Реферат: Криоэлектроника
Реферат: Криоэлектроника
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
2.
ПРИМЕНЕНИЕ………………………………………………. 4
3.
ПОДРОБНОСТИ……………………………………………… 5
4.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ………………………………….. 6
5.
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.
2.
|