтез половых гормонов. Установлено, что агрессивное электромагнитное излучение усугубляет инфекционные и воспалительные процессы, угнетает клеточный иммунитет, снижая сопротивляемость различным внешним патогенам.

Есть сведения, что некоторые виды облучения способны проявлять тератогенное свойство. Беременным это грозит преждевременным прерыванием, критичными нарушениями в развитии плода, формированием врожденных уродств или серьезных заболеваний у ребенка. У мужчин плотная работа с электромагнитными оборудованием чревата нарушением сперматогенеза, снижением либидо.

Как защититься от вредного излучения

Опасность могут представлять не только мощные телевышки и линии передач. Привычные для большинства электроприборы, кухонная техника, компьютеры, навигаторы, телефоны и другие гаджеты вредны не менее, чем большие промышленные установки. Потоки их лучей имеют четкую направленность, а траектория пересекается с телом человека. При регулярном использовании большого количества техники вред усугубляется. От линий высоковольтных передач и вышек скрыться практически некуда, но и ущерб здоровью от них ниже благодаря рассеянности полей. По сути все воздушное пространство Земли пронизано сетью лучей, однако влияние многих источников можно снизить.

Основные правила техники безопасности:

Технику последнего поколения использовать предпочтительнее. Морально устаревшие приборы и мониторы излучают сильнее. Можно компьютеры 20-летней давности или кинескопные телевизоры. Вред их мерцающих экранов не нуждается в профессиональных доказательствах. Жидкокристаллические по сравнению с такими почти безопасны для зрения и общего здоровья.

Время, проводимое за компьютером и гаджетами, рекомендуется нормировать. Например, выбирать для чтения не электронные, а бумажные книги, сократить просмотр телеканалов, вместо соцсетей и мессенджеров чаще выбираться в гости и на прогулку.

Организовать спальное место вдали от всех видов электроприборов. В крайнем случае — отключать кабели на ночь, отодвинуть кровать как можно дальше от телевизора или компьютерного стола. Не стоит класть у изголовья смартфон. Вместо электронного будильника желательно купить обычный механический.

Сотовая связь вызывает самое большое количество вопросов относительно здоровья. Отказаться от ее использования практически нереально. Но можно сократить время контактов и стараться держать гаджет подальше от тела. Карманы для мобильного телефона — место неподходящее, особенно поясные или нагрудные. Желательно помещать девайс в специальное отделении сумки или органайзера. Во время разговоров чаще пользоваться гарнитурой hands-free, своевременно заряжать аккумулятор устройства.

Все представленные на сайте материалы предназначены исключительно для образовательных целей и не предназначены для медицинских консультаций, диагностики или лечения. Администрация сайта, редакторы и авторы статей не несут ответственности за любые последствия и убытки, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Читайте также: