1. История развития эл-ки. I-II период.

Э – наука о формировании и управлении потоками электронов в устройствах приема, передачи, обработки и хранения инф-ии. В развитии Э выделяют 4 периода:

1)Примерно 100 лет назад. Связан с изобретением телефона и телеграфа. На рубеже 19 и 20 вв. А.С. Поповым был изобретен беспроволочный телеграф-радио. 7.05.1895 он впервые в мире применил полупроводниковый кристалл для демодуляции радиосигнала. Изобретение Попова стало основой для развития совр. средств связи. I период развития Э и промышл. средств связи можно назвать эрой пассивных элементов: проводов, катушек индуктивности, магнитов, резисторов, конденсаторов. Промышл. выпуск этих элементов и аппаратуры на их основе положил начало развитию эл-ной промыш-сти. Аппаратура эры пассивных элементов – это аппаратура 1-ого поколения.

2)с начала 19в. до 50 гг. 20 в. Начался с изобретения электронной лампы – первого активного эл. прибора, способного к различного рода преобразованию электронных сигналов, усилению мощности. Благодаря многократному усилению слабых сигналов с помощью электронных ламп оказалась возможной передача электр. сигналов (напр. телефон. разговор) на большие расстояния и преодоление трудностей, связанных с затуханием сигнала в длинных линиях. 1904 – первая эл. лампа – диод. 1907 – триод. Первые газонаполненные радиолампы в России были изготовлены Н.Д.Папалески в 1914 в Питере. 1916 Бонч-Бруевич изготовил вакуумные приемно-усилительные лампы. Крупные научно-технические открытия в Э. следовали одно за другим. 20 гг.XX в. – триумф радио, 40гг – появляется военная электроника. Конец 40- начало 50 гг. – массовое использование телевидения. Этот период развития Э. характеризуется стремительным ростом продукции эл-ой пром-ти – среднегодовой прирост – более 10%. Стремление к уменьшению размеров и снижению массы элементов нашло отражение в создании миниатюрных конструкций электронных ламп, малогабаритн. керамических конденсаторов. Термин «миниатюризация» впервые возник в 20 гг. Лампы диаметром 6-9мм., созданные в 40-е гг., считались сверхминиатюрными. Реальные тех. хар-ки – срок службы, габариты, стоимость и надежность эл-ных ламп приближались к их теоретическим пределам. Без новых открытий развитие электроники могло бы завершиться еще в 50-е гг и выпуск продукции мог бы стабилизироваться.

2. История развития эл-ки. III-IV период.

3)Эра полупроводниковых приборов. Середина века – изобретен транзистор – полупроводниковый прибор, способный выполнять все функции лампы. В 1948 г. американские ученые создали германиевый точечный триод. В 1951 был изготовлен плоскостный транзистор. С этого момента начинается бурное развитие полупроводниковой техники – дрейфовые, полевые транзисторы, фототранзисторы, туннельные диоды, тиристоры. Уже предварительные оценки говорили о том, что полупроводниковый прибор может иметь очень малые габариты и вес, более высокую надежность и срок службы и быть сравнительно дешевым. С появлением транзистора, благодаря его способности выполнять ф-ию переключателя, малым габаритам и высокой надежности начала воплощаться в жизнь идея по произ-ву ЭВМ. Создание сложных бортовых и космических Эл-ых устройств стало возможным только на основе п/пых приборов. Аппаратура эры п/п-ых дискретных приборов – это аппаратура 3-его поколения. Реальность создания сложных эл-ных устройств и систем, содержащих тысячи электрорадио = ЭР эл-ов обусловилась новыми противоречиями в развитии эл. пром-ти и Э.: легко спроектировать, но почти невозможно безошибочно собрать и обеспечить работу различных схем. Ошибки при монтаже, обрывы, КЗ и тд. Разрабатываемые в конце 50-х гг. ЭВМ должны были содержать около 100000 диодов и 2500 транзисторов.

Решение проблемы межсоединений привело в созданию интегральных микросхем. В Э. и эл.пром-ти появился новый этап – МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, кот. отражает 2 основных направления – интеграцию и микроминитюаризацию. Практически одновременно, в конце 40 начале 50 гг возникло 3 конструктивных технологических варианта интегральных микросхем:

- толстопленочные и тонкопленочные гибридные интегральные микросхемы

- полупроводниковые интегральные микросхемы = ПИМ

Прообразом ПИМ явл. печатная плата, в кот. все одиночные проводники объединены в единое целое и изготавливаются одновременно групповым методом путем стравливания медной фольги с диэлектр. плоского основания (текстолит) с участков, не отведенных под проводники. Единст. видом радиоэл-в, подвергающихся интеграции в этих платах, явл. проводники.

ПИМ были изготовлены в 1959 ( уже умели изготавливать дискретные транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы и тд). 60- начало 70-х гг. – время новых качественных изменений в полупроводниковой Э., генерации новых идей, технологий полупроводников, эл.устройств. Одновременно быстро росла сложность интегральной электроники:

- функциональной (от тригера до ЭВМ)

- конструктивной (ИМС содержат 10-30 эл-нов – 60-е гг.

БИС (=большие инт. Схемы) содержат неколько тысяч эл. на одном кристалле

СБИС (= сверхбольшие инт. схемы) - несколько сот тысяч эл. на одном кристалле – 80 –е гг.

- технологической – минимальный размер эл-нов снизился с 50 микрон (60-е гг) до 2 микрон (80-е гг) и продолжает снижаться.

Темпы внедрения очень высоки, т.е. резко сокращается срок с момента научного открытия до освоения в производстве – напр. реализация принципа фотографии – более 100 лет, телефон – 50, радио – 25, электронное TV – 14, ЭВМ – 5 , транзистор – 5, ИМС – 3 года.

4) Связан с созданием эл. устройств и систем на базе ИМС, носит общее название периода микроэлектроники ( с конца 70-х гг). Аппаратура 4-ого поколения, созданная на базе ИМС, наз. МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ. Разработка БИС и СБИС позволила создать новый полупроводниковый компонент – микропроцессор = МП

Мп представляет собой функционально законченное программно управляемое устройство обработки данных, сочетающее дешевизну стандартного издания серийного произ-ва с гибкостью универсального устройства, состоящего из арифметико-логического устройства (=АУ) и устройства управления. На основе МП БИС разработаны и выпускаются серийно микроЭВМ, представляющие собой конструктивно завершенную вычислительную систему, содержащую, кроме МП, несколько БИС памяти, тактовый генератор и интерфейсные схемы i/o.

Универсальным средством проектирования БИС и СБИС, а также МП-систем явл-ся система автоматического проектирования (САПР), кот. должен владеть высококвалифицированный специалист эл-ной техники и радиоэлектроники.

3.Основные свойства полупроводников. Собственный полупроводник.

Из очень большого числа различных полупровод. материалов наиболее широко исп-ся для изготов-ния эл-ных приборов Ge и Si. Полупроводниковый кристалл харак-ся закономерным расположением атомов образующих, так называемую КР в-ва. Межатомные связи осуществляются валентными эл-нами, находящимися на внешней оболочке атомов. У Ge и Si 4 валентных электрона. При образовании кристаллов атомы настолько сближаются, что их внешние электронные оболочки перекрываются. При этом у валентных эл-нов соседних атомов появляются общие орбиты, на каждой из которых может находиться не более 2-х эл-нов. Эти общие орбиты связывают между собой атомы