Реферат перспективы развития электроники

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Институт государственного и муниципального управления

Реферат по курсу

”Концепция современного естествознания”

Выполнил: слушатель группы З-21 Копылов О.В.

Проверил: к.х.н., доцент

Будний Игорь Владимирович

Перспективы развития компьютерной техники

Компьютеры на основе ДНК

Проблема — не в новых идеях, а в том,

чтобы избавиться от старых,

которые врастают в тех, кого воспитывали,

как воспитывали большинство из нас,

в каждый уголок наших умов.

В свое время люди верили, что самолет никогда не сможет преодолеть звуковой барьер, так как это должно его разрушить. Но октябрьским утром 1947 г. мир впервые услышал столь привычный сейчас любому летчику хлопок — Чак Инджер на экспериментальном истребителе сумел обогнать звук. Скромного калужского учителя физики Циолковского, разработавшего в начале века проект полета в космос с помощью реактивного двигателя, все считали в лучшем случае наивным мечтателем (а чаще просто сумасшедшим). Но прошло всего полвека, и первые ракеты взмыли в небо, доказав, что скепсис в отношении творческих возможностей человечества совершенно неуместен.

В этом реферате мне хотелось бы описать те перспективы, которые открывает перед нами дальнейшее развитие технологии на имеющейся теоретической базе. Из множества футуристических направлений я опишу всего несколько, но наиболее многообещающих и интересных. Мы увидим, каким ярким и необычным может оказаться наше будущее даже с учетом все тех же объективных пределов. И не стоит это воспринимать просто как занимательную сказку: сравните наши достижения в начале XIX и XX вв. — вы поймете, что самые смелые прогнозы (если они не противоречат фундаментальным законам природы) рано или поздно становятся реальностью.

Однако выход из тупика имеется, причем обеспеченный именно тем, из-за чего мы в нем оказались, — квантовой природой вещества. Исторический призыв Ричарда Фейнмана ответить на вопрос, какие преимущества могут дать вычислительные системы на квантовых элементах, привлек в эту область множество талантливых ученых, что обеспечило ее быстрый прогресс. На сегодняшний день для построения квантового компьютера сделано так много, что можно смело прогнозировать начало его промышленного выпуска уже в первой четверти наступившего века.

Вопреки досужему мнению, при решении большинства задач квантовый компьютер не будет работать быстрее традиционного. Более того, на выполнение одного рабочего хода (понятие тактовой частоты к нему неприменимо) ему понадобится существенно больше времени. Однако для квантового бита (кубита) характерно понятие суперпозиции: кубит в одну единицу времени равен и 0, и 1, а классический бит — либо 0, либо 1. Подобное свойство квантовых частиц одновременно находиться в нескольких состояниях обеспечивает параллелизм квантовых вычислений, что делает их в ряде задач эффективнее используемых сейчас технологий. Например, если квантовая память состоит из двух кубитов, то мы потенциально можем одновременно (!) работать со всеми ее состояниями: 00, 01, 10, 11. Таким образом, если в полупроводниковом процессоре одна операция может изменить до L переменных, то в квантовом регистре преобразуется до 2-1 переменных. А из этого следует, что в случае задачи, идеально использующей его специфику, квантовый компьютер будет в 2 LL /L раз быстрее, чем классический.

На данном этапе известно всего несколько задач, решение которых облегчится с появлением квантового компьютера. Но так как они исключительно важны, их стоит упомянуть.

Исторически первым квантовым алгоритмом стал разработанный в 1995 г. американским математиком Питером Шором из Bell Labs (из ее стен вышло 12 нобелевских лауреатов по физике) алгоритм быстрой факторизации больших чисел. Его появление немало напугало банкиров и генералов от спецслужб, и вот почему. Все современные криптографические системы строятся исходя из предположения, что разложить на простые множители достаточно длинное число невозможно. Для того чтобы решить подобную задачу для N-битового двоичного числа, современным компьютерам требуется 2 N единиц времени. А квантовый компьютер, использующий алгоритм Шора, справится с ней за время N 3 . Так, на поиск ключа к шифру на основе разбиения на простые множители 300-разрядного числа мощнейшая из существующих ЭВМ затратила бы около миллиона лет, а на подобную работу для 1000-разрядного числа ей понадобится 10 25 лет (это время в миллиарды раз превосходит возраст нашей Вселенной). Квантовому же компьютеру на то, чтобы просчитать эту задачу, достаточно всего нескольких часов.

Значительный эффект от параллелизма вычислений квантового компьютера возможен и в такой важной задаче, как организация поиска в несортированной базе данных. Созданный Ловом Гровером, коллегой Шора из Bell Labs, алгоритм в наихудшем случае для нахождения нужного объекта потребует N 1/2 запросов, где N — число записей в базе. То есть если классическому компьютеру для анализа 1000 записей понадобится 1000 же логических шагов, то квантовому вычислительному устройству хватит и 30. Таким образом, количество запросов окажется значительно меньше, чем будет проанализировано переменных. Фантастично, не правда ли?

Р. Фейнман указал на возможность использования квантового компьютера для расчета параметров квантовых систем. Квантовая система — это некоторый объект, свойства и особенности которого описываются квантовыми закономерностями. Типичная задача из этой области — расчет распределения электронной плотности в молекуле. Решить ее при помощи обычного компьютера невозможно из-за экспоненциального возрастания числа состояний системы с увеличением количества частиц. Квантовые же вычислительные устройства, используя возможность одновременной обработки большого числа переменных, будут справляться с ней с легкостью. А это позволит нам, например, моделировать молекулы лекарств, что поможет победить неизлечимые сейчас заболевания.

Вот, в общем-то, и все. Как видите, квантовому компьютеру пока уготована исключительно узкая специализация. Однако вытеснить своего полупроводникового собрата у него все-таки есть шанс. Мы можем рассчитывать на широкое применение квантовых компьютеров в связи с тем, что математики умеют весьма ловко сводить алгоритмы одних типов к другим, равносложным. Так что решение проблемы искусственного интеллекта, новый уровень работы с графикой и видео, прорыв в математическом моделировании — все это может быть обеспечено появлением квантовых вычислительных систем.

Первый практический успех по построению квантового компьютера был достигнут в 1998 г. компанией IBM, сотрудники которой сумели создать двухкубитовую машину из молекулы хлороформа. Продолженные исследования позволили им объявить в 2001 г. о серьезной вехе на пути развития информационных технологий: созданный ими семикубитовый квантовый компьютер решил задачу о факторизации числа 15 при помощи алгоритма Шора, разложив его на 3 и 5.

На сегодняшний день в десятках научно-исследовательских центров по всему миру ведутся работы по реализации квантового компьютера на базе органических молекул и сверхпроводящих колец, на атомах фосфора, встроенных в кремниевую пластину, и квантовом эффекте Холла, джозефсоновском контакте и мессбауэровских ядрах. И хотя пока успехи впечатляют лишь специалистов, вера людей в победу и их целеустремленность заставляют надеяться — будущее будет выиграно нами!

Нанотехнологии и молетроника

Любой из известных нам предметов — всего лишь скопление атомов в пространстве. И будет ли это алмаз или горстка пепла, булыжник или чип компьютера, труха или спелый плод, определяется только способом их упорядочивания. Расположение атомов друг относительно друга порождает такие понятия, как дешевое и драгоценное, обычное и уникальное, здоровое и больное. Наше умение упорядочивать атомы лежит в основе любой технологии. В процессе развития цивилизации люди учились управлять все меньшими и меньшими группами атомов. Мы прошли долгий путь от каменных наконечников для стрел до процессоров, умещающихся в игольном ушке. Но наши технологии все еще грубы, и пока мы вынуждены оперировать большими, плохо управляемыми группами атомов. По этой причине наши компьютеры глупы, машины непрерывно ломаются, молекулы в наших клетках неизбежно приходят в беспорядок, уносящий сначала здоровье, а затем и жизнь. Настоящий же прорыв в эволюции науки произойдет только тогда, когда мы научимся управлять отдельными атомами.

Когда говорят о нанотехнологиях, подразумевается несколько достаточно разрозненных по целям и планируемому времени реализации научных направлений. Одно из них, работающее над качественным переходом традиционной полупроводниковой электроники с микро- на наноуровень, хорошо освещено в периодической литературе. Успехи этих работ значительны уже сегодня, но, ввиду неразрешимости ряда проблем, связанных с размерными эффектами, неизбежно возникающими при достижении транзисторами величины 30—40 нм, очевидна необходимость поиска альтернативной технологии. Одним из вариантов является молекулярная электроника, или молетроника.

Компьютеры на основе ДНК.

Основная идея, которая используется при создании ДНК-компьютеров, следующая: для каждой из переменных (определяющих, например, путь) синтезируется уникальная последовательность оснований; затем, будучи смешаны в достаточном количестве (триллионы молекул), эти переменные соединяются в варианты. Исходя из правила больших чисел, всех вариантов будет приблизительно поровну. Остается только определить, в каком из них переменные не повторяются. Это самая сложная проблема, решаемая при помощи многоступенчатой экстракции, хроматографии и других химических методов.

Преимущество у ДНК-компьютера такое же, как и у квантового: параллелизм вычислений. То есть многие из не решаемых современными вычислительными устройствами проблем (по причине экспоненциальной сложности) будут для него полиномиально сложными, а значит, вполне доступными. В будущем проектировать и создавать ДНК-компьютеры начнут непосредственно в живых клетках, что позволит выполнять в них цифровые программы, взаимодействующие с естественными биохимическими процессами.

Хотя все сказанное похоже на отрывок из фантастического романа, многое из этого уже почти реальность. Первые молекулярные схемы уже существуют, и в текущем десятилетии должно начаться их серийное производство. Первый же полноценный молекулярный компьютер появится, по прогнозам экспертов, в 2015—2020 гг.

В далеких 40-х Джон фон Нейман 4 , создатель концепции современного компьютера, был абсолютно уверен, что повышение тактовой частоты до мегагерц позволит машинам мыслить не хуже человека. Однако шли годы, мощности ЭВМ все возрастали, над проблемой искусственного интеллекта билось все больше народу, создавались специальные языки (Lisp и Prolog) и машинные архитектуры, соответствующие специальности появились во всех университетах, — но научить компьютеры думать так и не удалось.

Правда ИИ нашел свои области применения, став важным повседневным инструментом для решения некоторых типов задач. Что же нужно, чтобы научить компьютер думать?

ГОСТ

Основная проблема развития электроники и пути ее решения

Электроника – это наука, занимающаяся изучением взаимодействия между заряженными частицами и электромагнитными полями, а также способов создания электронных приборов, в которых данное взаимодействие применяется для преобразования электромагнитной энергии, главным образом для передачи, хранения и обработки информации.

Одна из основных проблем развития электроники связана с требованием увеличения объема обрабатываемой информации управляющими и вычислительными системами с одновременным уменьшением их габаритов. В настоящее время решить эту проблему пытаются посредством:

Разработки приборов сверхвысоких частот и лазеров с высоким коэффициентом полезного действия, использующиеся для энергетического воздействия на вещество, а также направленной передачи энергии.
Создания электронных приборов, которые функционируют в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн, для широкополосных систем передачи информации и линий оптической связи.
Разработки средств и принципов стереоскопического телевидения, обладающие большей информативностью по сравнению с обычным.
Перехода от планарной технологии интегральных схем к объемной и использовании сочетания разнообразных свойств твердого тела в одном приборе.
Расширения функций интегральных схем, например, переход от микропроцессора к мини электронно-вычислительной машине на одном кристалле.
Использования электронно-лучевой и лазерной коммутации.
Разработки запоминающих устройств, емкость которых достигает нескольких гигабайт на одном кристалле.
Использования сверхпроводников, устройств оптической связи, оптоэлектронных преобразователей в интегральных схемах.
Увеличения интеграции на одном кристалле нескольких миллионов транзисторов, размер которых менее 1 мкм на основе использования достижений наноэлектроники и молекулярной электроники.
Создания полупроводниковых интегральных схем, которые обеспечивают минимальное время подключения.

