Электронная техника. Новейшие схемы: мемристоры

Перечитывая сегодняшний выпуск, поймал себя на мысли, что в нем отсутствует позитив – много говорится о дурном: о Минкомсвязи и текущем министре, о глупости в государственных решениях, а также проектах, которые стали отражением амбиций Samsung. Одним словом, ничего такого, что бы радовало. Но возможно, осенний сплин тому причиной, не знаю. Постараюсь в следующий раз найти жизнерадостные темы, а пока давайте поговорим о грустном, тем более что решения, которые принимают чиновники, стоят нам вполне конкретных денег. Наших с вами денег, которые мы платим в казну.

Технологии ради технологий, или как производители обманывают себя

У крупных компаний случаются моменты, в которые они начинают производить нечто, что практически не применимо в реальной жизни, лишено всякого смысла или коммерческого расчета. Но пресс-релизы, обилие рекламы и внимание к таким продуктам заставляют усомниться в первоначальном выводе – неужели в компании знают что-то, чего не видим мы? Как правило, выпуском бесполезных продуктов, построенных на новейших технологических достижениях, страдают только успешные компании. У них огромные исследовательские лаборатории, и в них обкатываются новейшие технологии, которые потенциально способны совершить переворот на рынке. И тут вступает в силу обычная игра в отчеты, достижения и тому подобные вещи – важно не только создать технологию, но и показать ее. А что может быть лучше, чем коммерческий продукт для рынка? Вот и появляются странные устройства, которые вызывают недоумение.

Чтобы далеко не ходить, хочу обсудить направление, в котором пошла компания Samsung, так как рекордные прибыли и положение на рынке дают этому производителю возможность самовыражения любой ценой. Это порой выглядит смешно, но в итоге на рынке появляются продукты, которые при другом раскладе сил никогда бы не вышли за стены исследовательских лабораторий. Начну с громкого анонса Samsung Round.

Из фотографий понятно, что Round имеет изогнутый экран, это его основное отличие от Galaxy Note 3, копией которого эта модель и является (вариант на Snapdragon 800). Экран имеет типичные характеристики – 5.7 дюйма, SuperAMOLED HD c FullHD-разрешением. Меня поразило, что после анонса стали обсуждать то, что такой телефон удобно носить в кармане, он якобы повторяет окружности тела – вы уже догадались, о каких карманах идет речь. История про линии, повторяющие тело человека и являющиеся естественными, была запущена в Sony Ericsson, когда они стали выпускать аппараты с изгибом, позднее появился Nexus от Samsung, в нем также корпус имел незначительный изгиб.

В Samsung долго пытались придумать хоть что-то, что может объяснить наличие изогнутого экрана, и вот, что придумали: эта функция называется Roll Effect.

Не так уж много для инновационного телефона, да и вообразить множество людей, желающих купить телефон с изогнутым экраном, мне сложно. Более того, логика развития рынка электроники была такова, что долгое время создание плоских экранов было невозможным, они всегда имели искривление – вспомните телевизоры и то, каким победным шествием прошли по рынку первые аппараты с плоскими экранами, еще до появления ЖК-панелей. Ничего этого в Samsung не помнят или не хотят помнить, так как решали вполне обыденную и технологическую задачу. Можно было бы посмеяться над этим продуктом и сказать, что выпустили никому не нужную ерунду (что недалеко от истины на фоне Note 3), но проблема стоит намного шире и выглядит интереснее. Технология, которую применили в дисплее для Round, может найти применение в продуктах новых поколений, и это, скорее всего, будут вовсе не телефоны. Но сделать вывод об этом из данного анонса не представляется возможным – он выглядит комично и вполне заслуженно становится объектом шуток.

В исследовательской лаборатории Samsung создавали экран на пластиковой подложке, в то время как многие современные экраны работают на стеклянной. Использование пластиковой подложки позволяет создавать дисплеи, устойчивые к внешним воздействиям, например, в теории по ним можно стучать молотком и им ничего не будет. Уверен, что появление таких экранов поставит крест на защитных покрытиях, таких как Corning Gorilla Glass, так как они станут неожиданно слабым звеном и будут ломаться – устойчивость «пластиковых» экранов к царапинам, ударам, падениям возрастет многократно. Возможно, что чье-то понимание этого даже запустило слух, что на рынке появится версия Note 3 Active с уровнем защиты IP68 и такого рода экраном. Пока ничего о таком аппарате не известно, и стоит трактовать это как слух, и только.

Использование пластика также позволяет изгибать экран, что мы и видим на примере Round. Для Samsung это был дешевый способ показать работоспособность технологии, ее коммерческую применимость и возможность масштабного производства. Но совсем другое дело, что сам продукт получился даже не нишевым, а не нужным ровным счетом никому. У него нет сценариев для применения – никаких. Это лишь демонстрация возможностей технологий.

Но нужны ли изогнутые экраны в нашей жизни? Однозначный ответ - да, так как многие предметы вокруг нас не являются плоскими, и вписать в них сегодня дисплей - вовсе не такая легкая задача. Требуется плоская поверхность, то есть экран может занимать только часть площади. Самый хороший пример - это шарик для гаданий, в нем обычно экран размещают вверху, с новыми дисплеями можно сделать почти всю поверхность шара одним большим экраном.

