Что известно и открыто в настоящее время.

Введение

Криоэлектроника (криогенная электроника) — направления электроники и микроэлектроники, охватывающие исследование взаимодействия электромагнитного поля с электронами в твердых телах при криогенных температурах и создание электронных приборов на их основе.

К криогенным температурам относят температуры, при которых наступает глубокое охлаждение.

В криоэлектронных приборах используются различные явления: сверхпроводимость металлов и сплавов, зависимость диэлектрической проницаемости некоторых диэлектриков от напряженности электрического поля, появление у металлов при температуре ниже 80°К полупроводниковых свойств при аномально высокой подвижности носителей заряда и др. Принципы криоэлектроники используют для построения ряда приборов (криотроны, квантовые и параметрические усилители, резонаторы, фильтры, линии задержки и др.). Наиболее распространенным из этих приборов является криотрон, представляющий собой переключающий криогенный элемент, основанный на свойстве сверхпроводников скачком изменять свою проводимость под воздействием критического магнитного поля.

Действие криотрона аналогично работе ключа или реле. Криотрон может находиться только в одном из двух состояний — либо в сверхпроводящем, либо с малой электропроводностью.

В данной работе мы выберем определенное направление доклада. Такие как: микроэлектроника и холод.

Современный научно-технический прогресс тесно связан с развитием микроэлектроники. Успехи электроники является результатом создания различных по своим свойствам полупроводниковых приборов.

Микроэлектроника — отрасль науки, которая охватывает проблемы исследования, конструирование, изготовление и использование микроэлектронных изделий, причем под микроэлектронным изделием понимают электронное устройство с высокой степенью интеграции.

Микроминиатюризация — это направление электроники, который обеспечивает реализацию электронных схем, блоков и аппаратуры в целом с использованием микроминиатюрных радиодеталей и узлов.

Холод — состояние или субъективное ощущение сравнительно низкой температуры воздуха по отношению к более тёплому времени (месту) или к обычным условиям для данного времени (места).

История открытия

Вопрос о минимально возможной температуре впервые привлек внимание исследователей еще около ста лет назад. Ныне охлаждение до низких температур широко используется на практике в различного рода устройствах и системах, особенно в радиоэлектронной аппаратуре. Это стало возможным благодаря успешному решению проблемы сжижения газов.

Хотя многие газы сжижаются сравнительно легко, первоначально считалось, что некоторые газообразные вещества при любых условиях сохраняют свое состояние неизменным. Однако во второй половине XIX в. ученые добились определенных успехов в исследовании проблемы перехода веществ из газообразного состояния в жидкое. В частности, было установлено, что каждый газ характеризуется некоторой критической температурой, выше которой его невозможно сжижать только путем повышения давления. В 1898 г. впервые был получен жидкий газ (водород), а в 1908 г. голландский физик Камерлинг-Оннес осуществил сжижение гелия, завершив тем самым первый этап работ по сжижению газов.

В последующие десятилетия началось быстрое развитие методов использования новых криогенных жидкостей -- сжиженных газов в фундаментальных научных исследованиях в промышленности. От лабораторных экспериментов, которые, кстати, привели к открытию явления сверхпроводимости, перешли к производству сжиженных газов в промышленных масштабах. Их стали выпускать тоннами из смесей газов, например воздуха (разделяя его на составляющие -- кислород, азот и инертные газы).

История открытия микроэлектроники — это неотъемлемая часть истории технического прогресса. Без всякого сомнения, «перво­толчком» к зарождению микроэлектроники послужило изобрете­ние американцами Дж. Бардином и У. Браттейном точечного тран­зистора. Это произошло в 1948 г. под крышей Bell Telephone Laboratories. Первые транзисторы изготавливались на основе гер­мания и были весьма несовершенны. В качестве основных недо­статков можно указать нестабильность характеристик и выражен­ную зависимость их от температуры, повышенный уровень шу­мов, малую мощность и высокую стоимость.

Следующий важный шаг в развитии транзисторной техники был связан с изобретением в 1951 г. плоскостного транзистора и практи­чески совпал по времени с массовым переходом от германия к крем­нию. Позднее опыт изготовления транзисторов, основанный на диф­фузии, способствовал разработке групповой технологии производ­ства транзисторов, что резко снизило их стоимость. В 1952 г. был изобретен полевый (униполярный) транзистор.

Днем рождения микроэлектроники следует считать появление интегральных схем. Первая ИС была выпущена фирмой Fairchild Semiconductor в 1961 г. и представляла собой триггер, собранный из четырех биполярных транзисторов и двух резисторов. С момента изобретения транзистора до появления микросхем прошло всего 13 лет. К середине 60-х годов XX в. интегральные схемы содержат до 100 элементов, а их номенклатура стремительно расширяется. В начале 70-х годов XX в. появляются первые БИС (большие интег­ральные схемы), содержащие на кристалле уже сотни и тысячи элементов размером от 3 до 100 мкм.

Значительный вклад в развитие микроэлектроники внесли со­ветские и российские ученые. За разработку полупроводниковых лазеров на основе гетеропереходов, без которых не обходится ни один современный компьютер, наш соотечественник Ж. И.Алфе­ров в 2001 г. был удостоен Нобелевской премии.

Принципиально важным моментом является то, что при изго­товлении микросхем используется групповой метод производства. Суть его заключается в том, что на одной пластине полупровод­никового материала одновременно изготавливается большое чис­ло интегральных схем. Кроме того, если позволяет технологиче­ский процесс, одновременно в работе находится несколько де­сятков таких пластин. По завершении основного технологическо­го цикла пластина режется на кристаллы, каждый из которых пред­ставляет собой отдельную микросхему. На заключительной стадии осуществляют корпусирование — помещение кристалла в корпус и соединение контактных площадок с выводами (ножками) ин­тегральной схемы.

Что известно и открыто в настоящее время.

Главными этапами развития электроники являются: вакуумная (электронные лампы, электровакуумные, фото-электронные приборы, рентгеновские и газоразрядные трубки) твердотельная (полупроводниковые и оптоэлектронные приборы, интегральные микросхемы, микропроцессоры, микроЭВМ) квантовая (лазеры, мазеры, дальномеры, линии оптической связи, радиоастрономия, голография).

Микроэлектроника — отрасль науки, которая охватывает проблемы исследования, конструирование, изготовление и использование микроэлектронных изделий, причем под микроэлектронным изделием понимают электронное устройство с высокой степенью интеграции.

Можно выделить шесть периодов развития интегральных микросхем. Первый период приходится на начало 60-х годов, он характеризуется низкой степенью интеграции, количество элементов ИМС достигает 100, минимальный размер элемента — 100 мкм. Второй период — конец 60 — начало 70-х годов, количество элементов ИМС от 100 до 1000, минимальный размер элемента — 100 — 3 мкм. Третий период развития ИМС — вторая половина 70-х годов, — характеризуется быстрым темпам производства микросхем, количество элементов от 1000 до 10000, минимальный размер элемента — 1 мкм. Четвертый период приходится на начало 80-х годов, он характеризуется разработкой сверхбольших ИМС, минимальный размер элемента — 0,1 мкм. На пятом этапе развития ИМС — 80 — 90-е годы широко используются микропроцессоры на базе больших и сверхбольших интегральных микросхем. Современный шестой этап развития ИМС характеризуется дальнейшим развитием и применением приборов функциональной электроники.

Бурное развитие микроэлектроники, усложнения радиоэлектронной аппаратуры привели к необходимости совершенствования и создания новых микроэлектронных изделий с большим количеством элементов. Появились интегральные микросхемы (ИМС) — микроэлектронные изделия, выполняющие функцию обработки сигнала и (или) накопления информации, которые имеют высокую плотность размещения конструктивно неразделимых и электрически соединенных элементов, компонентов и кристаллов, которые по требованиям к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как неделимые. Преимуществами ИМС являются: малые размеры, масса и потребляемая мощность, высокие надежность и быстродействие.