Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»стори€ развити€ электроники — –адиоэлектроника

ѕосмотреть видео по теме –аботы

»—“ќ–»я –ј«¬»“»я ЁЋ≈ “–ќЌ» »

††††††††††††††† јвтор: “ерлецка€ Ћ.». (јнгарское ќпытно  онструкторское Ѕюро јвтоматики)

††††††††††††††† –едакци€ текста: Ўереметьев ј.Ќ.(јнгарска€ √осударственна€ “ехнологическа€ јкадеми€)

†††††† ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† †EЦmail: andsh@mail.amursk.ru

†††††††††††††††

†††††††††††††††

1.     ¬ведение

†Ёлектроника представл€ет собой бурноразвивающуюс€ отрасль науки и техники. ќна изучает физические основы и практическое применение различных электронных приборов.   физической электронике относ€т: электронные и ионные процессы в газах и проводниках. Ќа поверхности раздела между вакуумом и газом, твердыми и жидкими телами.   технической электронике относ€т изучение устройства электронных приборов и их применение. ќбласть посв€щенна€ применению электронных приборов в промышленности называетс€ ѕромышленной Ёлектроникой.

†”спехи электроники в значительной степени стимулированы развитием радиотехники. Ёлектроника и радиотехника настолько тесно св€заны, что в 50Це годы их объедин€ют и эту область техники называют –адиоэлектроника. –адиоэлектроника сегодн€ это комплекс областей науки и техники, св€занных с проблемой передачи, приема и преобразовани€ информации при помощи эл./магнитных колебаний и волн в радио и оптическом диапазоне частот. Ёлектронные приборы служат основными элементами радиотехнических устройств и определ€ют важнейшие показатели радиоаппаратуры. — другой стороны многие проблемы в радиотехнике привели к изобретению новых и совершенствованию действующих электронных приборов. Ёти приборы примен€ютс€ в радиосв€зи, телевидении, при записи и воспроизведении звука, в радиолакации, в радионавигации, в радиотелеуправлении, радиоизмерении и других област€х радиотехники.

—овременный этап развити€ техники характеризуетс€ все возрастающим проникновении электроники во все сферы жизни и де€тельности людей. ѕо данным американской статистики до 80% от объема всей промышленности занимает электроника. ƒостижени€ в области электроники способствуют успешному решению сложнейших научноЦтехнических проблем. ѕовышению эффективности научных исследований, созданию новых видов машин и оборудовани€. –азработке эффективных технологий и систем управлени€: получению материала с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации. ќхватыва€ широкий круг научноЦтехнических и производственных проблем, электроника опираетс€ на достижени€ в различных област€х знаний. ѕри этом с одной стороны электроника ставит задачи перед другими науками и производством, стимулиру€ их дальнейшее развитие, и с другой стороны вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследовани€. ѕредметами научных исследований в электронике €вл€ютс€:

1.      »зучение законов взаимодействи€ электронов и других зар€женных частиц с эл./магнитными пол€ми.

2.      –азработка методов создани€ электронных приборов в которых это взаимодействие используетс€ дл€ преобразовани€ энергии с целью передачи, обработки и хранени€ информации, автоматизации производственных процессов, создани€ энергетических устройств, создани€ контрольноЦизмерительной аппаратуры, средств научного эксперимента и других целей.

»сключительно мала€ инерционность электрона позвол€ет эффективно использовать взаимодействие электронов, как с макропол€ми внутри прибора, так и микропол€ми внутри атома, молекулы и кристаллической решетки, дл€ генерировани€ преобразовани€ и приема эл./магнитных колебаний с частотой до 1000√√ц. ј также инфракрасного, видимого, рентгеновского и гамма излучени€. ѕоследовательное практическое освоение спектра эл./магнитных колебаний €вл€етс€ характерной чертой развити€ электроники.

2.     ‘ундамент развити€ электроники

2.1 ‘ундамент электроники был заложен трудами физиков в XVIIIЦ XIX в. ѕервые в мире исследовани€ электрических разр€дов в воздухе осуществили академики Ћомоносов и –ихман в –оссии и независимо от них американский ученый ‘ранкель. ¬ 1743 г. Ћомоносов в оде "¬ечерние размышлени€ о божьем величие" изложил идею об электрической природе молнии и северного си€ни€. ”же в 1752 году ‘ранкель и Ћомоносов показали на опыте с помощью "громовой машины", что гром и молни€ представл€ют собой мощные электрические разр€ды в воздухе. Ћомоносов установил также, что электрические разр€ды имеютс€ в воздухе и при отсутствии грозы, т.к. и в этом случае из "громовой машины" можно было извлекать искры. "√ромова€ машина" представл€ла собой Ћейденскую банку установленную в жилом помещении. ќдна из обкладок которой была соединена проводом с металлической гребенкой или острием укрепленным на шесте во дворе.

†¬ 1753 г. во врем€ опытов был убит молнией, попавшей в шест, профессор –ихман, проводивший исследовани€. Ћомоносов создал и общую теорию грозовых €влений, представл€ющую собой прообраз современной теории гроз. Ћомоносов исследовал также свечение разр€женного воздуха под действием машины с трением.

†¬ 1802 году профессор физики ѕетербургской медико-хирургической академии Ц ¬асилий ¬ладимирович ѕетров впервые, за несколько лет до английского физика ƒэви, обнаружил и описал €вление электрической дуги в воздухе между двум€ угольными электродами.  роме этого фундаментального открыти€, ѕетрову принадлежит описание разнообразных видов свечени€ разр€женного воздуха при прохождении через него электрического тока. —вое открытие ѕетров описывает так: "≈сли на стекл€нную плитку или скамеечку со стекл€нными ножками будут положены 2 или 3 древесных угл€, и если металлическими изолированными направител€ми, сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на рассто€нии от одной до трех линий, то €вл€етс€ между ними весьма €ркий белого цвета свет или плам€, от которого оные угли скорее или медлительнее разгораютс€, и от которого темный покой освещен быть может. " –аботы ѕетрова были истолкованы только на русском €зыке, зарубежным ученым они были не доступны. ¬ –оссии значимость работ не было пон€то и они были забыты. ѕоэтому открытие дугового разр€да было приписано английскому физику ƒэви.

†Ќачавшеес€ изучение спектров поглощени€ и излучени€ различных тел привело немецкого ученого ѕлюккера к созданию √ейслеровых трубок. ¬ 1857 году ѕлюккер установил, что спектр √ейслеровой трубки, выт€нутой в капилл€р и помещенной перед щелью спектроскопа, однозначно характеризует природу заключенного в ней газа и открыл первые три линии так называемой Ѕальмеровской спектральной серии водорода. ”ченик ѕлюккера √итторф изучал тлеющий разр€д и в 1869 году опубликовал серию исследований эл./проводимости газов. ≈му совместно с ѕлюккером принадлежат первые исследовани€ катодных лучей, которые продолжил англичанин  рукс.

†—ущественный сдвиг в понимании €влени€ газового разр€да был вызван работами английского ученого “омсона, открывшего существование электронов и ионов. “омсон создал  авендишскую лабораторию откуда вышел р€д физиков исследователей электрических зар€дов газов(“аундсен, јстон, –езерфорд,  рукс, –ичардсон). ¬ дальнейшем эта школа внесла крупный вклад в развитие электроники. »з русских физиков над исследованием дуги и практическим ее применением дл€ освещени€ работали: яблочков (1847Ц1894), „иколев (1845Ц1898), —лав€нов(сварка, переплавка металлов дугой), Ѕернардос(применение дуги дл€ освещени€). Ќесколько позднее исследованием дуги занимались Ћачинов и ћиткевич. ¬ 1905 году ћиткевич установил природу процессов на катоде дугового разр€да. Ќе самосто€тельным разр€дом воздуха занималс€ —толетов (1881Ц1891). ¬о врем€ его классического исследовани€ фотоэффекта в ћосковском университете —толетов дл€ эксперимента построил "воздушный элемент" (¬.Ё.) с двум€ электродами в воздухе, дающим электрический ток без включени€ в цепь посторонних Ёƒ— только при внешнем освещении катода. —толетов назвал этот эффект актиноэлектрическим. ќн изучал этот эффект как при повышенном атмосферном давлении, так и при пониженном. —пециально построенна€ —толетовым аппаратура давала возможность создавать пониженное давление до 0,002 мм. рт. столба. ¬ этих услови€х актиноэлектрический эффект представл€л собой не только фототок, но и фототок усиленный самосто€тельным газовым разр€дом. —вою статью об открытии этого эффекта —толетов закончил так: " ак бы ни пришлось окончательно сформулировать объ€снение актиноэлектрических разр€дов, нельз€ не признать некоторые своеобразные аналогии между этими €влени€ми и давно знакомыми, но до сих пор малопон€тными, разр€дами √ейслеровых и  руксовых трубок. ∆ела€ при моих первых опытах ориентироватьс€ среди €влений представл€емых моим сетчатым конденсатором € невольно говорил себе, что перед мной √ейслерова€ трубка, могуща€ действовать и без разр€жени€ воздуха с посторонним светом. “ам и здесь €влени€ электрические тесно св€занны со световыми €влени€ми. “ам и здесь катод играет особую роль и по-видимому распыл€етс€. »зучение актиноэлектрических разр€дов обещает пролить свет на процессы распространени€ электричества в газах вообщеЕ" Ёти слова —толетова всецело оправдались.

†¬ 1905 году Ёйнштейн дал толкование фотоэффекту, св€занного со световыми квантами и установил закон названный его именем. “аким образом фотоэффект, открытый —толетовым, характеризует следующие законы:

1)      «акон —толетова Ц количество имитируемых в единицу времени электронов пропорционально, при прочих равных услови€х, интенсивности падающего на поверхность катода света. –авные услови€ здесь надо понимать как освещение поверхности катода монохраматическим светом одной и той же длины волны. »ли светом одного и того же спектрального состава.

2)     

ћаксимальна€ скорость электронов покидающих поверхность катода при внешнем фотоэффекте определ€етс€ соотношением:


Ц        величина кванта энергии монохроматического излучени€ падающего на поверхность катода.

Ц        –абота выхода электрона из металла.

3)      —корость фотоэлектронов покидающих поверхность катодов не зависит от интенсивности падающего на катод излучени€.

† ¬первые обнаружил внешний фотоэффект немецкий физик √ерц(1887г.). Ёкспериментиру€ с открытым им электромагнитным полем. √ерц заметил, что в искровом промежутке приемного контура искра, обнаруживающа€ наличие электрических колебаний в контуре проскакивает при прочих равных услови€х легче в том случае если на искровой промежуток падает свет от искрового разр€да в генераторном контуре.