На моем столе стоит цилиндр погодной станции Netatmo, на нем тоже может расположиться большой полукруглый экран. Одним словом, придумать реальных сценариев, где понадобятся такие дисплеи, можно множество.

Но из анонса Round это совершенно непонятно, более того, не очень ясно, для кого этот продукт за 1 000 долларов. Напомню, что он уже продается на родном для Samsung рынке, в Южной Корее. Вряд ли он выйдет в другие страны, да если и появится, то особого шума не наделает.

Давайте рассмотрим другую историю, когда продукт выпускается по политическим мотивам, а не для демонстрации технологий. У Samsung таким продуктом можно смело считать Gear, часы, которые являются компаньоном для Note 3 и стоят 15 000 рублей. Их продажа началась в России на днях.

По выставкам часы-телефон, часы-гарнитура с сенсорным экраном ездили более пяти лет, в Samsung любят устраивать показ прототипов устройств для партнеров и смотреть на их реакцию. Все это происходит за закрытыми дверями, и почти ничего из показываемого не превращается в коммерческие продукты. Это демонстрация технологий будущего, они должны производить впечатление на посетителей, и только. Множество различных часов показывалось за эти годы, но никогда в Samsung не пытались вывести их на рынок, так как первые опыты в середине 2000-х показали, что людям такие продукты не нужны. Активность Apple в этой области, однако, подстегнула Samsung все-таки создать свой вариант часов, причем это было сделано в рекордно короткие сроки – 3-4 месяца. Фактически, был взят один из последних прототипов, и из него изваяли коммерческий продукт. Получилось довольно странно и непонятно с точки зрения PR, теперь в Samsung могут смело говорить, что они были первыми, а вот с точки зрения обычных потребителей все это вызывает откровенное недоумение.

Пользуясь часами, я собрал очень разные отзывы от своих друзей и знакомых, но один разговор мне врезался в память, попытаюсь его передать максимально точно. Вот, как это выглядело:

О, это умные часы от Samsung, давай их подключим к моему iPhone, посмотрим, что они умеют делать!
- Они не работают с iPhone, прости.
- Ну и ладно, у меня есть Note 2, давай с ним спарим.
- Они пока не работают с этим телефоном, только с Note 3.
- ??? Мне кажется, что это не очень большой рынок, если они работают только с одним телефоном. Неужели в Samsung правда считают, что это правильно? Успешные компании обычно пытаются заработать деньги, а тут странная история какая-то.

Основная проблема Samsung Gear вовсе не в технической реализации или не только в ней, проблема кроется в том для чего создавали эти часы. Их не пытались сделать удобными, не исследовали то, как люди будут пользоваться ими. Их пытались сделать первыми, и эта задача была решена с блеском. Но решая эту задачу, было невозможно сделать так, чтобы часы стали еще и удобными – нельзя быстро и качественно создать продукт в той категории, где вы не умеете этого делать. Это маловероятно.

В подробном обзоре я расскажу о своих нареканиях относительно часов, но если говорить коротко, они мне совсем не нравятся. Это сырой продукт, с множеством видимых и скрытых проблем (локализация сделана частично, управление запутанное и сложное, есть зависания телефона!). Но с точки зрения идеи мне претят часы, которые пишут вам о том, что их заряд закончился и нужно подзарядить их. Заявленные 25 часов работы часы выдерживают, но очень часто ты их забываешь поставить вечером на зарядку, что утром оборачивается разряженным устройством.

Еще один забавный момент, связанный с часами: в магазинах Samsung можно их покрутить, но они показаны с зарядным устройством – видимо, чтобы не разряжались. Выглядит это вот так.

Люди при мне обсуждали, что часы получились огромными и некрасивыми. То есть, обычные покупатели считали, что часы выглядят именно так! Забавно, как всего лишь неправильная выкладка влияет на восприятие продукта.

Пожалуй, главная мысль, которую я хотел затронуть в описании технологий ради технологий, заключается в том, что всегда очень важна мотивация производителя – зачем он создавал продукт, о ком он думал или о чем. Именно идеи правят миром, и даже имея наилучшие комплектующие, из них можно создать нечто неудобоваримое, равно как и не имея лучших компонентов, можно сотворить что-то сногшибательное. Вся сила в идеях и их реализации.

Внеклассное чтение :

• Galaxy NX – беззеркальная камера на Android – пример еще одного продукта ради технологий

Тихая революция от T-Mobile – безлимитный роуминг в ста странах

В России уже несколько лет Министерство связи борется за отмену внутрисетевого роуминга, когда человек, уезжая из своего города, вдруг начинает в сети своего же оператора платить в несколько раз больше. Подобного не наблюдается почти нигде в мире, и никаких реальных предпосылок для существования этого явления в России нет, за исключением самого Министерства связи, которое в прошлом создало условия для этого явления и не может теперь отменить их. Борьба Министерства связи напоминает стрельбу по собственным ногам, когда результат не важен, а важны только политические лозунги. Почему-то наши чиновники часто берут в качестве лучших зарубежных практик вовсе не то, что на деле является лучшим примером. В силу отсутствия кругозора или эрудиции, поэтому и наши деньги они тратят не считая и выбрасывая на ветер. В меру своих скромных сил расскажу об опыте T-Mobile в США, который однозначно можно считать успешным и интересным для потребителей, вот только в России реализация чего-то подобного видится утопией – наши чиновники не смогут создать среду для таких инноваций.

В T-Mobile для пользователей в США запустили покрытие 4G LTE и одновременно с этим объявили, что предлагают неограниченный дата-роуминг в ста странах мира (включая Россию), при этом не требуется никакой дополнительной оплаты, все входит в стоимость вашего тарифного плана. Вторым моментом становится то, что стоимость голосовых звонков в этих странах не будет превышать 20 центов за минуту, это максимальная цена. За 10 долларов в месяц оператор предлагает также безлимитные SMS. Все это удовольствие начинает работать с 31 октября и только в США.

А вот так выглядят дата-планы в T-Mobile, для российского потребителя, избалованного дешевым мобильным интернетом, они будут казаться грабительскими.

Но учитывая, что за 70 долларов в месяц (без учета налогов) вы можете получить безлимитный интернет в ста странах мира, это становится очень интересным предложением. Безусловно, надо на практике увидеть, как будет работать в роуминге безлимитная опция, но то, что заявлено, можно скромно назвать революцией. Именно так и никак иначе. Мне безумно жаль, что эта революция совершается не российскими операторами. Еще горше, что у нас ничего подобного не предвидится по многим причинам. Регулятор - пожалуй, основная из этих причин. Об этом речь пойдет в следующей части «Бирюлек».

4G в каждое село России – Министерство связи и очередной политический проект

С приходом на пост министра связи Николая Никифорова связывали большие надежды – молодой, за плечами есть реализованные проекты. Считали, что при нем отрасль сможет развиваться быстрее и качественнее. К сожалению, все эти надежды так и остались надеждами, так как в настоящее время Министерство связи является одним из самых реакционных и политически ангажированных. Чего стоит только концепция развития отрасли на 2014-2020 год, в которой предусматривается, пока только на бумаге, выделение в разряд стратегических большей части IT-проектов. Это будет означать, что западные компании не смогут напрямую присутствовать в таких проектах и им придется находить российских партнеров. Де-факто, это создание коррупционных схем, при которых российские компании становятся просто посредниками, получают свой процент за представление зарубежного партнера – но ничто иное не меняется. В российской новейшей истории подобные истории - не редкость, а такие «схемы» апробированы в разных областях. Всегда выходит одно и то же, конечная цена продукта увеличивается на порядок, а вот его качество или характеристики не меняются никак. За этот проект, видимо, отвечает заместитель министра связи, Марк Шмулевич. Лично не знаком с ним, но на вопрос, заданный в его персональном твиттере, получил звонок пиарщика Министерства с вопросом, что я хочу узнать. Удивительно, но в твиттере я спросил все, что хотел узнать. У меня вызывает умиление чиновник, читающий собственный твиттер и тратящий государственные деньги так «эффективно», не умея потратить минуту на ответ и создавая вокруг этого целую историю. Это отличное отображение того, как работает Министерство и «эффективная команда», которая попала туда сегодня.

К сожалению, еженедельно наблюдая за проектами Министерства в публичном пространстве, я не нахожу ответа на один вопрос – почему нам преподносят безумные проекты, на которые тратят время, но главное, наши деньги. В отсутствие персональной ответственности за потраченные бюджеты чиновники ощущают себя прекрасно и выдают проекты один лучше другого. Мое искреннее возмущение вызвала очередная инновация Министерства, которое предложило обязать операторов провести сети четвертого поколения в населенные пункты с числом жителей от 500.

Против этой инициативы на заседании госкомиссии по частотам (ГКРЧ) выступили не только операторы, которым ее надо выполнять, но также Министерство обороны, Роскомнадзор, ФАС, Минэкономики. Причина довольно простая – предложение Минкомсвязи носит исключительно политический подтекст и рассчитано на популизм в глазах у населения, за права которого Министерство якобы борется. Давайте попробуем разобраться, почему это населению в случае реализации принесет повышение цен на связь и не решит основной проблемы.

В данный момент лицензии на LTE подразумевают, что операторы должны покрыть за три года населенные пункты от 10 000 человек, позднее Минкомсвязи захотел ужесточить требования. Де-факто, это происходит уже задним числом, когда операторы начали строительство сетей.

Благая цель обеспечить всех жителей страны новейшими поколениями мобильной связи не может не вызывать уважения. И поэтому, наверное, надо похвалить Министерство, что оно пытается заставить «богатых» операторов выполнять социальную функцию. Но в этом вопросе все не так просто, а скорее, сложно, и об этом может рассказать статистика использования существующих 3G-сетей, которые развернуты во многих небольших поселках и городах.

Если не брать северные территории, где связь с внешним миром осуществляется через спутник, то к большинству регионов у нас идет оптиковолокно, которое, в теории, может обеспечить хорошую и быструю связь. На практике оптиковолокно не идет до каждого населенного пункта, и развитие наземных сетей всегда происходит постепенно – от городов с наибольшим населением к меньшим и далее в деревни и села. Невозможно сразу провести опорные сети везде, это и не нужно. Спрос на услуги доступа в сети в маленьких населенных пунктах значительно меньше, чем в крупных городах.

