В каких областях человеческой деятельности применяется электроника кратко

Обновлено: 07.07.2024

Электроника включает в себя три области исследований:

1. вакуумную электронику;

2. твердотельную электронику;

3. квантовую электронику.

Направление охватывает методы конструирования и расчетов электронных приборов, родственных по принципам действия или по выполняемым ими функциям, а также способы изготовления этих приборов.

1. эмиссионная электроника, охватывающая вопросы термоэмиссии, вторичной электронной эмиссии, туннельной эмиссии, исследование катодов и антиэмиссионных покрытий;

2. формирование потоков электронов и потоков ионов, управление этими потоками;

3. формирование электромагнитных полей с помощью резонаторов, систем резонаторов, замедляющих систем, устройств ввода и вывода энергии;

4. электронная люминесценция (катодолюминесценция);

5. физика и техника высокого вакуума (его получение, сохранение и контроль);

6. теплофизические процессы (испарение в вакууме, формоизменение деталей при циклическом нагреве, разрушение поверхности металлов при импульсном нагреве, отвод тепла от элементов приборов);

7. поверхностные явления (образование пленок на электродах и изоляторах, неоднородностей на поверхностях электрода);

8. технология обработки поверхностей, в т. ч. Электронная, ионная и лазерная обработка;

9. газовые среды – раздел, включающий вопросы получения и поддержания оптимального состава и давления газа в газоразрядных приборах.

Основные направления вакуумной электроники охватывают вопросы создания электровакуумных приборов (ЭВП) следующих видов:

· электронных ламп (диодов, триодов, тетродов, пентодов и т. д.);
· ЭВП СВЧ (магнетронов, клистронов и т. п.);
· фотоэлектронных приборов (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей), рентгеновских трубок;

Твердотельная электроника содержит следующие разделы, связанные в основном с полупроводниковой электроникой:

1. изучение свойств полупроводниковых материалов, влияние примесей на эти свойства;

2. создание в кристалле областей с различной проводимостью методами эпитаксиального выращивания, диффузии, ионного внедрения (имплантации), воздействием радиации на полупроводниковые структуры;

3. нанесение диэлектрических и металлических пленок на полупроводниковые материалы, разработка технологии создания пленок с необходимыми свойствами и конфигурацией;

4. исследование физических и химических процессов на поверхности полупроводников;

5. разработка способов и средств получения и измерения элементов приборов микронных и субмикронных размеров (нанотехнология).

Основные направления полупроводниковой электроники связаны с разработкой и изготовлением различных видов полупроводниковых приборов:

· полупроводниковых диодов (выпрямительных, смесительных, параметрических, стабилитронов); усилительных и генераторных диодов (туннельных, лавинно-пролетных, диодов Ганна); транзисторов (биполярных и униполярных), тиристоров, оптоэлектронных приборов (светоизлучающих диодов, фотодиодов, фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц), интегральных схем;

· диэлектрическая электроника, изучающая электронные процессы в диэлектриках (в частности, в тонких диэлектрических пленках) и их использование, например, для создания диэлектрических диодов, конденсаторов;

· магнитоэлектроника, использующая магнитные свойства вещества для управления потоками электромагнитной энергии с помощью ферритовых вентилей, циркуляторов, фазовращателей и т. д., и для создания запоминающих устройств, в т. ч. на магнитных доменах;

· акустоэлектроника и пьезоэлектроника, рассматривающие вопросы распространения поверхностных и объемных акустических волн и создаваемых ими переменных электрических полей в кристаллических материалах и взаимодействия этих полей с электронами в приборах с полупроводниково-пьезоэлектрической структурой (кварцевых стабилизаторах частоты, пьезоэлектрических фильтрах, ультразвуковых линиях задержки, акустических усилителях и т. д.);

· криоэлектроника, исследующая изменения свойств твердого тела при глубоком охлаждении для построения малошумящих усилителей и генераторов СВЧ, сверхбыстродействующих вычислительных и запоминающих устройств;

· разработка и изготовление резисторов.

Наиболее важные направления квантовой электроники – создание лазеров и мазеров.

На основе приборов квантовой электроники строятся устройства для точного измерения расстояний (дальномеры), квантовые стандарты частоты, квантовые гироскопы, системы оптической многоканальной связи, дальней космической связи, радиоастрономии. Энергетическое воздействие лазерного концентрированного излучения на вещество используется в промышленной технологии. Лазеры находят различное применение в биологии и медицине.

ЭЛЕКТРО́НИКА, нау­ка о взаи­мо­дей­ст­вии за­ря­жен­ных час­тиц (элек­тро­нов, ио­нов) с элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми и о ме­то­дах соз­да­ния элек­трон­ных при­бо­ров и уст­ройств (ва­ку­ум­ных, га­зо­раз­ряд­ных, по­лу­про­вод­ни­ко­вых), в ко­то­рых это взаи­мо­дей­ст­вие ис­поль­зу­ет­ся для пре­об­ра­зо­ва­ния элек­тро­маг­нит­ной энер­гии, в осн. для пе­ре­да­чи, об­ра­бот­ки и хра­не­ния ин­фор­ма­ции. Наи­бо­лее ха­рак­тер­ные ви­ды та­ких пре­об­ра­зо­ва­ний – ге­не­ри­ро­ва­ние, уси­ле­ние и при­ём элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний с час­то­той до 10 12 Гц, а так­же ИК-, ви­ди­мо­го, УФ- и рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ний. Э. опи­ра­ет­ся на та­кие раз­де­лы фи­зи­ки, как элек­тро­ди­на­ми­ка , кван­то­вая ме­ха­ни­ка , фи­зи­ка твёр­до­го те­ла, оп­ти­ка , тер­мо­ди­на­ми­ка , аку­сти­ка , а так­же на хи­мию, кри­стал­ло­гра­фию и др.

ЭЛЕКТРОНИКА, наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в к-рых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и хранения информации. Наиболее характерные виды таких преобразований - генерирование, усиление и приём электромагнитных колебаний с частотой до 10 12 гц, а также инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излучений (10 12 -10 20 гц). Преобразование до столь высоких частот возможно благодаря исключительно малой инерционности электрона - наименьшей из ныне известных заряженных частиц. В Э. исследуются взаимодействия электронов как с макрополями в рабочем пространстве электронного прибора, так и с микрополями внутри атома, молекулы или кристаллич. решётки.

Э. опирается на мн. разделы физики - электродинамику, классич. и квантовую механику, физику твёрдого тела, оптику, термодинамику, а также на химию, металлургию, кристаллографию и др. науки. Используя результаты этих и ряда др. областей знаний, Э., с одной стороны, ставит перед др. науками новые задачи, чем стимулирует их дальнейшее развитие, с другой - создаёт новые электронные приборы и устройства и тем самым вооружает науки качественно новыми средствами и методами исследования. Практические задачи Э.: разработка электронных приборов и устройств, выполняющих различные функции в системах преобразования и передачи информации, в системах управления, в вычислит, технике, а также в энергетич. устройствах; разработка науч. основ технологии производства электронных приборов и технологии, использующей электронные и ионные процессы и приборы для различных областей науки и техники.

Э. играет ведущую роль в научно-технич. революции. Внедрение электронных приборов в различные сферы человеческой деятельности в значит, мере (зачастую решающей) способствует успешной разработке сложнейших научно-технич. проблем, повышению производительности физ. и умственного труда, улучшению экономич. показателей производства. На основе достижений Э. развивается пром-сть, выпускающая электронную аппаратуру для различных видов связи, автоматики, телевидения, радиолокации, вычислит, техники, систем управления технологич. процессами, приборостроения, а также аппаратуру светотехники, инфракрасной техники, рентгенотехники и др.

