Електроніка - наука про взаємодію електронів з електромагнітними полями і про методи створення електронних приладів і пристроїв (вакуумних, газорозрядних, напівпровідникових), використовуваних для передачі, обробки та зберігання інформації. Виникла вона на початку ХХ століття. На її основі було створено електровакуумні прилади.
З початку 50-х років інтенсивно розвивається твердотільна електроніка, перш за все напівпровідникова. На початку 60-х років виникла мікроелектроніка - найбільш перспективний напрямок електроніки, пов'язане зі створенням приладів і пристроїв у мікромініатюрних виконанні і з використанням групової технології їх виготовлення. Виникнення мікроелектроніки викликано безперервним ускладненням функцій і розширенням сфер застосування електронної апаратури, що вимагало зменшення її габаритів і маси, підвищення швидкодії і надійності.
Основу електронної бази мікроелектроніки складають інтегральні схеми, що виконують задані функції блоків і вузлів електронної апаратури, в яких об'єднано велике число мікромініатюрних елементів та електричних з'єднань, що виготовляються в єдиному технологічному процесі. Мікроелектроніка розвивається в напрямку зменшення розмірів містяться в інтегральній схемі елементів (до 0,1-1,0 мкм), підвищення ступеня інтеграції, щільності упаковки, а також використання різних за принципом дії приладів (опто-, акусто-, кріоелектронних, магніторезісторних та ін .) Останнім часом ведуться інтенсивні роботи зі створення інтегральних схем, розміри елементів яких визначаються нанометрами, тобто постійно набирає чинності наноелектроніка - найбільш важливий напрямок мікроелектроніки, що характеризує сучасний етап розвитку природознавства.
Розвиток твердотільної електроніки.
Ще в ХІХ столітті видатний фізик Фарадей зіткнувся з першою загадкою - з підвищенням температури електропровідність досліджуваного зразка зростала за експоненціальним законом. На той час було відомо, що електричний опір багатьох провідників лінійно збільшується із зростанням температури. Через деякий час А. С. Беккерель виявив, що при висвітленні "поганого" провідника світлом виникає електрорушійна сила - фотоЕРС - друга загадка.
Крім того було виявлено зміну опору селенових стрижнів під дією світла, що певною мірою підтвердило сутність другого загадки, пов'язаної з фотоелектричними властивостями "поганих" провідників.
У 1906 році фізик К. Ф. Браун зробив важливе відкриття: змінний струм, проходячи через контакт свинцю і піриту, не підкоряється закону Ома, більше того, властивості контакту визначаються величиною і знаком прикладеної напруги. Це була 3-я фізично загадка.
У 1879 р. фізик Холл відкрив явище виникнення електричного поля в провіднику з струмом, вміщеному в магнітне поле, спрямоване перпендикулярно струму. Електричне поле виникало і в напівпровідниках. Передбачалося, що направлення даного поля визначають електрони і якісь позитивно заряджені частинки. Відкриття Е. Холла - четверта загадка "поганих" провідників.
Створена Максвеллом теорія електромагнітного поля не пояснювала ні одну з чотирьох загадок.
У 1922 р. був створений генерує детектор, здатний посилювати і генерувати електромагнітні коливання. Основою його служила контактна пара: металеве вістря-напівпровідник.
У напівпровідниковій електроніці 4 загадки залишалися нерозгаданими майже 100 років.
Дослідницькі роботи суттєво активізувалися після створення зонної теорії напівпровідників. У верхній зоні - прохідності - знаходяться вільні заряди. Нижня зона, в якій заряди пов'язані, валентна. Між ними - заборонена зона. Якщо її ширина велика, то в твердому тілі електропровідність відсутній і воно відноситься до діелектрика. Якщо не велика, то електрони можуть збуджуватися і переходити з валентної зони в більш високоенергетичної. На звільнених від електронів місцях утворюються дірки, які еквівалентні носіям позитивного заряду.
З'ясувалося, що існують напівпровідники з електронним типом провідності (п-тип), для кіт. Ефект Холла негативний, і з позитивним ефектом Холла, що мають дірковий тип провідності (р-тип). Перші зв. донорними, другі - акцепторними.
У результаті багатьох експериментів вдалося виготовити зразок, що включає кордон переходу між двома типами провідності. І вдалося розгадати всі 4 загадки "поганих" провідників.
Витоки сучасної мікроелектронної технології.
До 1955 року була налагоджена технологія виготовлення транзисторів зі сплавним і р-п-переходами. Потім з'явилися різновиди сплавних транзисторів: дрейфові та сплавні з дифузією.
В кінці 50-х років була розроблена технологія створення планарних транзисторів, конструкція яких має плоску структуру. Особливість цієї технології - можливість створення безлічі приладів на одній підкладці. Така технологія відкрила шлях до групової технології виробництва транзисторів і його автоматизації.
Розвиток дискретної напівпровідникової техніки, можливість автоматизації виробництва призвели до інтеграції. У 1960 році був запропонований метод виготовлення транзисторів у тонкому епітаксіальним шарі, вирощеному на монокристаллической підкладці. Таким способом вдавалося на міцній товстої підкладці створити транзистори з тонкою базою. Було запропоновано використовувати транзистори з тонкоплівковими провідниками в межах однієї пластини. Такі транзистори отримали назву інтегральних, а кристали стали називати інтегральними схемами.
Таким чином, поряд з дискретною твердотільної електронікою з'явилася інтегральна електроніка заснована на тонкоплівкової групової технології.
Підвищення ступеня інтеграції і нові технології.
Основна продукція мікроелектроніки за останні десятиліття - різноманітні інтегральні схеми. Можливо 3 шляхи зростання інтеграції.
Перший пов'язаний із зменшенням топологічного розміру і соостветственно підвищенням щільності упаковки елементів на кристалі. Другий - збільшення площі кристала. Третій - оптимізація конструктивних прийомів компонування елементів.
Характерні розміри елементів інтегральних схем стають близькими до мікрометра. Перехід до ще меншим розмірам елементів вимагає нового підходу. Довелося відмовитися від ряду технологічних операцій. Фотографію замінили електронної, іонної та рентгенівської літографією.; Дифузійні процеси замінили іонною імплантацією і т.д. З'явилася молекулярно-інженерна технологія, що дозволяє будувати прилади атом за атомом. Використання променевих методів спільно з вакуумною технологією дозволяє отримати прилади з розмірами до 10-25 нм.
Сфальцьовані іонні потоки - інструмент, що дозволяє створювати принципово нові конструкції приладів. Рентгенівські установки дозволяють реалізувати тиражування зображень з розмірами мікроелементів, недоступних світловий оптиці.
З розвитком мікроелектроніки відбувається ускладнення схем і зменшення розмірів малюнка (ширина ліній 0,5 мкм).
Зараз основний матеріал напівпровідникових приладів - кремній. Перехід до наноелектроніці змушує звернутися і до інших матеріалів: арсеніду галію, фосфіду індію і т.д. Наноелектроніка дозволяє створювати тривимірні - багатошарові структури. Розвивається новий напрямок електроніки - функціональна електроніка. У першу чергу це оптоелектроніка. (Розміри структур до 100 нм - частки довжин світлових хвиль).
Широким фронтом ведуться роботи з використання довгих молекул в якості елементів мікросхем.
Розвиток лазерних технологій.
Для фізиків лазер дав життя нелінійній оптиці, що охоплює дослідження поширення потужних світлових пучків у твердих тілах, рідинах і газах та їх взаємодії з речовиною.
Властивості лазерного випромінювання:
1.Лазерний промінь поширюється, майже не розширюючись.
2.Свет лазера має виняткову монохроматичністю, тобто він має одну довжину хвилі, один колір.
3.Лазер - наймогутніше джерело світла.
У 1960 р. Мейманом був створений перший лазер - рубіновий, що працює в імпульсному режимі. У ньому не вся енергія світла лампи накачування перетвориться в лазерну спалах, який має величезну потужність.
Газовий лазер був створений майже одночасно з рубіновим, у 1960р. Він працював на суміші газу і неону. Розріджений газ в лазерній трубці дуже мало розсіює світло. Порушується газ електричним розрядом, який проходить через всю товщу, не затухаючи. Тому розміри трубки можуть бути значними. (5-10м).
Був створений газодинамічний лазер, схожий на реактивний двигун.
Не тільки газові лазери дають безперервне випромінювання. Його дає і напівпровідниковий лазер, що вдихнув життя в оптичну запис.
Широке поширення отримали лазери на барвниках. Їх робоча рідина - розчин анілінових барвників.
На шляху використання лазерного променя встали труднощі - як його передати. Виникла ідея пустити промінь за гнучкою трубці з дзеркальними стінками. Його можна пустити і по скляному стрижня. Скляні волокна можна збирати в джгути різної довжини.
Останнім часом успішно розвивається волоконна оптика, що вивчає процеси проходження світла та зображення через световодам і волноводам оптичного діапазону. Світло почав застосовуватися по справжньому тільки тоді, коли була розроблена волоконно-оптична - лазерна зв'язок
Унікальна здатність лазерів концентрувати світлову енергію у просторі, часі і спектральному інтервалі може бути використана при нерезонансних взаємодії потужних світлових потоків з речовиною, при селекторній впливі на атоми, іони і молекули. У зв'язку з цим виникли дуже перспективні швидко розвиваються багатоликі лазерні технології, такі як лазерна обробка матеріалів, лазерний термоядерний синтез, лазерна хімія, лазерний вплив на живу тканину, лазерна спектроскопія, лазерна зв'язок, лазер в офтальмології, лазерна хірургія та голографія.
При підготовці цієї роботи були використані матеріали з сайту http://www.studentu.ru