Микро және наноэлектроника.
Кіріспе
Электроника және сенсорлар.
Техастықтар сиыр, шляпа немесе жеке автомабиль үлкен болған сайын жақсы деп ойлайды. Алайда электроникаға келгенде бәрі керісінше: олар барлық кішкене, жылдам және арзан заттарды жақсы көреді. Электрониканың барлық жаңа құрылғылары әрқашан тұтынушы талапарына сай болуы үшін технологиялар барлық шешімдердің инновациялық потенциалдарын қарастыру керек.
Наноэлектроника
Наноэлетроника – микроэлектрониканың логикалық дамуы. Қатты ақпараттық құралдар микордан нанометрлік мөлшерге дейін кемиді. Наноэлектроника электромагнитті өріспен электрондардың әрекеттсу процессі мен физикалық көріністері зерттелетін электрониканың бір бағыты. Кваннты наноэлектроника құралдарында ақпарат тасушылар рөлін электронның толқындық функциясы ойнайды.
Электрониканың дамуында бес кезең бар:
Бесінші – интегралды микросұлбалардың пайда болуы және микорэлектроникаға ауысуы.
Жартылай өткізгіш диод түрлері өте көп. Олар класс бойынша, қасиеттерібойынша, қолдану мақсаты және т.б. бойынша бөлінеді. Әр түрлі функцияларды орыедауға арналған, бір бірінен құрамы бойынша ажыратылатын және төменгі немесе жоғарғы жиілікте жұмыс жасайтын түрлі жартылай өткізгіш материалдарынан жасалған диодтар болады. Құрылымына байланысты нүктелік және жазықтық диодтар болады. Нүктелік диодтардың p-n өткелінің ауданын анықтайтын сызықтық өлшемдері өткелдің қалыңдығына тең немесе одан да аз. Жазықтық диодтарында бұл өлшемдер өткел қалыңдығынан анағұрлым үлкен.
|
|
|
Нүктелік диодтар өткелің аз көлеміне ие және сондықтан кез келген жиілікте қолданыла береді. Бірақ олар бір немесе ондаған милиампер токтарды өткізе алады. Жазықтық диодтар көлемі өткел ауданына байланысты ондаған пикофарадқа ие бола алады. Сондықтан оларды ондаған килогерцтен артық емес жиілікте пайдаланады, ал рұқсат етілген ток жүздеген амперға тең болады. Суретте нүктелік және жазықтық диодтар құрылымы көрсетілген. Түзеткіш диодтар. Атауынан көрініп тұрғандай олардың негізгі міндеті – ауыспал токты түзету. Бұд процесс радиоэлектроникада аса маңызды, себебі барлық дерлік құрылғылар тұрақты токпен қоректенеді, ал қысқаша айтқанда, розеткада ауыспалы кернеу болады. Тұрақты кернеу(тұрақты ток) – бұл уақыт бойынша полярлығы өзгенмейтін кернеу(ток). Ауыспалы кернеу үшін оның полярлығы анықталған заң бойынша уақыт интервалында минустан плюсқа өзгеріп отырады. Анықталған заң бұл синус немесе косинус заңы, яғни уақыттың бір мезеттерінде кернеу полярлығы, мысалы, оң, ал келесі мезгілде теріс. Осылайша шексіздікке дейін. Негізі электроникада синус заңы бойынша өзгеру мынадай түрге ұқсас болады: u=Umsinωt+φ.
|
|
|
Розеткадағы кернеу синусоида заңы бойынша өзгереді, яғни ол ауыспалы. Бұл суретте көрсетілген. Бұны осциллограф экранынан бақылауға болады. Түзеткіш нүктелік диодтар жоғары жиілікте жұмыс істейді, бірақ төмен жиіліктеде жұмыс істей алады. Бұл диодтар көптеген құралдарды жұмыс істейді, сондықтан оларды әмбебап деп те атайды. Мұндай диодтар үшін жазықтық диодтарымен салыстырғанда үлкен емес тура ток тән болады.
Наноэлектроника және есептеу техникасы. Нанотехнологияны электроника мен компьютерлік техникада кеңінен пайдалану мынадай маңызды ілгерілеулерге алып келетін болады: жоғарғы өнімді әрі энергия үнемдегіш наноқұрылымды микропроцессорлар өндірісіне; тасымалдаудың аса жоғары жиілігін игеру және оптикалық аймақтың жиілігін тиімді пайдалану арқылы қорғаныс жүйесіндегі, білім берудегі, бизнестегі үлкен жетістіктерге; жадының көлемі мультитерабит болатын аса кішкене өлшемді есте сақтау құралдарын жасау арқылы компьютерлердің тиімділігін мыңдаған есе арттыруға; датчиктері наноқұрылымға негізделген интегралдық жүйелерді жасау арқылы көлемі аса үлкен мәліметтерді өңдеуге; нанотехнологияға негізделген есептеу техникасын жетілдіру арқылы ұшқышсыз самғайтын әскери және азаматтық авиацияны дамытуға т.с.с.
|
|
|
Микро және наноэлектроника.
Өткен ғасырда электрониканың жетістіктері арқылы ғылым және техниканың барлық салалары қарқынды дамыды. Сондықтан, ХХ ғасыр электроника ғасыры деп аталады.
Микроэлектроника, наноэлектроника технологияларының мәнісін түсіндіру үшін, электрон техникасының даму тарихына қысқаша тоқталуға тура келеді.
|
|
|
Адамзат қоғамы өзінің даму кезеңінде материалдық жағдай арқылы тұрмыс дәрежесін дамыту үшін табиғат құбылыстарын зерттеп, еңбек құралдарын жасап шығарды. Зерттелу нәтижелерінен күрделі құралдар жасалынып, техникалар пайда болды. Техникалық құралдардан пайдаланып, табиғаттың түрлі сырлары және заңдылықтары зерттелді. Ғылымның дамуы арқасында техника дамыды да өз кезегінде техниканың дамуы ғылымның өркендеуіне алып келді.
Қазіргі уақытта ғылым техникасыз, техника ғылымсыз дамуы мүмкін емес. Техниканың даму деңгейі жаратылыстану ғылымдарының әсіресе, физика ғылымының жетістіктеріне байланысты болады. Бүгінгі физика жетістіктері ертеңгі техника дамуының негізі ХІХ ғасыр аяғы мен өткен ғасырдың бастапқы жылдарында термоэлектрондық эмиссия, фотоэлектрлік эффект құбылыстары атомның құрылысы, оның сәулеленуі бойынша физик ғалымдардың теориялық, эксперименттік жұмыстарының нәтижелері негізінде 1905 жылы электр тербелістерінің детекторы, бірінші электрон аспап болған электрон лампа- диодтың конструкциясы және фотоэлемент жаратылды. 1907-1908 жылдары әлсіз электр тербелістерін күшейтуші электрон лампа-триод жаратылды. Сонымен электрон техникасының негізі салынды.
Электрон техникасының пайда болып қалыптасуы және даму тарихы бойынша өткен ғасырды екі кезеңге бөлуге болады.
Радиотехника, байланыс техникасы, электрон техникасы өзара бір-бірін толықтырып радиоэлектроника ғылымын жарыққа шығарды. 1931 жылы оптикалық кескіндемені электр сигналдарына түрлендіріп беруші прибор- иконоскоп жасалынды. 1945 жылы телевидение пайда болды.
Екінші Дүние жүзілік соғыс кезінде радиолокация және авиация үшін вакуумдық электрон лампалар орнына электромагнит толқын ұзындыққтың сантиметрлік диапазонына (бірінші болып) алғаш рет кристалдық детекторлар жаратылды.
1947-48 жылдары электр сигналдарын күшейтіруші жартылай өткізгішті материал германий пластинкасы негізінде электрон лампа -триод орнына транзистор істеп шығарылды. Кейіннен бұл жұмысқа Нобель сыйлығы берілді. Кристал негізіндегі диод және транзисторлардың өлшемдері, массалары вакуумды электрон аспаптардан әлдеқайда кіші, сонымен қатар шыдамдылығы өте жоғары болған. Нәтижеде микроэлектроника ғылымы пайда болды. (“микро”- СИ жүйесіндегі ұзындық өлшем бірлігі бір метрден миллион есе кіші болған өлшем). Микроэлектроника ғылымының міндеті өлшемдері, массалары өте кіші, шыдамдылығы жоғары болған, кіші электр тогында істей алатын дискрет приборлар менен электрон құрылғыларды жарату. Өткен ғасырдың екінші жартысында микроэлектрониканың пайда болып, қалыптасуы, ғылым, техника, өнеркәсіп және өндірістің барлық салаларының дамуына, жаңа инфармациондық технология, кибернетика пәндерінің туылуына, ғарыштың игерілуіне себепші болды. Ғарыш кемесінің жерден көтерілу кезінде оның бортындағы 1 кг жүктің салмағы бірнеше жүз есе артып кетеді. Кеме бортындағы радиоэлектрон аппаратының талапқа сай жұмыс орындауы үшін бірнеше миллион электрон элементтері керек болады. Ғарыш кемесінің жердің тарту күшін жеңіп, бірінші ғарыштық жылдамдықпен көтерілуі үшін, олардың бортындағы радиоэлектрондық аппараттардың массасын азайтып, өлшемдерін кішірейту керек болады. Мысалы, бір электрон есептеу машинасына 108 сандағы дискрет элементтердің керектігін ескерсек, компьютерде қолданылатын әрбір электрон элементтің массасы 1г, көлемі 1 см3, бағасы 2 теңге екендігін есепке алып бағаласақ, компьютердің массасы 100 т, көлемі 100 м3, бағасы 200 млн. теңге болатыны анықталады.
МУР ЗАҢЫ
Гордон Мур (Gordon Moore) Intel компаниясын құрардан 3 жыл бұрын электронды сызбалардың компаненттерінің тығыздығы әр 18 ай сайын екі еселеніп отыратынын байқаған. Егер осындай тенденция жалғасатын болса, онда олардың тығыздығы бір сызбада 50 компаненттен 65 мыңға дейін артатынын 1975 ж. Айтқан болатын. Бұл тенденция сақталды және Мур заңы деп аталынатын болды.
Техникалық өрлеумен қатар экономикалық дамудың да Мур заңына сәйкес тенденциясы байқалады. Себебі, күрделі электрондық сызбаларды өндіру құны жыл сайын екі еселенеді. 2005 ж. Күрделі электронды сызбаның әдеттегі компаненті микропроцессордың мөлшері 130 нм болған. Intel компаниясы компаненттерінің шамасы шамамен 65 нм болатын, яғни оны 300 атом тізбегінен тұратын микропроцессорлар шығаратын зауыт салуды жоспарлап отыр.
Компаненттердің кішіреюі баяуламайды, алайда, мысалы, компанент мөлшері атом мөлшеріне тең болған кезде шекті мәннің өт жақын уақытта алынатыны анық болып отыр. Егер осы шекті мәнге қол жеткізілсе, онда адамзат баласы кванттық есептеулер жасап үйренеді. Бұл жетістікке мамандар бұған 2010 жылы-ақ қол жеткізіледі десе, басқалары – 2020-2030 жж. Бұрын емес деп жорамалдап отыр. Болашақта компьютерлердің ұсақ компаненттері субатомдық бөлшектерден жасалуы мүмкін.
Қалай болғанда да, жетістіктерге қол жеткізу үшін инженерлер наноқұрылымдарды, мысалы, нанотүтікшелерді сымдар ретінде қолданып үйрену керек.
Бағдарламалық қамтамасыз ету жеке бір сұрақ болып отыр. Оның қандай болатыны және аса жылдам компьютерлерге қалай жүктелетіні де белгісіз.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 1; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!