Историческая справка. Э. зародилась в нач. 20 в. после создания основ электродинамики (1856-73), исследования свойств термоэлектронной эмиссии (1882-1901), фотоэлектронной эмиссии (1887-1905), рентгеновских лучей (1895-97), открытия электрона (Дж. Дж. Томсон, 1897), создания электронной теории (1892-1909). Развитие Э. началось с изобретения лампового диода (Дж. А. Флеминг, 1904), трёхэлектродной лампы - триода (Л. де Форест, 1906); использования триода для генерирования электрич. колебаний (нем. инж. А. Мей-снер, 1913); разработки мощных генераторных ламп с водяным охлаждением (М. А. Бонч-Бруевич, 1919-25) для радиопередатчиков, используемых в системах дальней радиосвязи и радиовещания. Вакуумные фотоэлементы (экспериментальный образец создал А. Г. Столетов, 1888; пром. образцы - нем. учёные Ю. Эльстер и Г. Хейтель, 1910); фотоэлектронные умножители - однокаскадные (П. В. Тимофеев, 1928) и многокаскадные (Л. А. Кубецкий, 1930)- позволили создать звуковое кино, послужили основой для разработки передающих телевизионных трубок: видикона (идея предложена в 1925 А. А. Чернышёвым), иконоскопа (С. И. Катаев и независимо от него В. К. Зворыкин, 1931-32), супериконоскопа (П. В. Тимофеев, П. В. Шмаков, 1933), суперортикона (двухсторонняя мишень для такой трубки была предложена сов. учёным Г. В. Брауде в 1939; впервые суперортикон описан амер. учёными А. Розе, П. Веймером и X. Лоу в 1946) и др. Создание многорезонаторного магнетрона (Н. Ф. Алексеев и Д. Е. Маляров, под рук. М. А. Бонч-Бруевича, 1936-37), отражательного клистрона (Н. Д. Девятков и др. и независимо от них сов. инж. В. Ф. Коваленко, 1940) послужило основой для развития радиолокации в сантиметровом диапазоне волн; пролётные клистроны (идея предложена в 1932 Д. А. Рожанским, развита в 1935 сов. физиком А. Н. Арсеньевой и нем. физиком О. Хайлем, реализована в 1938 амер. физиками Р. и 3. Варианами и др.) и лампы бегущей волны (амер. учёный Р. Компфнер, 1943) обеспечили дальнейшее развитие систем радиорелейной связи, ускорителей элементарных частиц и способствовали созданию систем космич. связи. Одновременно с разработкой вакуумных электронных приборов создавались и совершенствовались газоразрядные приборы (ионные приборы), напр, ртутные вентили, используемые гл. обр. для преобразования переменного тока в постоянный в мощных пром. установках; тиратроны для формирования мощных импульсов электрич. тока в устройствах импульсной техники; газоразрядные источники света.

Использование кристаллич. полупроводников в качестве детекторов для радиоприёмных устройств (1900-05), создание купроксных и селеновых выпрямителей тока и фотоэлементов(1920- 1926), изобретение кристадина (О. В. Лосев, 1922), изобретение транзистора (У. Шокли, У. Браттейн, Дж. Бардин, 1948) определили становление и развитие полупроводниковой электроники. Разработка планарной технологии полупроводниковых структур (кон. 50 - нач. 60-х гг.) и методов интеграции мн. элементарных приборов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов) на одной монокристаллич. полупроводниковой пластине привело к созданию нового направления в Э. - микроэлектроники (см. также Интегральная электроника). Осн. разработки в области интегральной Э. направлены на создание интегральных схем - микроминиатюрных электронных устройств (усилителей, преобразователей, процессоров ЭВМ, электронных запоминающих устройств и т. п.), состоящих из сотен и тысяч электронных приборов, размещаемых на одном полупроводниковом кристалле площадью в неск. мм 2 . Микроэлектроника открыла новые возможности для решения таких проблем, как автоматизация управления технологич. процессами, переработка информации, совершенствование вычислит, техники и др., выдвигаемых развитием совр. общественного производства. Создание квантовых генераторов (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и независимо от них Ч. Тайне, 1955) - приборов квантовой электроники - определило качественно новые возможности Э., связанные с использованием источников мощного когерентного излучения оптич. диапазона (лазеров) и построением сверхточных квантовых стандартов частоты.

Сов. учёные внесли крупный вклад в развитие Э. Фундаментальные исследования в области физики и технологии электронных приборов выполнили М. А. Бонч-Бруевич, Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, С. А. Векшинский, А. А. Чернышёв, М. М. Богословский и мн. др.; по проблемам возбуждения и преобразования электрич. колебаний, излучения, распространения и приёма радиоволн, их взаимодействия с носителями тока в вакууме, газах и твёрдых телах - Б. А. Введенский, В. Д. Калмыков, А. Л. Минц, А. А. Расплетин, М. В. Шулейкин и др.; в области физики полупроводников - А. Ф. Иоффе; люминесценции и по др. разделам физ. оптики - С. И. Вавилов; квантовой теории рассеяния света излучения, фотоэффекта в металлах - И. Е. Тамм и мн. др.

Области, основные разделы и направления электроники. Э. включает в себя 3 области исследований: вакуумную Э., твердотельную Э., квантовую Э. Каждая область подразделяется на ряд разделов и ряд направлений. Раздел объединяет комплексы однородных физико-химических явлений и процессов, к-рые имеют фундаментальное значение для разработки мн. классов электронных приборов данной области. Направление охватывает методы конструирования и расчётов электронных приборов, родственных по принципам действия или по выполняемым ими функциям, а также способы изготовления этих приборов.