Направления, факторы и тенденции развития электроники

В настоящее время развитие электроники происходит по двум основным направлениям:

Решение проблем с получением и использованием энергии.
Решение проблем информационно-вычислительного обеспечения.

Тенденция развития современных электронных устройств и приборов для создания электронно-вычислительных средств характеризуется уменьшением размеров составляющих, увеличение быстродействия, увеличение степени надежности и качества, снижение объемов потребляемой энергии, рост массового промышленного выпуска, снижение стоимости процессов переработки информации. Наиболее успешно данные вопросы решаются в рамках микроэлектроники.

Энергетическое развитие электроники связано почти со всеми видам электронных устройств. Самым перспективным решением энергетических проблем являются вакуумные приборы сверхвысоких частот и приборы квантовой электроники. Согласно прогнозам ожидается бурное развитие сверхмощной электроники сверхвысоких частот, которая основана на релятивистских эффектах с уровнем мощности, достаточного для осуществления термоядерного управляемого синтеза.

Готовые работы на аналогичную тему

К важным направлениям развития электроники также относится оптоэлектроника, открывающая перспективы создания объемных микросхем, обладающих быстродействием, а также приборов отображения для стереоскопического телевидения. Ожидается совершенствование твердотельных электронных устройств и приборов с кристаллической структурой, концентрация легирующих примесей в которой периодически изменяется. Такие приборы обладают уникальными оптическими и электрическими свойствами (эффективное усиление и генерирование колебаний, умножение частоты в оптических и сверхвысокочастотном диапазона).

Оптоэлектроника – это область электроники, посвященная практике и теории разработки устройств и приборов, работа которых основана на преобразовании электрических сигналов в оптические.

Также предполагается активное развитие акустической электроники на объемных и поверхностных акустических волнах и твердотельной электроники. Их совместное развитие должно привести к появлению новых видов многофункциональных схем. Определенные надежды возлагаются на функциональную электронику, которая связана с изучением динамических неоднородностей. Использование в электронных устройствах и приборах структур с динамическими неоднородностями (солитонами, доменами и вихрями магнитного потока в сверхпроводниках) частично снимает ограничения, связанные с быстродействием и миниатюризацией, например, за счет увеличения эффективности связи или уменьшения выделения тепла.

Требования к эксплуатационным параметрам и технологиям производства микроэлектронных компонентов – структурных единиц конечных устройств. Увеличение массовости производства при снижении издержек. Потребительские свойства органической электроники.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	12.06.2018
Размер файла	364,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Перспективы развития органической и печатной электроники

Непрерывное развитие рынка электронных устройств выдвигает все более жесткие требования к эксплуатационным параметрам и технологиям производства микроэлектронных компонентов - структурных единиц конечных устройств. Один из основных трендов - это увеличение массовости производства при снижении издержек, а также усложнение конечного продукта. Поиск решений традиционно делится на работу в области традиционной, кремниевой электроники и в новых технологических областях. Одним из наиболее перспективных направлений является органическая электроника, а также тесно связанная с ней печатная электроника.