Сотовые операторы стали первыми, кто пришел массово во все населенные пункты, и именно они решили вопрос последней мили – другое дело, что скорость соединения не везде и не всегда хорошая, но в отсутствие альтернатив это устраивает потребителей. Надо помнить, что на качество мобильной связи и скорость соединения люди будут жаловаться всегда и везде – ничто не меняется в этом мире. Подобные жалобы отнюдь не описывают реального положения дел.

Опыт развертывания сетей 3G показывает, что в небольших населенных пунктах загрузка сотовой сети на передачу данных редко достигает 25 процентов, как правило, это процентов десять от емкости в пиковой нагрузке. То есть, доступная емкость сети значительно больше, чем потребности местного населения в связи. И это вопрос цены услуги, которая видится многим потребителям высокой.

Посмотрите на типичный тариф МегаФон для регионов, за 25 ГБ трафика вы платите 250 рублей. Много это или мало? Для крупных городов это выглядит недорого – чашка кофе. Для маленьких населенных пунктов это очень дорого. И это не проблема операторов, что у жителей таких сел и деревень нет денег на оплату услуг связи. Это, скорее, проблема государства.

Вся статистика использования мобильного интернета в небольших населенных пунктах говорит о том, что загрузки сотовых сетей нет. Число пользователей услуги небольшое, это несколько процентов от всех жителей, что однозначно указывает на барьер в виде стоимости услуги. Как появление 3G, 4G, 5G или чего-то подобного может решить вопрос отсутствия денег у населения, для меня остается тайной. Если они не потребляют мобильный интернет сегодня, то появление новой, более быстрой технологии передачи данных вовсе не заставит их это делать и завтра. Для понимания этой простой истины не надо быть госчиновником, надо просто немного подумать и посмотреть статистику использования сетей.

Политический подтекст этой истории ясен – министру Никифорову хочется отчитаться о заботе обо всех жителях страны. Любой ценой. То, что он как чиновник, отвечающий за связь, должен знать и помнить о модернизации сетей сотовыми операторами, он несколько забыл. Мне не стыдно напомнить – все операторы планируют постепенное обновление и модернизацию 3G-станций до 4G. Просто произойдет это не так быстро, возможно, не за три года. Но 4G в итоге появится почти везде. Если заставить операторов сделать это сейчас, то стоимость оборудования, которое будет простаивать, будет перераспределено на цену услуг, которая вырастет для всех без исключения абонентов, вне зависимости от того, где они живут. Существующая схема обратная – богатые города и регионы дотируют строительство сетей в маленьких населенных пунктах. Так работает этот бизнес и делает это вопреки Министерству и попыткам управления отраслью, которые приводят к обратным результатам.

Удивительно, но основным тормозом для развития новых технологий в России сегодня становится реакционное Министерство связи, для которого основными задачами являются политические проекты, а не реальное развитие отрасли. В качестве вишенки на торт предлагаю прочитать интервью жены нашего министра связи , в котором ценность представляет не основной текст, а комментарии под ним, со многими из которых очень сложно не согласиться.

Уверен, что утопия в виде 4G в каждый населенный пункт не пройдет. Но эта глупость уже широко обсуждается, многие люди потратили впустую время, которое могло уйти на реальные проекты. И это грустно.

P.S. Хорошей вам недели, и хочу пожелать, чтобы вы умели создавать новые качества у привычных вещей и явлений, быть полезными окружающим и не уподобляться нашим чиновникам (не всем, но многим), кто не умеет работать и даже не хочет начинать.

Ссылки по теме

Эльдар Муртазин ()

В книге приведены перспективные, оригинальные и простые в исполнении практические схемы с применением популярных микросхем серий K561, КР1006, NE556 и многих других. Описанные устройства могут принести практическую пользу дома, на даче, в автомобиле и легко могут быть изготовлены самостоятельно, без применения специального оборудования и с использованием минимума измерительных приборов. Часть устройств разработана и испытана специально для использования в условиях сельской местности, где напряжение в осветительной сети и телефонной линии не всегда стабильно. Эти устройства призваны защищать бытовые электроприборы и компьютерную технику от перепадов напряжения, а также от грозовых разрядов.

Источник питания с током до 2 А.
Источники питания на популярных интегральных стабилизаторах (далее - ИС) серии К142ЕН-хх широко известны среди радиолюбителей. Они эффективно работают в большинстве радиолюбительских конструкций, где ток потребления нагрузки не превышает 1-1,5 А. Однако существует большая группа радиоэлектронных устройств, требующих стабилизированного напряжения 12-15 В и потребляющих ток более 2 А. Это локальные нагревательные элементы, вентиляторы, кулеры для местного охлаждения, а также интегрированные электронные и радиопередающие устройства, такие как автомобильные трансиверы.

Если ИС КР142ЕН5 при напряжении на выходе 5 В способен в соответствующем тепловом режиме отдать в нагрузку полезный ток более 1 А, то для его «собрата» - КР142ЕН12Б - предельный ток составляет 0,8 А (после этого ИС переходит в режим защиты от короткого замыкания, и напряжение на его выходе падает до 2-3 В).

