Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (Основы электроники и микроэлектроники (книга)), страница 50

д. с. при нагреве. Поэтому при создании функциональных микросхем не воспроизводят все элементы электрической схемы в соответствующих участках твердого тела, а создают области с определенными свойствами, необходимыми для выполнения данной ф В ка й функции. качестве примера рассмотрим простейший функциональный блок, который выполняет функцию преобразования переменного тока в постоянный (рис. 5.!2, а). Для сравнения на рис.

5.12, б приведена простейшая электрическая схема, которая при реализации с помощью электрорадиоэлементов выполняет ту же функцию выпрямителя. Рассматриваемый функциональный блок состоит из трех областей: ! — область, обладающая активным сопротивлением и выделяющая тепло при прохождении через нее электрического тока любого рода; 2 — область, являющаяся электрическим изолятором, но проводящая тепло; 3 — те моэлектрическая область, которая под воздействием теплового потока вырабатывает э. д.с. постоянного тока.

К области ! подводится переменное напряжение, и под действием электрического тока выделяется тепло. Тепловой поток проходит из области г' через теплопроводящую область 2 в термоэлектрическую области 3, которая при этом генерирует постоянный ток. Другим примером является пьезоэлектрический кристалл, генерирующий колебания подобно резонансному контуру, содержащему катушку индуктивности, конденсатор и резистор. По с авнени р ению с электрической схемой количество элементов или компонентов в функциональной микросхеме гораздо меньше, а следовател ельно, появляется возможность значител уменьшить размер з еры и стоимость устройств, а главное, резко повысить надежность схемы и устройства в целом. Однако функциональные микросхемы не универсальны.

то специфические схемы, имеющие свои преимущ ества и недостатки. В основном они используются для управ р п вления электрическими сигналами. однако могут найти применение и в случаях, когда Рнс. б.!2. Функциональный блок лля вынрямления переменного тока (а) и аналогичная по функции элек- трическая схема (б) выходными величинами являются тепло, электро- входными или вых и т. п. В качестве магнитн е ное излучение, механическое смещение и т. п.

материала, на базе которого создаются функциональные р- мик опроводники, диэлектрики, фотопроводящие материалы и другие. 5.5.2. Направления функциональной микроэлектроники Оптоэлектроника основана на использовании различных оп- ний, т. е. свойств твердых тел, вызванных световым тических явлении, т. е. не создает потоком. вет в " С етовой поток электрически нейтрален, не , обла ает одэлектрических кон контактов и гальванических связей, об д ей частотой, носторонне напр ей направленностью и очень высокой несущей п опускать много каналов обработки и ф р н о мации.

позволяет пр у , возникающих при Акустоэлекгроника основана на явлениях, во ни взаимодеиствии п отока электронов с акустическими волнами в м теле. На этой основе можно осуществлять генерацию и твердом теле. а т ока электронов, скоуси ление акустических волн с помощью поток . В ак стоэлекрость которых значительно превышает звуковую. у тропике используются механические резонансн фф ые э екты, пьезо- ический эффект и др. Акустоэлектроника занимается преэлектрически эффект тические и акустиобразованием электрических сигналов в вкус ческих в электрические. П б р, основанный на электромеханическом резонансе, пари ор, т еэописгором. Он представляет собой полево" р зывают рээонисг р а каналом.

Сигнал зистор р с затвором, часть которого нависает н д е под нависаю- подается на электрод, расположенныи на изолятор щим концом затвора а на затвор подается постоянное смеще ние. При совпадении частоты сигнала с частотой резонанса свободного конца затвора последний вибрирует под действием электрического поля между затвором и сигнальным электродом. Механические колебания, генерируемые при этом, могут иметь частоту от ! кГц до ! МГц.

На пьезоэлектрическом эффекте, который заключается в изменении размеров образца материала под действием электрического поля, основана работа кварцевых генераторов и фильтров, а также ультразвуковых линий задержки. Пьезоэлектрические преобразователи возбуждают с помощью электрических сигналов акустические волны и осуществляют обратное преобразование акустических волн в электрический сигнал. Магнигоэлекгроника основана на использовании свойств слабых ферромагнетиков и магнитных полупроводников, которые имеют малую намагниченность насыщения и позволяют управлять движением намагниченных микроминиатюрных областей в трех измерениях.