Органическая электроника

Органическая электроника - электроника на основе синтетических органических материалов (полимерах, низкомолекулярных соединениях). В мире она позиционируется как замена обычной кремниевой технологии в тех областях, где важна массовость производства. Органические материалы относительно дешевы в производстве, существует огромное количество вариантов синтеза материалов с заранее заданными свойствами. Кроме того, органические соединения можно наносить так называемыми "аддитивными" методами, при которых материал применяется только в том месте, в котором он должен функционировать, без необходимости использования масок и процессов удаления материала. В первую очередь к таким методам относится "струйная печать". органический электроника потребительский

Органическая электроника приносит новые потребительские свойства в традиционные устройства и открывает возможности для создания новых устройств. Органические материалы легче, пластичнее, им проще придавать нужную форму, что позволяет изготавливать гибкие и прозрачные дисплеи, батареи, сенсорные массивы, элементы памяти и, соответственно, гибкие и прозрачные конечные устройства. Это способствовало появлению на рынке новых устройств: электронная бумага, "умная (smart) упаковка" (анализирующая и информирующая о состоянии содержимого), "умная одежда" (аккумулирующая энергию, анализирующая состояние тела человека) и т.п. Сильна взаимосвязь органической электроники и технологии "Интернета вещей", когда в одном устройстве необходимо совместить источник энергии, анализатор и передатчик сигнала при минимальной стоимости и высокой степени интеграции в устройство или конструкцию.

Печатная электроника

Небольшой уровень производственных издержек и высокая производительность методов изготовления устройств органической электроники обусловлены тем, что органические материалы позволяют производить изделия методами печати. Данная технология повышает эффективность использования сырья (с 20% до 80%) и значительно увеличивает производительность.

С точки зрения технологичности печать намного проще термовакуумного напыления и фотолитографии. В Таблице 1 приведено сравнение технологических маршрутов традиционной, кремниевой технологии и технологии струйной печати. Из таблицы видно, что печатные методы позволяют сократить технологические этапы в несколько раз. Кроме того, печать не требует создания высокого вакуума, а также нагрева испаряемого вещества при его напылении. Это приводит к снижению энергопотребления при производстве устройств микроэлектроники.

Высокая пластичность органических материалов позволяет наносить их на гибкие подложки, что дает возможность использовать еще одну печатную технологию - рулонную печать (Roll-to-Roll). В данном случае подача подложки для формирования устройства происходит путем непрерывной подачи с рулона, после чего на подложку наносятся функциональные чернила, обеспечивается прохождение необходимых технологических стадий. Изделия сматываются в финишный рулон или разрезаются на отдельные устройства (рисунок 1). Сочетание печатных и рулонных технологий позволяет добиться многократного удешевления производства по сравнению с традиционными методами.

Рисунок 1. Схема рулонной печати.

Рыночные возможности

По данным маркетинговой компании IDTechEx рынок печатной, органической и гибкой электроники вырастет с $23.97 миллиарда в 2014 году до $70.39 миллиарда в 2024 году. Основным сегментом являются органические светодиодные дисплеи и проводящие чернила, используемые при производстве широкого спектра устройств. Кроме того, гибкая электроника, логические устройства, устройства хранения данных, тонкопленочные сенсоры представляют меньшие сегменты рынка, но при этом обладают большим потенциалом к росту после прохождения этапа НИОКР Printed, Organic & Flexible Electronics Forecasts, Players & Opportunities 2014-2024. By Raghu Das and Dr Peter Harrop. IDTechEx. August 2014..

На Рисунке 2 представлена дорожная карта развития технологий и устройств органической и печатной электроники. Как видно из схемы, сейчас рынок находится на начальном этапе развития, современные устройства довольно простые, занимающие небольшой сегмент рынка. Это обусловлено в первую очередь недостатком научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Во всем мире органической и печатной электроникой занимаются намного меньше компаний и исследовательских институтов, чем традиционной электроникой.

Рисунок 2. Дорожная карта развития органической и печатной электроники Organic and Printed Electronics. Applications, Technologies and Suppliers. 5th edition, 2013, Organic Electronic Association..

Перспективы отечественных производителей и разработчиков

Новизна технологий органической и печатной электроники, ранняя стадия формирования рынка соответствующих устройств обусловливают дополнительные проблемы при разработке и внедрении новых технологий в данных областях. Но одновременно эти факторы являются дополнительным преимуществом для проектов, реализуемых отечественными исследовательскими и технологическими группами. При наличии научно-исследовательского задела на рынке органической и печатной электроники нет необходимости догонять зарубежные технологии как в случае с кремниевой технологией, фотолитографией и т.п.

К числу основных проблем современной органической электроники относится малая устойчивость к внешним воздействиям и небольшая величина подвижности носителей заряда. Полимеры и низкомолекулярные соединения плохо выдерживают ультрафиолетовое излучение, нагрев, контакт с кислородом и водой. Это приводит к ограничению спектра применения таких материалов и к усложнению технологий производства из-за необходимости герметизации и защиты. Подвижность носителей заряда - это важнейший параметр логических устройств, транзисторов, частотных преобразователей и других. Она определяет такие свойства как полупроводниковых приборов как электропроводность, инерционность, частотные характеристики.

Более 30 лет научно-исследовательской работы позволили группе ученых и инженеров создать научный и технологических задел на базе Уфимского научного центра РАН и БГПУ им. М. Акмуллы для разработки новых устройств органической и печатной электроники . Lachinov A., Zherebov A., Kornilov V., Zolotukhin M. Metal phase in electroactive polymer induced by uniaxial pressure. // Synth. Metals. 1997. - Vol.84. - P.735-736; Zherebov A. Yu., Lachinov A. N., Genoe J., Tameev A. R. Polyheteroarylene films with intrinsic switching mechanism for nonvolatile memory applications // Applied Physics Letters. 2008. - Vol.92, 193302; Salikhov R., Lachinov A. Polymer Thin Film Chemical Sensors // Advances in Chemical Sensors. 2011. - P. 215-234.. Тесное взаимодействие ученых химиков, синтезирующих органические электроактивные вещества, и физиков, разрабатывавших и исследовавших электронные устройства, позволило создать полимерные материалы и структуры на их основе, решающие основные задачи органической микроэлектроники:

· невысокая стоимость производства;

· простота изготовления устройств;

· широкий спектр возможностей для синтеза материалов с заданными свойствами;

· стойкость к внешним воздействиям;

· высокие функциональные параметры (чувствительность сенсорных элементов, подвижность носителей заряда логических элементов, конструкционная прочность и т.п.).

Такое комплексное решение стало возможным благодаря широкому спектру эффектов, обнаруженным на несопряженных функциональных полимерах. Во-первых, это эффекты электронного переключения, когда меняется проводящее состояние сенсорных структур при воздействии давления и температуры, электрического и магнитного полей, изменении граничных условий, изменении химического состава окружающей среды и т.п. Во-вторых, электрооптические эффекты, например, электролюминесценция. В-третьих, электронные и квантовые эффекты, приводящие к возникновению состояний двумерного электронного газа, зарядовой модификации поверхности, полевой эмиссии.

В таблице 2 приведены основные конкурентные преимущества разработанных материалов и устройств на их основе. Концентрация на приведенных параметрах была обусловлена спросом, который существует на отечественном и зарубежном рынке микроэлектронных компонент. В последние несколько лет проводится изменение модели проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских и внедренческих работ с учетом первостепенности спроса на такие работы от участников реального рынка. В связи с этим были выбраны две основные бизнес-модели - это осуществление заказных НИОКР и создание совместных предприятий при участии фондов прямых и венчурных инвестиций.

Конкурентные преимущества разрабатываемых технологий.

Высокая чувствительность к внешним воздействиям

Изменение проводимости сенсорных структур на 1~100 Ом на каждый процент изменения внешнего воздействия: под действием давления, температуры, электрического и магнитного полей, при изменении граничных условий, изменении химического состава окружающей среды.

