1. Электроника, ее основные области исследования; вакуумная, твердотельная, квантовая электроника, особенности физических процессов.

ФОЭ - научное направление в электронике, в котором изучаются взаимодействия электронов и других заряженных частиц, квантов излучения с электромагнитными полями в вакууме, различных средах (газы, жидкости, твердые тела, плазмы) и у границы их раздела.

Электроника включает три направления: вакуумная, твердотельная, квантовая.

I.Вакуумная электроника:

Изучаются взаимодействия потоков свободных электронов с электрическими и магнитными полями в вакууме; основные предметы исследования: электронная эмиссия; формирование и управлении потоками электронов; катодолюминесценция.

На их базе создаются приборы:

диоды, триоды, тетроды, СВЧ, фотоэлектронные приборы.

Особенности процессов:

- при взаимодействии электронов с электромагнитными полями в вакууме нет столкновений со связанными атомами, а вероятность столкновения с остаточными газами мала, следовательно, потери энергии малы, КПД процессов достигает 90%;

- остаточная энергия электронных потоков рассеивается на электродах с большой поверхности, которые могут интенсивно отражаться, что позволяет получать мощности в несколько МВт.

II.Твердотельная электроника:

Изучаются процессы в твердых телах (полупроводниках, диэлектриках, магнитных материалах, пьезоэлектриках) для преобразования электромагнитной энергии в широком диапазоне частот от постоянного тока до СВЧ.

Основные направления:

1) полупроводниковая электроника – исследуются эффекты взаимодействия электронов с электромагнитными полями в п/п;

2) акустоэлектроника – исследуются эффекты взаимодействия высокочастотных акустических волн с электронами проводимости;

3) оптоэлектроника – исследуются эффекты взаимодействия волн оптического диапазона с электронами в твердых телах;

4) магнитоэлектроника – магнитные явления в твердых телах.

Приборы:

диоды, транзисторы, приборы с заряд.связью, интегральные микросхемы.

Особенности процессов:

1.Одновременное существование двух типов подвижных носителей заряда.

2. Сильная зависимость типа и величины электропроводности от концентрации и типа атомов примесей.

3. Возникновение на границе двух п/п с различными типами электропроводности потенциальных барьеров.

4. Сильная чувствительность свойств п/п к воздействию света, электр. и магнитных полей и т.д.

5. Туннельные переходы электронов через потенциальный барьер.

6. Лавинные размножения НЗ в сильных электрических полях.

III.Квантовая электроника:

Изучаются методы генерации и усиления электромагнитных колебаний на основе эффекта вынужденного излучения атомов.

Приборы: квантовые генераторы (лазеры), усилители.

Особенности устройств:

1. Высокая стабильность частоты колебаний.

2. Низкий уровень шумов.

3. Большая мощность в импульсе излучения.

Развитие элементной базы, этапы:

1. Дискретная электроника на ЭВП;

2. Дискретная электроника на п/п приборах;

3. Интегральная электроника на микросхемах (в том числе и функциональная электроника);

4. Наноэлектроника.