–ис. 1

 

ј

G

†¬ 1881 году Ёдисон впервые обнаружил €вление термоэлектронной эмиссии. ѕровод€ различные эксперименты с угольными лампами накаливани€, он построил лампу содержащую в вакууме, кроме угольной нити, еще металлическую пластинку ј от которой был выведен проводник –. ≈сли соединить провод через гальванометр с положительным концом нити, то через гальванометр идет ток, если соединить с отрицательным, то ток не обнаруживаетс€. Ёто €вление было названо эффектом Ёдисона. явление испускани€ электронов раскаленными металлами и другими телами в вакууме или в газе было названо термоэлектронной эмиссией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Ётапы развити€ электроники

1 этап.   первому этапу относитс€ изобретение в 1809 году русским инженером Ћадыгиным лампы накаливани€.

†ќткрытие в 1874 году немецким ученым Ѕрауном выпр€мительного эффекта в контакте металлЦполупроводник. »спользование этого эффекта русским изобретателем ѕоповым дл€ детектировани€ радиосигнала позволило создать ему первый радиоприемник. ƒатой изобретени€ радио прин€то считать 7 ма€ 1895 г. когда ѕопов выступил с докладом и демонстрацией на заседании физического отделени€ русского физикоЦхимического общества в ѕетербурге. ј 24 марта 1896 г. ѕопов передал первое радиосообщение на рассто€ние 350м. ”спехи электроники в этот период ее развити€ способствовали развитию радиотелеграфии. ќдновременно разрабатывали научные основы радиотехники с целью упрощени€ устройства радиоприемника и повышени€ его чувствительности. ¬ разных странах велись разработки и исследовани€ различных типов простых и надежных обнаружителей высокочастотных колебаний Ц детекторов.

2 этап.

†¬торой этап развити€ электроники началс€ с 1904 г. когда английский ученый ‘леминг сконструировал электровакуумный диод. ќсновными част€ми диода (рис. 2) €вл€ютс€ два электрода наход€щиес€ в вакууме. ћеталлический анод (ј) и металлический катод ( ) нагреваемый электрическим током до температуры при которой возникает термоэлектронна€ эмисси€.


ѕри высоком вакууме разр€жение газа между электродами таково, что длина свободного пробега электронов значительно превосходит рассто€ние между электродами, поэтому при положительном, относительно катода напр€жении на аноде Va электроны движутс€ к аноду, вызыва€ ток Ia в анодной цепи. ѕри отрицательном напр€жении анода Va эмитируемые электроны возвращаютс€ на катод и ток в анодной цепи равен нулю. “аким образом электровакуумный диод обладает односторонней проводимостью, что используетс€ при выпр€млении переменного тока. ¬ 1907 г. американский инженер Ћи де ‘орест установил, что поместив между катодом ( ) и анодом (ј) металлическую сетку (с) и подава€ на нее напр€жение Vc можно управл€ть анодным током Ia практически без инерционно и с малой затратой энергии. “ак по€вилась перва€ электронна€ усилительна€ лампа Ц триод(рис. 3). ≈е свойства как прибора дл€ усилени€ и генерировани€ высокочастотных колебаний обусловили быстрое развитие радиосв€зи. ≈сли плотность газа наполн€ющего баллон настолько высока, что длина свободного пробега электронов оказываетс€ меньше рассто€ни€ между электродами, то электронный поток, проход€ через межэлектродное рассто€ние взаимодействует с газовой средой в результате чего свойства среды резко измен€ютс€. √азова€ среда ионизируетс€ и переходит в состо€ние плазмы, характеризующеес€ высокой электропроводностью. Ёто свойство плазмы было использовано американским ученым ’еллом в разработанном им в 1905 г. газотроне Ц мощном выпр€мительном диоде наполненном газом. »зобретение газотрона положило начало развитию газоразр€дных электровакуумных приборов. ¬ разных странах стало быстро развиватьс€ производство электронных ламп. ќсобенно сильно это развитие стимулировалось военным значением радиосв€зи. ѕоэтому 1913 Ц 1919 годы Ц период резкого развити€ электронной техники. ¬ 1913 г. немецкий инженер ћейснер разработал схему лампового регенеративного приемника и с помощью триода получил незатухающие гармонические колебани€. Ќовые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции на ламповые, что практически решило проблему радиотелефонии. — этого времени радиотехника становитс€ ламповой. ¬ –оссии первые радиолампы были изготовлены в 1914 году в —анктЦѕетербурге консультантом русского общества беспроволочного телеграфировани€ Ќиколаем ƒмитриевичем ѕапалекси, будущим академиком јЌ ———–. ѕапалекси окончил —трасбургский университет, где работал под руководством Ѕрауна. ѕервые радиолампы ѕапалекси изЦза отсутстви€ совершенной откачки были не вакуумными, а газонаполненными(ртутными). — 1914 Ц 1916 гг. ѕапалекси проводил опыты по радиотелеграфии. –аботал в области радиосв€зи с подводными лодками. –уководил разработкой первых образцов отечественных радиоламп. — 1923 Ц 1935 гг. совместно с ћандельштамом руководил научным отделом центральной радиолаборатории в Ћенинграде. — 1935 года работал председателем научного совета по радиофизике и радиотехнике при академии наук ———–.

†ѕервые в –оссии электровакуумные приемоЦусилительные радиолампы были изготовлены Ѕонч Ц Ѕруевичем. ќн родилс€ в г. ќрле (1888 г.). ¬ 1909 году окончил инженерное училище в ѕетербурге. ¬ 1914 г. окончил офицерскую электротехническую школу. — 1916 по 1918 г. занималс€ созданием электронных ламп и организовал их производство. ¬ 1918 году возглавил Ќижегородскую радиолабораторию, объединив лучших радиоспециалистов того времени(ќстр€ков, ѕистолькорс, Ўорин, Ћосев). ¬ марте 1919 года в нижегородской радиолаборатории началось серийное производство электровакуумной лампы –ѕЦ1. ¬ 1920 году ЅончЦЅруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и вод€ным охлаждением, мощностью до 1 к¬т. ¬идные немецкие ученые, ознакомившись с достижени€ми Ќижегородской лаборатории признали приоритет –оссии в создании мощных генераторных ламп. Ѕольшие работы по созданию электровакуумных приборов развернулись в ѕетрограде. «десь работали „ернышев, Ѕогословский, ¬екшинский, ќболенский, Ўапошников, «усмановский, јлександров. ¬ажное значение дл€ развити€ электровакуумной техники имело изобретение нагреваемого катода. ¬ 1922 году в ѕетрограде был создан электровакуумный завод, который слилс€ с электроламповым заводом "—ветлана". ¬ научноЦисследовательской лаборатории этого завода, ¬екшинским были проведены многосторонние исследовани€ в области физики и технологии электронных приборов (по эмиссионным свойствам катодов, газовыделению металла и стекла и другие).

†ѕереход от длинных волн к коротким и средним, и изобретение супергетеродина и развитие радиовещани€ потребовали разработки более совершенных ламп, чем триоды. –азработанна€ в 1924 г. и усовершенствованна€ в 1926 г. американцем ’еллом экранированна€ лампа с двум€ сетками (тетрод), и предложенна€ им же 1930 г. электровакуумна€ лампа с трем€ сетками (пентод), решили задачу повышени€ рабочих частот радиовещани€. ѕентоды стали самыми распространенными радиолампами. –азвитие специальных методов радиоприема вызвало в 1934Ц1935 годах по€влени€ новых типов многосеточных частотопреобразовательных радиоламп. ѕо€вились также разнообразные комбинированные радиолампы, применение которых позволило значительно уменьшить число радиоламп в приемнике. ќсобенно нагл€дно взаимосв€зь между электровакуумной и радиотехникой про€вилась в период, когда радиотехника перешла к освоению и использованию диапазона ” ¬ (ультракороткие волны Ц метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые диапазоны). ƒл€ этой цели, воЦпервых, были значительно усовершенствованы уже известные радиолампы. ¬оЦвторых, были разработаны электровакуумные приборы с новыми принципами управлени€ электронными потоками. —юда относ€тс€ многорезонаторные магнетроны(1938г), клистроны(1942г), лампы обратной волны Ћќ¬ (1953г). “акие приборы могли генерировать и усиливать колебани€ очень высоких частот, включа€ миллиметровый диапазон волн. Ёти достижени€ электровакуумной техники обусловили развитие таких отраслей как радионавигаци€, радиолакаци€, импульсна€ многоканальна€ св€зь.

†—оветский радиофизик –ожанский в 1932 г. предложил создать приборы с модул€цией электронного потока по скорости. ѕо его идее јрсеньев и ’ейль в 1939 г. построили первые приборы дл€ усилени€ и генерации колебаний —¬„ (сверх высокие частоты). Ѕольшое значение дл€ техники дециметровых волн имели работы ƒев€ткова, ’охлова, √уревича, которые в 1938 Ц 1941 годах сконструировали триоды с плоскими дисковыми электродами. ѕо этому же принципу в √ермании были изготовлены металлокерамические лампы, а в —Ўј ма€чковые лампы.

†—озданные в 1943г.  омпфнером лампы бегущей волны(ЋЅ¬) обеспечили дальнейшее развитие —¬„ систем радиорелейной св€зи. ƒл€ генерации мощных —¬„ колебаний в 1921 г. был предложен магнетрон, его автор ’елл. ѕо магнетрону исследовани€ проводили русские ученые Ц —луцкий, √рехова, Ўтейнберг,  алинин, «усмановский, Ѕрауде, в €понии Ц яги, ќкабе. —овременные магнетроны берут свое начало в 1936 Ц 1937 годах, когда по идее ЅончЦЅруевича его сотрудники, јлексеев и ћол€ров, разработали многорезонаторные магнетроны.

†¬ 1934 году сотрудники центральной радиолаборатории,  оровин и –ум€нцев, провели первый эксперимент по применению радиолакации и определению лет€щего самолета. ¬ 1935 г. теоретические основы радиолакации были разработаны в Ћенинградском физикоЦтехническом институте  обзаревым. ќдновременно с разработкой вакуумных электроприборов, на втором этапе развити€ электроники, создавались и совершенствовались газоразр€дные приборы.

