Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике, страница 10

будет вынужден на протяжении профессиональной карьеры изменять род своей деятельности до5 раз. Очевидно, что всякая вынужденная перемена родапрофессиональной деятельности — весьма трудная проблема для узкого специалиста. Только для человека, обладающего глубокими фундаментальными знаниями, освоение конкретной специфики новой инженерной профессиине составит большого труда.

Это объясняется общностьюфундаментальных основ практически всех техническихспециальностей. В процессе обучения по специальности«Нанотехнология в электронике» студент получит весь-Часть 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ55ма глубокие знания в области фундаментальных наук иприобретет высокую профессиональную мобильность.В течение пяти лет студент вуза вынужден изучать бо2лее полусотни различных курсов. Реально никто не спо2собен сохранить в своей памяти содержание такого числадисциплин, но и не в этом цель образования.

Это хорошопонимают как сами педагоги, так и специалисты, эффек2тивно использовавшие плоды образования в своей профес2сиональной деятельности и в жизни. Например, один изкрупнейших ученых прошлого столетия Макс Планк, за2ложивший основы квантовой физики, утверждал: «Обра2зование — это то, что остается, когда все изучавшееся за2будется». Остается же (должно оставаться!) развитое ин2женерное мышление, позволяющее адаптироваться ковсем переменам в науке и технике и эффективно участво2вать в научно2техническом прогрессе.Понятие «профессиональное мышление» многогранно.Однако его основные характерные признаки можно свестик трем: критичность, творчество, системность.

Высокаякритичность помогает раньше конкурентов вскрыть потребность в новации, инженерное творчество позволяет ее своевременно предложить, а системность мышления обеспечивает учет всех значимых внутренних ивнешних взаимосвязей предложенного, что гарантируетнадежность и конкурентоспособность новой разработки.Крупнейший американский инженер2изобретатель То2мас Эдисон говорил: «Величайшая задача цивилизации —научить человека мыслить». Кратчайший путь решенияэтой задачи — познакомить студента с наиболее эффек2тивными методами мыслительной деятельности челове2ка, опирающимися на фундаментальные основы тех учеб2ных курсов, которые он изучает в вузе.Именно приобретая фундаментальные знания, мож2но наиболее результативно развить мышление и интег2рировать в своем сознании естественнонаучные основы дис2циплин инженерной специальности.

А это как раз та база,на которой формируется широкообразованная личностьи высококвалифицированный специалист, способный нетолько поспевать за научно2техническим прогрессом, но56НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьи участвовать в его развитии, а также легко изменять принеобходимости сферу своей профессиональной деятельно)сти. Именно поэтому в последнее время увеличиваетсячисло фирм, предпочитающих принимать на работу спе)циалистов с широким фундаментальным образованием.Следует также иметь в виду, что в современных услови)ях успешность специалиста обеспечивается в конечном ито)ге не только его квалификацией, удостоверенной дипломом,но и особым качеством личности, которое называют компе)тентностью. Компетентность — это ярко выраженная спо)собность специалиста проявлять знания, умения и навыкив своей профессиональной деятельности (в том числе прирешении принципиально новых задач, к решению кото)рых вуз не готовит).

В вузе студент имеет дело с десяткамиучебных дисциплин, каждая из которых содержит приме)ры решений творчески ориентированными специалистамии таких проблем, которые ранее считались неразрешимы)ми. Подобные примеры студент должен использовать дляприобретения собственных профессиональных знаний.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ1.

Какой документ определяет квалификационную характеристи)ку, сроки, последовательность и содержание подготовки дипло)мированных специалистов? Охарактеризуйте этот документ.2. Какие дисциплины относятся к блоку «Общие математическиеи естественнонаучные дисциплины»? Охарактеризуйте есте)ственнонаучную основу каждой из них.3. Как связаны общепрофессиональные дисциплины с дисцип)линами естественнонаучного блока? Приведите примеры.4. Как связаны специальные дисциплины с дисциплинами есте)ственнонаучного блока? Приведите примеры.5. Какую роль в творческой деятельности инженера играет зна)ние фундаментальных законов природы?6.

