Твердотельная электроника

В течение короткого времени указанная керамики была исследована и сделан однозначный вывод: за явление высокотемпературной сверхпроводи-

мости ответственная фаза La2 xSrxCuO4 . Вскоре появилось сообщение о сверхпроводящих свойствах керамики с критической

температурой ТС= 92 К. Вскоре была синтезирована так называемая «система

123»: A Ba2Cu3O7 . Критическая температура этой системы составляла около 95

К и незначительно изменялась в зависимости от природы используемого в

ячейке, то тем выше критическая температура сверхпроводящего состояния.

Таким образом удалось повысить температуру сверхпроводящего состояния с температур жидкого гелия и жидкого водорода до температур жидкого азота (Т=77 К), что из-за доступности и низкой цены этого хладоагента принципиально решает вопрос о практическом применении сверхпроводников в массовых масштабах.

171

9.6. Применение сверхпроводимости в твердотельной электронике

Явление сверхпроводимости все шире применяется в технике. Этому способствуют, во-первых, возрастающая потребность в создании экономич-

ных линий передачи сигналов и энергии и, во-вторых, разработка совер-

шенной и экономичной аппаратуры для получения сверх быстродейст-

вующих приборов с новыми функциональными возможностями.

Эффект падения сопротивления сверхпроводника позволяет создавать линии связи без потерь энергии. Наличие эффекта Мейсснера в сверхпроводниках позволяет создавать идеальные магнитные экраны .

Разрабатываются высокочувствительные болометры в инфракрасном диапазоне (с чувствительностью до 10-12 Вт), основанные на большой крутизне изменения сопротивления dRdT при критических температурах в сверхпроводниках. В вычислительной технике используются высоко-

скоростные (до 10-9 с) сверхпроводящие переключатели - криотроны,

представляющие собой две проволоки с разными величинами напряженностей критических полей НС. Слабым током, пропускаемым сквозь проволоку с большой величиной НС, создается магнитное поле, переводящее провод с меньшим значением НС из сверхпроводящего в нормальное состояние, и,

следовательно, так можно управлять протекающим по нему током.

Открытие эффектов Джозефсона привело к созданию ряда точных электронных устройств, в частности детекторов излучения в инфракрасном диапазоне, СВЧ-генераторов малого объема (~ 10 13м3 ) в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах с высокой чистотой спектра, широким диапазоном частот и простым механизмом перестройки. Возможно также создание переключателей в логических схемах, высокочувствительных магнитометров (с использованием зависимости I0 от Н), гальванометров,

смесителей частоты. У этого явления большое будущее для создания принципиально новых электронных приборов и устройств.

172

10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

В настоящее время достаточно четко просматриваются три перспективных направления развития твердотельной электроники на ближайшие годы: использование для создания приборов и устройств электроники новых материалов; применение новых физических явлений и принципов; дальнейшая миниатюризация приборов за счет использования квантовых эффектов в твердом теле.

Новые материалы. Применение новых материалов для создания элементов твердотельной электроники способно существенным образом способствовать развитию этой области науки. Так, изготовление генераторов оптического излучения и фотоприемных элементов на основе гетеропереходов

(p-n-переходы, полученные на основе полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны), создать систему «приемник-

передатчик» на оптимальной длине волны для заданного оптического тракта.

Это происходит за счет получения узкой спектральной характеристики обоих элементов связи, а также за счет возможности управления спектральной характеристикой в широком диапазоне длин волн.

Широкие возможности в области совершенствования элементной базы электроники и создания новых приборов сулит также использование нового типа полупроводникового материала: сверхрешеток, получаемых из тонких 100-

ангстремных слоев полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны. Подбором свойств исходных полупроводников можно получать многослойную структуру, которая будет иметь желаемую ширину запрещенной зоны.

Новые физические явления и принципы электронная и оптическая синергетика для создания сверхскоростных бистабильных элементов;

высокотемпературная сверхпроводимость; голографические оптические методы записи информации в кристаллах; переходы металл-полупроводник;

использование эффекта фотонного эха; использование свойств «голубой» фазы

173

в жидких кристаллах; использование нелинейных свойств жидких кристаллов для преобразования оптического излучения; применение твердотельных автоволн для создания пространственно-временных модуляторов излучения.

Разработка новых технологий. На этапе становления электроники

(первые лет 15) основными направлениями ее развития были формирование номенклатуры базовых элементов и их реализация в виде дискретных приборов. Дальнейший прогресс этой области науки связан с переносом центра внимания на создание функционально сложных и конструктивно законченных приборов, устройств, систем. Именно в них наиболее полно проявляются преимущества биоэлектроники перед микроэлектроникой.

Особенно глобальные изменения в твердотельной оптоэлектронике будут связаны с использованием идей и технологии нового направления в микроэлектронике – наноэлектроники (электроники атомного уровня), которое принципиальным образом изменит всю элементную базу электроники,

конструкторские подходы к созданию электронных устройств и систем.

174

11.ЛИТЕРАТУРА

1.Епифанов Ю.И. Физические основы микроэлектроники. М.: Высшая школа, 1971. – 388 с.

2.Солимар Л., Уолш Д. Лекции по электрическим свойствам материалов. Пер.

санг. С.И. Баскакова. – М.: - Мир, 1991. – 501 с.

3.Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы. Пер. с англ.

Под ред. Ю.В. Гуляева. М.: Сов. Радио, 1979. – 227 с.

4.Жеребцов И.П. Основы электроники. Л-д: Энергоатомиздат, 1989. – 352 с.

5.Шалимова К.В. Физика полупроводников. – М.: Энергия. - 1991, - 416 с.

6.Панков Ж. Оптические переходы в полупроводниках. М.: Мир, 1973. – 393 с.

7.Пикин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы. М.: Наука, 1982. – 207 с.

8.Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Том 1. Пер. с анг. Под ред.

Р.А. Суриса. – М.: Мир – 1984. – 453 с.

175