Оглавление
К читателю
Меры безопасности
Авторские права
От автора
ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА
1.1. Бестрансформаторный регулятор напряжения на интегральном стабилизаторе
1.2. Источник питания с током до 2 А
1.3. Мощный источник питания для трансивера с током до 15 А
1.4. Оригинальный узел управления электропитанием
1.5. Звуковые индикаторы перегрузки по току
1.6. Защита выходного каскада источника питания от перегрузки по напряжению
1.7. Преобразователь звукового сигнала
1.8. Автоматический индикатор параметров
1.9. Индикатор напряжения
1.10. Детектор радиоволн
1.11. Устройства задержки сигналов
1.12. Имитатор светового сигнала охранной сигнализации
1.13. Термостабильный генераторе прерыванием
1.14. Три полезных устройства на микросхеме К561ТЛ1
1.15. «Парковщик» для автомашины на основе инфракрасного сигнала своими руками
1.16. Еще один вариант автопарковщика
ГЛАВА 2. ПОЛЕЗНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ДОРАБОТКЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ АППАРАТУРЫ И НЕТОЛЬКО
2.1. Доработка радиолюбительского трансивера
2.2. Новый портативный датчик задымленности и варианты его необычного применения
2.3. Дополнение к зарубежным бытовым устройствам широкого потребления
2.4. Новое устройство сигнализации из беспроводного звонка с передачей сигнала по радиоканалу
2.5. Разные схемы доработки электронных игрушек
2.6. Простое автоматическое включение периферийных устройств для ПК
2.7. Экономайзер для нового светодиодного светильника
2.8. Регулировка выходного напряжения в источнике питания
2.9. Устранение неисправности радиолюбительского передатчика
2.10. Как сделать чувствительный температурный датчик
ПРИЛОЖЕНИЯ
Маркировка и взаимозамена SMD-транзисторов
Допустимая нагрузка на проводники
Варианты включения оконечных узлов
Схемы включения поляризованных реле
Общие рекомендации по СЭМР
Современные пьезоэлектрические капсюли и схемы их включения
Схемы включения стабилитронов и динисторов
Литература.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Новейшие технологии в электронике, Кашкаров А.П., 2013 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

Направление подготовки 654100 "Электроника и микроэлектроника"
Специальность 200500 "Электронное машиностроение"

Основные направления научных исследований:

• физические процессы в высоком вакууме, термовакуумные процессы;
• физические процессы взаимодействия потоков заряженных частиц с твердым телом; нанесение тонкопленочных покрытий;
• новые микротехнологии обработки в машиностроении, приборостроении, в производстве художественных изделий;
• прогрессивные конструкции машин, механизмов и устройств, работающих в условиях вакуума;
• прецизионные приводы с манометрической точностью позиционирования.

Базовые учебные курсы:

• физические основы электронной техники;
• вакуумная техника;
• электронные и ионные технологии;
• проектирование машин-автоматов и систем машин;
• системы автоматического управления;
• информационное обеспечение исследований и разработок в электронике.

Кафедра основана в 1974 году деканом факультета МТ Ю. А. Хруничевым.
Преподавательский состав: 3 профессора, доктора технических наук, 9 доцентов, кандидатов технических наук.

Кафедрой подготовлено более 1500 специалистов, в том числе 10 докторов технических наук, более 40 кандидатов технических наук. Среди выпускников 16 лауреатов Государственных премий.
Зав. кафедрой - доктор технических наук, профессор Леонид Иванович Волчкевич
Телефон кафедры: 267-02-13 Факультет Машиностроительные технологии

Ни одно научно-техническое направление не развивается сейчас столь быстро и плодотворно, как электроника. Прогресс этот стремителен и зачастую непредсказуем. Кто, например, еще сравнительно недавно ожидал, что "за спиной" традиционной вакуумной электроники (осветительные и приемно-усилительные лампы, кинескопы, приборы ночного видения) быстро созреет и выйдет на первый план твердотельная электроника (полупроводниковые диоды и транзисторы, разнообразные интегральные схемы)! Кто мог вообразить, что электронные приборы с тысячами составных элементов будут компоноваться не в объеме, а послойно на плоскости, с общей толщиной в тысячные доли миллиметра! Что радиоприемники из масштабов "ящика" сожмутся до коробочки, которую можно бесхлопотно носить на шейной цепочке! Революция электронных приборов позволила совершить впечатляющую революцию электронных систем, появление современных телевизоров, персональных компьютеров, микропроцессорного управления.

Об этом знает сегодня каждый школьник. Но немногим известно, что этим преобразованиям электронные приборы и системы обязаны появлению третьего направления в электронике - технологической электроники.

Электронные технологии - это совокупность методов и средств воздействия на конструкционные материалы, основанных на использовании энергии потоков электронов, ионов, фотонов, поляризованных молекул и т.п.; электронно-технологическое оборудование - конструктивная материализация этих методов и средств; электронное машиностроение -научно-техническое направление, объединяющее технологию, конструирование и эффективное применение.

Процессы микрообработки, когда высокоэнергетические потоки действуют в микронных зонах и часто в кратчайшие отрезки времени, не могут управляться иначе, чем самой электроникой, по программам, доступным лишь современной информатике. Поэтому электронные технологии органически связаны с информационными, а электронно-технологическое оборудование - с микропроцессорными системами управления, современными арсеналами компьютеризации. Мир современной электроники огромен и разнообразен.

Сегодня мы - свидетели и участники еще одной революции в нашем деле. Электронные технологии и системы автоматического управления стремительно вырываются из сферы электронной промышленности, находя все новые применения, раскрывая невиданные возможности, революционизируя такие отрасли, как машиностроение, приборостроение, строительство. Например, широко применяется вакуумное нанесение тон?копленочных покрытий. Затемнение стекол зданий, автомобилей, очков; светофильтры оптических приборов - все это электронные технологии. Высокохудожественные изображения на стекле или металле, с поразительной проработкой подробностей - тоже электронные технологии..