Вакуумная Э. содержит следующие разделы: 1) эмиссионная Э., охватывающая вопросы термо-, фотоэмиссии, вторичной электронной эмиссии, туннельной эмиссии, исследования катодов и антиэмиссионных покрытий; 2) формирование потоков электронов и потоков ионов, управление этими потоками; 3) формирование электромагнитных полей с помощью резонаторов, систем резонаторов, замедляющих систем, устройств ввода и вывода энергии; 4) электронная люминесценция (катодолюминесценция); 5) физика и техника высокого вакуума (его получение, сохранение и контроль); 6) теплофиз. процессы (испарение в вакууме, формоизменение деталей при циклич. нагреве, разрушение поверхности металлов при импульсном нагреве, отвод тепла от элементов приборов); 7) поверхностные явления (образование плёнок на электродах и изоляторах, неоднородностей на поверхностях электрода); 8) технология обработки поверхностей, в т. ч. электронная, ионная и лазерная обработка; 9) газовые среды - раздел, включающий вопросы получения и поддержания оптимального состава и давления газа в газоразрядных приборах. Осн. направления вакуумной Э. охватывают вопросы создания электровакуумных приборов (ЭВП) след, видов: электронных ламп (триодов, тетродов, пентодов и т. д.); ЭВП СВЧ (магнетронов, клистронов и т. д.), электроннолучевых приборов (кинескопов, осциллографич. трубок и т. д.); фотоэлектронных приборов (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей), рентгеновских трубок; газоразрядных приборов (мощных преобразователей тока, источников света, индикаторов).

Разделы и направления твердотельной Э. в основном связаны с полупроводниковой Э. Фундаментальные разделы последней охватывают след, вопросы: 1) изучение свойств полупроводниковых материалов, влияние примесей на эти свойства; 2) создание в кристалле областей с различной проводимостью методами эпитаксиального выращивания (см. Эпитаксия), диффузии, ионного внедрения (имплантации), воздействием радиации на полупроводниковые структуры; 3) нанесение диэлектрич. и металлич. плёнок на полупроводниковые материалы, разработка технологии создания плёнок с необходимыми свойствами и конфигурацией; 4) исследование физ. и хим. процессов на поверхности полупроводников; 5) разработку способов и средств получения и измерения элементов приборов микронных и субмикронных размеров. Осн. направления полупроводниковой Э. связаны с разработкой и изготовлением различных видов полупроводниковых приборов: полупроводниковых диодов (выпрямительных, смесительных, параметрических, стабилитронов), усилительных и генераторных диодов (туннельных, лавинно-пролётных, диодов Ганна), транзисторов (биполярных и униполярных), тиристоров, оптоэлектронных приборов (светоизлу-чающих диодов, фотодиодов, фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц), интегральных схем. К направлениям твердотельной Э. относятся также диэлектрич. электроника, изучающая электронные процессы в диэлектриках (в частности, в тонких диэлектрич. плёнках) и их использование, напр, для создания диэлектрич. диодов, конденсаторов; магнитоэлектроника, использующая магнитные свойства вещества для управления потоками электромагнитной энергии с помощью ферритовых вентилей, циркуляторов, фазовращателей и т. д. и для создания запоминающих устройств, в т. ч. на магнитных доменах; акустоэлектроника и пьезоэлектроника, рассматривающие вопросы распространения поверхностных и объёмных акустич. волн и создаваемых ими переменных электрич. полей в кристаллич. материалах и взаимодействия этих полей с электронами в приборах с полупроводниково-пьезоэлектрич. структурой (кварцевых стабилизаторах частоты, пьезоэлектрич. фильтрах, ультразвуковых линиях задержки, акустоэлектронных усилителях и т. д.); криоэлектроника, исследующая изменения свойств твёрдого тела при глубоком охлаждении для построения малошумящих усилителей и генераторов СВЧ, сверхбыстродействующих вычислительных и запоминающих устройств; разработка и изготовление резисторов.

Наиболее важные направления квантовой Э. - создание лазеров и мазеров. На основе приборов квантовой Э. строятся устройства для точного измерения расстояний (дальномеры), квантовые стандарты частоты, квантовые гироскопы, системы оптич. многоканальной связи, дальней космич. связи, радиоастрономии. Энергетич. воздействие лазерного концентрированного излучения на вещество используется в пром. технологии. Лазеры находят различное применение в биологии и медицине.

Э. находится в стадии интенсивного развития; для неё характерно появление новых областей и создание новых направлений в уже существующих областях.

