ОГБОУ СПО Ивановский Энергетический Колледж

ОГБОУ СПО Ивановский Энергетический Колледж

Реферат

по электронике на тему:

«История развития электронных приборов»

Выполнил: Михайлычев Д. С.

Студента 33 группы

Проверила: Сухова О. Г.

2012 год

Содержание

1. Основные этапы развития электроники….3

2. Основы наноэлектроники…………………4

3. Источники………………………………….6

4. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

Электроника является динамично развивающейся областью науки и техники. Весь арсенал средств, которым располагает современная электроника, был создан всего за несколько десятилетий. Фундамент электроники был заложен трудами физиков в XVIII– XIX в. Выделяют несколько этапов развития электроники.

1 этап – до 1904 г. (в 1873 г. А. Лодыгин изобрел лампу накаливания с угольным стержнем; в 1883 г. Т. Эдисон открыл явление термоэлектронной эмиссии; в 1874 г. Ф. Браун открыл выпрямительный эффект в контакте металла с полупроводником; в 1895 г. А. Попов использовал этот эффект для детектирования радиосигналов и т.д.).

2 этап – до1948 г.– период развития вакуумных и газоразрядных электроприборов (в 1904 г. Д. Флеминг сконструировал электровакуумный диод; в 1907 г. Ли–де–Форест изобрел триод; в 1920 году Бонч–Бруевич разработал генераторные лампы с медным анодом и водяным охлаждением, мощностью до 1кВт; в 1924 г. Хеллом разработана экранированная лампа с двумя сетками (тетрод) и в 1930 г. лампа с тремя сетками (пентод); в 1929 г. В. Зворыкиным был изобретен кинескоп; с 30–х годов ведется разработка приборов СВЧ–диапазона и т.д.). В настоящее время электровакуумные приборы занимают значительную нишу в ряду существующих классов приборов электроники и работают в области высоких уровней мощностей и частот.

3 этап – с 1948 г. – период создания и внедрения дискретных полупроводниковых приборов.

4 этап – с 1960 г. – период развития микроэлектроники (Роберт Нойс предложил идею монолитной интегральной схемы и, применив планарную технологию, изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы).

Развитие серийного производства интегральных микросхем шло ступенями:

1) 1960 – 1969 гг. – интегральные схемы малой степени интеграции, 10² транзисторов на кристалле размером 0,25 × 0,5 мм (МИС).

2) 1969 – 1975 гг. – интегральные схемы средней степени интеграций, 10³ транзисторов на кристалле (СИС).

3) 1975 – 1980 гг. – интегральные схемы с большой степенью интеграции, 10⁴ транзисторов на кристалле (БИС).

4) 1980 – 1985 гг. – интегральные микросхемы со сверхбольшой степенью

интеграции, 10⁵ транзисторов на кристалле (СБИС).

5) С 1985 г. – интегральные микросхемы с ультрабольшой степенью интеграции, 10⁷ и более транзисторов на кристалле (УБИС).

Полупроводниковая электроника и микроэлектроника являются основными направлениями при изучении курса электроники в ПГАТИ, поэтому на них

следует обратить особое внимание.

5 этап – с 80–х годов развивается функциональная электроника, позволяющая реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов (диодов, резисторов, транзисторов и т.д.), базируясь непосредственно на физических явлениях в твердом теле.

6 этап – в последние годы развивается новое направление – наноэлектроника. Нанотехнологии позволяют манипулировать атомами (размещать в каком–либо порядке или в определенном месте), что дает возможность конструировать новые приборы с качественно новыми свойствами.

Охватывая широкий круг научно–технических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом, с одной стороны, электроника ставит задачи перед другими науками и производством, стимулируя их дальнейшее развитие, и с другой стороны, вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследования.

ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Барьеры на пути перехода от микро- к наноэлектронике

В основе физики полупроводников и всей остальной микроэлектроники лежит фундаментальное понятие – энергетический барьер. Это, прежде всего, традиционный р–n-переход, а также граница полупроводника либо с другим веществом, либо с окружающей средой (воздух, вакуум, твердое тело). Основной тенденцией развития микроэлектроники является увеличение степени интеграции. В соответствии с пресловутым законом Мура число элементов, входящих в состав одной только микросхемы, удваивается каждые полтора (два) года. Однако на пути продолжения этой тенденции встают барьеры: технологический, физический, энергетический... Так, фотолитографическая технология, лежащая в основе технологии производства интегральных схем, достигла своего физического совершенства. Сейчас на подходе рентгеновская и лазерная

литография. Лазерная литография позволяет получить разрешение элементов схемы лучше 10 нм. Процесс печати схемы занимает всего 250 нc. На преодоление технологического барьера направлена американская программа «The National Technology Roadmap for Semiconductors». В соответствии с этой программой к 2015 году будут проектироваться транзисторы с шириной затвора 20нм при технологической норме 30 нм. Будут увеличены площади кристаллов

интегральных схем до 10 см². Это позволит разместить на кристалле 109 вентилей. При этом рабочая частота составит 30 Гц-30 ГГц. Однако до сих пор множество вопросов, касающихся преодоления физических барьеров, остаются нерешенными. Среди них известная проблема межсоединений: в современных интегральных схемах лишь 10% площади занято транзисторами, а 90% межсоединениями. Масштабирование элементов транзисторных структур с целью перехода от микро- к нанометровым масштабам является весьма деликатным процессом. Создать транзисторные структуры в нанометровом масштабе сегодня уже под силу серьезным фирмам. Однако так и не решены вопросы их интеграции, вопросы создания групповой технологии производства интегральных схем в нанометровом масштабе, создание новых или традиционных компонентов интегральных схем. В традиционных схемах микроэлектронной схемотехники устройства всегда имеют «вход» и «выход», которые пространственно разделены и локализованы в электрической схеме, а также в определенных контактах интегральной схемы. Все связи в интегральных схемах реализованы с помощью гальванических или емкостных связей. Реализация таких связей осуществляется путем изменения типа проводимости исходной подложки и создания различных энергетических барьеров на пути потока носителей (электроны,дырки).