Как связаны гуманитарные и социально)экономические дис)циплины с фундаментальными науками? Приведите примеры.7. Какие процессы отражают дифференциацию и интеграцию раз)личных наук?8. Что такое «проблема двух культур», как изменялась со време)нем ее острота?9. Какова связь профессиональной мобильности специалистов ифундаментализации инженерного образования?10. Какие основные признаки характеризуют профессиональноеинженерное мышление?ЧАСТЬ ВТОРАЯЭТАПЫ И ОСНОВЫРАЗВИТИЯЭЛЕКТРОНИКИ•4•ЭЛЕМЕНТЫКВАНТОВОЙ ФИЗИКИ4.1.СВЯЗЬ ЭЛЕКТРОНИКИИ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИЭлектроника — раздел науки и техники, в котором исследуются электронные явления в веществе, и на основе результатов этих исследований разрабатываютсяметоды создания электронных приборов, электронныхсхем и систем.Электронные схемы и системы лежат в основе инструментальной базы информатики, автоматики, телемеханики, мехатроники, вычислительной техники и т.

д. Уровеньразвития электроники определяет облик современной цивилизации.В своем развитии электроника прошла три этапа:· ламповая;· полупроводниковая;· интегральная полупроводниковая электроника (микроэлектроника).Наноэлектроника — это современный, четвертыйэтап развития электроники.Каждый из видов электроники зародился в недрахквантовой физики.Для наноэлектроники важны также достижения биологии. Однако и биокомпьютеры в большинстве своем связаны с квантовыми эффектами. Поэтому учебный план поспециальности «Нанотехнология в электронике» содержит много дисциплин, являющихся разделами квантовойфизики.Курс «Введение в специальность» для данной специальности может быть полноценно изложен лишь на осноЧасть 2.

ЭТАПЫ И ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ59ве определенных сведений из квантовой физики. Некото$рые из них содержатся в курсах физики и химии среднейшколы. Эти сведения (с некоторыми добавлениями) изла$гаются в настоящей главе.4.2.ЭТАПЫ РАЗВИТИЯЭЛЕКТРОНИКИВо времена до электронного периода в вычислитель$ной технике использовались механические устройства —счеты, арифмометры и т. д.

Механическая техника обла$дала чрезвычайно малым быстродействием. Например,прибавление (вычитание) единички на канцелярских сче$тах занимает примерно секунду. Скорость распростране$ния электромагнитных сигналов, определяющая предель$ный уровень быстродействия электронных вычислитель$ных систем, как минимум в десятки миллиардов раз выше.Это одна из основных причин необходимости перехода отмеханических вычислительных устройств к электронным.В основу первого поколения электроники был поло$жен эффект эмиссии электронов из нагретого катода иуправления потоком этих электронов в вакууме с помо$щью электрического поля.

Термоэлектронная эмиссиябыла открыта американским изобретателем Т. А. Эди$соном (1889) и исследована английским физиком О. В. Ри$чардсоном (Нобелевская премия, 1928). На основе описан$ного эффекта был создан активный схемный элемент —радиолампа, позволяющая выпрямлять и усиливать элек$трический сигнал, а также генерировать электромагнит$ные колебания.Радиолампа — это стеклянная вакуумная колба (лам$па) с двумя (катод, анод) или большим числом электродов(см.

рис. 4.1). Катод при нагреве создает вблизи своей по$верхности некоторую концентрацию электронов. «Тяну$щее» поле положительно заряженного анода формируетиз этих электронов анодный ток. Если на анод подать от$рицательный потенциал, то анодный ток практически бу$дет равен нулю. Таким образом, диод может служить вы$прямителем переменного тока.60НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.

Введение в специальностьВ триоде имеется еще одинэлектрод — сетка. С помощьюэлектрического потенциала,поданного на сетку, можноуправлять анодным током,например, усиливать его. Этопозволяет использовать три+од в электронных схемах вкачестве усилителя и ге+нератора сигналов. Поэтомудиод и триод называют ак+тивными схемными элемен+Рис. 4.1Схематическое представлениетами. Резисторы (электриче+трехэлектродной лампыское сопротивление), кон+(триод)денсаторы (электроемкость),катушки индуктивности относят к пассивным элементам.Электронные схемы первого поколения состояли издискретных (отдельных) активных и пассивных схемныхэлементов.