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
Функциональная микроэлектроника,красткая характеристика и области применения на её базе.
Функциона́льная (микро)электро́ника — одно из современных направлений микроэлектроники, основанное на использовании физических принципов интеграции и динамических неоднородностей, обеспечивающих несхемотехнические принципы работы устройств. Функциональная интеграция обеспечивает работу прибора, как единого целого. Разделение его на элементы приводит к нарушению функционирования[1].
В функциональной микроэлектронике используется взаимодействие потоков электронов со звуковыми волнами в твёрдом теле, оптические явления в твёрдом теле, свойства полупроводников, магнетиков и сверхпроводников в магнитных полях и др.
1. Классификация направлений функциональной микроэлектроники
Современная микроэлектроника базируется на интеграции дискретных элементов электронной техники, при которой каждый элемент схемы формируется отдельно в полупроводниковом кристалле. При этом в основе создания ИМС лежит принцип элементной (технологической) интеграции, сопровождающейся микроминиатюризацией элементов (активных и пассивных) микросхемы. В интегральной микроэлектронике сохраняется главный принцип дискретной электроники, основанной на разработке электрической схемы по законам теории цепей. Этот принцип неизбежно связан с ростом числа элементов микросхемы и межэлементных соединений по мере усложнения выполняемых ею функций.
Сложными становятся проблемы топологии и теплоотвода. Поэтому в отдаленной перспективе интегральная микроэлектроника уже не будет полностью удовлетворять разработчиков сложной радиоэлектронной аппаратуры.
Функциональная микроэлектроника предполагает принципиально иной подход, позволяющий реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твердом теле. В этом случае локальному объему твердого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, и промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной электрической схемы не требуется. Функциональные микросхемы могут выполняться не только на основе полупроводников, но и на основе таких материалов, как сверхпроводники, сегнетоэлектрики, материалы с фотопроводящими свойствами и др. Для переработки информации можно использовать явления, не связанные с электропроводностью (например, оптические и магнитные явления в диэлектриках, закономерности распространения ультразвука и т.д.).
Таким образом, функциональная микроэлектроника охватывает вопросы получения специальных сред с наперед заданными свойствами и создания различных электронных устройств методом физической интеграции, т. е. использования таких физических принципов и явлений, реализация которых позволяет получить приборы со сложным схемотехническим или системотехническим функциональным назначением.
В функциональной микроэлектронике начинают использовать:
Оптические явления (когерентная и некогерентная оптика, нелинейная оптика, электрооптика, магнетооптика) — на их основе зародилась оптоэлектроника
Физические явления, связанные с взаимодействием потока электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника).
Новые магнитные материалы (слабые ферромагнетики и магнитные полупроводники), в которых используются электромагнитные процессы на доменном уровне.
Покоящиеся и движущиеся электрические неоднородности (домены и шнуры) в однородных полупроводниках.
Явления, связанные с изменением структуры конденсированных тел на молекулярном уровне (квантовая и молекулярная микроэлектроника).
Элементы на основе эффекта Ганна.
Явления холодной эмиссии, которые позволили создать электровакуумные приборы в микроэлектронном исполнении с применением пленок.
Аморфные материалы (не имеющие кристаллического строения), обладающие симметричной S-образной вольт-амперной характеристикой. Время переключения прибора составляет 1,5×10-10 с. Наиболее перспективными из аморфных полупроводников (пленки толщиной не более 1 мкм) являются Si, Ge, As, Te, In, Se или их сплавы, а также диэлектрики на основе окислов этих полупроводников или окислов тугоплавких металлов переходной группы, например, Ti, Ta, Mo, Nb.
Приборы на эффекте Джозефсона, суть которого состоит в том, что через достаточно тонкую (порядка 2 нм) диэлектрическую прослойку между сверхпроводящими слоями при низких температурах даже в отсутствие разности потенциалов может протекать своеобразный туннельный ток, легко управляемый сравнительно слабыми внешними сигналами.
Приборы на основе накопления и переноса зарядов.
Применение микроэлектроники позволило создать устройство, позволяющее с высокой точностью ( 0 1 м) определять глубину залегания трубопроводов. [1]
Большое внимание было уделено вопросам создания и развития качественного производства комплектующих узлов и деталей, при этом учитывалась возможность-будущего применения микроэлектроники. [2]
Одним из основных направлений развития ГСП п создания новых технических средств в девятой нятилетке является переход к иовым принципам построения электронных схем, основанных на применении микроэлектроники. Внедрение микроэлектроники в область средств промышленной автоматики позволяет обеспечить существенные качественные изменения в этой области: значительно повышается надежность устройств автоматики, расширяются их функциональные возможности, обеспечивается уменьшение габаритов и снижение стоимости этих устройств, появляется возможность использования избыточной информации для повышения точности, широкого применения резервирования. [3]
Но автоматизация рабочих операций с помощью обработки информации на базе микроэлектронной техники не ограничивается только сферами материального производства и управления. Применение микроэлектроники в домашнем хозяйстве дает возможность создать автоматы или полуавтоматы для стирки, приготовления пищи или мытья посуды. В науке и технике существует масса измерительных операций, автоматизировать которые позволяет микроэлектроника. [4]
Широкое развитие микроэлектроники и интегральных схем приводит к созданию наиболее прогрессивной элементной базы в автоматических измерительных, регистрирующих и регулирующих приборах. В настоящее время применение микроэлектроники во многих автоматических приборах обеспечивает большие возможности упрощения конструкций; улучшения технических и метрологических характеристик - точности, стабильности, быстродействия, вибро - и ударопрочное; повышения надежности и долговечности; уменьшения массы и габаритных размеров. [5]
Сегодня микроэлектроника играет решающую роль в военной технике. По оценкам специалистов, на применение микроэлектроники в военных целях сейчас расходуется около 20 % средств, выделяемых во всем мире на научные исследования. [6]
Как все это конкретно сказывается на практике, мы еще обсудим. Однако в любом случае нельзя забывать, что микроэлектронике только-только перевалило за 20 лет, а микропроцессор, появление которого, собственно говоря, и привело к резкому расширению области применения микроэлектроники, был создан чуть больше 15 лет назад. Нельзя забывать и о том, что микроэлектроника продолжает бурно развиваться. Поэтому нет никаких оснований считать, что развитие микроэлектроники завершается выходом на сегодняшний уровень ее использования для обработки информации. Этот уровень является лишь промежуточным этапом, пусть и важным, на пути к дальнейшим высотам прогресса. Поэтому наряду с достигнутыми результатами мы хотим рассмотреть также основные направления развития микроэлектронной технологии, четыре из которых нам представляются наиболее важными. [7]
Это полный комплекс автоматики управления и защиты, выполненный на электронных элементах. На Приднепровской дороге готовится к пуску новая система Лисна, в которой использованы вместо кремниевых электронных элементов - германиевые. Чтобы сделать дальнейший шаг вперед, надо освоить применение микроэлектроники и так называемых интегральных схем, что позволит значительно уменьшить габариты аппаратуры автоматики и телеуправления. [8]