Кафедра оснащена всем необходимым для учебно-лабораторного процесса и научных исследований. Совместно с фирмой "Электронсервис" создан научно-технический центр "Электронные технологии", оборудованный новейшей техникой.

На кафедре сложилась система творческой самостоятельной работы, призванная развить и раскрыть еще на студенческой скамье склонности и способности каждой личности к конкретным видам инженерной, научной или коммерческой деятельности. Уже в конце третьего курса каждый студент выбирает себе научного руководителя, который определяет студенту конкретное актуальное научно-техническое направление. По этому направлению в рамках учебного процесса (инженерный практикум, курсовые проекты, расчетно-графические работы) студент выполняет комплекс исследований и разработок и, в конце концов, защищает дипломный проект. Именно в процессе творческих поисков совместно с руководителем раскрываются индивидуальные качества, способности к теоретической или экспериментальной работе, проектным или пусконаладочным работам, программированию, научно-организационной работе.

ЕСЛИ ВЫЙДЯ ИЗ ДОМА ВЫ ЧАСТО ЗАДАЁТЕСЬ ВОПРОСОМ:
"Выключила ли я утюг, плойку, плиту?"
"Выключил ли я телевизор, свет?"
ЕСЛИ НУЖНО УЗНАТЬ:
- наличие излишнего потребления ресурсов;
- факт хищения электроэнергии;
- контроль качества электроэнергии (напряжения и тока), не было ли скачков или просадок напряжения и пр.

ТО ЭТОТ СЧЕТЧИК СОЗДАН ИМЕННО ДЛЯ ВАС!!

Что вы получите с умным счётчиком?
. Онлайн мониторинг и умные уведомления.
. Экономия без усилий. Проанализируйте свое потребление и перейдите на оптимальный тариф оплаты электроэнергии.
. Контроль над удалённым объектом. Будьте в курсе происходящего на даче, коттедже или квартире сдаваемой в аренду.
. Полная автоматизация процесса учета.
. Возможность автоматической отправки показаний в энергосбыт.
. Точность измерений параметров сети соответствует требованиям ГОСТ 30804.4.30-2013
. Монтаж полностью аналогичен установке обычного счетчика.
. Нет необходимости в установке дополнительного оборудования.

В июне 2017 года компания Electric представляет новую серию розеток и выключателей серии Blanca и данная розетка как раз входит в данную серию. Несколько слов о данной серии, чтобы закончить данную тему, кому интересно.

Компания открывает следующую главу в истории развития электротехники: в Китае проходят испытания трансформаторов и основного оборудования для первого в мире проекта на напряжение 1 100 киловольт (кВ). Компания установила новый инновационный рекорд, успешно пройдя испытания низковольтных и высоковольтных блоков самого мощного в мире трансформатора постоянного тока на сверхвысокое напряжение (UHVDC). Трансформатор типа UHVDC на +/- 1 100 кВ (1,1 млн. Вольт), разработанный и изготовленный в тесном сотрудничестве с Государственной Сетевой Корпорацией Китая (SGCC), успешно прошел серию типовых испытаний, проложив путь для реализации линии электропередач постоянного тока на сверхвысокие напряжения Чанцзи-Гугуан, которая будет передавать электроэнергию из региона Синьцзян на северо-западе в провинцию Аньхой в восточном Китае. Чанцзи-Гугуан - первая в мире линия электропередач постоянного тока на сверхвысокие напряжения (UHVDC) +/- 1 100 кВ - установит новый мировой рекорд по уровню напряжения, пропускной способности и расстояния.

Приглашаем принять участие в наших регулярных открытых вебинарах!
Следующий цикл вебинаров будет посвящён теме "Модульное оборудование".
С помощью вебинаров по модульному оборудованию Вы познакомитесь с аппаратами, которые защищают электрические сети и потребителей от токов перегрузки и короткого замыкания, поражения электрическим током и импульсных перенапряжений в сети, позволяют дистанционно управлять электрическими сетями и нагрузками. Из вебинаров по этой группе продукции Вы узнаете о принципах действия, ассортименте и применении модульного оборудования IEK®.

D-Life - линейка переключателей для управления бытовым освещением.

Устройство позволяет подключиться при помощи Bluetooth и настроить работу через приложение Wiser Room, доступное в AppStore и Google Play.

Выключатели характеризуются качеством, сочетаются с премиальной серией по дизайну. Позволяют управление через мобильное приложение. Подключение через Bluetooth позволяет настроить таймер, включить или выключить прибор освещения, снизить интенсивность его работы.

Цифровой промышленный вольтамперметр ВАР-М01 предназначен для технологического контроля величины напряжения и тока в электрических цепях переменного тока, как в промыш-ленных зонах, так и сферах ЖКХ, бытовом секторе, прочих объектах народного хозяйства. Может применяться в составе систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами в качестве основного или дополнительного индикатора на передвижных и стационар-ных объектах. Является средством контроля. Периодической поверке не подлежит.