†¬ 1918 г. в результате исследовательской работы доктора Ўретера немецка€ фирма "ѕинтш" выпустила первые промышленные лампы тлеющего разр€да на 220 ¬. начина€ с 1921 года голландска€ фирма Philips выпустила первые неоновые лампы тлеющего разр€да на 110 ¬. ¬ —Ўј первые миниатюрные неоновые лампы по€вились в 1929 г.

†¬ 1930 году Ќоулз впервые опубликовал описание неоновой лампы тлеющего разр€да, в которой возникновение разр€да между анодом и катодом вызываетс€ третьим электродом. ѕервый тиратрон тлеющего разр€да (рис. 4), который нашел широкое применение, сконструировал в 1936 году изобретатель фирмы "Ѕелл “елефон". ¬ то врем€ он именовалс€ "Ћампа Ц 313ј". ¬ этом же году другой изобретатель Ц ¬итли, предложил свою конструкцию тиратрона. √де с помощью тока ( Ic ) управл€ющего электрода (с) создаетс€ необходимый начальный уровень концентрации электронов и ионов, в вакуумном промежутке анод Ц катод. Ётот уровень обеспечивает по€вление тлеющего разр€да. Ётот же эффект используетс€ в декатроне, предложенном фирмой "Ёриксон". ƒекатрон представл€ет собой дес€тикатодный переключатель(рис. 5), состо€щий из одного анода (ј) и дес€ти катодов ( 1,  2,  3Е,  10) и расположенных между катодами подкатодов (1, 2). «ар€д переноситс€ с одного катода на другой путем последовательной подачи пар управл€ющих импульсов на подкатоды. ѕусть существует тлеющий зар€д между катодом  1 и анодом ј, если потенциал подкатода 1 будет ниже, чем  1 зар€д перекинетс€ на подкатод 1. ѕодава€ отрицательный импульс на подкатод 1 и следом на 2, перенос€т зар€д на  1 и  2.



ѕервый советский тиратрон тлеющего разр€да был разработан в 1940 году в лаборатории завода "—ветлана". ѕо своим параметрам он был близок к параметрам фирмы "RCA". —вечение, сопровождающее газовый разр€д, стали использовать в знаковых газоразр€дных индикаторах: при подаче напр€жени€ на тот или иной катод (знак) возникает свет€щеес€ изображение.

†¬ 30Це годы были заложены основы радиотелевидени€. ѕервые предложени€ о специальных передающих трубках сделали независимо друг от друга  онстантинов и  атаев. ѕодобные же трубки названные иконоскопами построил в —Ўј ¬ладимир  онстантинович «ворыкин. ¬ 1912 г. он окончил ѕетербургский экономический институт. ¬ 1914 г. колледж "ƒе ‘ранс" в ѕариже. ¬ 1917 эмигрировал в —Ўј. ¬ 1920 г. поступил в фирму "¬естингаус Ёлектрик". ¬ 1929 г. возглавил лабораторию американской радиокорпорации " амдем и ѕристон". ¬ 1931 г. «ворыкин создал первый иконоскоп Ц передающую трубку, котора€ сделала возможным развитие электронных телевизионных систем. ¬ 1933 г. Ўмаков и “имофеев предложили более чувствительные передающие трубки Ц супериконоскоп. ѕозволивший вести телевизионные передачи без сильного искусственного освещени€. Ўмаков родилс€ в 1885 г., в 1912 г. закончил ћ√”, работал (1924Ц30 гг.) в ћ¬“”, (1930Ц32 гг.) работал в ћЁ», в 1933 изобрел супериконоскоп, (1935 Ц 37 гг.) заведовал лабораторией в ¬сесоюзном Ќ»» телевидени€ в Ћенинграде. “имофеев родилс€ в 1902 г., в 1925 г. закончил ћ√”, (1925Ц28 гг.) работал в ћ¬“”, в 1933 г. вместе со Ўмаковым изобрел иконоскоп. ќстальные труды относились к области: фотоэффекта, вторичной электронной эмиссии, разр€дов в газах, электронной оптики. –азработал конструкции электронных умножителей, электронноЦоптических преобразователей.

†¬ 1939 г. советский ученый Ѕрауде предложил идею создани€ еще более чувствительной передающей трубки названной суперортикон.   1930 годам относ€тс€ первые эксперименты с очень простыми передающими устройствами получившими название видикон. »де€ создани€ видикона была выдвинута „ернышевым в 1925 году. ѕервые практические образцы видиконов по€вились в —Ўј в 1946 г.

†»коноскоп (рис. 7) представл€ет собой электроннолучевую трубку в которой с помощью электронного луча и светочувствительной мозаики происходит преобразование световой энергии в электрические видеоимпульсы. »коноскоп имеет стекл€нный баллон (4) в котором находитс€ светочувствительна€ мозаика (6), состо€ща€ из нескольких миллионов изолированных друг от друга зерен серебра (Ag) покрытых цезием (Cs). ћозаика наноситс€ на тонкую слюд€ную пластинку размером 100х100 мм. Ќа обратной стороне слюд€ной пластины находитс€ сигнальна€ пластина (5), представл€юща€ собой миниатюрный фотокатод, излучающий свободные электроны под действием света.  аждое зерно светочувствительной мозаики совместно с сигнальной пластиной можно рассматривать как элементарный конденсатор со слюд€ным диэлектриком. ѕри освещении мозаики через линзу (2) светом отраженным от передаваемого изображени€ (1), мозаика превращаетс€ в систему конденсаторов зар€д которых пропорционален освещенности соответствующих зерен. —вободные электроны эмитируемые фотокатодом (5) собираютс€ коллектором (3) на который падает положительное по отношению к сигнальной пластине напр€жение.  оллектором служит провод€щий слой нанесенный на внутреннюю стенку иконоскопа. Ёлектронный прожектор (8) создает луч, который с помощью отклон€ющей системы (7) построчно обегает все зерна мозаики и снимает с них положительный зар€д. —вободные электроны электронного луча занимают место электронов вылетевших из мозаики в результате фотоэлектронной эмиссии. –азр€д микроскопических конденсаторов вызывает прохождение токов через резистор нагрузки (Rн) и цепь катода ( ) электронного прожектора. ѕадение напр€жени€ на резисторе (Rн) пропорционально освещенности элементарных участков мозаики с которых в данный момент электронный луч снимает положительный зар€д. Ќедостатком иконоскопа €вл€етс€ малый  ѕƒ и низка€ чувствительность. ƒл€ работы такого иконоскопа требуетс€ очень больша€ освещенность передаваемого объекта.

†Ќа (рис. 8) приведена принципиальна€ схема видикона. Ќа внутреннюю торцевую поверхность баллона видикона наноситс€ полупрозрачный слой золота, исполн€ющего роль сигнальной пластины (9). Ќа этот слой наноситс€ фоторезист (8) Ц это кристаллический —елен или трехсерниста€ —урьма. —вободные электроны, излучаемые катодом ( ), формируютс€ в электронный луч с помощью управл€ющего электрода (11) и двух ускор€ющих анодов (5 и 6). ‘окусировка луча осуществл€етс€ с помощью фокусирующей катушки (3). —етка (7) расположенна€ перед фоторезистом создает однородное тормоз€щее поле, которое преп€тствует к образованию ионного п€тна и обеспечивает нормальное падение электронного луча. ќтклон€ющие катушки (4) питаютс€ пилообразными токами и заставл€ют электронный луч построчно обегать рабочий участок фоторезиста(8).  орректирующие (1) и центрирующие (2) катушки дают возможность перемещать электронный луч в 2Цх взаимно перпендикул€рных област€х. Ёлектропроводность фоторезиста зависит от его освещенности. Ёлектронный луч, попада€ на поверхность мишени, выбивает вторичные электроны, число которых больше, чем первичных, потому поверхность мишени, обращенна€ к электронному прожектору, зар€жаетс€ положительно до потенциала, близкого потенциалу ускор€ющего анода (5). ѕотенциалы другой стороны мишени, обращенной к передаваемому изображению, близки к потенциалу сигнальной пластины.  аждый элемент мишени можно рассматривать как конденсатор с потер€ми, электропроводность, которого зависит от интенсивности освещени€. »зменение потенциала элементов мишени электронным лучом и €вл€етс€ видеосигналом снимаемым с резистора нагрузки Rн. Ќапр€жение снимаемое с резистора Rн пропорционально освещенности того элемента на котором в данный момент находитс€ электронный луч.



4. “ретий период развити€ электроники

†4.1 »зобретение точечного транзистора.

†“ретий период развити€ электроники Ц это период создани€ и внедрени€ дискретных полупроводниковых приборов, начавшийс€ с изобретени€ точечного транзистора. ¬ 1946 году при лаборатории "Ѕелл “елефон" была создана группа во главе с ”иль€мом Ўокли, проводивша€ исследовани€ свойств полупроводников на  ремнии (Sc) и √ермании (Ge) [Ћитература: ƒж. √рик "‘изика XX в.  лючевые эксперименты", ћ. 1978 г.] √руппа проводила как теоретические, так и экспериментальные исследовани€ физических процессов на границе раздела двух полупроводников с различными типами электрической проводимости. ¬ итоге были изобретены: трехэлектродные полупроводниковые приборы Ц транзисторы. ¬ зависимости от количества носителей зар€да транзисторы были разделены на:

Ц        унипол€рные (полевые), где использовались однопол€рные носители.

Ц        бипол€рные, где использовались разнопол€рные носители(электроны и дырки).

