Сайт юного электроника
Электроника
Электроника – это наука, изучающая взаимодействие электронов с электромагнитными полями, а также рассматривающая методы создания электронных устройств и приборов, в которых использовалось бы эти явления для преобразования электромагнитной энергии для передачи, обработки и хранения информации. Наиболее явными примерами подобных преобразований являются генерирование, усиление и прием электромагнитных колебаний с частотой до 1012 Гц, а также ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и рентгеновского излучения от 1012 до 1020 Гц. Такие явления возможны из-за удивительно малой инерционности электрона – самой малой из известных в настоящий момент заряженных частиц. Также предметом электроники является исследование взаимодействия электронов с макрополями в рабочем пространстве электронного прибора и макрополя внутри атома, молекулы или кристаллической решетки.

Электроника основана на многих разделах физики – электродинамики, квантовой и классической механики, физики твердого тела, термодинамики, оптики. Также она опирается на металлургию, химию, кристаллографию и другие науки. Используя результаты достижения из других областей, электроника, с одной стороны, создает новые задачи для изучения в остальных науках, что стимулирует их развитие, а с другой дает миру новые приборы и устройства, которые также идут на пользу науке путем использования новейших методов исследования.

Электроника решает следующие практические задачи: разработка электроприборов и устройств, способные выполнять разные функции в системах передачи информации и преобразования, в вычислительной технике, в системах управления, а также в энергетических устройствах.

Серьезную роль электроника играет и в прогрессе, научно-технической революции. Внедрение более совершенных приборов в различные области деятельности существенно увеличивает успешность разработки решений сложных научно-технических проблем, повышает производительность физического (а иногда и вовсе исключает его необходимость) и умственного труда, улучшает экономические показатели производства товаров. На основе достижений в электронике резко растет промышленность, занимающаяся изготовлением электроаппаратуры для разных видов связи, телевидения, автоматики, вычислительной техники, радиолокации, приборостроения и т.д.

История электроники.
Электроника начала развиваться вначале XX века, когда зародились основы электродинамики (1856-1873 гг.), начали исследоваться характеристики термоэлектронной и фотоэлектронной эмиссии, рентгеновских лучей, произошло открытие электрона, была создана электронная теория. Ускоренное развитие электроники началось с лампового диода, который изобрел Дж.А. Флеминг в 1904 году, а также с сопутствующих открытий Л. Де Фореста в 1906 (триод), А. Мейснера в 1913 (применение диода для генерации электрических колебаний), и М.А. Бонч-Проевича в период с 1919-1925 гг. (изобретение мощных генераторных ламп с водяным охлаждением для радиопередатчиков в системах дальней радиосвязи).

Создание вакуумных фотоэлементов, первые образцы которых представил А.Г. Столетов в 1888 году, в то время как промышленные появились только в 1910 году благодаря ученым Г. Хейтелю и Ю. Эльстеру, а впоследствии и фотоэлектронных умножителей (однокаскадных и многокаскадных) позволили сделать кино со звуком, а также дали толчок развитию передающих телевизионных трубок – видикона и иконоскопа, супериконоскопа и суперортикона. Последующая разработка многорезонаторного магнетрона и отражательного клистрона стало фундаментом для развития радиолокации в сантиметровом диапазоне волн, а пролетные клистроны и лампы бегущий волны ускорили развитие систем радиорелейной связи, поспособствовали изобретению систем космической связи и ускорителей элементарных частиц.

Одновременно с появлением вакуумных электроприборов начали совершенствоваться и газоразрядные приборы (также называемые, как ионные приборы) – например, ртутные вентили, которые предназначались для преобразования переменного тока в постоянный в мощных производственных установках. Также известны тиратроны, необходимые для создания мощных импульсов электротока в приборах импульсной техники.

Огромным значением обладало появление полупроводниковой электроники, которая появилась благодаря таким изобретениям, как применение кристаллических полупроводников в качестве определителя радиоприемных устройств, создание селеновых и купроксных выпрямителей тока и фотоэлементов, изобретение кристадина и транзистора. Планарная технология полупроводниковых структур, разрабатываемая с конца 1950-ых до начала 1960-ых годов, а также исследование методов интеграции элементарных приборов на монокристаллической полупроводниковой пластине привело к созданию нового направления электроники – микроэлектроники (интегральная электроника). Значительными открытиями в области микроэлектроники стали микроминиатюрные электронные устройства (преобразователи, электронные запоминающие устройства, усилители), состоящих из тысяч электроприборов, размещаемых на полупроводниковом кристалле площадью всего несколько квадратных миллиметров.

Микроэлектроника предоставила ученым новые возможности для дальнейших исследований в таких областях, как автоматизация управления различными процессами, переработка информации, совершенствование вычислительной техники, которые обуславливали развитие общественного производства. Впоследствии такие открытия, как квантовые генераторы и приборы квантовой электроники, подняло уровень возможностей использования электроники, особенно в тех сферах, которые связаны с применением источников мощного когерентного излучения оптического диапазона и созданием сверхточных квантовых стандартов частоты.

Внесли крупный вклад в развитие электроники и советские ученые. Фундаментальные исследования в области физики и разработки электроприборов сделали М.А. Бонч-Бруевич, Н.Д. Папалекси, А.А. Чернышев, Л. И. Мандельштам, решили проблемы преобразования и возбуждения электрических колебаний, распространения и приема радиоволн, их взаимодействия с источниками токами в вакууме, твердых телах и газах – В.Д. Калмыков, А.Л. Минц, М.В. Шулейкин, А.А. Расплетин. В области полупроводников огромное значение сыграли работы А.Ф. Иоффе. Также выделились разработками и открытиями С.И. Вавилов, И.Е. Тамм.

Области, разделы и направления электроники.
Электроника разделена на 3 области исследований – квантовая, твердотельная и вакуумная. Каждая из них также подразделяется на ряд направлений и разделов. Под «разделом» в электронике понимаются комплексы однородных физико-химических явлений и процессов, имеющих основное значение для создания различных классов электроприборов в данной области. Под «направлением» - методы конструирования и расчетов электроприборов, которые похожи по принципам работы или по выполняемым функциям, а также методы изготовления данных устройств.

Вакуумная электроника включает в себя следующие разделы:
  1. Эмиссионная электроника, которая решает вопросы термо- и фотоэмиссии, тунельной эмиссии, вторичной электронной эмиссии, изучения катодов и антиэмиссионных покрытий;
  2. Создание потоков электронов и потоков ионов, управление ими;
  3. Создание электромагнитных полей при помощи резонаторов, замедляющих систем, устройств ввода и вывода, систем резонаторов;
  4. Электронная люминесценция (катодолюминесценция);
  5. Физика и техника высокого вакуума – получение, сохранение, контроль;
  6. Теплофизические процессы – испарение, формоизменение при циклическом нагреве, разрушение металлов при импульсном нагреве, отвод тепла от различных элементов электроприборов;
  7. Поверхностные явление – появление пленок на изоляторах и электродах, возникновение неоднородностей на поверхностях электрода;
  8. Технология обработки поверхностей – лазерная, электронная и ионная обработка;
  9. Газовые среды – получение и поддержание оптимального состава и давления газа в газоразрядных приборах.

Основными направлениями изучения вакуумной электроники являются вопросы разработки и изготовления электровакуумных приборов: например, электроламп (тетроды, триоды), ЭВП СВЧ (магнетроны, клистроны), электроннолучевых приборов (кинескопы) и рентгеновских трубок, а также газоразрядных приборов (мощных источников света, индикаторов).

Основными направления изучения твердотельной электроники являются вопросы, связанные, в первую очередь, с полупроводниковой электроникой. Её фундаментальные разделы решают следующие вопросы:
  1. Изучение свойств полупроводниковых материалов, исследование влияния примесей на данные свойства;
  2. Разработка в кристалле областей с разной проводимостью способами эпитаксиального выращивания, ионного внедрения, диффузии и под воздействием радиации на полупроводниковые структуры;
  3. Покрытие полупроводниковых материалов диэлектрическими и металлическими пленками, разработка технологий для создания пленок с заданными параметрами и характеристиками;
  4. Изучение химических и физических процессов на поверхности полупроводников;
  5. Разработка способов и средств изготовления и измерения элементов приборов субмикронных и микронных габаритов;

Основным направлением развития полупроводниковой электроники является создание и изготовление полупроводниковых приборов – диодов, усилительных и генераторных диодов, транзисторов, тиристоров, оптоэлектронных приборов и интегральных схем.

Другими направлениями твердотельной электроники являются: диэлектрическая, целью которой является исследование электронных процессов в диэлектриках, их применение; магнитоэлектроника, которая использует магнитные свойства веществ для управления потоками электромагнитной энергии при помощи циркуляторов, ферритовых вентилей и фазовращетей для разработки запоминающих устройств; акустоэлектроника и пьезоэлектроника, рассматривающая вопросы распространения объемных и поверхностных акустических волн и изготавливаемых ими переменных электрополей в кристаллических материалах, а также взаимодействие данных полей с электронами в приборах с полупроводниково-пьезоэлектрической структурой; криоэлектроника, изучающая изменения качеств твердого тела при охлаждении для производства генераторов СВЧ и малошумящих усилителей, сверхбыстрых запоминающих устройств; разработка и изготовление резисторов.

Одним из перспективных направлений квантовой электроники является создание лазеров и мазеров. На основе электроприборов квантовой электроники создаются устройства, способные точно измерять расстояния, квантовые гироскопы и стандарты частоты, системы оптической многоканальной связи, радиоастрономии. Энергетическое воздействие лазерного концентрированного излучения на материал часто применяется в промышленных технологиях. Лазеры нашли себе применение в медицине и биологии.