Информация обрабатывается и хранится в виде отдельных битов (логические нуль и единица), которые физически реализуются в виде тока, напряжения или заряда в определенной точке интегральной схемы. Совсем иная физическая картина рисуется при рассмотрении наноэлектронных устройств. Уменьшение размеров на несколько порядков практически меняет физические основы работы наноэлементов. Так, в наноэлементе используются уже не электроны, как частицы, переносящие электрический заряд, а их волновые функции. Процессы дрейфа и диффузии, характерные для микроэлектронных элементов, и вовсе отсутствуют в наноэлектронных элементах. В основе наноэлементов лежат полевые связи, сформированные потенциальные барьеры. «Вход» и «выход» элемента локализованы не в пространстве, а во

времени. В наноэлектронных структурах определение «входа» или «выхода» возможно только в определенные промежутки времени, когда существует определенный порог внешних воздействий, соответствующий «входу» или «выходу». Этот промежуток времени получил название рефракторного периода и с его помощью обеспечивается распространение сигнала в определенном направлении. Переход от одного устойчивого состояния наноструктуры в другое происходит через возбужденные неустойчивые состояния. Как правило, наноэлектронный элемент состоит из набора квантовых ям и потенциальных барьеров. Энергетический спектр таких элементов зависит от размеров, а добавление лишь одного электрона существенно меняет энергетическую диаграмму. В микроэлектронике функциональный логический элемент представляет собой совокупность структурных компонентов — резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов. В наноэлектронике структурированные компоненты обладают свойством многофункциональности, и способны выполнять сложные динамические функции.

В качестве материалов изделий микроэлектроники используются легированные полупроводники. В наноэлектронике применяются гетероструктуры, наноструктурированные материалы, кластеры, органические материалы.

Технология формирования наноструктур основана на процессах направленного

роста, методах, связанных со сканирующими туннельным и атомным силовым микроскопами. Если плотность размещения активных элементов в интегральных схемах достигает 10⁸ см², то в устройствах наноэлектроники она может достигать 10⁹-10¹⁰ элементов на квадратный сантиметр. Наноэлементы дают возможность получать передатчик и приемник в диапазонах частот 10⁹–10¹³Гц.

Физические основы наноэлектроники

Под наноэлектроникой понимают направление электроники, в котором изучаются физические явления и процессы взаимодействия электронов с электромагнитными полями, а также разработка нанотехнологии создания приборов и устройств, в которых данное взаимодействие используется для передачи, обработки и хранения информации. Под нанотехнологией будем понимать совокупность способов и приемов создания элементов и приборов нанометровых размеров, в том числе из отдельных молекул и атомов. Исключительно малая инерционность электронов позволяет эффективно использовать взаимодействие электронов с микрополями внутри атома, молекулы или кристаллической решетки для создания приборов и устройств нового поколения, отличающихся высокой производительностью, ничтожным потреблением энергии, сверхминиатюрными размерами. Наноэлектроника является логическим развитием микроэлектроники. Твердотельные информационные приборы уменьшились от микро- (10^-6) до нанометрового (10^-9) размера. По мере приближения характерного размера твердотельной структурыэлектронного прибора к нанометровой области, соизмеримой с размерами атомов, проявляются квантовые свойства электронов. Если в микроэлектронных приборах поведение электрона определилось поведением элементарной частицы, имеющей массу и заряд, то в наноэлектронных приборах поведение электрона определяется его волновыми свойствами. В России ситуация с развитием наноэлектроники является неоднозначной. Микроэлектроника по сравнению с передним мировым фронтом в России развита достаточно слабо. В наноэлектронике Россия сохранила преимущества, которые были у Советского Союза. Это касается таких областей, как СВЧ-техника, инфракрасная техника, излучательные приборы на основе полупроводников. Россия является родиной одного из наиболее значимых электронных приборов — полупроводникового лазера, за который получил Нобелевскую премию академик Жорес Алфёров.

Во многих областях наноэлектроники стартовые позиции у России достаточно неплохие. На полупроводниковых наногетероструктурах с двумерным электронным газом основывается, например, сотовая связь. Здесь Россия не в лидерах, но сделанные ранее разработки в областях СВЧ, фотоприёмников, излучательных структур, солнечных батарей, силовой электроники и сейчас на очень хорошем уровне.

Государственные компании и программы

Ведущими разработками в области наноэлектроники в России занимаются:

-Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

-ФГУП «НИИ физических проблем им. Ф. В. Лукина»

-ФГУП Российский научный центр «Курчатовский институт»

Данные организации назначены головными в отрасли нанотехнологий по таким направлениям, как наноинженерия, наноэлектроника, нанобиотехнология.

Источники:

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0

http://antenna.psuti.ru/uploads/sitnikova/electronika/electronika.pdf

6