Молекулярные функциональные устройства

  Главная       Учебники - Радиотехника      Регулировщик радиоаппаратуры (Городилин В. М.)

 поиск по сайту           правообладателям

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

Молекулярные функциональные устройства

Молекулярная электроника — это раздел электроники, решающий комплекс физических, химических, схемотехнических и технологических проблем с целью создания микроминиатюрной электронной аппаратуры путем использования различных эффектов и физических явлений в молекулах твердого тела.

При построении молекулярных функциональных устройств используют следующие явления и эффекты: формирование, накопление и перенос электрических зарядов (доменов), взаимодействие потока электронов с акустическими волнами (акустоэлектроника), фотоэлектрические, оптические, тепловые, термоэлектрические и другие явления.

Примером функционального элемента является кварцевый резонатор, выполняющий функцию частотной селекции, в котором электрическая функция реализуется за счет прямого и обратного Пьезоэлектрических эффектов. Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора состоит из индуктивности, емкости и сопротивлений. Однако в конструкции резонатора мы не можем обнаружить их прототипы в общепринятом конструктивном оформлении.

При создании электронных схем особые требования предъявляют к чистоте материала и внутреннему строению его кристаллической решетки, так как малейшие примеси и изменения в строении кристаллической решетки оказывают значительное влияние на физико-электрические параметры материала.

Электронные схемы получают подобно интегральным микросхемам, создавая внутри кристалла локальные неоднородности, позволяющие осуществлять необходимое управление потоком объемных зарядов с помощью электрических или магнитных полей. Технология изготовления молекулярных функциональных устройств имеет много общего с технологией полупроводниковых интегральных схем. В основе создания молекулярных функциональных устройств лежат те же физические явления, что и в основе создания интегральных схем, однако функции первых многообразнее. Отличие состоит в том, что в молекулярных устройствах нельзя отождествлять отдельные структурные области с элементами радиосхемы; эти устройства можно оценивать только в целом по выполняемым ими функциям.

Новым направлением в развитии микроэлектронных устройств на МОП-структурах являются приборы с зарядовой связью (ПЗС).

Принцип действия ПЗС основан на хранении заряда неосновных носителей в потенциальных ямах, образующихся у поверхности полупроводника под действием внешнего электрического поля, и на перемещении этого заряда вдоль поверхности при сдвиге потенциальных ям. Для ПЗС характерны два режима работы: хранение и передача информационного заряда. На основе ПЗС создаются логические приборы для ЭВМ, линии задержки, полупроводниковые передающие телевизионные трубки и др.

В основе акустоэлектроники лежит использование явлений взаимодействия акустических и электрических колебаний. Элементами акустоэлектронных функциональных устройств являются пьезоэлектрические преобразователи, осуществляющие превращение энергии электрических колебаний в энергию упругих колебаний и обратно. На этом принципе созданы линии задержки для цветных телевизоров. Такие приборы состоят из подложки (звуко-провода) и двух преобразователей, предназначенных для возбуждения и приема поверхностных акустических волн (ПАВ). Время задержки сигнала определяется расстоянием между преобразователями и скоростью распространения ПАВ. Максимальное время задержки ограничивается размерами пьезокристалла (подложки) и равно 100 мкс. Объем, занимаемый линией задержки ПАВ по сравнению с волноводными и коаксиальными линиями задержки СВЧ-диапазона, уменьшается в 104 раз, а масса —в 500 раз.

Приборы магнитоэлектроники основаны на использовании эффектов в магнитоуправляемых веществах, возникающих
при наличии магнитного поля. К таким приборам относятся структуры на магнитных доменах (полосковых или цилиндрических). Принцип работы приборов заключается в формировании и продвижении одиночных доменов в узких низкокоэрцитивных каналах, образованных в высококоэрцитивной магнитной пленке.

Создание принципиально новых устройств хранения и переработки информации на цилиндрических доменах (запоминающих устройствах большой емкости, логических и переключающих устройствах) открывает новую страницу в вычислительной технике.

Новый многообещающий класс прозрачных магнитных кристаллов позволяет создавать большой набор устройств управления. Эти устройства способны в ближайшие годы вытеснить существующие аналоги электронных, электрооптических, акустических и других приборов. Таким образом, один функциональный блок, созданный в едином монолите твердого тела, осуществляет преобразование сложных функций, заменяя собой целую схему, составленную из дискретных активных и пассивных элементов.

Принцип действия прибора хемотроники основан на электрохимическом преобразовании. В качестве носителей заряда используются ионы в жидких и твердых электролитах. Хемотронные приборы (ионисторы, мимисторы и др.) применяют в различных микроэлектронных устройствах, где они выполняют функции выпрямления, электропитания, преобразования, усиления, интегрирования и запоминания информации.

Приборы криоэлектроники основаны на эффекте скачкообразного уменьшения (в миллиарды раз) сопротивления металлов (ниобия и др.) при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю. Это явление называется сверхпроводимостью. Наиболее существенно на свойства сверхпроводников влияет внесение магнитного поля.

На этом принципе построен прибор криотрон, в котором ток входной цепи своим магнитным полем управляет переходом выходной цепи из сверхпроводящего состояния в нормальное, если ее ток меньше практического значения. Криотрон обладает высоким быстродействием и может работать на очень высоких частотах (свыше 1 ГГц) в логических ячейках, сумматорах, дешифраторах и других устройствах ЭВМ.

Оптоэлектронные устройства основаны на использовании светового луча для передачи и обработки информации. Совместное использование электрических и оптических связей на основе различных физических эффектов (например, электролюминесценция, фотопроводимость, электромагнитоакустический эффект, фотодиоды) позволяет по-новому строить функциональные оптоэлектронные устройства. Эти устройства могут получать, хранить, передавать и перерабатывать информацию.

В зависимости от организации оптоэлектронного устройства и физической природы входной и выходной информации преобразователи электрический сигнал — свет и свет — электрический сигнал
могут выполнять роль входных и выходных элементов. Например, оптический сигнал, воздействуя на фотоприемник, преобразует световую энергию в электрическую. В оптоэлектронном устройстве возможны самые разнообразные сочетания взаимодействия входных и выходных сигналов: электрический — электрический,

электрический — оптический, оптический — электрический, оптический — оптический.

В измерительной технике широкое применение получили фотоприемники, излучатели, светодиоды, оптронные (оптроны) преобразователи, а также различные световые индикаторы.

Биотроника — это область функциональной микроэлектроники, основанная на явлениях живой природы. Она призвана использовать принципы и сами структуры хранения и обработки информации, приближающиеся по своим функциональным возможностям к человеческому мозгу.

Учеными ряда стран ведутся интенсивные работы в этом направлении. Достижения последних лет позволили создать устройства ассоциативной памяти, самонастраивающиеся фильтры и др. Перспектива развития биотроники — это создание биопреобразователей информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..