Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Electronics and Microelectronics
Интенсивные работы в электронике по увеличению надежности и производительности её продуктов при сокращении их размера и стоимости имеют результаты, которые едва ли кто-то смел бы предсказывать.
Развитие электронной технологии иногда называют революцией. Действительно, это революция: количественное изменение в технологии дало начало качественному изменению в способностях человека. Там появлялись меньшие и меньшие электронные компоненты, показывающие все более и более сложные электронные функции на самых высоких скоростях.
Все это началось с разработки транзистора.
До изобретения транзистора в 1947, его функции в электронной схеме могли быть выполнены только вакуумной лампой.
У первых транзисторов не было поразительного преимущества в размере по сравнению с маленькими трубками, и они были более дорогостоящими. Одно большое преимущество транзистор имел по лучшим вакуумным лампам, была чрезвычайно низкая потребляемая мощность. Кроме того они обещали большую надежность и более длинную жизнь. Однако, потребовались годы, чтобы продемонстрировать другие транзисторные преимущества.
С изобретением транзистора все существенные функции схемы могли быть выполнены в твердых телах. Цель создания электронных схем с полностью твердотельными компонентами была наконец реализована.
Однако, ранние транзисторы были фактически огромны в масштабе, связанном со скоростью электронных событий. Они могли ответить со скоростью несколько миллионов раз в секунду; это было достаточно быстро, чтобы служить в схемах с радио и слуховым аппаратом , но намного ниже скорости необходимой для высокоскоростных компьютеров или для микроволновой связи системы. Кроме того, ранние транзисторы были медленными.
Усилия состояли в том, чтобы уменьшить размер транзисторов так, чтобы они могли действовать на более высоких скоростях. Это давало начало целой технологии микроэлектроники.
Микроэлектронная технология уменьшила транзисторы и другие элементы схемы к размерностям почти невидимые невооруженным глазом.
Идея этой минимизации не сделать схемы маленькими по существу, а сделать схемы способными к выполнению электронных функций на чрезвычайно высоких скоростях. Известно, что скорость ответа зависит прежде всего от размера транзистор: чем меньше транзистор, тем быстрее это.
Выигрыш в производительности следует из основ микроэлектроники непосредственно от сокращения расстояний между элементами схемы. Если схема должна управлять несколькими миллиардами операций в секунду проводники сходятся, схема должна быть измерена в частях дюйма. Технология микроэлектроники делает сильную связь достижимой.
В течение прошлого десятилетия производительность электронных систем увеличила коллектор при помощи большего числа компонентов и они продолжают развиваться. Современные научные и деловые компьютеры, электронные системы коммутации содержат больше чем миллион компонентов.
Проблема обработки многих дискретных электронных устройств начала касаться ученых уже в 1950. Полная надежность электронной системы связана с числом отдельных компонентов.
Более серьезным недостатком было то, что это была одна универсальная практика, чтобы произвести каждый из компонентов отдельно и затем собрать полное устройство, соединяя компоненты проводом вместе с металлическими проводниками. Это было бесполезно – чем больше компонентов и взаимодействий, тем менее надежная система.
То, что в конечном счете предоставляло решение, было полупроводниковой интегральной схемой, понятие которой начало формироваться спустя несколько лет после изобретения транзистора. Примерно между 1960 и 1963, новая технология схемы стала действительность. Это была разработка микроэлектроники, которая решила проблему.
Появление микроэлектронных схем не имеет, по большей части, изменений природы основных функциональных блоков: микроэлектронные устройства были все еще составлены из транзисторов, резисторов, конденсаторов, и подобных компонентов. Существенное различие в том, что все эти элементы и их соединения теперь произведены в единственной подложке в одной серии операций.
Осознанию потенциала интегральных схем способствовали несколько ключевых моментов.
Развитие всей микроэлектроники зависело от нахождения способа производства различных функциональных устройств или от кристалла полупроводников. В частности, растущее число функций предоставило элементы схем, лучше всего справляющиеся со своими задачами – транзисторы. Было разработано несколько видов микроэлектронных транзисторов, и для каждого из них появились группы связанных элементов схем и шаблоны этих схем.
В 1948 году Джоном Бардином был изобретен биполярный транзистор. В таких транзисторах в работе участвуют носители заряда обеих полярностей. Они также известны как плоскостные транзисторы. N-и p-канальные транзисторы составляют целый класс устройств, носящий такое же имя.
Изобретение второго вида транзисторов рассматривалось еще за два года до появления биполярных, но они не поступали в производство вплоть до начала 60-х годов. Это так называемые полевые транзисторы. В микроэлектронике применяется металлоксидный полупроводниковый транзистор. Для его обозначения введена даже специальная аббревиатура: МОП.
Два основных типа транзисторов, биполярные и МОПы, делят микроэлектронные цепи на два больших семейства. На сегодняшний день новейшие МОП-технологии позволяют добиться наибольшей плотности расположения элементов схемы на чипе.
В наши дни отдельно взятая интегральная схема может включать больше электронных элементов на чипе, чем самое продвинутое электронное устройство в 1950 году.
В первые 15 лет после появления интегральных схем количество транзисторов, помещающихся на одном чипе, удваивалось каждый год. В 1980 году наибольшая возможная плотность составляла порядка 70К. Сегодня же на чипе помещается несколько миллионов транзисторов.
Малые интегральные схемы можно отнести к первому поколению серийно выпускаемой электроники. Они включали несколько логических элементов. Схема, определяющая логический массив, должна была снабжаться внешними проводниками.
Устройства с количеством логических элементов на чипе от 10 до 200 носят название средних интегральных схем. Верхнюю границу подобных устройств составляют чипы, содержащие полный арифметический и логический элемент. Данный элемент вводит два объекта и может выполнить с ними любую из двенадцати операций, таких как сложение, вычитание, сравнение, логические «и» и «или» и перемещение бита влево или вправо.
Большие интегральные схемы содержат десятки тысяч элементов, настолько маленьких, что вся схема в длину меньше четверти дюйма.
Интегральные схемы эволюционируют от больших до очень больших и вафелек =).
Размер схемы определяется количеством транзисторов на чипе.
Дальнейшее развитие микрокомпьютеров потребует увеличение плотности расположения транзисторов.
Существует еще один вид интегральных схем: микроволновые интегральные схемы. В широком понимании микроволновая интегральная схема – это любая комбинация схем функций, которые расположены вместе без доступного пользовательского интерфейса.
Эволюция микроволновых интегральных схем, прежде всего, начинается с развития плоских каналов передачи.
Если вернуться в 1970-е, сборка таких каналов стала обычным делом и явилась стандартным методом производства микроволновых интегральных схем. Однако, на горизонте начали появляться новые формы передачи по каналам. В 1974 году появились новые компоненты интегральных схем в каналах передачи. Также существуют новые, более нестандартные технологии, например, диэлектрический волновод. В настоящее время основные усилия направлены на такие области, как управления образами, плоский волновод, диэлектрический волновод, и особое внимание уделяется технологиям, применимым к монолитным интегральным схемам. Эти монолитные схемы охватывают все стандартные микроволновые функции аналоговых схем и новые цифровые приложения.
Микроэлектронные технологии продолжат вытеснять старые разработки. Как в случае с достижением предела оптического разрешения, потребуются новые методы литографии и производства. Шаблоны схем должны быть сформированы с радиацией, имеющей длину волны короче, чем у света. Также потребуются методы производства, способные на большую четкость.
Электроника расширила возможности человеческого интеллекта. Микроэлектроника расширяет их еще больше.