†»деи создани€ полевых транзисторов по€вились раньше, чем бипол€рных, но практически реализовать эти идеи не удавалось. ”спех был достигнут 23 декабр€ 1947 г. сотрудниками лаборатории "Ѕелл “елефон"Ц Ѕардиным и Ѕраттейном, под руководством Ўокли. Ѕардин и Ѕраттейн в результате многочисленных вариантов получили работающий полупроводниковый прибор. »нформаци€ об этом изобретении по€вилась в журнале "The Physical Review" в июле 1948 года. ¬от как об этом изобретении писали сами авторы: "ѕриводитс€ описание трехэлементного электронного устройства, использующего вновь открытый принцип, который основан на применение полупроводника в качестве основного элемента. ”стройство может быть использовано, как усилитель, генератор и в других цел€х, дл€ которых обычно примен€ютс€ вакуумные электронные лампы. ”стройство состоит из трех электродов размещенных на германиевом блоке, как показано на –ис. 4.1

†ƒва из этих электродов называющиес€, эмиттером (Ё) и коллектором ( ), €вл€ютс€ выпр€мител€ми с точечным контактом и располагаютс€ в непосредственной близости друг от друга на верхней поверхности. “ретий электрод, большой площади и маленького радиуса, нанесен на основание Ц базу (Ѕ). »спользовалс€ Ge nЦтипа. “очечные контакты изготовл€лись как из ¬ольфрама так и из фосфористой бронзы.  аждый точечный контакт в отдельности вместе с электродом базы образует выпр€митель с высоким обратным сопротивлением. “ок, направление которого по отношению ко всему объему кристалла €вл€етс€ пр€мым, создаетс€ дырками т.е. носител€ми, имеющими противоположный знак по отношению к носител€м обычно присутствующим в избытке внутри объема Ge.  огда два точечных контакта расположены очень близко друг к другу и к ним приложено посто€нное напр€жение, контакты оказывают взаимное вли€ние друг на друга. Ѕлагодар€ этому вли€нию возможно использовать данное устройство дл€ усилени€ сигнала переменного тока. Ёлектрическа€ цепь с помощью которой можно этого добитьс€ показана на –ис. 4.1   эмиттеру приложено небольшое положительное напр€жение в пр€мом направлении, которое вызывает ток в несколько миллиампер через поверхность.   коллектору прикладываетс€ обратное напр€жение, достаточно большое дл€ того чтобы ток коллектора был равным или больше тока эмиттера(Ik ≥ Iэ). «нак напр€жени€ на коллекторе таков, что он прит€гивает дырки идущие от эмиттера. ¬ результате больша€ часть тока эмиттера проходит через коллектор.  оллектор создает большое сопротивление дл€ электронов текущих в полупроводник, и почти не преп€тствует потоку дырок в точечный. ≈сли ток эмиттера модулировать напр€жением сигнала, то это приводит к соответствующему изменению тока коллектора. Ѕыла получена больша€ величина отношени€ выходного напр€жени€ к входному, такого же пор€дка, что и отношение импедансов, выпр€мл€ющего точечного контакта в обратном и пр€мом направлении. “аким образом возникает соответствующее усиление мощности выходного сигнала. ѕолучили выигрыш в мощности в 100 раз. ѕодобные устройства работали как усилители при частотах вплоть до 10 ћ√ц(мегагерц)."

†”стройство изобретенное Ѕардиным и Ѕраттейном было названо точечным транзистором типа ј и представл€л собой конструкцию представленную на –ис. 4.2 √де (1) кристалл √ермани€, (2) вывод эмиттера, (3) вывод базы. ”силение сигнала осуществл€лось за счет большого различи€ в величинах сопротивлени€, низкоомного входного и высокоомного выходного. ѕоэтому создатели нового прибора назвали его сокращенно Ц транзистором (в пер. с английского Ц "преобразователь сопротивлени€").




†4.2 »зобретение плоскостного бипол€рного транзистора.

†ќдновременно, в период апрель 1947 Ц €нварь 1948 г., Ўокли опубликовал теорию плоскостных бипол€рных транзисторов. –ассмотрев полупроводниковые выпр€мительные устройства из кристаллов полупроводника, имеющего переход между област€ми p- и n- типа.(–ис. 4.3)

†“акое устройство, называемое плоскостным полупроводниковым выпр€мителем, обладает малым сопротивлением, когда р-область Ц положительна по отношению к n-области. ’арактеристики плоскостного выпр€мител€ можно точно определить теоретически. ѕо сравнению с точечным, плоскостной выпр€митель допускает большую нагрузку т.к. площадь контакта можно сделать достаточно большой. — другой стороны с увеличением площади растет шунтирующа€ контактна€ емкость. ƒалее Ўокли рассмотрел теорию плоскостного транзистора из кристалла полупроводника, содержащего два p-n перехода (–ис. 4.4) ѕоложительна€ р-область €вл€етс€ эмиттером, отрицательна€ р-область коллектором, n-область представл€ет собой базу. “аким образом вместо металлических точечных контактов используютс€ две p-n области. ¬ точечном транзисторе два металлических точечных контакта необходимо было располагать очень близко друг к другу, и в плоскостном транзисторе оба перехода должны располагатьс€ очень близко друг к другу. ќбласть базы очень тонка€ Ц менее 25 мкм. ѕлоскостные транзисторы обладают р€дом преимуществ перед точечными: они более доступны теоретическому анализу, обладают более низким уровнем шумов, обеспечивают большую мощность. ƒл€ нормальной работы транзистора, как усилител€, необходимо чтобы на эмиттер было подано пр€мое, а на коллектор обратное смещение, по отношению к базе. ƒл€ p-n-p транзистора условие соответствует Ц положительному эмиттеру и отрицательному коллектору. ƒл€ n-p-n Ц обратные пол€рности т.е. отрицательный эмиттер и положительный коллектор.

†»зобретение транзисторов €вилось знаменательной вехой в истории развити€ электроники и поэтому его авторы ƒжон Ѕардин, ”олтер Ѕраттейн и ”иль€м Ўокли были удостоины нобелевской премии по физике за 1956 г.


+

Ц


4.3 ѕредпосылки по€влени€ транзисторов.

†ѕо€вление транзисторов Ц это результат кропотливой работы дес€тков выдающихс€ ученых и сотен виднейших специалистов, которые в течении предшествующих дес€тилетий развивали науку о полупроводниках. —реди них были не только физики, но и специалисты по электронике, физхимии, материаловедению.

†Ќачало серьезных исследований относитс€ к 1833 году, когда ћайкл ‘арадей работа€ с сульфидом серебра обнаружил, что проводимость полупроводников растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, котора€ в этом случае уменьшаетс€.

†¬ конце XIX века были установлены три важнейших свойства полупроводников:

1. ѕо€вление Ёƒ— при освещении полупроводника.

2. –ост электрической проводимости полупроводника при освещении.

3. ¬ыпр€мл€ющее свойство контакта полупроводника с металлом.

¬ 20-е годы ’’ в. выпр€мл€ющие свойства контакта полупроводников с металлом начали практически использовать в радиотехнике. –адиоспециалисту из Ќижегородской радиотехнической лаборатории ќлегу Ћосеву в 1922 году удалось применить выпр€мл€ющее устройство на контакте стали с кристаллом цинкита в качестве детектора, в детекторном приемнике под названием " ристадин". —хема кристадина (–ис. 4.5) содержит входной настраиваемый контур L1C1 к которому подключена внешн€€ антенна ј и заземление. — помощью переключател€ ѕ1 параллельно входному контуру подключаетс€ детектор ƒ1. “акой детектор может не только детектировать, но и предварительно усиливать сигнал, когда его рабоча€ точка находитс€ на падающем участке ¬ј’ (–ис. 4.5(б)). Ќа этом участке ¬ј’ сопротивление детектора становитс€ отрицательным, что приводит к частичной компенсации потерь в контуре L1C1 и тогда приемник становитс€ генератором.

R

1

ƒ

р

1

ѕ

1

ƒ

1

2

/

3

1

/

3

У

Ќ

Ф

У

¬

Ф

и

с

.

4

.

5

(

а

)

 

р

и

с

т

а

д

и

н

1



ѕотенциометр R1 регулирует ток детектора. ѕрослушивание сигналов прин€тых радиостанцией осуществл€етс€ на низкоуровневый телефон, катушки которого включены последовательно с источником питани€ через дроссель ƒр 1 и катушку L2.

†ѕервый образец кристадина был изготовлен Ћосевым в 1923 году. ¬ это врем€ в ћоскве начала работать центральна€ радиотелефонна€ станци€, передачи которой можно было принимать на простые детекторные приемники только вблизи столицы.  ристадин Ћосева позвол€л не только увеличить дальность приема радиостанции, но был проще и дешевле. »нтерес к кристадину в то врем€ был огромный. "—енсационное изобретение" Ц под таким заголовком американский журнал "Radio News" напечатал в сент€бре 1924 г. редакционную статью посв€щенную работе Ћосева. "ќткрытие Ћосева делает эпоху", Ц писал журнал, выража€ надежду, что сложную электровакуумную лампу вскоре заменит кусочек цинкита или другого вещества простого в изготовлении и применении.

†ѕродолжа€ исследование кристаллических детекторов, Ћосев открыл свечение карборунда при прохождении через него электрического тока. —пуст€ 20 лет это же €вление было открыто американским физиком ƒестрио и получило название электролюминесценции. ¬ажную роль в развитии теории полупроводников в начале 30-х годов сыграли работы проводимые в –оссии под руководством академика ј.‘. »оффе. ¬ 1931 году он опубликовал статью с пророческим названием: "ѕолупроводники Ц новые материалы электроники". Ќемалую заслугу в исследование полупроводников внесли советские ученые Ц Ѕ.¬.  урчатов, ¬.ѕ. ∆узе и др. ¬ своей работе Ц "  вопросу об электропроводности закиси меди", опубликованной в 1932 году, они показали, что величина и тип электрической проводимости определ€етс€ концентрацией и природой примеси. Ќемного позднее, советский физик Ц я.Ќ. ‘ренкель создал теорию возбуждени€ в полупроводниках парных носителей зар€да: электронов и дырок. ¬ 1931 г. англичанину ”илсону удалось создать теоретическую модель полупроводника, основанную на том факте, что в твердом теле дискретные энергетические уровни электронов отдельных атомов размываютс€ в непрерывные зоны, разделенные запрещенными зонами (значени€ми энергии, которые электроны не могут принимать) Ц "зонна€ теори€ полупроводников".

†¬ 1938 г. ћотт в јнглии, ƒавыдов в ———–, ¬альтер Ўоттки в √ермании сформулировали, независимо, теорию выпр€мл€ющего действи€ контакта металл-полупроводник. Ёта обширна€ программа исследований, выполн€ема€ учеными разных стран и привела к экспериментальному созданию сначала точечного, а затем и плоскостного транзистора.

†4.4 »стори€ развити€ полевых транзисторов.

†4.4.1 ѕервый полевой транзистор был запатентован в —Ўј в 1926/30гг., 1928/32гг. и 1928/33гг. Ћилиенфельд Ц автор этих потентов. ќн родилс€ в 1882 году в ѕольше. — 1910 по 1926 г. был профессором Ћейпцигского университета. ¬ 1926 г. иммигрировал в —Ўј и подал за€вку на патент.

†ѕредложенные Ћилиенфельдом транзисторы не были внедрены в производство. “ранзистор по одному из первых патентов є 1900018 представлен на –ис. 4.6

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††


Au

Au

CuS

2

–ис. 4.6 (а)

S

D

G


†Ќаиболее важна€ особенность изобретени€ Ћилиенфельда заключаетс€ в том, что он понимал работу транзистора на принципе модул€ции проводимости исход€ из электростатики. ¬ описании к патенту формулируетс€, что проводимость тонкой области полупроводникового канала модулируетс€ входным сигналом, поступающим на затвор через входной трансформатор.

†4.4.2

†¬ 1935 году в јнглии получил патент на полевой транзистор немецкий изобретатель ќ. ’ейл

—хема из патента є 439457 представлена на –ис. 4.7 где:

††††††††††† 1 Ц управл€ющий электрод

††††††††††† 2 Ц тонкий слой полупроводника(теллур, йод, окись меди, п€тиокись ванади€)

††††††††††† 3,4 Ц омические контакты к полупроводнику

††††††††††† 5 Ц источник посто€нного тока

††††††††††† 6 Ц источник переменного напр€жени€


††††††††††† 7 Ц амперметр

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††



†”правл€ющий электрод (1) выполн€ет роль затвора, электрод (3) выполн€ет роль стока, электрод (4) роль истока. ѕодава€ переменный сигнал на затвор, расположенный очень близко к проводнику, получаем изменение сопротивлени€ полупроводника (2) между стоком и истоком. ѕри низкой частоте можно наблюдать колебание стрелки амперметра (7). ƒанное изобретение €вл€етс€ прототипом полевого транзистора с изолированным затвором.

†4.4.3

†—ледующий период волны изобретений по транзисторам наступил в 1939 году, когда после трехлетних изысканий по твердотельному усилителю в фирме "BTL" (Bell Telephone Laboratories) Ўокли был приглашен включитьс€ в исследование Ѕраттейна по медноокисному выпр€мителю. –абота была прервана второй мировой войной, но уже перед отъездом на фронт Ўокли предложил два транзистора. »сследовани€ по транзисторам возобновились после войны, когда в середине 1945 г. Ўокли вернулс€ в "BTL", а в 1946 г. туда же пришел Ѕардин.

†¬ 1952 г. Ўокли описал унипол€рный(полевой) транзистор с управл€ющим электродом, состо€щим, как показано на рис. 4.8, из обратно смещенного p-n Ц перехода. ѕредложенный Ўокли полевой транзистор состоит из полупроводникового стержн€ n-типа (канал n-типа) с омическими выводами на торцах. ¬ качестве полупроводника использован кремний(Si). Ќа поверхности канала с противоположных сторон формируетс€ p-n-переход, таким образом, чтобы он был параллелен направлению тока в канале. –ассмотрим как течет ток между омическими контактами истока и стока. ѕроводимость канала определ€ют основные носители зар€да дл€ данного канала. ¬ нашем случае электроны в канале n-типа. ¬ывод, от которого носители начинают свой путь, называетс€ истоком. Ќа рис. 4.8 Ц это отрицательный электрод. ¬торой омический электрод, к которому подход€т электроны, Ц сток. “ретий вывод от p-n-перехода называют затвор.

†“очное описание процессов в полевом транзисторе представл€ет определенные трудности. ѕоэтому, Ўокли предложил упрощенную теорию унипол€рного транзистора в основном объ€сн€ющую свойства этого прибора. ѕри изменении входного напр€жени€ (исток-затвор) измен€етс€ обратное напр€жение на p-n-переходе, что приводит к изменению толщины запирающего сло€. —оответственно измен€етс€ площадь поперечного сечени€ n-канала, через который проходит поток основных носителей зар€да, т.е. выходной ток. ѕри высоком напр€жении затвора запирающий слой становитс€ все толще и площадь поперечного сечени€ уменьшаетс€ до нул€, а сопротивление канала увеличиваетс€ до бесконечности и транзистор запираетс€.

†4.4.4

†¬ 1963 г. ’офштейн и ’айман описали другую конструкцию полевого транзистора, где используетс€ поле в диэлектрике, расположенном между пластиной полупроводника и металлической пленкой. “акие транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник называютс€ ћƒѕ-транзисторы. ¬ период с 1952 по 1970 гг. полевые транзисторы оставались на лабораторной стадии развити€. “ри фактора способствовали стремительному развитию полевых транзисторов в 70-е годы:

1) –азвитие физики полупроводников и прогресс в технологии полупроводников, что позволило получить приборы с заданными характеристиками.

2) —оздание новых технологических методов, таких как тонкопленочные технологии дл€ получени€ структуры с изолированным затвором.

3) Ўирокое внедрение транзисторов в электрическое оборудование.

†4.5 »стори€ развити€ серийного производства транзисторов в —Ўј и ———–

†4.5.1

†”скоренна€ разработка и производство транзисторов развернулись в —Ўј в кремниевой долине, расположенной в 80-ти км от —ан-‘ранциско. ¬озникновение кремниевой долины св€зывают с именем ‘. “ермена Ц декана инженерного факультета —тенфордского университета, когда его студенты ’ьюлетт, ѕаккард и брать€ ¬ариан создали фирмы, прославившие их имена во врем€ второй мировой войны.

†Ѕурное развитие кремниевой долины началось, когда Ўокли покинул "BTL" и основал собственную фирму по производству кремниевых транзисторов при финансовой помощи питомца  алифорнийского политехнического института ј. Ѕеккмана. ≈го фирма начала работу осенью 1955 г., как отделение фирмы "Beckman Instruments" в армейских казармах ѕаоло-јлто. Ўокли пригласил 12 специалистов (’орсли, Ќойс, ћур, √ринич, –обертс, ’орни, Ћаст, ƒжонс,  лейнер, Ѕлэнк, Ќэпик, —а). ¬ 1957 г. фирма изменила свое название на "Shockly Transistor Corporation". ¬скоре 8 специалистов (Ќойс, ћур, √ринич, –обертс, ’орни, Ћаст,  лейнер, Ѕлэнк) договорились с Ѕеккманом и создали отдельную самосто€тельную фирму "Fairchild Semiconductor Corporation" в основе де€тельности, которой лежало массовое производство высококачественных кремниевых бипол€рных транзисторов. ¬ качестве первого издели€ был выбран в 1957 г. кремниевый n-p-n мезатранзистор с двойной диффузией типа 2N696. ќн требовал всего лишь два процесса фотолитографии дл€ создани€ эмиттера и металлических контактов. “ермин мезатранзистор был предложен Ёрли из "BTL". ¬вед€ дополнительную операцию фотолитографии, ’орни заменил мезаструктуру коллектора диффузионным карманом и закрыл место пересечени€ эмиторного и коллекторного переходов с поверхностью термическим оксидом(1000 o—). “ехнологию таких транзисторов ’орни назвал планарным процессом. ¬ 1961 г. был начат крупносерийный выпуск двух планарных кремниевых бипол€рных транзисторов 2N613(n-p-n), 2N869(p-n-p)

†»нститут полупроводниковых материалов и оборудовани€ (—Ўј) составил генеалогическое дерево и первые ветви отпочкованные от фирмы Shockley выгл€д€т так: Ћаст и ’орни в 1961 году основали Amelco, котора€ позже превратилась в Teledyne Semiconductor. ’орни в 1964 году создал Union Corbide Electronics, в 1967 году Ц Intersil. ≈жегодно создавалось по четыре фирмы, и за период с 1957 по 1983 г. в кремниевой долине было создано более 100 фирм. –ост продолжаетс€ и сейчас. ќн стимулируетс€ близостью —тенфордского и  алифорнийского университета и активным участием их сотрудников в деле организации фирм (–ис. 4.9).

††††††††††††††††††††††† –ис. 4.9† ƒинамика развити€ кремниевой долины.

1914Ц1920 гг

1955 Ц 57 гг

1960 г

1961 г

1968 г

’ьюлетт-ѕакард (два друга и брать€ ¬ариан)

BTL

Shockley Semiconductor

†††† Laboratory

(Beckman Instruments) ѕаоло јлто(военные казармы).

—а

’орсли

ƒжонс†††† 12 чел.

Ќэпик

Ќойс

ћур††††

√ринич

–обертс

’орни

Ћаст

 лейнер

Ѕлэнк

††† Fairchild

††† Semiconductor

††† Corporation

††† †8 чел.

†† Amelco +

†† ”энлесс

†† —ноу

†† Ёндрю √роув

†† ƒил

Intel(»нтергрейтед электроникс)

12 чел.

†(ћаунтин ¬ью)

†4.5.2

†ѕервыми транзисторами выпущенными отечественной промышленностью были точечные транзисторы, которые предназначались дл€ усилени€ и генерировани€ колебаний частотой до 5 ћ√ц. ¬ процессе производства первых в мире транзисторов были отработаны отдельные технологические процессы и разработаны методы контрол€ параметров. Ќакопленный опыт позволил перейти к выпуску более совершенных приборов, которые уже могли работать на частотах до 10 ћ√ц. ¬ дальнейшем на смену точечным транзисторам пришли плоскостные, обладающие более высокими электрическими и эксплуатационными качествами. ѕервые транзисторы типа ѕ1 и ѕ2 предназначались дл€ усилени€ и генерировани€ электрических колебаний с частотой до 100 к√ц. «атем по€вились более мощные низкочастотные транзисторы ѕ3 и ѕ4 применение которых в 2-х тактных усилител€х позвол€ло получить выходную мощность до нескольких дес€тков ватт. ѕо мере развити€ полупроводниковой промышленности происходило освоение новых типов транзисторов, в том числе ѕ5 и ѕ6, которые по сравнению со своими предшественниками обладали улучшенными характеристиками. Ўло врем€, осваивались новые методы изготовлени€ транзисторов, и транзисторы ѕ1 Ц ѕ6 уже не удовлетвор€ли действующим требовани€м и были сн€ты с производства. ¬место них по€вились транзисторы типа ѕ13 Ц ѕ16, ѕ201 Ц ѕ203, которые тоже относились к низкочастотным непревышающим 100 к√ц. —толь низкий частотный предел объ€сн€етс€ способом изготовлени€ этих транзисторов, осуществл€емым методом сплавлени€. ѕоэтому транзисторы ѕ1 Ц ѕ6, ѕ13 Ц ѕ16, ѕ201 Ц ѕ203 называют сплавными. “ранзисторы способные генерировать и усиливать электрические колебани€ с частотой в дес€тки и сотни ћ√ц по€вились значительно позже Ц это были транзисторы типа ѕ401 Ц ѕ403, которые положили начало применению нового диффузионного метода изготовлени€ полупроводниковых приборов. “акие транзисторы называют диффузионными. ƒальнейшее развитие шло по пути совершенствовани€ как сплавных, так и диффузионных транзисторов, а так же созданию и освоению новых методов их изготовлени€.

5. ѕредпосылки по€влени€ микроэлектроники

5.1 “ребовани€ миниатюризации электрорадиоэлементов со стороны разработчиков радиоаппаратуры.

†— по€влением бипол€рных полевых транзисторов начали воплощатьс€ идеи разработки малогабаритных Ё¬ћ. Ќа их основе стали создавать бортовые электронные системы дл€ авиационной и космической техники. “ак как эти устройства содержали тыс€чи отдельных Ё–Ё(электрорадиоэлементов) и посто€нно требовалось все большее и большее их увеличение, по€вились и технические трудности. — увеличением числа элементов электронных систем практически не удавалось обеспечить их работоспособность сразу же после сборки, и обеспечить, в дальнейшем, надежность функционировани€ систем. ƒаже опытные сборщики и наладчики Ё¬ћ допускали несколько ошибок на 1000 спаек. –азработчики предполагали новые перспективные схемы, а изготовители не могли запустить эти схемы сразу после сборки т.к. при монтаже не удавалось избежать ошибок, обрывов в цепи за счет не пропаев, и коротких замыканий. “ребовалась длинна€ и кропотлива€ наладка. ѕроблема качества монтажно-сборочных работ стало основной проблемой изготовителей при обеспечении работоспособности и надежности радиоэлектронных устройств. –ешение проблемы межсоединений и €вилось предпосылкой к по€влению микроэлектроники. ѕрообразом будущих микросхем послужила печатна€ плата, в которой все одиночные проводники объединены в единое целое и изготавливаютс€ одновременно групповым методом путем стравливани€ медной фольги с плоскостью фольгированного диэлектрика. ≈динственным видом интеграции в этом случае €вл€ютс€ проводники. ѕрименение печатных плат хот€ и не решает проблемы миниатюризации, однако решает проблему повышени€ надежности межсоединений. “ехнологи€ изготовлени€ печатных плат не дает возможности изготовить одновременно другие пассивные элементы кроме проводников. »менно поэтому печатные платы не превратились в интегральные микросхемы в современном понимании. ѕервыми были разработаны в конце 40-х годов толстопленочные гибридные схемы, в основу их изготовлени€ была положена уже отработанна€ технологи€ изготовлени€ керамических конденсаторов, использующа€ метод нанесени€ на керамическую подложку через трафареты паст, содержащих порошок серебра и стекла. ѕереход к изготовлению на одной подложке нескольких соединенных между собой конденсаторов, а затем соединение их с композиционными резисторами, наносимыми также с помощью трафарета, с последующим вжиганием привело к созданию гибридных схем, состо€щих из конденсаторов и резисторов. ¬скоре в состав гибридных схем были включены и дискретные активные и пассивные компоненты: навесные конденсаторы, диоды и транзисторы. ¬ дальнейшем развитии гибридных схем навесным монтажем были включены сверхминиатюрные электровакуумные лампы. “акие схемы получили название толстопленочные гибридные интегральные микросхемы (√»—). “онкопленочна€ технологи€ производства интегральных микросхем включает в себ€ нанесение в вакууме на гладкую поверхность диэлектрических подложек тонких пленок различных материалов(провод€щих, диэлектрических, резистивных).

†¬ 60-е годы огромные усили€ исследователей были направлены на создание тонкопленочных активных элементов. ќднако надежно работающих транзисторов с воспроизводимыми характеристиками никак не удавалось получить, поэтому в тонкопленочных √»— продолжают использовать активные навесные элементы.   моменту изобретени€ интегральных микросхем из полупроводниковых материалов уже научились изготавливать дискретные транзисторы и резисторы. ƒл€ изготовлени€ конденсатора уже использовали емкость обратно смещенного p-n перехода. ƒл€ изготовлени€ резисторов использовались омические свойства кристалла полупроводника. Ќа очереди сто€ла задача объединить все эти элементы в одном устройстве.

†5.2 ќсновы развити€ технологии микроэлектроники.

†5.2.1

†–азвитие микроэлектроники определ€етс€ уровнем достигнутой микротехнологии.

†ѕланарна€ технологи€. ѕри планарной технологии требуетс€ обеспечить возможность создани€ рисунка тонких слоев из материала с различными электрическими характеристиками, чтобы получить электронную схему. ¬ажна€ особенность планарной технологии заключаетс€ в ее групповом характере: все интегральные схемы (»—) на пластине изготавливают в одном технологическом цикле, что позвол€ет одновременно получать несколько полупроводниковых схем.

†5.2.1.1

†“ехнологические процессы получени€ тонких пленок.


†1) Ёпитакси€ (упор€дочение) Ц процесс наращивани€ на кристаллической подложке атомов упор€доченных в монокристаллическую структуру. с тем чтобы структура наращиваемой пленки полностью повторила кристаллическую ориентацию подложки. ќсновное достоинство техники эпитаксии состоит в возможности получени€ чрезвычайно чистых пленок при сохранении возможности регулировани€ уровн€ легировани€. ѕримен€ют три типа эпитаксиального наращивани€: газовую, жидкостную и молекул€рную.


†ѕри газовой эпитаксии водород с примесью четырех хлористого кремни€ (SiCl4 + H2) с контролируемой концентрацией пропускают через реактор (–ис. 5.1), в котором на графитовом основании (1) расположены кремниевые пластины (2). — помощью индукционного нагревател€ графит прогреваетс€ выше 1000 0— эта температура необходима дл€ обеспечени€ правильной ориентации осаждаемых атомов в решетке и получении монокристаллической пленки. ¬ основе процесса лежит обратима€ реакци€: SiCl4 + 2H2 ↔ Si + 4HCl Ц пр€ма€ реакци€ соответствует получению эпитаксиальной пленки, обратна€ реакци€ травлению подложки. ƒл€ легировани€ эпитаксиальной пленки в газовый поток добавл€ют примесные атомы. ‘осфорит (PH3) используют в качестве донорной примеси, а диборан (B2 H3) в качестве акцепторной примеси.

†ѕри жидкостной эпитаксии получают многочисленные структуры из разных материалов. Ќа –ис. 5.2:† 1, 2, 3, 4 Ц растворы

5 Ц скольз€щий графитовый держатель растворов

6 Ц подложка

7 Ц основной графитовый держатель

8 Ц толкатель

9 Ц электрическа€ печь

10 Ц кварцева€ труба

11 Ц термофара

ѕодвижна€ конструкци€ с различными растворами последовательно подводит растворы к подложке. “аким образом получают гетеропереходы с различными материалами толщиной менее 1 мкм (Ge Ц Si, GaAs Ц GaP)



†ћолекул€рно-лучева€ эпитакси€ проводитс€ в сверхвысоком вакууме и основана на взаимодействии нескольких молекул€рных пучков с нагретой монокристаллической подложкой. Ќа –ис. 5.3 иллюстрируетс€ процесс получени€ соединени€ AlxGaxAs.  аждый нагреватель содержит тигель, €вл€ющимс€ источником молекул€рного пучка одного из основных элементов пленки. “емпература каждого нагревател€ выбираетс€ таким образом, чтобы давление паров, испаренных материалов, было достаточно дл€ образовани€ молекул€рных пучков. ѕодбором температуры нагревател€ и подложки получают пленки со сложным химическим составом. ƒополнительное управление процессом выращивани€ осуществл€етс€ с помощью специальных заслонок, расположенных между нагревателем и подложкой. ћетод молекул€рно-лучевой эпитаксии наиболее перспективен дл€ твердотельной электроники в которой существенную роль играют слоистые структуры субмикронных размеров.

†2) ќкисление. —лой двуокиси кремни€ формируетс€ обычно на подложке за счет химического соединени€ атомов кремни€ с кислородом, который подаетс€ к поверхности кремниевой подложки нагретой технической печи до температуры 900-1200 о—.

†–ис. 5.4 : †††††† 1 Ц подложка

††††††††††† 2 Ц кварцева€ лодочка

††††††††††† 3 Ц нагреватель

††††††††††† 4 Ц кварцева€ труба

ќкислительной средой может быть сухой или влажный кислород. ќкисление происходит быстрее в атмосфере влажного кислорода, поэтому оно используетс€ дл€ получени€ толстых пленок SiO2. Ќаиболее часто используетс€ толщина окисла составл€юща€ дес€тые доли мкм, а верхний практический предел 1Ц2 мкм.

†5.2.2 Ћитографические процессы используемые дл€ формировани€ токологии микросхем.

†5.2.2.1 ‘отолитографи€.

‘отолитографи€ €вл€етс€ основным технологическим процессом в микроэлектронике при получении линий шириной до 1 мкм и его долей. —начала изготавливают оригинал топологии микросхемы в сильноувеличенном размере (до 500 раз). «атем делают фотографию с уменьшением в 100 раз, затем в 10 раз и т.д. пока окончательное изображение на пластине не будет точно соответствовать требуемой схеме. ѕолученна€ фотопластина используетс€ в качестве маски дл€ передачи рисунка на поверхность подложки. –ассмотрим фотолитографический процесс дл€ получени€ отверсти€ в слое двуокиси кремни€ расположенном на подложке. –ис. 5.5

1 Ц стекл€нный фотошаблон

2 Ц фоторезист

3 Ц SiO2 (окись кремни€)

4 Ц кремниева€ подложка

5 Ц светонепроницаемый рисунок на фотоэмульсии

6 Ц ультрафиолетовое излучение

Ётапы:

а) ѕервичное покрытие

б)  онтактна€ печать

в) ѕосле про€влени€

г) ѕосле травлени€

д) ѕосле удалени€ фоторезиста

†—начала на окисный слой нанос€т фоторезист (2), затем к фоторезисту прикладывают стекл€нный фотошаблон (1) с рисунком соответствующим той части окисла, котора€ должна быть удалена (5). Ёкспонируют фотошаблон в ультрафиолетовых лучах (6). ѕро€вл€ют. ¬ процессе про€влени€ не экспонированные участки фоторезиста (2) раствор€ютс€. ќкисный слой в окне стравливают кислотным раствором и удал€ют оставшийс€ слой фоторезиста Ц такой метод называетс€ методом контактной печати.  роме того используют проекционную печать, когда между фотошаблоном и подложкой располагают оптические линзы.

†5.2.2.2 Ёлектронно-лучева€ литографи€.

†ƒл€ получени€ рисунка методом электронной литографии примен€ют два способа:

1)      Ёлектронный луч, управл€емый Ё¬ћ, перемещаетс€ заданным образом по поверхности подложки.

2)      Ёлектронный пучок проходит через специальные маски.

†¬ первом случае примен€ют два типа сканирующих систем Ц растровую и векторную. ¬ растровой системе электронный луч модулируетс€ по интенсивности и построчно проходит по всей поверхности подложки. ¬ векторной системе электронный луч отклон€етс€ таким образом, что его след на резисте точно соответствует необходимому рисунку.

†¬о втором варианте фотокатод располагают на поверхности оптической маски с заданным рисунком. ”льтрафиолетовые лучи облучают фотокатод сквозь маску, что приводит к эмиссии электронов с фотокатода в соответствующих рисунку област€х. Ёти электроны проецируютс€ на поверхность резиста с помощью однородных совпадающих по направлению электростатических и магнитных полей. –азрешающа€ способность такой системы соответствует субмикронным размерам по всей площади подложки.

†5.2.2.3 –ентгеновска€ литографи€.

†ћетод рентгеновской литографии иллюстрируетс€ на –ис. 5.6 :

1а Ц электронный луч

2а Ц мишень

3а Ц рентгеновские лучи

1 Ц прозрачный материал

2 Ц поглотитель

3 Ц прокладка

4 Ц полимерна€ пленка (резист)

5 Ц подложка

†ћаска состоит из мембраны (4) прозрачной дл€ рентгеновских лучей, поддерживающей пленку, котора€ имеет заданный рисунок и сделана из материала сильно поглощающего рентгеновские лучи. Ёта маска располагаетс€ на подложке покрытой радиационно чувствительным резистом. Ќа рассто€нии ƒ от маски находитс€ точечный источник рентгеновского излучени€, которое возникает при взаимодействии сфокусированного электронного луча с мишенью. –ентгеновские лучи облучают маску, создава€ проекционные тени от поглотител€ рентгеновских лучей на полимерные пленки. ѕосле экспонировани€ удал€ют либо облученные области при позитивном резисте, либо не облученные при негативном резисте. ѕри этом на поверхности резиста создаетс€ рельеф, соответствующий рисунку. ѕосле получени€ рельефа на резисте подложка обрабатываетс€ травлением, наращиванием дополнительных материалов, легированием, нанесением материала через окна в рисунке резиста.

†5.2.2.4 »онно-лучева€ литографи€.

†ѕо€вилась как результат поиска путей преодолени€ ограничений электронной и рентгеновской литографии. ¬озможны два способа формировани€ изображени€ на ионорезисте: сканирование с фокусированным лучом и проецирование топологии с шаблона в плоскость подложки. —канирующа€ электронно-лучева€ литографи€ аналогична сканирующей электронной литографии. »оны He+, H+, Ar+ образуемые в источнике ионов выт€гиваютс€ из источника, ускор€ютс€ и фокусируютс€ в плоскость подложки электронно-оптической системы. —канирование выполн€ют кадрами площадью 1 мм2 с пошаговым перемещением столика с подложкой и совмещением на каждом кадре. —канирование с фокусированным ионным лучом предназначено дл€ получени€ топологии с размерами элементов от 0,03Ц0,3 мкм. ѕроекционна€ ионно-лучева€ литографи€ выполн€етс€ широким коллимированным ионным пучком площадью 1 см2.

†5.2.3†

†ѕерспективы развити€ планарной технологии в —Ўј изложены в "Ќациональной технологической маршрутной карте полупроводниковой электроники" отражающей развитие микроэлектроники до 2010 года. ѕо прогнозам этой работы основным материалом в производстве массовых —Ѕ»— будет служить по прежнему кремний. ¬ производстве —Ѕ»— предусматриваетс€ использовать усовершенствованные процессы микролитографии с применением резистивных масок формируемых при ультрафиолетовом или рентгеновском облучении дл€ создани€ токологических рисунков на полупроводниковые пластины.†

†  2010 году планируетс€ увеличить диаметр пластин до 400 мм, уменьшить критический размер элемента микросхем (например: ширину затвора) до 70 нм. ”меньшить шаг разводки до 0,3 мкм. ќптическа€ литографи€ сохран€ет лидирующее положение в производстве —Ѕ»— (сверхбольших интегральных схем) вплоть до размеров 150 нм, которые прогнозируетс€ достичь уже в 2003 г.

6.       IV период развити€ электроники

6.1         »зобретение первой интегральной микросхемы

†¬ 1960 году –оберт Ќойс из фирмы Fairchild предложил и запатентовал идею монолитной интегральной схемы (ѕатент —Ўј 2981877) и применив планарную технологию изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы. ¬ монолитной интегральной схеме планарные диффузионные бипол€рные кремниевые транзисторы и резисторы соединены между собой тонкими и узкими полосками алюмини€, лежащими на пассивирующем оксиде. јлюминиевые соединительные дорожки изготавливаютс€ методом фотолитографии, путем травлени€ сло€ алюмини€ напыленного на всю поверхность оксида. “ака€ технологи€ получила название Ц технологи€ монолитных интегральных схем. ќдновременно  илби из фирмы Texas Instruments изготовил триггер на одном кристалле германи€, выполнив соединени€ золотыми проволочками. “ака€ технологи€ получила название Ц технологи€ гибридных интегральных схем. јпелл€ционный суд —Ўј отклонил за€вку  илби и признал Ќойса изобретателем монолитной технологии с оксидом на поверхности, изолированными переходами и соединительными дорожками на оксиде, вытравленными из осажденного сло€ алюмини€ методом фотолитографии. ’от€ очевидно, что и триггер  илби €вл€етс€ аналогом монолитной »ћ—.

†—емейство монолитных транзисторно-транзисторных логических элементов с четырьм€ и более бипол€рными транзисторами на одном кристалле кремни€ было выпущено фирмой Fairchild уже в феврале 1960 года и получило название "микрологика". ѕланарна€ технологи€ ’орни и монолитна€ технологи€ Ќойса заложили в 1960 году фундамент развити€ интегральных микросхем, сначала на бипол€рных транзисторах, а затем 1965Ц85 гг. на полевых транзисторах и комбинаци€х тех и других. ћалый разрыв во времени между идеей и серийным производством интегральных микросхем объ€сн€етс€ оперативностью разработчиков. “ак в 1959 году ’орни провод€ многочисленные опыты, сам отрабатывал технологию окислени€ и диффузии кремниевых пластин, чтобы найти оптимальную глубину диффузии бора и фосфора, и услови€ маскировани€ оксидом. ќдновременно Ќойс в темной комнате, по вечерам, в выходные дни упорно наносит и экспонирует фоторезист на множестве кремниевых пластин с оксидом и алюминием в поисках оптимальных режимов травлени€ алюмини€. √ринич лично работает с приборами, снима€ характеристики транзисторов и интегральных микросхем.  огда нет прецедента и опытных данных кратчайших путь к практической реализации Ц "сделай сам". ѕуть, который и выбрала четверка пионеров Ц √ринич, ’орни, ћур, Ќойс.

6.2         –азвитие серийного производства интегральных микросхем.

†6.2.1

†ƒва директивных решени€ прин€тых в 1961Ц1962 гг. повли€ли на развитие производства кремниевых транзисторов и »—.

1)      –ешение фирмы IBM(Ќью-…орк) по разработке дл€ перспективной Ё¬ћ не ферромагнитных запоминающих устройств, а электронных «”(запоминающих устройств) на базе n-канальных полевых транзисторов(металл-окисел-полупроводник Ц ћќѕ). –езультатом успешного выполнени€ этого плана был выпуск в 1973 г. универсальной Ё¬ћ с ћќѕ «” Ц IBM- 370/158.

2)      ƒирективные решени€ фирмы Fairchild предусматривающие расширение работ в полупроводниковой научно-исследовательской лаборатории по исследованию кремниевых приборов и материалов дл€ них.

†6.2.2

†ћур, Ќойс и √ринич из фирмы Fairchild привлекли в 1961 г. дл€ вербовки молодых специалистов преподавател€ »ллинойского университета Ц —а, который читал там курс физики полупроводников Ѕардина. —а завербовал специалистов, только что, закончивших асперантуру(см. –ис. 4.9). Ёто были ”энлесс, —ноу Ц специалисты по физике твердого тела, Ёндрю √роув Ц химик, окончивший университет в Ѕеркли, ƒил Ц химик-практик.

†ѕроект по физике приборов и материалам ввели ƒил, √роув и —ноу. ѕроект по схемным применени€м ввел ”энлесс. –езультаты исследований этой четверки до сих пор используютс€ в технологии —Ѕ»—.

†¬ июле 1968 г. √ордон ћур и –оберт Ќойс уход€т из отделени€ полупроводников фирмы Fairchild и 28 июн€ 1968 года организуют крохотную фирму Intel из двенадцати человек, которые арендуют комнатку в  алифорнийском городе ћаунтин ¬ью. «адача, которую поставили перед собой ћур, Ќойс и примкнувший к ним специалист по химической технологии Ц Ёндрю √роув, использовать огромный потенциал интеграции большого числа электронных компонентов на одном полупроводниковом кристалле дл€ создани€ новых видов электронных приборов.

†¬ 1997 году Ёндрю √роув стал "человеком года", а возглавл€ема€ им компани€ Intel, ставша€ одной из ведущих в силиконовой долине в  алифорнии, стала производить микропроцессоры дл€ 90% всех персональных компьютеров планеты. ѕо состо€нию на 1 €нвар€ 1998 г. стоимость фирмы Ц 15 млрд.$, ежегодный доход Ц 5,1 млрд.$. √роув исполн€ет об€занности председател€ совета директоров. ¬ 1999 г. ежемес€чно фирма производит Ц 4 квадриллиона транзисторов т.е. более полумиллиона на каждого жител€ планеты. ”мельцы с Intel создают знаменитые чипы Pemtium I, II, III.

†јндрю √роув родилс€ 2 сент€бр€ 1936 года в ¬енгрии, его тогда звали јндрош √роф.  огда советские танки вошли в 1956 г. в Ѕудапешт, јндрош бежал в јвстрию и от туда в Ќью-…орк. «акончил с отличием —ити-колледж, защитил докторскую диссертацию в калифорнийском университете Ѕеркли. ћногие крупные корпорации хотели заполучить молодого ученого специалиста и инженера. √роув досталс€, благодар€ —а, фирме Fairchild.( "—овременные технологии автоматизации(—“ј)" 1/99г. Ц стать€ о фирме Intel.)