Технология электронных приборов. Конструирование и изготовление электронных приборов базируются на использовании сочетания разнообразных свойств материалов и физико-химич. процессов. Поэтому необходимо глубоко понимать используемые процессы и их влияние на свойства приборов, уметь точно управлять этими процессами. Исключительная важность физико-химич. исследований и разработка науч. основ технологии в Э. обусловлены, во-первых, зависимостью свойств электронных приборов от наличия примесей в материалах и веществ, сорбированных на поверхностях рабочих элементов приборов, а также от состава газа и степени разряжения среды, окружающей эти элементы; во-вторых,- зависимостью надёжности и долговечности электронных приборов от степени стабильности применяемых исходных материалов и управляемости технологии. Достижения технологии нередко дают толчок развитию новых направлений в Э. Общие для всех направлений Э. особенности технологии состоят в исключительно высоких (по сравнению с др. отраслями техники) требованиях, предъявляемых в электронной пром-сти к свойствам используемых исходных материалов; степени защиты изделии от загрязнения в процессе произ-ва; геом. точности изготовления электронных приборов. С выполнением первого из этих требований связано создание мн. материалов, обладающих сверхвысокими чистотой и совершенством структуры, с заранее заданными физико-химич. свойствами - спец. сплавов монокристаллов, керамики, стёкол и др. Создание таких материалов и исследование их свойств составляют предмет спец. научно-технич. дисциплины - электронного материаловедения. Одной из самых острых проблем технологии, связанных с выполнением второго требования, является борьба за уменьшение запылённости газовой среды, в к-рой проходят наиболее важные, технологич. процессы. В ряде случаев допустимая запылённость - не св. трёх пылинок размером менее 1 мкм в 1 м 3 . О жёсткости требований к геом. точности изготовления электронных приборов свидетельствуют, напр., след, цифры: в ряде случаев относит, погрешность размеров не должна превышать 0,001%; абс. точность размеров и взаимного расположения элементов интегральных схем достигает сотых долей мкм. Это требует создания новых, более совершенных методов обработки материалов, новых средств и методов контроля. Характерным для технологии в Э. является необходимость широкого использования новейших методов и средств: электроннолучевой, ультразвуковой и лазерной обработки и сварки, фотолитографии, электронной и рентгеновской литографии, электроискровой обработки, ионной имплантации, плазмо-химии, молекулярной эпитаксии, электронной микроскопии, вакуумных установок, обеспечивающих давление остаточных газов до 10 -13 мм рт. ст. Сложность мн. технологич. процессов требует исключения субъективного влияния человека на процесс, что обусловливает актуальность проблемы автоматизации произ-ва электронных приборов с применением ЭВМ наряду с общими задачами повышения производительности труда. Эти и другие специфические особенности технологии в Э. привели к необходимости создания нового направления в машиностроении - электронного машиностроения.

Перспективы развития Э. Одна из осн. проблем, стоящих перед Э., связана с требованием увеличения количества обрабатываемой информации вычислит, и управляющими электронными системами с одноврем. уменьшением их габаритов и потребляемой энергии. Эта проблема решается путём создания полупроводниковых интегральных схем, обеспечивающих время переключения до 10 -11 сек; увеличения степени интеграции на одном кристалле до миллиона транзисторов размером 1-2 мкм; использования в интегральных схемах устройств оптич. связи и оптоэлектронных преобразователей (см. Оптоэлектроника), сверхпроводников; разработки запоминающих устройств ёмкостью неск. мегабит на одном кристалле; применения лазерной и электроннолучевой коммутации; расширения функциональных возможностей интегральных схем (напр., переход от микропроцессора к микроЭВМ на одном кристалле); перехода от двумерной (пленарной) технологии интегральных схем к трёхмерной (объёмной) и использования сочетания различных свойств твёрдого тела в одном устройстве; разработки и реализации принципов и средств стереоскопического телевидения, обладающего большей информативностью по сравнению с обычным; создания электронных приборов, работающих в диапазоне миллиметровых и субмилллметровых волн, для широкополосных (более эффективных) систем передачи информации, а также приборов для линий оптич. связи; разработки мощных, с высоким кпд, приборов СВЧ и лазеров для энергетич. воздействия на вещество и направленной передачи энергии (напр., из космоса). Одна из тенденций развития Э.- проникновение её методов и средств в биологию (для изучения клеток и структуры живого организма и воздействия на него) и медицину (для диагностики, терапии, хирургии). По мере развития Э. и совершенствования технологии произ-ва электронных приборов расширяются области использования достижения Э. во всех сферах жизни и деятельности людей, возрастает роль Э. в ускорении научно-технич. прогресса. А. И. Шокин.