Используется для хранения, обработки и перемещения больших объемов информации, причем для хранения информации не требуется питания, а при ее перемещении выделяется очень небольшая мощность рассеяния. Квантовая микроэлектроника основана на явлениях, которые возникают при изменении структуры тел на молекулярном уровне при их конденсации. Это сопровождается изменением оптических, электрических и магнитных свойств твердых тел и жидких кристаллов при высокой чувствительности к внешним воздействиям, что используют для управления и преобразования потоков информации в различных функциональных устройствах.

Биоэлектроника, одно из направлений бионики, использует явления живой природы на молекулярном уровне. Она исследует принципы хранения и обработки информации в живых организмах для создания сверхсложных систем обработки информации, подобных по своим функциональным возможностям человеческому мозгу. Биоэлектроника изучает нервную систему животных и человека для совершенствования микроэлектронных устройств и разработки для них новых элементов. Использование явлений живой природы в микроэлектронике — это перспективное направление, которое таит в себе огромные возможности.

Диэлектрическпл электроника использует свойства тонких пленок диэлектриков, возникающие при контакте их с тонкимн пленками металла. При этом из металла в диэлектрик эмиттируются электроны, которыми обогащается приконтактный слой диэлектрика. Они распространяются во всем объеме тонкой диэлектрической пленки благодаря очень малой ее толщине и определяют проводящие свойства диэлектрической пленки.

Если между двумя пленочными металлическими электродами с разными 231 значениями работы выхода расположить тонкую пленку диэлектрика толщиной в единицы микрометра, то электроны будут переходить из металла с меньшей работой выхода в диэлектрик, заполнять всю его толщину и под действием приложенного внешнего напряжения создавать ток в диэлектрике.

На этом основан принцип действия диэлектрических диодов и транзисторов, характеристики которых аналогичны соответствующим характеристикам электровакуумных диодов и триодов. Хемотроника (иоиика) изучает физико-химические и электро- химические процессы, протекающие в жидкостях. В электрохимических приборах жидкость служит электролитом, используются ионные процессы. На основе электрохимических явлений созданы приборы, выполняющие функции выпрямителей, усилителей и ряда других преобразователей сигнала, а также управляемые сопротивления и запоминающие устройства. Управляемое сопротивление выполняет функции переменного резистора, не имеющего движущихся контактов. Уиравляемое сопротивление представляет собой резистивный электрод из инертного металла, например платины, от концов которого сделаны два вывода.

Между этими выводами электрод имеет определенное омическое сопротивление. Управление его величиной осуществляется с помощью второго электрода из меди, имеющего свой вывод. Оба электрода помещены в герметический корпус, пространство между ними заполнено электролитом, содержащим соединения меди. При подаче постоянного напряжения, когда резистивный электрод является катодом, а управляющий — анодом, происходит электролиз, в результате которого медь из электролита осаждается на резистивном электроде, уменьшая его сопротивление, а управляющий электрод частично растворяется в электролите.

Если изменить полярность управляющего напряжения, то слой меди на резистивном электроде (аноде) начнет растворяться, а на управляющем (катоде) осаждаться. В результате этого сечение резистивного электрода уменьшится, а его сопротивление возрастет. После прекращения подачи управляющего сигнала сопротивление остаетси неизменным, таким, как оно было в момент выключения сигнала, т. е.

«запоминается» прибором надолго. Созданы также электрохимические твердотельные приборы, называемые ионисторами. Они имеют большую емкость (более 50 Ф), долго сохраняют заряд и могут быть использованы в качестве низковольтного источника питания в микроэлектронной аппаратуре, а также в качестве запоминающего устройства. Функциональные микросхемы могут быть основаны и на других явлениях и физических процессах в твердом теле.

56.З. гэ ° . Основные сведения об оптоэлектрони Однои из важных ной мик самостоятельных областей функцион роэлектроники является оптоэлектроника. В оп аль- тронных уст паствах ос ика. оптоэлекр й х осуществляется преобразование электри- ческих сигналов в оптические и наоборот; р ; светово луч при этом й выполняет такие же функции управления, преобразования и связи, как электрический сигнал в электрических цепях.