Чувствительные элементы осязательных элементов робототехники, датчиков движения, газоанализаторов, датчиков неразрушающего контроля, дактилоскопических сканеров, анализаторов физических полей, пожарных извещателей, контрольно-измерительной техники

Высокая стойкость к агрессивным средам

Температура стеклования полимерных материалов - 400°С. Устойчивость к концентрированным растворам кислот и щелочей.

Защитные проводящие покрытия гальванических элементов, проводящие конструкционные материалы электронных схем, защитные проводящие покрытия для электролизного оборудования

Высокая подвижность носителей заряда (для органических материалов)

Электропроводящие адгезивные материалы, транзисторы, проводящие элементы микросхем

Заключение

Динамичное развитие электронной техники, постановка все более сложных задач перед ней, ужесточение рыночного спроса приводит к постоянному росту требований к эффективности микроэлектронных компонент и технологиям их производства. Особенно в таких аспектах как массовость производства, снижение издержек, создание новых устройств. Это приводит к тому, что обычная, традиционная электроника не справляется с этими вызовами. Одни из наиболее перспективных способов решения предлагают технологии органической и печатной электроники. Развитие их и соответствующего рынка находится на ранней стадии формирования, что позволяет отечественным организациям занять лидирующие позиции на нем. Более 30 лет ученые и инженеры в России работают в данной отрасли на базе Уфимского научного центра РАН и БГПУ им. М. Акмуллы. Были созданы уникальные методики синтеза полимерных материалов и разработки компонент органической электроники, превосходящих по своим свойствам зарубежные аналоги. В настоящий момент выбрана дальнейшая модель развития этого направления в виде реализации портфеля проектов при непосредственном участии потребителей технологий в научно-исследовательской, технологической, маркетинговой и проектной деятельности. В форме заказных НИОКР, совместных предприятий и других форм сотрудничества, отвечающих интересам партнеров.

Подобные документы

Понятие, области, основные разделы и направления развития электроники. Общая характеристика квантовой, твердотельной и вакуумной электроники, направления их развития и применения в современном обществе. Достоинства и недостатки плазменной электроники.

реферат [344,7 K], добавлен 08.02.2013

Исследование зарождения и этапов развития твердотельной электроники. Научные открытия Майкла Фарадея, Фердинанда Брауна (создание беспроволочной телеграфии). Кристаллический детектор Пикарда - "кошачий ус". Разработка детектора-генератора О.В. Лосевым.

реферат [177,5 K], добавлен 09.12.2010

Разработка и моделирование в системе Micro-CAP электрической схемы измерительного преобразователя для первичного преобразователя температуры, обеспечивающей заданные метрологические характеристики. Расчет погрешности от влияния разброса компонентов.

курсовая работа [1,9 M], добавлен 29.11.2013

Технологический процесс создания матриц для производства DVD-дисков. Оптические и магнитооптические системы памяти. Намагниченные домены, направление их намагниченности. Зондовые системы памяти компьютеров. Основные возможности зондовых устройств.

презентация [563,2 K], добавлен 24.05.2014

История развития нанотехнологии. Наноэлектронные приборы и устройства. Разработка основ работы активных приборов с нанометровыми размерами, в первую очередь квантовых. Проблемы и перспективы развития нанонауки (электроники и оптоэлектроники) в России.

На стыке таких научных отраслей, как физика и техника, родилась электроника. Если рассматривать ее в узком смысле, то можно сказать, что она занимается изучением взаимодействия электронов и электромагнитного поля, а также созданием устройств на базе этих знаний. Что это за устройства и как развивается наука электроника сегодня?

Скачок

Сегодня век информационных технологий. Весь поток данных, которые мы получаем извне, необходимо обрабатывать, хранить и передавать. Все эти процессы происходят с помощью электронных устройств различного типа. Чем глубже человек погружается в хрупкий мир электронов, тем грандиознее его открытия и, соответственно, созданные электронные устройства.

Можно найти достаточно информации о том, что такое электроника и как эта наука развивалась. Изучив ее, приходишь в изумление – как быстро развились технологии, какой стремительный скачок сделала эта отрасль за короткий период времени.

