Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Полупроводниковая электроника и микроэлектроника. 2 Часть Вй Квантовая и оптическая электроника. 3 Часть !У.Функциональная электроника. 1о мысли автора у шбник должен сформировать у студентов, изучающих электронику, гелосгное восприятие этого перспективного раздела науки и техники. Удалось лн это, судить студентам н аспирантам, для которых и предныначена эта книга. Учебник написан по материалам лекций, прочитанных автором в разные годы в Москов- ском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) и Московском физико-техническом институте (государственный универси- гет). Автор с благодарностью вспоминает обсуждения отдельных тем и методических подходов с выдающимися лекторами профессорами Курбатовым Л.
Н., Скроцким Г. В., Гуляевым 1О. В., Бондаренко Б. В., Федотовым Я. А, и др. Их лекции и семинары так или иначе органически вплелись в содержание книги. Вместе с тем автор обязан замечательным учебникам и учебным пособиям Розанова Л. Н., Степаненко И. П., Коледова Л. А., Карлова Н. В., Пихтина А. Н. н других замечательных отечественных ученых, методические находки которых были использованы в учебном процессе и процитированы в книге.
Упражнения адаптированы из популярньп задач- ников Гольденберга Л. М., Левитского С. М., Линча П., Терехова В. А., Успенского А. В. и других крупных методистов. В подготовке рукописи к изданию активное участие принимали Федотов Я. А.. Горбуно- ва Г. Г., Зверев Г. М., Долгалев Д. Г., Буря Г. Ф., !Духа С.А., Поляхов Б х Б. и др., кото- рым приношу сердечную благодарность, У авгора нет сомнений, что в первое издание могли попасть неточности, опечатки, некор- Ректные формулировки.
С благодарностью будут приняты все замечания по адресу: 119454, Москва, Проспект Вернадского, '1Ъ, МИРЭА, кафедра интегральной электроники. Введение Материал части ), как и всего учебника, излагается с позиции системного анализа, В практику преподавания электроники ввелено понятие модели электронного прибора, определены его основные элементы на основе анализа определенного класса электронных приборов. Такой методический подход позволяет системно изложить физические основы процессов, лежащих в основе работы электронных приборов, произнести нх классификацию, привести основные конструктивные решения и параметры электронных приборов. Системный подход, примененный к изложени>о взаимосвязанных физических явлений и процессов, относящихся к разным разделам электроники, позволяет использовать изложенный материгш и для изучения физических основ технологии производства электронных приборов, играющую определяющую роль в электронике.
Автор посчитал важным в каждой части учебника привести краткий исторический раздел, в котором отражены основные вехи развития определенной области электронной техники, приведены имена ученых, включая наших отечественных, внесших решающий вклад в развитие электроники. В каждом разделе предлагаются задачи, которые снабжены решениямн. Это ю>ассические, ранее апробированные задачи, которые могут использоваться для проведения индивидуальных занятий, а также для самостоятельной работы студентов. Знакомясь с решением задач, студент может самообразовываться, самостоятельно разбираться в отдельных вопросах курса лекций. Контрольные вопросы могут использова~ься при составлении экзаменационных билетов. Первая часть учебника начинается с изложения свойств вакуума как континуальной среды распространения электронов и ионов, способов получения и намерения вакуума Системное изложение вакуумной электроники начинается с физической модели приборов вакуумной электроники.
Она состоит из следующих элементов: ь) эмиттер электронов; континуальная среда (вакуум), в которой распространяются электроны; устройства управления электронными потоками, формирующие информационный сигнал с использованием электрических и магнитных полей; детектор информационного сигнала. В соответствии с такой концепцией рассмотрень> физические процессы эмиссии электроноа и, соответственно, основные типы катодов, электронных пушек, формирующие электронные пучки. 4ля управления этими пучками предназначены устройства, в основе которых лежат электронная и магнитная оптика.
Особое внимание акцентируется на процессах управления ~коростью электронов в по~оке, позволяющих проводить группировку электронов. Для сьема информации или вывода энергии анализируются процессы взаимодействия ~перронов с веществом детектора, процессы наведения токов при движении электронов в вакууме. Часть б Вакуумная и плазменная электроника основе изученных физических процессов и явлений рассматриваются принципы рабои характеристики разли ~ных типов приборов вакуумной юектроникн: электронных мп, , СВЧ-приборов, электронно-лучевых приборов, фотоэлектронных и рентгеновских иборов. кю1ге рассмотрены некоторые перспективные направления развития вакуумной элеконнки, в частности, ее взаимодействие с наноэлектроникой.
Это, прежде всего, исполь- вание в, ие явлении автоэлектронной эмиссии в туннельных и силовых микроскопах. последней главе рассмотрены основные типы ионных или плазменных приборов, прин- зп работы которых основан на использовании газоне~о разряда и процессов ионнзации помогцью электронов.
1. Краткая историческая справка Понятие вакйкн (Уасцгпзз), в переводе с латинского — пустота, обозначает состояние газа при давлении меньше атмосферного. До середины ХА'!1 века этот термин использовался лишь в философии. Древнегреческий философ Демокрит одним из "начал мира" считал именно пустоту. Позднее Аристотель ввел понятие эфира- — неощутимой среды, способной передавать давление. В этот период знания о свойствах разреженного газа еще отсутствовали, но вакуум уже широко использовался в водоподъемных и пневматических устройствах.
В 1211 году в уставе первого в мире Парижского университета было записано, что вопросами пустозы должны заниматься богословы, но ни в косм случае не есзсственники. Только в Хг'!! веке Галилео ! алилей, не терпевший церковных догм, вычислил "силу боязни пустоты" из факта невозможнооги подъема воды всасывающим насосом на высоту более 1О м, какого бы диаметра труба ни была. Научный этап развития вакуумной техники начинается с !643 года, когда в Италии Эванджелиста Торричелли, ученик знаменитого 1'алилео Галилея, измерил атмосферное давление.
Он открыл, что атмосфера создает давление, равное давлению столба ртути высотой около 760 мм. Пространство над ртутью в барометрической трубке, которое по представлению Торричелли было "абсолютной пустотой", названо в честь ученого "торричеллиевай пустотой". Теперь известно, что это пространство заполнено ртутным паром, имеющим при нормальной температуре давление 1,бх10' Па (1,2х10 ' мм рт.
ст.). !3 середине Х!Х века немецкий химик Роберт Вильгельм Бунзен осуществил откачку газа струей быстро истекающей жидкости, увлекаи>щей газ из изолированного сосуда. В научную дисциплину вакуумная техника сформировалась в связи с развитием производства элелтровакуумных приборов. В 1873 году русский ученый электротехник Александр Николаевич Лодыгин изобрел первый элеклдэовакуугчлый прпбоп -- электрическую лампу накаливания с угольным стержнем. В 1883 году американский изобретатель Томас Алва Эдисон, исследуя различные вещества для электрических ламп накаливания, открыл явление термоэлектронной эмиссии из накаленных проводников.
В 1887 году немепкий физик Генрих Рудольф Герц открыл внешний фотоэлектрический эффект. Одновременно русский физик Александр Григор~ванч Столетов систематически исследовал вношний фотоэлекзрический эффект и открыл первый закон фотоэффекта. Эти, а также лшогие другие открытия и изобретения привели к стремительному развитию вакуумной техники и вакуулзной электроники. В 1884 году итальянец А. Малиньяни впервые применил в процессе производства вакуУмных ламп накаливания связывание остаточных газов парами фосфора и тем самыл1 по- Часть!. Вакуумная и плазменная электроника нл начало применению различного рода газапоглотителей илн так называемых ге>кров ов в элелтровакуумных приборах. Впоследствии были разработаны геттерные насосы.
1901 году русский физик Петр Пиколаевич Лебедев в своих опытах впервые использо> идею удаления остаточных газов с помощью ртутного пара. 1904 году Джеймс Дьюар разработал способ получения вакуума путем по~лощения юв активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. 1905 году оыл изготовлен первый вращательный механический насос Геде, который >ввалил получить давления около 10 Па (-10 ' мм рт. ст.). В 1914 — 19!6 пз практичен одновременно американский физик Ирвинг Ленгмюр и профессор Петроградского >иверситета С. А.
Боровик разработали ртутный лиффузианный насос, способный сов- >вать давление около 1О ' Па (-1О > мм рт. ст.). За небольшой период времени в начале Х века были изобретены широко применяемые в настоящее время вакуумные насосы: >ащательный (Геле, 1905), криосорбционный (Д. Дьюар, !906), молекулярный (Геле, )12), диффузионный (Гедс, 1913), развитии техники измерения низких давлений следует отметить такие работы, как сов- ание компрессионного манометра Г. Мак-Леодом (1874 г.), теплового манометра М. Пи- ани (1909 г ) и ионизационного манометра О. Бакли (1916 г ). 'спехам вакуумной техники способствовали многочисленные теоретические и экспери- >ентальные работы, Здесь особенно следует отметить работы, проведенные в первые де- ятилетия ХХ века американскими учеными И. Ленгмюром и С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
