Первые электронные лампы

Развитие полупроводниковой электроники

Корешки полупроводниковой электроники уходят в середину XIX века, когда были разработаны базы термодинамики, изучающей характеристики макроскопических физических систем без воззвания к атомно-молекулярному строению, вещества. Прямо за этим были открыты эффекты, которые в предстоящем легли в базу сотворения фоторезисторов, ламп, диодов (сенсоров), транзисторов и других частей.

В 1821 году германский физик Первые электронные лампы Т. Зеебек (1770-1831), увлеченный опытами Эрстеда и Ампера, припаяв друг к другу два разнородных металла, соединил их медным проводником и расположил снутри петли. образованной проводником, магнитную стрелку. Нагревая место спая свечкой, Зеебек нашел отклонение магнитной стрелки. Это означало, что при нагревании в цепи появлялся электронный ток. Зеебек открыл термоэлектрический эффект Первые электронные лампы. При всем этом обнаружилось, что когда одним из частей спая служили теллур, сульфид свинца либо некие другие материалы, которые через 100 лет назовут полупроводниками, электронный ток не появлялся. Но в то время на факт существования класса веществ с необыкновенными качествами не направили внимания.

Чуток позднее величавый британский Первые электронные лампы физик М. Фарадей (1791-1867), исследуя температурную зависимость электропроводности сернистого серебра, которое в его время считали металлом, установил, что его электропроводность не падает, как у металлов, а растет, что типично как раз для полупроводников. Фарадей предсказал вероятное существования веществ с необыкновенными электронными качествами, да и тогда никто не занялся исследованием таких Первые электронные лампы веществ, так как потребность в полупроводниках тогда еще не сформировалась.

В 1873 году инженер-электрик из Лондона У. Смит занимался испытаниями подводного телеграфного кабеля. Для изоляции кабеля он решил использовать селен. Селен, открытый сначала века шведским химиком Берцелиусом (1779-1848), будучи расплавленным, а потом стремительно охлажденным, застывает в стекловидную массу с очень огромным сопротивлением. Эта Первые электронные лампы масса и использовалась в качестве изоляции для кабеля. Наблюдательный ассистент Смита Мей увидел, что на свету сопротивление селена. становится существенно меньше, чем в мгле. Селен оказался чувствителен даже к слабенькому свету Луны. Изменение сопротивления селенового столбика под воздействием света практически немедля стали использовать для производства фотосопротивлений.

В этом Первые электронные лампы же году британец Ф. Браун нашел, что контакт сернистого свинца с металлом имеет маленькое сопротивление при одном направлении протекающего через него тока и очень огромное - при обратном.

"Эффект Эдисона"

Лишь на рубеже XX столетия физики начали специально учить материалы, которые были ни металлами, ни диэлектриками и за исследование полупроводников взялись Первые электронные лампы серьезно.

Но электроника начиналась не с полупроводников, а с электрических ламп, фундамент которых заложил величавый южноамериканский изобретатель Т. А. Эдисон(1847-1931). В 1883 году, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью введением в ее вакуумный баллон железного стержня, он нашел меж этим стержнем-электродом и нитью ток. В критериях вакуума Первые электронные лампы ток появлялся при подаче положительного потенциала на электрод. Это явление, получившее заглавие "эффект Эдисона", а потом - "термоэлектронная эмиссия"; оказалось единственным базовым открытием изобретателя, на которое он сам не направил сурового внимания. Оно-то и лежит в базе всех электрических ламп, а как следует, и в базе всей электроники Первые электронные лампы первого периода ее развития, именуемого эпохой электрических ламп. Но все же несколько 10-ов лет ни сам Эдисон, ни другие ученые не могли отыскать внедрения этому явлению. Изобретение в 1895 году радио А. С. Поповым заинтересовало к обозначенному эффекту тем, что он мог быть, применен для сотворения прибора, пропускающего ток Первые электронные лампы в одном направлении, т. е. выпрямителя.

1-ые электрические лампы

Через четырнадцать лет, в 1897 году, открытие электрона навело британца Джона Эмброуза Флеминга (1849-1945), который работал консультантом в фирме Эдисона в Лондоне Edison Electric Light Co., на идея о том, что полузабытое явление, которое следил Эдисон, разъяснялось тем, что раскаленная нить лампы испускала электроны Первые электронные лампы, которые притягивались к положительно заряженному электроду. Когда электрод заряжен негативно, электроны отталкиваются от него.

В 1904 году Флеминг сконструировал лампу, в какой железная сетка, заряженная положительно, окружала нить накаливания. Лампа пропускала только положительную полуволну переменного тока и была первым в мире электрическим выпрямителем, либо диодиком.

Бессчетные опыты с диодиками привели к Первые электронные лампы новым открытиям. В 1906 году Ли де Форест (1873-1961) открыл, что потоком электронов можно управлять с помощью третьего электрода (сетки), подавая на него положительный, либо отрицательный потенциал, т. е. изобрел трехэлектродную лампу-триод. 25 октября 1906 года Ли де Форест подал заявку на выдачу патента на трехэлектродную вакуумную лампу.

Родился Первые электронные лампы Ли де Форест в семье священника в штате Айова, США, учился в Мельском институте. Работал в области телефонии, потом занялся изобретениями в области "беспроволочного телеграфа" – радио. Пытаясь сделать лучше прием радиоволн, он непрестанно улучшал разные виды сенсоров, бывших тогда в употреблении. Устройство триода, которое де Форест в конце концов Первые электронные лампы сделал, и было результатом поочередного поиска, продолжавшегося с 1900 года. Свое изобретение он именовал "аудионом" и в течение следующих лет аудионные усилители в телефонной и радиосвязи вытеснили прежние устройства. Де Форест прожил долгую жизнь, не зная "недочета" в патентах – он их получил несколько сотен. Многие из изобретений имели коммерческий фуррор, но ни одно Первые электронные лампы не приблизилось по значимости к расчудесному триоду.

К концу 40-х годов, когда вступили и действие 1-ые огромные электрические компы, спецы по технике связи начали находить подмену массивным и хрупким лампам, служившим усилителями. В центре внимания оказались кристаллические минералы под заглавием "полупроводники".

На рубеже XIX-XX веков один Первые электронные лампы из таких минералов, галенид (либо сульфид свинца) играл главную роль в радиоприемниках. Контакт меж кристаллом галенида и тонкой железной проволочкой действовал как выпрямитель обеспечивая прием радиосигналов. Еще в 1906 году его предложил француз Ж. Пикар. В 1906 и 1914 годах выходят работы германского электрохимика И. Кенигсбергера, в каких, обобщив результаты сотен работ, проделанных исследователями Первые электронные лампы различных государств, ученый ввел понятие "класса полупроводников" и укачал их главные отличительные признаки.

Сначала 20-х годов русский радиофизик О. В. Лосев (1903-1942) сконструировал кристаллические полупроводниковые сенсоры, показал возможность усиления и генерирования колебаний при помощи таких сенсоров. Журнальчик "Radio", издававшийся в Берлине, в №12 за 1925 год писал: "Представлено несколько 25-киловаттных генераторных Первые электронные лампы ламп, построенных доктором Бонч-Бруевичем в Радноинституте в Нижнем Новгороде, и много генераторных и усилительных ламп, показывающих развитие высочайшей техники радиоиндустрии в Рф по сопоставлению с остальными европейскими странами. Картина эта дополняется еще некими конструкциями приемников доктора Лосева".

В то время "доктору Лосеву", создателю прославленного кристадина - детекторного Первые электронные лампы приемника с кристаллом цинкита, было 22 года. Он был студентом-заочником и умеренным сотрудником Нижегородской радполаборагорни возглавляемой ученым с мировым именованием – М. А. Бонч-Бруевичем. Олегу Лосеву подфартило: прирожденный исследователь, он имел красивых учителей. "Самоучка", не имевший даже вузовского диплома, очень рано сложился как уникальный ученый, 18-ти лет от роду он сделал 1-ое Первые электронные лампы свое открытие, давшее право потом именовать его "пионером полупроводниковой техники". К 20 5 он имел десяток патентов, другие из их и сейчас являются многообещающими.

К огорчению, имя О. В. Лосева не получило той известности, которой оно заслуживает. Его кристадин, после бурного взлета популярности в 20-х годах, стал достоянием музеев Первые электронные лампы, а открытое им тогда явление катодной люминесценции - "свечение Лосева" отыскало применение в светодиодах через много лет после его погибели, и развитие этого направления связывалось уже с другими именами. Погиб ученый в 1942 году от истощения в блокадном Ленинграде, где до последних дней продолжат научную paботу, преподавал в мед институте и отдавал свою Первые электронные лампы кровь, пока совершенно не иссякли силы.

Базы физики полупроводников закладывались в 20-30-е годы XX века трудами российских и забугорных ученых: А. Ф. Иоффе, Я. И. Френкеля. Б. И. Давыдова, А. Вильсона, В. Шоттки, М. Моотта и многих других.

А. Ф. Иоффе (1880-1960) родился в г. Ромны Полтавской Первые электронные лампы губернии. После окончания Петербургского технологического института специализировался в Мюнхене у величавого В. К. Рентгена в экспериментальной физике. Там ученый удостоился "высших похвал" и предложения места доктора, но А. Ф. Иоффе возвратился на родину.

С 1916 года его усилиями в Петрограде организуется известный потом семинар, который посещали будущие лауреаты Нобелевской премии П. Л Первые электронные лампы. Капица, Н. Н. Семенов, также многие, потом ставшие известными, наши физики.

По инициативе А. Ф. Иоффе организуется Физико-технический институт, именитый "Физтех", который воспитал 10-ки ученых. Усилиями ученых физтеха подобные университеты потом были организованы в других городках страны. В 1920 году А. Ф. Иоффе избирается академиком. Монография, посвященная полупроводникам, вышла Первые электронные лампы в 1933 году. Но вклад его в другие разделы современной физики значителен. Он был дружен с величавыми учеными: Эйнштейном, Бором, Лоренцем. О встречах с ними он написал очень увлекательную книжку "Встречи с физиками". А. Ф. Иоффе был вице-президентом АН СССР, удостоен Ленинской и Гос премий, звания Героя Социалистического Первые электронные лампы труда и 3-х орденов Ленина.

Я. И. Френкель (1894-1952) родился в Ростове-на-Дону. Шестнадцати лет написал работу "Электродинамика Галлактики", показал ее А. Ф. Иоффе и получил приглашение поначалу работать в семинаре по новейшей (квантовой) физике, а потом в самом физтехе. Круг интересов Я. И. Френкеля был необыкновенно широкий: физика твердого тела Первые электронные лампы, физика жидкостей, физика атомного ядра, астрофизика, био- и геофизика. Труды Я. И. Френкеля переведены на многие языки. Ученый был и художественно даровитой натурой - мастерски отрисовывал, отлично играл на скрипке.

Меж тем потребность в познаниях о полупроводниках со временем становилась все более настоятельной. В конце 30-х годов появилась радиолокация Первые электронные лампы и. оказалось что германиевые и кремниевые точечные сенсоры способны преобразовывать сигналы сверхвысоких частот, с которыми лампы того, времени совладать не могли. Но пока во время войны не начались насыщенные исследования, связанные с радиолокационной техникой, никто не осознавал, что благодаря своим свойствам полупроводники могут служить надежными и действенными тумблерами и Первые электронные лампы усилителями. В военный период исследователи разработали новые способы внесения примесей в кристаллы германия и кремния, что позволило сделать полупроводниковые материалы с хотимыми электронными качествами (n-тип, р-тип).

Ученые "Bell telephone laboratories" (научно-исследовательской конторы, входящей в компанию "American Telephone and Telegraphe" ATT), как и дpyгиx научных центров, принимавших роль Первые электронные лампы в разработках военного времени, остро нуждались в новых устройствах, способных поменять радиоволны и электромеханические реле в усилителях и тумблерах в системах телефонной связи. Летом 1945 года, незадолго до конца войны компания, мобилизовав свои большие ресурсы, повела массивное пришествие в области физики твердого тела. Главными фигурами в группе физиков были У Первые электронные лампы. Браттейн (1902-1987), экспериментатор, имевший 16-летний стаж работы в фирме, и Д. Бардин (1908-1978), юный профессиональный теоретик, только не так давно пришедший в фирму.

Управляющим и общепризнанным фаворитом группы был 35-летний У. Шокли (1910-1989), Отпрыск горного инженера, Шокли родился в Лондоне, но вырос в Калифорнии, Невзирая на некую склонность к богеме Первые электронные лампы, в работе он был максимально серьезен и «результативен».

После практически 3-х летних исследовательских работ, потребовавших около миллиона баксов, 23 декабря 1947 года Д. Бардин, У. Шокли, У. Браттейн получили полупроводниковый усилитель. В 1948 голу компания "Bell Telephone" в первый раз на публике показала твердотельный усилитель - точечный транзистор. Нареченные ученые были удостоены в 1956 году Нобелевской Первые электронные лампы премии по физике за открытие транзисторного эффекта. 1-ый транзистор повторял по внешнему облику электрическую лампу. Так, конструкции автомобилей в течение первых 15-20 лет повторяли по форме кареты и дилижансы. Но транзисторы уже через два года начали выпускаться в особых корпусах,. ничем не напоминающих вакуумные лампы.

В 1951 году У. Шокли показал Первые электронные лампы миру 1-ый надежный транзистор, представлявший собой трехслойный германиевый "сэндвич" шириной около 1 см, заключенный в железный корпус. Это была модель n-р-n, потом более всераспространенная. Плоскостная модель Шокли в конце концов восторжествовала над точечной моделью.

Выполняя те же функции, что и электрическая лампа транзистор имел существенно Первые электронные лампы наименьшие размеры, у него не было хрупкого стеклянного корпуса и узкой нити накаливание он не перегревался и потреблял еще меньше электроэнергии, Но транзистор не сходу захватил достойное место. Из-за проблем в производстве стоимость прибора оставалась высочайшей: до 8 баксов за штуку, при стоимости на лампу - 75 центов.

Но посреди 50-х годов цена транзисторов Первые электронные лампы резко снизилась. В 1954 году Гордон Тил, физик из компании "Texas Instruments", новичок в электрической индустрии, сделал транзистор из кремниевого кристалла заместо германиевого. Кремний, основной компонент обыденного песка, часто встречающийся после кислорода элемент на Земле.

Усовершенствование технологии производства транзисторов еще более понизило их цена. Были разработаны, к Первые электронные лампы примеру, способы выкармливания огромных кристаллов. Кристаллы кремния "вырастают" подобно жестким кристаллам сахара, которые образуются на ниточках, опущенных В насыщенный сладкий раствор. При новеньком, диффузионном, способе примеси стали вводить в кристалл методом напыления. Это так узкий способ, что его можно сопоставить с добавлением крупинки соли к 38 жд вагонам, сахара.

Понижение цены транзистора Первые электронные лампы содействовало ускорению процесса миниатюризации в электронике. Эту тенденцию всячески поощряли военные, заинтригованные в аппаратуре для ракет и других видов вооружения, также разработчики галлактических программ. Стали использовать транзисторы величиной с булавочную головку. Сделали резисторы и конденсаторы, наименьшие по объему в 50-75 раз, проводники шириной с человечий волос, что позволило перейти Первые электронные лампы на плотные и малогабаритные способы монтажа этих частей. Так, если 1-ая самолетная ЭВМ имела массу более 200 кг, и потребляемую мощность 3 кВт, то ЭBM, в какой часть ламп была заменена на диоды, имела соответственно 100 кг и 1 кВт, а ЭВМ на транзисторах - 50 кг и 0,42 кВт.

Планарная разработка и итегральные схемы

Но этот 2-ой Первые электронные лампы период развития электроники продлился недолго. Как и электрические лампы, транзисторы, сделанные существовавшими тогда способами, приходилось при сборке схем вручную соединять и припаивать. Работа была трудозатратной, а схемы занимали существенное место. Не считая того, все составляющие схемы образовали хаотическое нагромождение, подверженное загрязнению и механическим повреждениям, что снижало надежность Первые электронные лампы устройств, их экономичность.

Еще в 1952 году Г. У. Даммер, британский спец в области радиолокации, выдвинул смелое предложение располагать всю схему полностью - транзисторы, резисторы и другие составляющие – в сплошном блоке полупроводникового материала. Но свою идею он воплотить не мог.

3-ий период развития электроники начался в 1957 году, когда была предложена планарная разработка Первые электронные лампы. Под планарной технологией понимают совокупа операций, позволяющих создавать в полупроводниковой пластинке набор р-n-переходов, границы которого выходят на одну и ту же плоскую поверхность. Такое размещение существенно упрощает их формирование, соединение в согласовании с данной электронной схемой и защиту от наружных воздействий. В купе с пленочной технологией планарная разработка позволила Первые электронные лампы перейти к изготовлению принципно новых электрических изделий - интегральных микросхем, составляющих базу современной электроники.

Опыт сотворения первой в мире интегральной схемы принадлежит Д. Килби, инженеру конторы "Texas Instruments", США, май 1958 года. Печатная плата (ИС) представляла собой узкую германиевую пластинку длиной 1 см. 5 компонент схемы были изолированны друг от друга Первые электронные лампы благодаря собственной форме в виде букв U, I и т. д. Крохотные проволочки, соединявшие составляющие схемы вместе и с источником питания, просто припаивались. Вся конструкция скреплялась воском. Все же схема работала. Компания сказала о рождении нового устройства в январе 1959 года и выстроила для ВВС США компьютер из 587 ИС, объем которого Первые электронные лампы уменьшился в 150 раз по сопоставлению с аналогичным компом старенького эталона. Килби получил патент, но его ИС стремительно вытеснила другая модель, разработка производства которой оказалась проще.

Путь для производства ИС планарной технологией увидел также в 1959 году Р. Нойс, янки, отпрыск священника из маленького города в штате Айова. - Он был директором и Первые электронные лампы научным управляющим компании 'Fairchild Semiconductors", которую сделали бывшие сотрудники У. Шокли "Я ленив, - гласил Нойс потом. - Печатную плату я вымыслил поэтому, что лицезрел, как люди трудились в поте лица, припаивая проволочки к этим штукам, и мне показалось, что это ужасное расточительство". Его модель 1959 года обладила рядом принципиальных преимуществ по Первые электронные лампы сопоставлению со схемой Килби, и даже компания, где работал Килби, приняла ее на вооружение. В 1962 году обе конторы начали общее создание ИС, скоро прозваны "чипами".

Количество отдельных компонент на одном чипе росло с головокружительной быстротой, приблизительно удваиваясь каждый год. К примеру, в 1964 году на кристалле размером 7 см^2 умещалось 10 транзисторов Первые электронные лампы и других- компонент, а к 1970 году в кристалле такого же размера содержалось уже более 100 частей.

ИС существенно уменьшили габариты изделий, убрали необходимость Трудозатратного процесса пайки соединений меж компонентами, повысили надежность устройств и их быстродействие. Электронным импульсам, распространяющимся от 1-го тумблера к другому со скоростью, примерно равной половине Первые электронные лампы скорости света, сейчас приходилось преодолевать расстояние всего только в сотые толики сантиметра.

Показателем трудности ИС является степень интеграции, т. е. число частей и компонентoв в ней. В большой интегральной схеме (БИС) число их может достигать 10000, в сверхбольшой ИС (СБИС) - более 10 000. Процесс настолько поразительной миниатюризации электрических компонент пока длится. По воззрению Первые электронные лампы профессионалов, до того как будут исчерпаны все способности в микроэлектронике, плотность интеграции будет порядка 10 миллионов компонент на кристалле размером с ноготь.

Но уже в 80-е годы ученые начали сталкиваться с неуввязками, свидетельствующими, что миниатюризация не безгранична. Одна из заморочек - это всевозрастающая сложность проектирования микросхемы. Невзирая на помощь компов, для Первые электронные лампы составления карты процессора требуется год-полтора работы большой группы профессионалов. И по мере того как размеры транзистора повсевременно уменьшаются, приближаясь чуток. ли не к длине световой полны, гравировка поверхности кристаллов даже при самых современных способах, к примеру с внедрением лазеров, наталкивается на все огромные трудности.

Самые крохотные транзисторы Первые электронные лампы, время от времени по размерам меньше микробов, потребляют так не много энергии, что становятся уязвимыми для случайных микроскопичных воздействий, к примеру воздействий галлактических лучей либо разрушения материалов при колебаниях температуры.

Чтоб обойти эти трудности, исследователи стали использовать новые принципы построения электрических устройств. Так появилась многофункциональная микроэлектроника – 4-ый период развития электроники. Она Первые электронные лампы базирована не на стандартных базисных элементах (диодиках, резисторах, конденсаторах и др. ), а на применении физических явлений в объеме либо на поверхности жестких тел. В таких изделиях используются не только лишь полупроводники, да и сверхпроводники, материалы с фотопроводящими и магнитными качествами. Кроме электропроводности употребляют ультразвуковые колебания, оптические Первые электронные лампы и магнитные явления в диэлектриках.

Заглядывая в будущее, исследователи подразумевают, а именно, что новые глиняние материалы дадут жизнь оптическим компьютерам, где заместо электронов будут "работать" фотоны Другие ученые грезят о том, что средствами генной инженерии получится вырастить "биочип" - комок органического материала, состоящий из млрд "транзисторов, любой из которых будет представлять собой Первые электронные лампы одну единствнную белковую молекулу.

Огромное значение для развития электроники имело создание квантовых усилителей и генераторов. В базе принципа деяния этих устройств лежит особенный тип взаимодействия – излучения с веществом, открытый Эйнштейном в 1917 году — принужденное излучение.

Очень принципиальным свойством квантовых усилителей и генераторов является практически полное отсутствие угловой расходимости потока фотонов Первые электронные лампы, выходящих из прибора. Потому интенсивность потока (количество энергии, проходящей за секунду через единичную площадку, направленную перпендикулярно лучу) практически не меняется с пройденным расстоянием. Это связано с идентичностью фотонов, стимулирующих акт принужденного излучения, и фотонов, родившихся в итоге этого акта.

Квантовые усилители и генераторы, в особенности квантовый генератор Первые электронные лампы оптического спектра волн – “лазер”, получили обширное практическое распространение в технике (в обработке металлов, а именно их сварке, резке, сверлении), в медицине (в хирургии, офтальмологии - области медицины, предназначением которой является исцеление глазных заболеваний), в разных научных исследовательских работах. Перечисленное применение лазеров является, непременно, только началом. Известные русские ученые, лауреаты Нобелевской премии Н. Г Первые электронные лампы. Басов и A. M. Прохоров являются одними из основателей теории и сотворения квантовых генераторов.

Создание квантовых генераторов стало началом развития нового направления электроники – квантовой электроники – науки, которая занимается теорией и техникой разных устройств, действие которых основано на принужденном излучении и на нелинейном содействии излучения с веществом. К таким устройствам Первые электронные лампы, не считая квантовых генераторов (в том числе лазеров), относятся усилители и преобразователи частоты электрического излучения, также квантовые усилители СВЧ (сверхвысокой частоты), квантовые магнитометры и эталоны частоты, лазерные гироскопы (лазерные приборы, свойство которых – постоянное сохранение оси вращения в пространстве позволяет использовать их для управления cамолетами, ракетами, морскими судами Первые электронные лампы и т. д. Электрические приборы и устройства отыскали обширное применение, стали неподменными в аппаратуре связи, автоматике, измерительной технике, электрических вычислительных машинах и в почти всех других очень принципиальных случаях.

Радиоэлектроника, обширно вошедшая в производственные машины и оборудование, в науку, быт людей, является одним из самых основных направлений технического Первые электронные лампы прогресса, научным средством увеличения производительности труда


pervie-polgoda-partijnoj-dumi-gosduma-rf-monitoring-smi-29-iyunya-2006-g.html
pervie-primeneniya-bioniki.html
pervie-priznaki-skolioza.html