Достижения электронной науки и техники используются почти без исключения во всех областях человеческой деятельности. Ускоренными темпами электроника внедряется в науч. исследования, пром-сть, на транс­порт, в связь, сельское хозяйство, здравоохранение, культуру, быт, военное дело и др. Средства электрон­ной техники стали неотъемлемой частью сложных приборов и устройств самого широкого назначения. Особое место среди них занимают микропроцессоры, создаваемые на базе больших интегральных схем (БИС). Совр. микропроцессор представляет собой полупроводниковый кристалл размером ок. 5х5 мм 2 , помещённый в пластмассовый или металлич. корпус. В кристалле методами пленарной технологии форми­руются десятки и сотни тыс. активных и пассивных электронных приборов, образующих сложную элек­тронную систему, к-рая по сравнению с традиц. электронными устройствами имеет новое, особое качество (т. н. интеллектуальные свойства), обеспе­чивающее прохождение электрич. сигналов по задан­ной программе, выполнение логич. и вычислит, функций. Решение таких задач достигается путём формирования на кристалле областей постоянных и оперативных запоминающих устройств (ПЗУ и ОЗУ), арифметико-логич. схем, регистров, дешифраторов команд, входных и выходных шин и др. Существуют две разновидности микропроцессоров: в виде одной БИС с фиксированной разрядностью и набором команд и секционированные в виде неск. БИС. Последние допускают наращивание функциональных возможностей за счёт подключения дополнит. БИС с хранящимися в них микрокомандами.

Повышение степени интеграции микросхем до (3—5)-10 5 элементов в кристалле (сверхбольшие интегральные схемы — СБИС) привело к появлению микропроцессоров и однокристальных микро-ЭВМ, к-рые содержат оперативный блок, блок микропро­граммного управления, ОЗУ, ПЗУ, устройства управ­ления. Однокристальные микро-ЭВМ, как правило, имеют постоянные наборы команд, хранящиеся в собственном ПЗУ. Существ, достоинство микро­процессоров и микро-ЭВМ определяется возможностью встраивать их в самые разнообразные объек­ты управления.

Внедрение микропроцессоров и микро-ЭВМ в уп­равление технологии, процессами рассматривается кок новый этап пром. революции. На их основе развивается произ-во и применение станков с число­вым программным управлением, пром. роботов, сметем автоматич. контроля качества продукции, управления цехами и з-дами, создаются гибкие автоматизир. переналаживаемые технологич. участки и цехи (гибкие автоматизир. произ-ва — ГАП), ориентированные на выпуск широкой номенклатуры изделий. Широкое применение электронной техники в пром-сти ведёт к повышению производительности труда и качества продукции, освобождает человека от выполнения однообразных утомительных операций и работ в условиях опасных для здоровья. На базе электронной техники реализуются осн. устройства автоматич. систем управления на объектах непре­рывного действия — электростанциях, прокатных станах, печах для плавки металла и др.

Микропроцессоры и микро-ЭВМ составляют основу устройств контроля и управления технологич. про­цессами произ-ва самой электронной аппаратуры, и, в частности, микропроцессоров (обработка полу­проводниковых подложек, дозировка и подача газов и паров при наращивании монокрист. слоев на подложку и др.).

При исключит. важности всего арсенала микро­процессорной техники отнюдь не устраняется необ­ходимость использования в системах автоматики и управления др. электронных средств. Наоборот, появляются новые условия для их применения в связи с общим научно-техн. прогрессом. Это относится как к простейшим электронным элементам (напр., реле), так и к сложным оптич., оптоэлектронным и др. устройствам.

В 30-х гг. окончательно сформировалась и полу­чила мировое признание советская школа радио­техники и радиофизики, подготовлена научно-техн. база для последующего развития электросвязи, телевидения, радиолокации, радионавигации и др. областей науки и техники. К кон. 30-х гг. создана крупная н.-и. и пром. база по произ-ву электронных приборов и устройств на их основе.

До 50-х гг. развитие электроники шло в основном по пути совершенствования ЭВП и устройств на их основе. Однако всё возрастающие потребности связи, радиолокации, вычислит, техники и др. привели к необходимости иметь в качестве элементной базы сложных электронных устройств такие приборы, к-рые бы выгодно отличались от электровакуумных по энергопотреблению, надёжности, габаритным размерам, технологичности изготовления и др. Использование крист. полупроводников в качестве детекторов для радиоприёмных устройств, создание купроксных и селеновых выпрямителей тока, изобретение кристадина (О. В. Лосев, 1922), изобре­тение транзистора (У. Шокли, У. Браттейн, Дж. Бар­дин, 1948) определило становление и развитие полупроводниковой электроники. Разработка планарной технологии полупроводниковых структур (кон. 50-х — нач. 60-х гг.) и методов интеграции большого числа элементарных приборов (транзисторов, дио­дов, конденсаторов, резисторов) на одной монокрист. полупроводниковой пластине привела к созданию нового направления электроники — микроэлектро­ники, использующей достижения физики твёрдого тела, прецизионной технологии, схемотехники и прикладной математики. В технологии электронного приборостроения произошли революционные изме­нения, приведшие к созданию принципиально нового базового элемента электроники — интегральной схемы, состоящей из сотен, тысяч или миллионов электронных приборов, размещаемых на одном полупроводниковом кристалле площадью в неск. единиц или десятков мм 2 .

Создание в 1955 молекулярного генератора (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и независимо от них Дж. Гордон, Ч. Таунс, X. Цайгер) — первого прибора квантовой электроники положило начало новому направлению в электронном приборостроении, свя­занному с разработкой и использованием генерато­ров, усилителей и преобразователей эл.-магн. колебаний, действие к-рых основано на эффекте вынужденного излучения или нелинейном взаимо­действии излучения с веществом. Успехи квантовой электроники привели к глубоким преобразованиям во мн. областях науки и техники, в т. ч. и в технологии электронного приборостроения, где, напр., исполь­зование лазеров, позволяющих концентрировать световую энергию в пространстве, во времени и в уз­ком спектральном интервале, легло в основу процес­сов литографии, контроля микросхем и мн. др.

Технология электронных приборов. В основе принципа действия электронных приборов лежит использование разл. физико-хим. процессов в ве­ществе, а также использование разнообразных электрич., магн., оптич., электрохим. и др. св-в материалов, что придаёт исключит. значение физико-хим. исследованиям и разработкам науч. основ технологии в ходе создания и конструирования таких приборов. Важность проблемы обусловлена, во-первых, зависимостью св-в электронных приборов от количества и состава примесей в материале, из к-рого сделан рабочий элемент прибора, от количест­ва и состава веществ, сорбированных на поверх­ностях рабочих элементов, а также от состава газа и степени разряжения среды их окружающей, и, во-вторых, зависимостью надёжности и долговеч­ности электронных приборов от стабильности св-в в используемых материалах. Стабильное высокое качество электронных приборов при их массовом выпуске (достигающем сотен млн. и млрд. шт. в год) может достигаться только за счёт группового произ-ва с высоким уровнем автоматизации на базе передовой технологии.

Общие для всех направлений электроники особен­ности технологий состоят в исключительно высоких (по сравнению с др. отраслями техники) требо­ваниях, предъявляемых к св-вам используемых исходных материалов (в т. ч. используемых в ка­честве технологич. сред), степени защиты изделий от загрязнений в процессе произ-ва, геометрич. точности изготовления электронных приборов. С вы­полнением первого из этих требований связано создание материалов, обладающих сверхвысокими чистотой и совершенством структуры, с требуемыми физико-хим. св-вами — спец. сплавов, монокристал­лов, керамики, стёкол, растворителей и др. Полу­чение таких материалов и исследование их св-в составляет предмет спец. научно-техн. дисциплины — электронного материаловедения. Одной из самых острых проблем технологии, связанных с выполнением второго требования, является борьба за уменьшение запылённости газовой среды и загряз­нения жидких сред, в к-рых происходят технологич. процессы. В ряде случаев допустимая запылённость составляет не более трёх частиц размером менее 0,5 мкм на 1 дм 3 . О жёсткости требований к гео­метрич. точности изготовления электронных прибо­ров свидетельствуют, напр., след. цифры: в отдельных случаях относит, погрешность не должна превышать 10 -3 %; абсолютная точность размеров и взаимного расположения элементов ИС достигает сотых долей мкм.

Для технологии электронного приборостроения характерно широкое использование таких прогрес­сивных технологич. операций, как электронно-луче­вая, ультразвуковая и лазерная обработка и сварка, электроискровая обработка, электронная, рентгенов­ская и ионная литография, молекулярная эпитаксия, ионная имплантация, плазмохим. обработка, а также использование методов и средств электронной, лазер­ной и ультразвуковой микроскопии, высокоточных средств контроля чистоты технологич. сред, исполь­зование вакуумных установок, обеспечивающих разряжение до 10 -13 мм рт. ст., и др. Сложность мн. технологич. процессов диктует исключение участия человека во всех критичных стадиях проектирования и произ-ва электронных приборов, где он может быть источником снижения качества продукции за счёт неизбежных ошибок и вносимых загрязнений. Это требование в совокупности с необходимостью повышения производительности труда обусловливает актуальность проблемы автоматизации самих техно­логич. процессов и всего произ-ва в целом на базе применения микропроцессорной техники и ЭВМ разл. классов. Необходимость создания спец. оборудования для произ-ва электронных приборов и их испытаний предопределило появление нового направления в ма­шиностроении — электронного машино­строения.

Области применения электроники. Достижения электронной науки и техники используются почти без исключения во всех областях человеческой деятельности. Ускоренными темпами электроника внедряется в науч. исследования, пром-сть, на транс­порт, в связь, сельское хозяйство, здравоохранение, культуру, быт, военное дело и др. Средства электрон­ной техники стали неотъемлемой частью сложных приборов и устройств самого широкого назначения. Особое место среди них занимают микропроцессоры, создаваемые на базе больших интегральных схем (БИС). Совр. микропроцессор представляет собой полупроводниковый кристалл размером ок. 5х5 мм 2 , помещённый в пластмассовый или металлич. корпус. В кристалле методами пленарной технологии форми­руются десятки и сотни тыс. активных и пассивных электронных приборов, образующих сложную элек­тронную систему, к-рая по сравнению с традиц. электронными устройствами имеет новое, особое качество (т. н. интеллектуальные свойства), обеспе­чивающее прохождение электрич. сигналов по задан­ной программе, выполнение логич. и вычислит, функций. Решение таких задач достигается путём формирования на кристалле областей постоянных и оперативных запоминающих устройств (ПЗУ и ОЗУ), арифметико-логич. схем, регистров, дешифраторов команд, входных и выходных шин и др. Существуют две разновидности микропроцессоров: в виде одной БИС с фиксированной разрядностью и набором команд и секционированные в виде неск. БИС. Последние допускают наращивание функциональных возможностей за счёт подключения дополнит. БИС с хранящимися в них микрокомандами.

Повышение степени интеграции микросхем до (3—5)-10 5 элементов в кристалле (сверхбольшие интегральные схемы — СБИС) привело к появлению микропроцессоров и однокристальных микро-ЭВМ, к-рые содержат оперативный блок, блок микропро­граммного управления, ОЗУ, ПЗУ, устройства управ­ления. Однокристальные микро-ЭВМ, как правило, имеют постоянные наборы команд, хранящиеся в собственном ПЗУ. Существ, достоинство микро­процессоров и микро-ЭВМ определяется возможностью встраивать их в самые разнообразные объек­ты управления.

Внедрение микропроцессоров и микро-ЭВМ в уп­равление технологии, процессами рассматривается кок новый этап пром. революции. На их основе развивается произ-во и применение станков с число­вым программным управлением, пром. роботов, сметем автоматич. контроля качества продукции, управления цехами и з-дами, создаются гибкие автоматизир. переналаживаемые технологич. участки и цехи (гибкие автоматизир. произ-ва — ГАП), ориентированные на выпуск широкой номенклатуры изделий. Широкое применение электронной техники в пром-сти ведёт к повышению производительности труда и качества продукции, освобождает человека от выполнения однообразных утомительных операций и работ в условиях опасных для здоровья. На базе электронной техники реализуются осн. устройства автоматич. систем управления на объектах непре­рывного действия — электростанциях, прокатных станах, печах для плавки металла и др.

Микропроцессоры и микро-ЭВМ составляют основу устройств контроля и управления технологич. про­цессами произ-ва самой электронной аппаратуры, и, в частности, микропроцессоров (обработка полу­проводниковых подложек, дозировка и подача газов и паров при наращивании монокрист. слоев на подложку и др.).

При исключит. важности всего арсенала микро­процессорной техники отнюдь не устраняется необ­ходимость использования в системах автоматики и управления др. электронных средств. Наоборот, появляются новые условия для их применения в связи с общим научно-техн. прогрессом. Это относится как к простейшим электронным элементам (напр., реле), так и к сложным оптич., оптоэлектронным и др. устройствам.

На основе использования новейших достижений в области технологии и произ-ва электронных приборов продолжают развитие быстрыми темпами и традиц. области применения электроники — связь, радиовещание, телевидение и др.

Читайте также: