Функциональная микроэлектроника Раздел1 Функциональная электроники и ее основные направления Раздел 2 Направления в функциональной электронике
Раздел 1 Функциональная электроники и ее основные направления
Введение Современная твердотельная электроника развивается по двум главным направлениям: Современная твердотельная электроника развивается по двум главным направлениям: интегральной электроники, или микроэлектроники; интегральной электроники, или микроэлектроники; функциональной электроники. функциональной электроники. Интегральная электроника основана на принципе технологической интеграции статических неоднородностей. Интегральная электроника основана на принципе технологической интеграции статических неоднородностей. Функциональная электроника основана на физических принципах интеграции динамических неоднородностей Функциональная электроника основана на физических принципах интеграции динамических неоднородностей Суть функциональной электроники определяется принципами физического моделирования, реализуемого преимущественно на базе твердого тела. Интеграция в функциональной электронике параметрическая, интегрируются функции преобразования, что исключает схемотехнический принцип их формирования, а, следовательно, компонентную и элементную интеграцию в нем. Основу функциональной электроники составляет физика твердого тела. Физические процессы и явления, происходящие в твердом теле, моделируют функции передачи и преобразования, определяемые алгоритмами обработки массивов информации. Суть функциональной электроники определяется принципами физического моделирования, реализуемого преимущественно на базе твердого тела. Интеграция в функциональной электронике параметрическая, интегрируются функции преобразования, что исключает схемотехнический принцип их формирования, а, следовательно, компонентную и элементную интеграцию в нем. Основу функциональной электроники составляет физика твердого тела. Физические процессы и явления, происходящие в твердом теле, моделируют функции передачи и преобразования, определяемые алгоритмами обработки массивов информации.
Основные направления ФЭ: Устройства на основе ПЗС (прибора с зарядовой связью). Устройства на основе ПЗС (прибора с зарядовой связью). Устройства на основе ЦМД (цилиндрическом магнитном эффекте). ЦМД дают возможность создавать устройства большой функциональной гибкости с исключительно высокими параметрами. При этом функции логики, запоминания и коммутации реализуются без нарушения однородности структуры материала носителя. Устройства на основе ЦМД (цилиндрическом магнитном эффекте). ЦМД дают возможность создавать устройства большой функциональной гибкости с исключительно высокими параметрами. При этом функции логики, запоминания и коммутации реализуются без нарушения однородности структуры материала носителя. Устройства на основе ПАВ (поверхностные акустические волны). ПАВ могут быть использованы в устройствах запоминания и хранения сигнальной информации. Устройства на основе ПАВ (поверхностные акустические волны). ПАВ могут быть использованы в устройствах запоминания и хранения сигнальной информации. Устройства на основе спиновых волн. Устройства на основе спиновых волн. Устройства на основе ЯМР (ядерный магнитный резонанс). Действие этих устройств основано на использовании метода спинового эха - импульсного метода наблюдения ЯМР. На основе эха реализуются системы памяти и спектральной обработки сигналов. Устройства на основе ЯМР (ядерный магнитный резонанс). Действие этих устройств основано на использовании метода спинового эха - импульсного метода наблюдения ЯМР. На основе эха реализуются системы памяти и спектральной обработки сигналов. Устройства на основе голографического принципа хранения и обработки информации. Особенность - возможность записи информации непосредственно в аналоговой форме и высокая надёжность хранения информации. Устройства на основе голографического принципа хранения и обработки информации. Особенность - возможность записи информации непосредственно в аналоговой форме и высокая надёжность хранения информации. Белковая биологическая память. Основана на применении методов биотехнологии. Вместо традиционных материалов используются органические молекулы, в том числе специально сконструированные белки, обладающие свойством бистабильности. Белковая биологическая память. Основана на применении методов биотехнологии. Вместо традиционных материалов используются органические молекулы, в том числе специально сконструированные белки, обладающие свойством бистабильности. Самоорганизующиеся среды. Основаны на неоднородностях, которые возникают и взаимодействуют не по заданному плану, а вследствие явления самоорганизации. Замечательные качества: Самоорганизующиеся среды. Основаны на неоднородностях, которые возникают и взаимодействуют не по заданному плану, а вследствие явления самоорганизации. Замечательные качества: уникальная адаптивность; уникальная адаптивность; возможность физического моделирования интеллектуальных функций; возможность физического моделирования интеллектуальных функций; распределённость и ассоциативность памяти. распределённость и ассоциативность памяти. Устройства на основе фазовых переходов Устройства на основе фазовых переходов
Динамические неоднородности функциональной электроники Функциональная электроника основана на физических принципах интеграции динамических неоднородностей (электрические и магнитные домены, магнитные вихри, волны деформации и др.), возникающих в процессе эксплуатации электронной системы. Динамические неоднородности в однородном объеме твердого тела являются непосредственными носителями информации и создаются под действием внешних факторов при функционировании электронного устройства. Кинетика динамических неоднородностей не вызывает дефектообразования в кристалле, поэтому в принципе устройства функциональной электроники более надежны, чем устройства интегральной электроники Функциональная электроника основана на физических принципах интеграции динамических неоднородностей (электрические и магнитные домены, магнитные вихри, волны деформации и др.), возникающих в процессе эксплуатации электронной системы. Динамические неоднородности в однородном объеме твердого тела являются непосредственными носителями информации и создаются под действием внешних факторов при функционировании электронного устройства. Кинетика динамических неоднородностей не вызывает дефектообразования в кристалле, поэтому в принципе устройства функциональной электроники более надежны, чем устройства интегральной электроники Таким образом, функциональная электроника - это направление электроники, основанное на физике твердого тела и принципе физического моделирования при осуществлении приема, переработки, хранения, передачи и отображения информации, при этом принцип физического моделирования реализуется с помощью физической интеграции динамических неоднородностей. Динамическая неоднородность представляет собой локальный объём на поверхности или внутри среды с отличными от её окружения свойствами, которая не имеет внутри себя статических неоднородностей и генерируется в результате определённых физико-химических процессов. Деградация динамической неоднородности не приводит, как правило, к потерям или сбоям в процессах обработки информации. Таким образом, функциональная электроника - это направление электроники, основанное на физике твердого тела и принципе физического моделирования при осуществлении приема, переработки, хранения, передачи и отображения информации, при этом принцип физического моделирования реализуется с помощью физической интеграции динамических неоднородностей. Динамическая неоднородность представляет собой локальный объём на поверхности или внутри среды с отличными от её окружения свойствами, которая не имеет внутри себя статических неоднородностей и генерируется в результате определённых физико-химических процессов. Деградация динамической неоднородности не приводит, как правило, к потерям или сбоям в процессах обработки информации. Таким образом, функциональная электроника представляет собой область интегральной электроники, в которой изучается возникновение и взаимодействие динамических неоднородностей в континуальных средах в совокупности с физическими полями, а также создаются приборы и устройства на основе динамических неоднородностей для обработки, генерации и хранения информации. Таким образом, функциональная электроника представляет собой область интегральной электроники, в которой изучается возникновение и взаимодействие динамических неоднородностей в континуальных средах в совокупности с физическими полями, а также создаются приборы и устройства на основе динамических неоднородностей для обработки, генерации и хранения информации.
Приборы функциональной электроники Анализируя приборы функциональной электроники, можно выделить общие элементы, характерные для всех конструкций: Анализируя приборы функциональной электроники, можно выделить общие элементы, характерные для всех конструкций: Континуальная среда- 1, в которой можно создать как статические, так и динамические неоднородности. Среда может находиться в любом агрегатном состоянии, однако, в основном используется твердое тело. По своим физико-химическим свойствам среда должна быть однородной на всем тракте распространения информационного сигнала динамической неоднородности 2. Генератором динамической неоднородности 2 служит статическая неоднородность 3. Считывание и вывод информации из канала осуществляет детектор - статическая неоднородность 4. Управление сигналом, ввод в него нужной информации, ее направленный перенос, регулирование скорости передачи осуществляется статической неоднородностью 5. Континуальная среда- 1, в которой можно создать как статические, так и динамические неоднородности. Среда может находиться в любом агрегатном состоянии, однако, в основном используется твердое тело. По своим физико-химическим свойствам среда должна быть однородной на всем тракте распространения информационного сигнала динамической неоднородности 2. Генератором динамической неоднородности 2 служит статическая неоднородность 3. Считывание и вывод информации из канала осуществляет детектор - статическая неоднородность 4. Управление сигналом, ввод в него нужной информации, ее направленный перенос, регулирование скорости передачи осуществляется статической неоднородностью 5.
По каким двум главным направлениям развивается современная твердотельная электроника Микроэлектроники и функциональной электроники Микроэлектроники и функциональной электроники Микроэлектроники и акустоэлектроники Микроэлектроники и акустоэлектроники Функциональной электроники и функциональной оптоэлектроники Функциональной электроники и функциональной оптоэлектроники
Какое устройство не относится к ФЭ ПЗС ПЗС ПЯВ ПЯВ ЦМД ЦМД
Что не имеет внутри себя динамическая неоднородность Статистических однородностей Статистических однородностей Статистических неоднородностей Статистических неоднородностей Динамических однородностей Динамических однородностей
Выберите из предложенных вариантов элемент соответствующий цифре 1 Динамическая неоднородность Динамическая неоднородность Статическая неоднородность Статическая неоднородность Континуальная среда Континуальная среда
Раздел 2 Направления в функциональной электронике
функциональная акустоэлектроника функциональная акустоэлектроника функциональная магнитоэлектроника функциональная магнитоэлектроника функциональная оптоэлектроника функциональная оптоэлектроника функциональная диэлектрическая электроника функциональная диэлектрическая электроника полупроводниковая функциональная электроника полупроводниковая функциональная электроника
Функциональная акустоэлектроника Функциональная акустоэлектроника - это направление функциональной электроники, в котором исследуются акустоэлектронные эффекты и явления в различных твердых континуальных средах, а также возможность создания изделий электронной техники для обработки, передачи, хранения информации с использованием динамических неоднородностей акустической и/или электромагнитной природы. Функциональная акустоэлектроника - это направление функциональной электроники, в котором исследуются акустоэлектронные эффекты и явления в различных твердых континуальных средах, а также возможность создания изделий электронной техники для обработки, передачи, хранения информации с использованием динамических неоднородностей акустической и/или электромагнитной природы. К акустоэлектронным явлениям и эффектам относятся: · генерация, распространение, преобразование и детектирование объемных и поверхностных акустических волн; · преобразование электрического сигнала в акустический и обратно; · электронное поглощение и усиление акустических волн; · акустоэлектронные и акустомагнитные эффекты, акустопроводимость; · нелинейные акустоэлектронные явления: параметрическое и супергетеродинное усиление звука, акустоэлектронные домены; · взаимодействие света и звука в твердых телах, дифракция, модуляция и сканирование света К акустоэлектронным явлениям и эффектам относятся: · генерация, распространение, преобразование и детектирование объемных и поверхностных акустических волн; · преобразование электрического сигнала в акустический и обратно; · электронное поглощение и усиление акустических волн; · акустоэлектронные и акустомагнитные эффекты, акустопроводимость; · нелинейные акустоэлектронные явления: параметрическое и супергетеродинное усиление звука, акустоэлектронные домены; · взаимодействие света и звука в твердых телах, дифракция, модуляция и сканирование света В однородной среде со свободной плоской поверхностью существуют поверхностные акустические волны (ПАВ). В однородной среде со свободной плоской поверхностью существуют поверхностные акустические волны (ПАВ).
Возбуждение ПАВ с помощью ВШП: Возбуждение динамических неоднородностей в виде акустической волны в пьезоэлектрике осуществляется с помощью вложенных друг в друга групп электродов. Данная система электродов получила название встречно-штыревых преобразователей (ВШП). Другое название такой системы электродов - двухфазный преобразователь ПАВ. Две группы чередующихся электродов соединены шинами, которые в свою очередь подключены к источнику напряжения. На рис. 1:а - топология ВШП; б - схема возникновения акустических волн (сечение АА). При подаче на ВШП напряжения каждая пара электродов возбуждает поверхностную акустическую волну. Если период преобразователя (а+b) равен длине ПАВ, то благодаря явлению акустического синхронизма волны, возбуждаемые каждой парой электродов, имеют одинаковую фазу и происходит их когерентное сложение. Возбуждение динамических неоднородностей в виде акустической волны в пьезоэлектрике осуществляется с помощью вложенных друг в друга групп электродов. Данная система электродов получила название встречно-штыревых преобразователей (ВШП). Другое название такой системы электродов - двухфазный преобразователь ПАВ. Две группы чередующихся электродов соединены шинами, которые в свою очередь подключены к источнику напряжения. На рис. 1:а - топология ВШП; б - схема возникновения акустических волн (сечение АА). При подаче на ВШП напряжения каждая пара электродов возбуждает поверхностную акустическую волну. Если период преобразователя (а+b) равен длине ПАВ, то благодаря явлению акустического синхронизма волны, возбуждаемые каждой парой электродов, имеют одинаковую фазу и происходит их когерентное сложение.
Классификация устройств функциональной акустоэлектроники Изделия функциональной электроники Линейные Линии задержки Устройства частотной селекцииГенераторыУсилители Нелинейные КонвольверыПамять
Функциональная диэлектрическая электроника Функциональная диэлектрическая электроника представляет собой направление в функциональной электронике, которое изучает явления и эффекты в активных диэлектриках, а также возможность создания приборов и устройств обработки информации на основе диэлектрических неоднородностей электрической, магнитной или электромагнитной природы. Основные устройства функциональной диэлектрической электроники можно назвать: Функциональная диэлектрическая электроника представляет собой направление в функциональной электронике, которое изучает явления и эффекты в активных диэлектриках, а также возможность создания приборов и устройств обработки информации на основе диэлектрических неоднородностей электрической, магнитной или электромагнитной природы. Основные устройства функциональной диэлектрической электроники можно назвать: запоминающие устройства; запоминающие устройства; оптические процессоры. Использование диэлектрических материалов при создании запоминающих устройств весьма перспективно для создания новых приборов, характеризующихся энергонезависимостью, высоким выходным сигналом, устойчивостью к воздействию перегрузок и радиации. По функциональному назначению эти устройства близки к репрограммируемым полупроводниковым ЗУ (РПЗУ). Одними из первых устройств этого типа были сегнетоэлектрические ЗУ, изготовленные на поликристаллической оптические процессоры. Использование диэлектрических материалов при создании запоминающих устройств весьма перспективно для создания новых приборов, характеризующихся энергонезависимостью, высоким выходным сигналом, устойчивостью к воздействию перегрузок и радиации. По функциональному назначению эти устройства близки к репрограммируемым полупроводниковым ЗУ (РПЗУ). Одними из первых устройств этого типа были сегнетоэлектрические ЗУ, изготовленные на поликристаллической сегнетокерамике типа цирконата - титаната свинца (PZT-керамика). В разработанных пъезокерамических матрицах (ПКМ) считывание информации происходит без ее разрушения с тактовой частотой до 1 МГц, определяемой временем переполяризации. Допускается циклов перезаписи информации. ПКМ выдерживают ударные нагрузки до 10 g и отличаются высокой радиационной стойкостью. сегнетокерамике типа цирконата - титаната свинца (PZT-керамика). В разработанных пъезокерамических матрицах (ПКМ) считывание информации происходит без ее разрушения с тактовой частотой до 1 МГц, определяемой временем переполяризации. Допускается циклов перезаписи информации. ПКМ выдерживают ударные нагрузки до 10 g и отличаются высокой радиационной стойкостью. Процессоры для обработки больших информационных массивов позволяют обрабатывать информацию в аналоговом виде, одномоментно либо весь массив, либо его часть. Процессоры для обработки больших информационных массивов позволяют обрабатывать информацию в аналоговом виде, одномоментно либо весь массив, либо его часть.
Полупроводниковая функциональная электроника Основным типом динамических неоднородностей здесь являются ансамбли заряженных частиц или зарядовые пакеты, сформированные из электронов или дырок. Особый интерес представляют приборы с зарядовой связью - ПЗС-структуры. Это интегральные полупроводниковые приборы, в основе работы которых лежит принцип создания, передачи и хранения локализованного зарядового пакета в потенциальных ямах, образуемых в полупроводнике под действием внешнего электрического поля. Приборы с зарядовой связью (ПЗС) представляют собой матрицы близко расположенных друг к другу МОП-конденсаторов. Соответствующие последовательности тактовых импульсов на затворах такой матрицы смещают ее отдельные МОП-конденсаторы в режим глубокого обеднения, так что зарядовые пакеты могут храниться под электродами матрицы и контролируемым образом перемещаться вдоль поверхности кристалла, перетекая из-под одних электродов матрицы к соседним электродам. Основным типом динамических неоднородностей здесь являются ансамбли заряженных частиц или зарядовые пакеты, сформированные из электронов или дырок. Особый интерес представляют приборы с зарядовой связью - ПЗС-структуры. Это интегральные полупроводниковые приборы, в основе работы которых лежит принцип создания, передачи и хранения локализованного зарядового пакета в потенциальных ямах, образуемых в полупроводнике под действием внешнего электрического поля. Приборы с зарядовой связью (ПЗС) представляют собой матрицы близко расположенных друг к другу МОП-конденсаторов. Соответствующие последовательности тактовых импульсов на затворах такой матрицы смещают ее отдельные МОП-конденсаторы в режим глубокого обеднения, так что зарядовые пакеты могут храниться под электродами матрицы и контролируемым образом перемещаться вдоль поверхности кристалла, перетекая из-под одних электродов матрицы к соседним электродам. Поперечное сечение секции ПЗС показано на рис. 1. Это устройство представляет собой полупроводниковую подложку, покрытую однородным слоем изолятора (SiO2), на котором достаточно близко друг к другу расположены затворы - электроды переноса. Процесс переноса сигнального заряда начинается в тот момент, когда на правый затвор подается импульс более высокого напряжения (рис. 1). При этом под него переместится зарядовый пакет. Таким образом, в континуальной среде полупроводника создается динамическая неоднородность, управляемая с помощью эффекта поля, что и позволяет управлять информационным сигналом. Расстояние между электродами должно быть минимальным, чтобы зарядовые пакеты перетекали без потерь на диффузию. Ввод информационного сигнала, то есть динамической неоднородности в ПЗС осуществляется статической неоднородностью с транзисторной структурой, в которой формируется зарядовый пакет. Вывод информационного сигнала из ПЗС также осуществляется статической неоднородностью с транзисторной структурой. Поперечное сечение секции ПЗС показано на рис. 1. Это устройство представляет собой полупроводниковую подложку, покрытую однородным слоем изолятора (SiO2), на котором достаточно близко друг к другу расположены затворы - электроды переноса. Процесс переноса сигнального заряда начинается в тот момент, когда на правый затвор подается импульс более высокого напряжения (рис. 1). При этом под него переместится зарядовый пакет. Таким образом, в континуальной среде полупроводника создается динамическая неоднородность, управляемая с помощью эффекта поля, что и позволяет управлять информационным сигналом. Расстояние между электродами должно быть минимальным, чтобы зарядовые пакеты перетекали без потерь на диффузию. Ввод информационного сигнала, то есть динамической неоднородности в ПЗС осуществляется статической неоднородностью с транзисторной структурой, в которой формируется зарядовый пакет. Вывод информационного сигнала из ПЗС также осуществляется статической неоднородностью с транзисторной структурой.
Какое направление не относится к функциональной электронике Функциональная акустоэлектроника Функциональная акустоэлектроника Функциональная интегральная электроника Функциональная интегральная электроника Функциональная магнитоэлектроника Функциональная магнитоэлектроника
Основные устройства физической диэлектрической электроники Запоминающие устройства и оптические процессоры Запоминающие устройства и оптические процессоры Устройства сверки и генераторы Устройства сверки и генераторы Фурье-процессоры и усилители Фурье-процессоры и усилители
Какие нагрузки могут выдержать ПКМ 10 g 10 g 20 g 20 g 15 g 15 g
При какой тактовой частоте в ПКМ считывание информации происходит без её разрушения 1,5 МГц 1,5 МГц 1 МГЦ 1 МГЦ 2 МГц 2 МГц
Тест по разделу 2 пройден ПОЗДРАВЛЯЮ !!! В начало В начало