И по сей день электроника находится на стадии интенсивного развития – именно для данной области науки характерно постоянное появление новых сфер исследований и создание направлений даже в уже существующих разделах.

Технология электроприборов.
Создание и изготовление электроприборов основывается на применении сочетания различных свойств веществ и физико-химических процессов. Именно поэтому важно глубоко понимать используемые процессы, их влияние на свойства приборов, а главное – уметь в точности управлять подобными процессами. Исключительная важность физико-химических исследований, разработка фундаментальных основ технологии в электронике объясняются, в первую очередь, зависимостью качеств электроприборов от состава материалов и веществ, сорбированных на поверхностях рабочих элементов, а также от состава газа и степени разряжения среды, окружающей данные элементы. Во-вторых, также существует зависимость долговечности и надежности электроприборов от степени стабильности используемых исходных материалов и показателя управляемости технологии.

Достижения в использовании той или иной технологии нередко становятся причиной появления нового направления в электронике. Общими особенностями для всех направлений являются исключительно высокие требования, которые предъявляются к электронной промышленности, к свойствам исходных материалов, степени защиты изделий от загрязнений, геометрической точности производства электроприборов. С соблюдением первого из данных требований связана разработка огромного количества материалов, имеющих сверхвысокую чистоту и совершенство структуры, с заранее необходимыми физико-химическими свойствами: специальные сплавы керамики, монокристаллов, стекол и др. Разработка подобных материалов и исследование свойств образуют специальный предмет научно-технической дисциплины – электронного материаловедения.

Самой острой проблемой соблюдения требования к степени защиты от загрязнения является стремление уменьшить запыленность газовой среды, в которой осуществляются наиболее важные технологические процессы. Часто допустимая запыленность составляет не более 3-ех пылинок размеров менее 1 мкм в 1 м3.

Важность соблюдения требований к геометрической точности может быть объяснена на простом примере: в некоторых случаях максимальное допущение погрешности размеров составляет менее 0,001%, и поэтому абсолютная точность габаритов и взаимного расположения элементов интегральных схем часто достигает сотых долей мкм. Это является причиной разработки и создания новых способов обработки материалов, средств и методов контроля производства.

Свойственным для технологии в электронике является важность применения новых материалов и средств: электроннолучевой, ультразвуковой и лазерной обработки и сварки, фотолитографии, ионной имплантации, электроискровой обработки, электронной микроскопии, вакуумных установок, которые обеспечивают давление остаточных газов до 10-13 мм. рт. ст.

Трудностью многих технологических процессов является исключение человеческого фактора, что обуславливает также проблемы автоматизации изготовления электроприборов с использованием компьютерных систем наряду с решением задач в области повышения производительности труда. Данные специфические особенности технологии в электронике привели к созданию нового направления в машиностроения – электронного машиностроения.

Перспективы развития электроники.
Основной проблемой развития электроники было требование увеличения числа обрабатываемой информации вычислительными и контролирующими электронными системами с одновременным уменьшением их размеров и расходуемой электроэнергии. Решение её находится в создании полупроводников интегральных схем, способных обеспечивать время переключения до 10-11, улучшения степени внедрения на одном кристалле до миллиона транзисторов размером 1-2 мкм, применение в интегральных схемах приборов оптической связи и оптоэлектронных преобразователей, сверхпроводников, а также разработка запоминающих устройств высокой емкости, использование лазерной и электроннолучевой коммутации, расширение функциональных возможностей интегральных схем. Также среди главных задач развития электроники можно выделить переход от планарной технологии интегральных схем к объемной, и использование сочетание различных свойств твердого тела в одном приборе; создание и реализация принципов и средств стереоскопического телевидения, которое бы обладало большей информативностью по сравнению с обычным; разработка электроприборов, способных работать в диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых волн, для широкополосных систем передачи данных.

Одной из тенденций развития электроники является проникновение её технологий и методов разработки в биологию, где исследуются клетки и структуры живого организма, воздействие на него, и медицину, с целью диагностики, терапии и хирургии.

По мере того, как развивается электроника и совершенствуются технологии изготовления электроприборов, расширяются области применения открытий электроники во всех сферах жизнедеятельности человека, возрастает роль электроники в ускорении научно-технического прогресса.

Карта сайта: 1 2 3.

Другие рубрики коммунити

Все о строительстве и ремонте
Юмор
MP3
Графика, дизайн
Товары
Образование, наука
Хостинг, регистрация доменов
Отношения, психология, философия
Мягкая мебель
Разработка сайтов, оптимизация
Туризм, отдых, города
Мобильный софт и контент
Софт для ПК
Магазины в интернете
Психология семьи
High-Tech
Маркетинг и реклама
Все о спорте и активном отдыхе
Аромат для мужчины
Прочие обзоры



Спонсор публикации:
  • https://usenetguide.wordpress.com/
© 2009-2012
Укажите ссылку на источник при копировании информации