†6.2.3

†»стори€ создани€ электронных запоминающих устройств берет начало с изобретени€ в 1967 г. ƒиннардом из IBM однотранзисторной динамической запоминающей €чейки дл€ «” с произвольной выборкой(ƒ«”ѕ¬). Ёто изобретение оказало сильное и длительное вли€ние на электронную промышленность текущего времени и отдаленного будущего. ≈го вли€ние по общему признанию сравнимо с изобретением самого транзистора. ¬ €чейке объединены один ключ на ћќѕѕ“ и один конденсатор. ћќѕѕ“ служит переключателем дл€ зар€да(записи) и разр€да(считывани€).   1988 г. выпуск таких €чеек зан€л первое место по количеству из всех искусственных объектов на нашей планете. —а прогнозировал на начало XXI века годовой выпуск этих €чеек 1020 шт.†



†Ќа –ис. 6.1 показано поперечное сечение €чейки одного из первых серийных ƒ«”ѕ¬(ƒинамическое «апоминающее ”стройство ѕроизвольной ¬ыборки) (емкость 256 кбит). Ќакопительный конденсатор имеет двухслойный диэлектрик из нитрида кремни€ на тонком слое термически выращенного оксида кремни€. ƒиэлектрическа€ посто€нна€ у нитрида ε = 7,5 больше, чем у оксида ε = 3,9 , что обеспечивает получение большей емкости на единицу площади. Ќакопление большего зар€да на меньшей площади и более высокую плотность информации. Ќа –ис. 6.1:

†††††††††††††††††††††††††††††††††† 1 Ц алюминиева€ разр€дна€ шина

†††††††††††††††††††††††††††††††††† 2 Ц словарные шины из силицида тугоплавкого металла

†††††††††††††††††††††††††††††††††† 3 Ц обкладка конденсатора из поликремни€

†††††††††††††††††††††††††††††††††† 4 Ц подзатворный диэлектрик из диоксида кремни€

«аписанна€ на эту €чейку информаци€ тер€етс€ при отключении источника питани€(энергозависима€ ѕ«”). ¬ 1971 году сотрудник фирмы Intel ‘роман-Ѕенчковски предложил и запустил в серийное производство энергонезависимое стираемое программируемое посто€нное запоминающее устройство. —н€тие зар€да на плавающих затворах этих ѕ«” производилось ультрафиолетовым светом. ѕозже инженеры фирмы Intel предложили быстродействующие электрические стираемые ѕ«”.

†ѕо€вление интегральных микросхем сыграла решающую роль в развитие электроники положив начало новому этапу микроэлектроники. ћикроэлектронику четвертого периода называют схематической, потому что в составе основных базовых элементов можно выделить элементы эквивалентные дискретным электро-радиоэлементам и каждой интегральной микросхеме соответствует определенна€ принципиальна€ электрическа€ схема, как и дл€ электронных узлов аппаратуры предыдущих поколений.

†6.2.4

†ќсобое значение дл€ массового производства микросхем представл€ет метод проектировани€ микросхем, разработанный ƒеннардом из фирмы IBM. ¬ 1973 г. ƒеннард и его коллеги показали, что размеры транзистора можно уменьшать без ухудшени€ его ¬ј’(вольт-амперных характеристик). Ётот метод проектировани€ получил название закон масштабировани€.

6.3 Ётапы развити€ микроэлектроники

†6.3.1

†»нтегральные микросхемы стали называтьс€ микроэлектронные устройства, рассматриваемые как единое изделие, имеющее высокую плотность расположени€ элементов эквивалентных элементам обычной схемы. ”сложнение, выполн€емых микросхемами функций, достигаетс€ повышением степени интеграции.

†6.3.2

†–азвитие серийного производства интегральных микросхем шло ступен€ми:

1)      1960 Ц 1969гг. Ц интегральные схемы малой степени интеграции, 102 транзисторов на кристалле размером 0,25 x 0,5 мм (ћ»—).

2)      1969 Ц 1975гг. Ц интегральные схемы средней степени интеграций, 103 транзисторов на кристалле (—»—).

3)      1975 Ц 1980гг. Ц интегральные схемы с большой степенью интеграции, 104 транзисторов на кристалле (Ѕ»—).

4)      1980 Ц 1985гг. Ц интегральные микросхемы со сверх большой степенью интеграции, 105 транзисторов на кристалле (—Ѕ»—).

5)      — 1985г. Ц интегральные микросхемы с ультрабольшой степенью интеграции, 107 и более транзисторов на кристалле (”Ѕ»—).

†6.3.3

†ѕереход от ћ»— до ”Ѕ»— происходил на прот€жении четверти века. ¬ качестве параметра количественно иллюстрирующего этот процесс используют ежегодное изменение числа элементов n размещаемых на одном кристалле, что соответствует степени интеграции. ѕо закону ћура число элементов на одной »— каждые три года возрастает в 4 раза. Ќаиболее попул€рны и прибыльны оказались логические кристаллы высокой плотности Ц микропроцессоры фирмы Intel и Motorolla.

†¬ 1981Ц 1982 годах прогресс интегральных микросхем —Ѕ»— стимулировалс€ наличием технологии литографии(электронно-лучева€, рентгеновска€ и на глубоком ультрафиолете от эксимерного лазера) и наличием производственного оборудовани€. ”же в 1983 г. как отметил ћур(на международной конференции) ввиду образовани€ излишних производственных мощностей, как в —Ўј так и в јзии, прогресс в развитии микроэлектроники стал определ€тьс€ только ситуацией на рынке. “ак уже в 1985 Ц 1987 годах 80% всех ƒ«”ѕ¬ в —Ўј поставл€ет уже япони€, так как им удалось усовершенствовать технологию и снизить цены.

†6.4 »стори€ создани€ микроэлектроники в ———– ("¬естник ƒальневосточного отделени€ –јЌ", 1993г., 1 номер)

†ѕо данным опубликованным в вестнике основателем микроэлектроники в ———– был —тарос ‘илипп √еоргиевич. ќн родилс€ в 1918 г. в пригорода Ќью-…орка, в семье выходца из √реции —аранта. «акончил в 1941 г. колледж, получил диплом инженера-электрика, работал в оборонных исследовательских центрах, а вечерами училс€, чтобы сдать экзамен на степень магистра технических наук. ¬ студенческие годы он участвовал в антифашистском движении, вступил в компартию —Ўј, был дружен с –озенбергами.  огда –озенбергов арестовали, ‘Ѕ– вызвал и —аранта. ѕосле первого же допроса в ‘Ѕ– —арант иммигрировал в ———– сменив им€ и фамилию. “ак у нас по€вилс€ специалист Ц —тарос ‘.√., которого коммандировали в „ехославакию главным конструктором военно-технического института.  огда в 1955 г. ’рущев вз€л курс на научно-техническую революцию, —тароса пригласили в ———– и предложили возглавить специальную лабораторию, созданную в Ћенинграде под эгидой комитета авиационной техники. ”же в 1958 году —тарос выступил на закрытом совещании ведущих работников электронной промышленности с докладом, содержавшим предложение по развитию новой элементной базы, а фактически с программой создани€ новой отрасли науки и техники Ц микроэлектроники. Ёти идеи нашли поддержку в верхних эшелонах власти, и уже в 1959 г. —тарос получил возможность создать свое конструкторско-технологическое бюро (ј “Ѕ). ¬ начале 60-х годов там, под руководством —тароса, была разработана цифрова€ управл€юща€ машина (”ћЦ1) с быстродействием 8 тыс. опер/сек. и продолжительностью безотказной работы 250 часов. ¬ ней еще не использовались микросхемы(т.к. их надежнось в то врем€ была очень низкой) и активными элементами служили германиевые транзисторы ѕ15. ќднако благодар€ страничному монтажу получилась компактна€ дешева€ машина. ¬ 1960 году за создание этой машины —тарос получил государственную премию. Ѕлижайший помощник —тароса Ц »осив ¬иниаминович Ѕерг(в прошлом ƒжоэль Ѕерр). Ѕерг после внезапной иммиграции —аранта поехал искать его в ≈вропу и нашел в ћоскве, когда тот готовилс€ к отъезду в ѕрагу. Ѕерр сделалс€ Ѕергом.

†¬ 1962 году ј “Ѕ посетил ’рущев. ≈му показали машины ”ћЦ1 и Ёлектроника-200. ѕозднее американские специалисты отмечали, что Ёлектроника-200 была первым компьютером советского производства, который можно считать хорошо разработанным и удивительно современным. Ёта машина, на первых советских интегральных схемах, была способна выполн€ть 40 тыс. операций в секунду. ’рущев осталс€ доволен.

†¬ это врем€ уже существовал госкомитет электронной промышленности работавший на оборону и возглавл€л его јлександр Ўокин Ц человек прогрессивных взгл€дов. ќн предложил —таросу создать научно-технический центр электронного профил€ в подмосковье (г. «еленоград). —тарос с жаром вз€лс€ за исполнение и в считанные недели подготовил детальный план организации комплекса из нескольких институтов и опытного завода. ѕлан получил одобрение в верхах и —тарос был назначен научным руководителем будущего центра.

»—“ќ–»я –ј«¬»“»я ЁЋ≈ “–ќЌ» » ††††††††††††††† јвтор: “ерлецка€ Ћ.». (јнгарское ќпытно  онструкторское Ѕюро јвтоматики) ††††††††††††††† –едакци€ текста: Ўереметьев ј.Ќ.(јнгарска€ √осударственна€ “ехнологическа€ јкадеми€) †††††† †††††††††††††††††††

 

 

 

¬нимание! ѕредставленна€ –абота находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалась, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальна€ –абота по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

Ёнергетический расчет спутниковой линии св€зи дл€ передачи телевизионных сигналов
ѕеречень электротехнических изделий и оборудовани€ (справочник)
»зучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах
ќсобенности и классификаци€ систем подвижной радиосв€зи (—ѕ–—)
Ёлектрорадиоматериалы. ћетодические указани€ к лабораторным работам
ѕроектирование защитного заземлени€ электроустановок
Ћекции по твердотельной электронике
‘оторезисторы
–азработка средств оценки эффективности алгоритмов поиска и обнаружени€ целей прицельных радиоэлектронных комплексов
–асчетные работы по электротехнике

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru