Криоэлектроника (135408)

Посмотреть архив целиком

7



Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники

Кафедра ЭВМ









Реферат


по предмету


Конструирование и Технология Производства ЭВМ



Тема: «Криоэлектроника»







Выполнил: студент ФЗО, гр.900501,

Радионов А.В.



Преподаватель: доцент кафедры ЭВМ,

Луговский В.В.





Минск - 2002

СОДЕРЖАНИЕ




  1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………… 3


  1. ПРИМЕНЕНИЕ………………………………………………. 4


  1. ПОДРОБНОСТИ……………………………………………… 5


  1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ………………………………….. 6


  1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ…………………………. 7

ВВЕДЕНИЕ



КРИОЭЛЕКТРОНИКА (Криогенная электроника) – это область науки и техники, занимающаяся применением явлений, имеющих место в твердых телах при криогенных температурах (в присутствии электрических, магнитных и электромагнитных полей), для создания электронных приборов и устройств.


Алфеев Владимир Николаевич,

лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор, действительный член Международной Академии технологических наук и Академии технологических наук РФ.




Автор открытия нелинейных явлений при контакте сверхпроводников с полупроводниками, основоположник интегральной криоэлектроники на базе наноструктур и технологий космических криогенных систем приема сверхдальних излучений, руководитель научно-технологического направления создания многоспектральных приемников спутникового телевидения и цифровой связи и систем наблюдения из космоса.

ПРИМЕНЕНИЕ


Технологии криоэлектроники включают приборы и устройства, в которых используются явления и процессы, протекающие при низких температурах (условно Т<100к).

Большинство современных криоэлектронных приборов основано на явлении сверхпроводимости, в частности, на эффекте Джозефсона, а также на явлении одноэлектронного туннелирования между сверхпроводниками.


Cверхпроводимость – физическое явление, наблюдаемое у некоторых веществ (сверхпроводников) при охлаждении их ниже определенной критической температуры и состоящее в обращении в нуль электрического сопротивления постоянному току и выталкивании магнитного поля из объема образца. Сверхпроводимость открыта Х.Камерлинг-Оннесом в 1911году.


Эффект Джозефсона – протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой изолятора, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона). Если ток не превышает критического значения, то падение напряжения на контакте отсутствует, если превышает – то возникает падение напряжения и контакт излучает ЭМ волны.


Туннелирование – прохождение через потенциальный барьер микрочастицы, энергия которой меньше высоты барьера.


По назначению криоэлектронные приборы можно разделить на несколько групп:

  • приборы квантовой метрологии;

  • низкочастотные измерительные приборы – сверхпроводниковые квантовые интерферометрические датчики (СКВИДы) для измерения магнитных полей;

  • пассивные СВЧ-устройства, в том числе параметрические усилители, смесители, видеодетекторы и болометры, cверхпроводниковые цифровые и импульсные устройства, в том числе ячейки логики и памяти ЭВМ, аналогоцифровые преобразователи, стробоскопические преобразователи сигналов.


Криоэлектронные приборы и устройства используются в различных областях электроники, метрологии и стандартизации, для создания вычислительной техники, в интересах обороны, освоения космического пространства и радиоастрономии, а также других отраслей промышленности, морского флота, сельского хозяйства, геологии.

ПОДРОБНОСТИ


Явление сверхпроводимости впервые наблюдал Камерлинг-Оннес в Лейдене в 1911 г., спустя три года после того, как им впервые был получен жидкий гелий.

Электрическое сопротивление в сверхпроводящем состоянии точно равно нулю или, по крайней мере, так близко к нулю, что не наблюдалось ослабления тока в сверхпроводящем кольце в течение более чем года вплоть до прекращения эксперимента. Уменьшение сверхпроводящего тока в соленоиде изучалось Файлом и Милсом, которые измеряли магнитное поле, создаваемое сверхпроводящим током. Они установили, что время спада сверхпроводящего тока составляет не менее 100000 лет. В некоторых сверхпроводящих материалах, особенно в тех, которые используются для сверхпроводящих магнитов, наблюдались конечные времена спада вследствие необратимых перераспределений магнитного потока в сверхпроводнике.

Магнитные свойства сверхпроводников столь же нетривиальны, как и электрические свойства. Нулевое электрическое сопротивление достаточно хорошо характеризует сверхпроводящее состояние, но не может объяснить его магнитных свойств. Экспериментально обнаружено, что сверхпроводник в слабом магнитном поле будет вести себя как идеальный диамагнетик, в объеме которого магнитная индукция равна нулю. Если поместить образец в магнитное поле и охладить его ниже температуры перехода в сверхпроводящее состояние, то магнитный поток, первоначально пронизывающий образец, окажется вытолкнутым из него. Этот эффект называется эффектом Мейснера. Эти уникальные магнитные свойства играют важнейшую роль в описании сверхпроводящего состояния.

Известно, что сверхпроводящее состояние представляет собой упорядоченное состояние электронов проводимости металла. Упорядочение заключается в том, что свободные электроны, выше температуры перехода в сверхпроводящее состояние, при охлаждении ниже этой температуры связываются в пары. Природа процесса образования электронных пар была впервые объяснена в 1957 г. Бардином, Купером и Шриффером.

Многие металлические элементы периодической системы, а также сплавы, интерметаллические соединения и полупроводники могут переходить в сверхпроводящее состояние.


ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ


За рубежом (США, Япония) разработаны и уже нашли практическое применение в электронике различные типы низкотемпературных сверхпроводящих устройств. Наиболее известными из них являются СКВИДы, используемые в магнитомерах. Начиная с 1978 г. стандарт Вольта устанавливается с помощью эффекта Джозефсона, позволяющего связать напряжение с частотой. Достигнуты блестящие результаты в области измерения пикосекундных импульсов. Развивается техника создания смесителей миллиметрового диапазона длин волн для применения в радиоастрономии. В области вычислительной техники разработаны сверхпроводниковые приборы и устройства для аналоговой и цифровой обработки сигналов, значительно превосходящие по своим параметрам образцы, созданные на основе других технологий и используемые в реальных системах. Особенно заметный сдвиг в развитии криоэлектронной техники был достигнут в связи с изобретением охлаждаемых твердотельных лазеров ИК-диапазона и освоением космического пространства. В космической технике успешно используются криогенные установки, обеспечивающие получение температуры 4,2К для криоэлектронного приемника субмиллиметрового диапазона волн (орбитальный научно-исследовательский комплекс "Салют-6" – "Союз-27").

Однако криоэлектроника развивается не так быстро как другие отрасли микроэлектроники и функциональной электроники. Среди причин, тормозящих ее развитие – слабая изученность электронных процессов в охлаждаемых структурах и пленках на базе твердого тела, недостаточность реальных конструкторско-технологических идей по созданию интегральных электронных приборов на основе этих процессов, и, особенно, надежных, воспроизводимых, многоэлементных, многослойных интегральных схем с субмикронными зазорами.

Практически отсутствуют методы снижения удельного веса и затрат на охлаждение интегральных приборов до уровня затрат на обычное термостатирование, увеличения срока непрерывного действия охлажденных устройств.


ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ






  1. Большая советская энциклопедия.



Случайные файлы

Файл
93892.rtf
35313.rtf
59472.rtf
181149.rtf
14097.rtf