Как наука, она стала формироваться в XX веке. Это произошло с началом развития элементной базы радиотехники и радиоэлектроники. Вторая половина прошлого столетия ознаменовалась развитием кибернетики и ЭВМ (электронно-вычислительных машин). Все это стимулировало интерес к этой области. Если в начале своего развития одна ЭВМ могла занимать целую комнату немалых размеров, то сегодня мы обладаем микротехнологиями, способными перевернуть все наши представления об окружающем мире.

Удивительно, но, возможно, в ближайшее время о том, что такое электроника, можно будет говорить в разрезе исторических базовых знаний. Технологии минимизируются с каждым днем. Период их работоспособности увеличивается. Все это удивляет нас меньше и меньше. Такие естественные процессы связаны с законом Мура и осуществляются с использованием кремния. Уже сегодня говорят об альтернативе электронике – спинтронике. А также всем известны разработки в области наноэлектроники.

Развитие и проблемы

Итак, что такое электроника и какие проблемы в разработках приборов имеет эта отрасль науки? Как было сказано, электроника – это отрасль, созданная на стыке физики и техники. Она исследует процессы образования заряженных частиц и управления движением свободных электронов в разных средах, таких как твердое тело, вакуум, плазма, газ и на их границах. Эта наука также разрабатывает методы создания электронных приборов для разного рода сфер человеческой жизни. Не последнее место занимают исследования проблем, связанных с развитием науки: быстрое устаревание, этические вопросы, исследования и эксперименты, затраты и многое другое.

Область разработок и применения

Традиционно электронику подразделяют на две области: разработка элементной базы и конструирование электронных схем. Элементная база представляет собой электронные приборы различных характеристик. Она делится на класс вакуумных приборов и твердотельную электронику. В электрических схемах элементная база состоит из устройств использования, регистрации и обработки электрических сигналов. Обработанный сигнал воспроизводится в удобной форме (экран монитора, телевизора, звук и так далее). Сигнал можно записать на носитель информации и воспроизводить в любое время, управлять автоматическими системами, сервоприводами и другими устройствами.

Электронные схемы представлены в аналоговом и цифровом виде. Аналоговые усиливают и обрабатывают аналоговый сигнал. Например, радиоволны. Цифровые схемы предназначены для работы с сигналом квантовой природы. Это компьютеры, контроллеры и многие другие приборы.

Электроника и наноэлектроника сегодня уже не удивляют так, как это было в самом начале зарождения подобных технологий. То, что когда-то казалось фантастикой, в современном мире стало обыденным явлением. Скорость развития так велика, что приборы не успевают состариться, как они уже становятся неактуальными.

Но такие науки, как электроника и наноэлектроника, соединяет микроэлектроника, ведущая свою историю от 1958 года, с момента создания микросхем, имеющих в своем составе два резистора и четыре транзистора. Далее развитие шло по пути минимизации и одновременного увеличения числа компонентов, таких как транзисторы. Наноэлектроника занимается разработкой интегральных микросхем, топологическая норма которых менее 100 нм.

Есть ли предел развития технологий?

Как видно, электроника – наука базовая для развития утонченных технологий современности. Уже говорят о том, что разработана гибкая электроника, дающая возможность печатать с использованием расплавленного металла.

Она еще не получила массового распространения, но в этой области ученые достигли значительных успехов. Нет сомнений – скоро потребительский рынок узнает, что такое гибкая электроника.

Определение границ развития технологий, начало которым положено в XX веке, сегодня уже вряд ли представляется возможным. Происходит слияние различных наук, развиваются электронные биотехнологии, искусственный интеллект и многое другое. Уже успешно применяется 3D-печать, а в Северной Каролине представили очень амбициозную технологию такой печати с использованием расплавленного металла. Новую технологию можно без особых усилий внедрить в любое производство техники.

Читайте также: