Введение
Наверное, нет надобности доказывать ту большую роль, которую электроника играет в современной жизни, способствует техническому прогрессу. Достаточно вспомнить построенные на базе электроники мобильные телефоны, снискавшие такую популярность, что от их чрезмерного употребления приходится отговаривать.
На тепловых электрических станциях электронные устройства приобрели большое значение для регулирования и контроля теплоэнергетических процессов.
Электроникой мы будем называть область науки и техники, занимающуюся электронными приборами и устройствами, на них выполненными.
Электронными приборами называются приборы, принцип действия которых основан на законах движения электронов в вакууме (электровакуумные приборы), в газе (газоразрядные приборы) и в твердом теле (полупроводниковые приборы).
В настоящее время именно полупроводниковые приборы нашли наиболее широкое применение. Помимо быстродействия, свойственного всем электронным приборам, полупроводниковые приборы обладают неограниченным сроком службы в нормальных условиях и малыми размерами.
Развитие электроники началось в I половине прошлого века первоначально вместе с развитием радиотехники. Но уже в 30-х годах ХХ века электроника завоевала прочные позиции в других отраслях науки и техники.
Следующий этап развития электроники начался в сороковых годах прошлого века с изобретения полупроводниковых приборов – диодов и транзисторов.
В середине ХХ века произошла буквально техническая революция. Дело в том, что развитая технология позволила создавать миниатюрные устройства – микросхемы, в которых содержится громадное количество полупроводниковых приборов. Это нашло широкое применение в различных отраслях науки и техники и в первую очередь в электронных вычислительных машинах. В настоящее время электронная база различных технических устройств и ЭВМ продолжает развиваться. Действует пока еще закон Мура, заключающийся в том, что каждый год количество полупроводниковых элементов, укладываемых в микросхему, увеличивается в 1,5 раза.
Впрочем, используя полупроводниковые элементы, следует иметь в виду, что в военное время могут быть применены устройства, использующие электромагнитные поля мощностью, исчисляемой в ГВт, и от которых на объектах с электронной техникой полупроводниковые элементы и, следовательно, аппаратура на них выполненная, перестают работать.
1 Электронные приборы
Из электронных приборов мы рассмотрим полупроводниковые приборы, так как они обладают малыми размерами и неограниченным сроком службы в нормальных режимах работы.
Полупроводниковые приборы Проводимость полупроводника
Большинство современных полупроводниковых приборов изготавливают из кристаллических элементов кремния. В отсутствии внешних источников энергии чистый кремний не обладает электрической проводимостью. Однако, при нагревании электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов кремния, покидают свои орбиты и могут участвовать в электропроводности, неся отрицательный заряд. На месте этих электронов остаются свободные вакансии, называемые дырками, которые тоже могут участвовать в электропроводности.
Гораздо большую величину проводимости имеет примесная проводимость. Её получают, добавляя в кремний примеси. Если добавить в кремний примесь с валентностью больше, чем у кремния, то образуется много свободных электронов. Такой кремний называют n-кремний (n-Si). Если добавить в кремний примесь с валентностью меньшей, чем у кремния, то образуется много свободных дырок. Такой кремний называют p-кремний (p-Si). Сказанное иллюстрируется на рис. 1.
Рис. 1. Схема образования носителей зарядов в чистом полупроводнике (а) и полупроводниках n — типа (б) и p-типа (в)