И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 64

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 64)

Многие органические вещества, например полимеры„пленки, жидкие кристаллы, имеют довольно слабые межмолекулярные связи. В таких веществах молекулы сохраняют свои индивидуальные свойства. Поэтому для органических кристаллов характерно сочетание свойств отдельных молекул и свойств целого кристалла. В кристаллической решетке германия, кремния и некоторых других веществ очень сильная связь между атомами и эти атомы почти полностью утрачивают индивидуальные свойства. Органические кристаллы отличаются от традиционных неорганических полупроводников не только разнообразием свойств и способностью изменять эти свойства, а еше и тем, что их обработка не требует ядовитых веществ, в отличие от обработки обычных полупроводников, например кремния.

Исследования в области молекулярной электроники ведутся по двум направлениям. С одной стороны, пы каются разработать на базе органических молекул устройства, аналогичные по принципу работы и схемотехнике обычным полупроволниковым микросхемам, но более простые по технологии изготовления. При этом возможно улучшение эксплуатационных свойств и снижение стоимости изделий. Второе направление — это создание устройств, принципиально отличных от существующих микросхем по степени микроминиатюризации и скорости обработки информации.

Это будут устройства совершенно нового типа. Человеческий мозг имеет громадную информативную емкость и обладает способностью к сложной переработке информации. В клетках мозга происходят весьма сложные информационно- логические процессы. А в молекулярной электронике ведутся работы по созда- 204 нию теоретической и технологической базы для производства молекулярных агрегатов, выполняющих функции логических элементов, и для объединения таких элементов в системы переработки информации. Подобные системы могут быть принципиально новыми по структуре и действию, т.

е. не копировать человеческий мозг. Кроме того, по сравнению с мозгом они могут иметь во много раз большую плотность размещения элементов и скорость передачи информации. Одна из основных проблем в молекулярной электронике — зто соединение молекулярных элементов между собой и с внешними устройствами. Схемотехника для молекулярных элементов пока еще детально не разработана Имеются теоретические модели и проводятся экспериментальные исследования в этой области. В частности, установлено, что возможна передача информации за счет перехода вдоль цепочки молекул (от молекулы к молекуле) электронов или так называемых сояитонов — единичных акустических волн, возникающих в каком-то месте и способных распространяться в том или ином веществе.

В настоящее время характерны трн направления исследований в молекулярной электронике: 1) конструирование молекул и молекулярных ансамблей, способных хранить, передавать и перерабатывать информацию; 2) разработка новой молекулярной схемотехники; 3) создание технологии производства молекулярных микроэлектронных устройств. Молекулярные электронные устройства могут быть цифровыми и аналоговыми. Возможен вариант цифрового устройства такой„в котором молекулы представляют собой логические элементы, а управление и передача информации осуществляются за счет оптического воздействия на молекулы.

Оптические системы применяются и для связи входа и выхода молекулярного устройства с внешними электрическими цепями. Для логических элементов необходима высокая надежность срабатывания при воздействии на них управляющего сигнала. Под действием квантов излучения молекулы, играющие роль логических элементов, должны переходить из обычного (нормального) состояния в возбужденное или наоборот. Важно, чтобы в возбужденном состоянии логический элемент мог оставаться нужное время. Простые молекулы сохраняют возбужденное состояние лишь малые доли секунды, после чего они самопроизвольно возвращаются в невозбужденное состояние.

Сложные органические молекулы остаются в возбужденном состоянии десятки секунд. Чтобы обеспечить надежную работу элемента, управляющее воздействие должно безотказно переводить молекулу в нужное состояние. Для многих молекул это справедливо только при переводе в возбужденное состояние, а обратный перевод — либо самопроизвольный (спонтанный), либо плохо управляемый, что недопустимо.

Необходимо подобрать такие молекулы, которые имеют не менее двух, хорошо различимых устойчивых состояний с достаточно длительным временем жизни в этих состояниях. Эти молекулы должны быть хорошо управляемыми, т. е. 'позволять переводить их в любое из двух состояний и четко определять, в каком из этих состояний система находится.

Управление с помощью излучения может быть осуществлено так, что прямой переход достигается за счет воздействия видимого, а обратный — за счет воздействия ультрафиолетового излучения. Возможны и другие комбинации двух различных излучений. Прн управлении лазерным лучом с диаметром 1 мкм можно в молекулярной пленке получить плотность записи информации до 10' бит/см' и даже более. Таким образом, один из вариантов молекулярного цифрового устройства может иметь тонкопленочный слой молекул, способных нзапоминать» информацию, а для записи и считывания использовать лазерные лучи с различной длиной волны. В аналоговых схемах должны использоваться большие белковые молекулы с множеством различных устойчивых состояний.

Управление переходом между этими состояниями возможно различными методами, например оптическим возбуждением, воздействием электрических полей. Таким образом, активный элемент аналоговых схем — это молекула белка размером (3+ 5).!О э мкм. На 1 смз пленки размещается до 10'~ таких молекул. Возможно осуществлять миллиарды переключений в секунду. На основе таких молекулярных пленок изготовляются высокопроизводительные аналого-цифровые вычислительные устройства и аналоговые телевизионные устройства, используемые, например, в качестве глаз у роботов.

В создании таких устройств еще много трудностей. В частности, неясно, смогут ли устойчиво работать долгое время ннежныев белковые молекулы. Их устойчивость в основном определяется физическими условиями. Например, в живых организмах, физические условия в которых изменяются не очень сильно, белковые молекулы могут устойчиво работать несколько недель. Современная генная инженерия направлена, в частности, на повышение стойкости и длительности жизни белковых молекул. Можно предполагать, что первые приголные для практического использования молекулярные электронные устройства будут разработаны в ближайшие годы.

РАЗ ЕЛ ВТОРОЙ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ ГЛАВА ПЯТНА АТАЯ ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ 15Л. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ 206 Электровакуумными приборами (ЭВП) называют приборы, в которых рабочее пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной средой (пары или газы) и действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме илн газе. Под вакуумом следует понимать состояние газа, в частности воздуха, при давлении ниже атмосферного. Если электроны движутся в пространстве свободно, не сталкиваясь с оставшимися после откачки газа молекулами, то говорят о высоком впкууме.

Электровакуумные приборы делятся на электронные, в которых течет чисто электронный ток в вакууме, и ионные (гпэоразрядные), для которых характерен электрический разряд в газе (или парах). В электронных приборах ионизация практически отсутствует, а давление газа менее 100 мкПа (высокий вакуум). Вионныхприборахдавление133 10 зПа (10 мм рт. ст.) и выше. При.этом значительная часть движущихся электронов сталкивается с молекулами газа и ионизирует их. Есть еще групца проводниковых (безразрядных) ЭВП. К ним относятся лампы накаливания, стабилизаторы тока (бареттеры), впкуумные конденсаторы и др.

Особую группу ЭВП составляют электронные лампы, преднаэначенные для различных преобразований электри- ческих величин. Эти лампы бывают генераторными, усилительными, выпрями- тельными, частотно-преобразовательными, детекторными, измерительными и др. Большинство их рассчитано на работу в непрерывном режиме.

Выпускаются лампы и для импульсного режима. В ннх протекают кратковременные токи — электрические импульсы. В зависимости от рабочих частот электронные лампы подразделяются на низко-, высоко- и сверхвььсокочпстотные. Электронные лампы, имеющие два электрода — катод и анод, называются диодами. Диоды для выпрямления переменного тока в источниках питания называются кенотронами. Лампы, имеющие помимо катода и анода электроды в виде сеток, с общим числом электродов от трех до восьми,— это соответственно триод, тетрод, пентод, гексод, гептод и октод. При этом лампы с двумя и более сетками называются многоэлектродными.

Если лампа содержит несколько систем электродов с независимыми потоками электронов, то ее называют комбинированной (двойной диод, двойной триод, триод — пентод, двойной диод — пентод и др.). Основные ионные приборы — это тиратроны, стабилитроны, лампы со знаковой индикацией, ионные разрядники и др.

Большую группу составляют электронно-лучевые приборы, к которым относятся кинескопы (приемные телевизионные трубки), передающие телевизионные трубки, осциллографические и запоминающие трубки, электронно-оптические преобразователи изображений, электронно-лучевые пвреключатели, ин- дикаторные трубки радиолокационных и гидроакустических станций и др. В группу фотоэлектронных приборов входят электравакуумные фотоэлементы (электронные и ионные) и фотоэлектроннь1е умнолсители. К электроосветительным приборам следует отнести лампы накаливания, газараэрядные источники света и люминесцентные лампы.

Характеристики

Список файлов книги