Цифровые вольтметры ВР-М01 и ВР-М02 предназначены для контроля величины напряжения в электрических цепях переменного тока, как в промышленных зонах, так и сферах ЖКХ, бытовом секторе, прочих объектах народного хозяйства. Может применяться в составе систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами в качестве основного или дополнительного индикатора на передвижных и стационарных объектах.

Инженеры из университета Киото разработали и собрали первое устройство, которое способно хранить и запасать электромагнитное излучение с сохранением его фазовых свойств. Описание «ловушки» выложено в виде препринта в архиве Корнельского университета, а краткое его строение описывает блог Technology Review.

Американские физики создали новый вид углеродных нанотрубок, пригодных для использования в качестве материала для плетения сверхпрочных и электропроводных "ниток", и опубликовали инструкцию по их созданию в журнале Science .

"Наконец-то нам удалось создать волокно из нанотрубок со свойствами, которыми не обладает ни один другой материал. Оно похоже на обычную черную хлопчатобумажную нитку, но сочетает в себе свойства металлических проводов и прочных углеродных трубок", — заявил руководитель группы физиков Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из университета Райса в Хьюстоне (США).

Acti9 - это 5-е поколение модульных систем от Electric. Предыдущим, 4-м поколением была серия Multi9, ставшая самым известным в мире продуктом в своем классе. Multi9 появился много лет назад с выходом серии С32 (затем С45). О многолетней популярности этой гаммы говорит даже то, что большинство аппаратов китайского производства на российском рынке является копиями именно аппаратов С32 и С45 (3-е поколение модульных систем от Electric).

Автоматические выключатели нового поколения Compact NSX, выполненные в литом корпусе, в литом корпусе, применяются на токи от 100 до 630А на объектах абсолютно любого масштаба и назначения - от офисных зданий и до крупнейших предприятий. Используются автоматические выключатели Compact NSX от Electric с целью защитить распределительные сети, кабели, имеющие протяженность на большую длину, электродвигатели и генераторы.

Протекание тока в проводниках всегда связано с потерями энергии, т.е. с переходом энергии из электрического вида в тепловой вид. Этот переход необратим, обратный переход связан только с совершением работы, как об этом говорит термодинамика. Существует, правда возможность перевода тепловой энергии в электрическую и с использованием т.н. термоэлектрического эффекта, когда используют два контакта двух проводников, причем один нагревают, а другой охлаждают.

В 1996 г. инженер Рой Кюэннен бился над решением одной проблемы: как сделать так, чтобы бытовой фильтр для очистки воды производства компании Amway Corp. не ломался? Фильтр убивал бактерии с помощью ультрафиолетовой лампы, но для этого ее нужно было погружать в воду. Провода, питавшие лампу электричеством, ржавели. Тогда у инженера Кюэннена возникла сумасшедшая идея: убрать провода и питать лампу дистанционно - с помощью магнитной катушки.

Пока Кюэннен мучился с водяным фильтром, беспроводная революция уже шла полным ходом - начавшись в 90-х, она подарила нам сотовый телефон, Bluetooth и Wi-Fi, но только в последние годы стала охватывать область электропитания. Несколько компаний сейчас ищут способы подавать электроэнергию в мобильные телефоны, КПК, лэптопы и другие гаджеты напрямую, без необходимости включать их в сеть.

В конце XIX века открытие того, что при помощи электричества можно заставить светиться лампочку, вызвало взрыв исследований, целью которых было найти наилучший способ передачи электроэнергии.

Во главе гонки оказался знаменитый физик и изобретатель Никола Тесла, который разработал грандиозный проект. Не в состоянии поверить в реальность создания колоссальной сети проводов, охватывающих все города, улицы, здания и комнаты, Тесла пришёл к выводу, что единственный реализуемый способ передачи - беспроводной. Он спроектировал башню высотой примерно 57 метров, которая должна была транслировать энергию на расстояние в многие километры, и даже начал строить её на Лонг-Айленде. Был проведён ряд экспериментов, но нехватка денег не позволила достроить башню. Идея с передачей энергии по воздуху рассеялась, как только оказалось, что промышленность в состоянии разработать и реализовать проводную инфраструктуру.

Всем известно, что от последствий штормов, ураганов, бурь и других стихийных бедствий не застрахован никто. Поэтому стоит трезво осознать, что очередной ливень с одинаковой вероятностью может оставить без света, как небольшой офис, так и огромную корпорацию. Что же делать в случае обрыва кабеля или какого-то сбоя? Вызывать электриков? Или же арендовать робота, который самостоятельно выполнит всю работу намного быстрее, и возможно, качественнее. Скажете, фантастика? Конечно, кто будет разрабатывать роботов-электриков, если есть более интересные сферы применения этих кремниевых существ. И ходить далеко не надо – роботы-певцы и бармены, нянечки и учителя, доктора, игрушки. А вот тут-то и не соглашусь.

Ученые создали робота, который в автономном режиме, самостоятельно сможет провести проверку или диагностику многих километров силового кабеля, выявить неполадки и возможно, даже определить «предварительные» неисправности, которые, в будущем смогут вызвать проблемы в сети.

Профессор, инженер-электроник Александр Мамишев (Alexander Mamishev) рассказал прессе, что подобная разработка – первая в индустрии...

Специфика развития современной цивилизации, особенно в последние десять лет, кардинально меняет нашу жизнь. Наибольшего внимания заслуживают две тенденции.

Первая – стремительное развитие всего, что связано с компьютерными технологиями. Это не только компьютер в каждом доме и на рабочем месте, не только интернет и «игрушки». Если вглядеться более пристально, то все мы уже давно заложники компьютерных технологий. Почти любое устройство сейчас имеет в своем составе управляющий чип, что в принципе, есть тот же маленький компьютер. Это и телевизор, и стиральная машина, и мобильный телефон, и фотоаппарат, и брелок к автомобилю, и сам автомобиль...

Сейчас в моем рабочем кабинете на работе около 60-ти! управляющих процессора... Это уже очень серьезно! Если раньше микропроцессор стоил десятки и сотни долларов, то теперь можно купить управляющий чип менее чем за доллар!

Вторая тенденция – рост стоимости энергоносителей, и всего, что связано с добывающей промышленностью...

Экономическая эффективность применения термоэлектрических холодильников по сравнению с другими типами холодильных машин возрастает тем больше, чем меньше величина охлаждаемого объема. Поэтому наиболее рационально в настоящее время использование термоэлектрического охлаждения для холодильников бытового назначения, в охладителях пищевых жидкостей, кондиционерах воздуха, кроме того, термоэлектрическое охлаждение успешно используется в химии, биологии и медицине, метрологии, а также в торговом холоде (поддержание температуры в холодильных камерах), холодильном транспорте (рефрижераторы), и др. областях

В технике широко известен эффект возникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой - охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье...

Одним из основных направлений развития науки намечены теоретические и экспериментальные исследования в области сверхпроводящих материалов, а одним из основных направлений развития техники - разработка сверхпроводниковых турбогенераторов.

Сверхпроводящее электрооборудование позволит резко увеличить электрические и магнитные нагрузки в элементах устройств и благодаря этому резко сократить их размеры. В сверхпроводящем проводе допустима плотность тока, в 10...50 раз превышающая плотность тока в обычном электрооборудовании. Магнитные поля можно будет довести до значений порядка 10 Тл, по сравнению с 0,8...1 Тл в обычных машинах.

Магнитоплан или Маглев (от англ. magnetic levitation) — это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Скорость, достижимая маглев, сравнима со скоростью самолета и позволяет составить конкуренцию воздушным сообщениям на малых (для авиации) расстояниях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для публичного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время, Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, хотя есть проекты с расположением элементов магнитной дороги между рельсов обычной железной дороги или под полотном автотрассы.

Hitachi разработала новую технологию получения электричества, используя естественно возникающие в воздухе вибрации с амплитудой в несколько микрометров.

Фирма HITACHI разработала новую технологию получения электрического тока, за счет использования естественных процессов возникающих в воздухе вибраций, которые проходят с амрлитудой в пару микрометров. Несмотря на то, что эта технология обеспечивает очень низкое электрическое напряжение, интерес к нему проявляется очень большой из-за того, что подобные генераторы могут работать в любых погодных и природных условиях, чем не могут похвастаться, например солнечные батареи...

Немецкие теоретики из университета Аугсбурга предложили оригинальную модель электродвигателя, работающего на законах квантовой механики. К двум атомам, помещенным в кольцеобразную оптическую решетку при очень низкой температуре, прикладывается специально подобранное внешнее переменное магнитное поле. Один из атомов, который ученые назвали «носителем», начинает свое движение по оптической решетке и через некоторое время выходит на постоянную скорость, второй атом играет роль «стартера» - благодаря взаимодействию с ним «носитель» начинает свое движение. Вся конструкция получила название квантового атомного двигателя.

Технологический прогресс в сфере светодиодной промышленности. В чем секрет более длительной работы новых светодиодных светильников для освещения помещений?

Стремительно растет рынок светодиодной техники и ассортимент наполняется различными новинками. Вообще для светодиодной светотехники эта рыночная ниша - непаханое поле. Ведь сами элементы, светодиоды, практически долговечные, в основном из-за низкой теплоотдачи и малого потребления, они в среднем работают 50 000 часов, а именно 5 лет. Это дает возможность собирать готовую технику, где необязательно предусматривать габариты лампочек или возможности замены световых элементов, так что можно светодиоды превращать в лампочки, прожекторы, светильники, в свободной художественной форме и формате, можно комбинировать цветами, усиливать точечность с помощью оптических линз...

Основой электронных технологий в настоящее время явля­ются полупроводники (semiconductors) - вещества, электропро­водность которых увеличивается с ростом температуры и являет­ся промежуточной между проводимостью металлов и изоляторов.

Наиболее часто используемыми в электронике полупровод­никами являются кремний и германий.На их основе путем вне­дрения примесей в определенных точках кристаллов создаются разнообразные полупроводниковые элементы , к которым, в пер­вую очередь, относятся:

проводники, коммутирующие активные элементы;

вентили, выполняющие логические операции;

транзисторы (полупроводниковые триоды), предназначен­ные для усиления, генерирования и преобразования элек­трического тока;

резисторы, обеспечивающие режимы работы активных эле­ментов;

приборы с зарядовой связью (ПЗС), предназначенные для кратковременного хранения электрического заряда и ис­пользуемые в светочувствительных матрицах видеокамер;

диоды и др.

В настоящее время используется несколько технологий по­строения логических элементов :

транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL);

логика на основе комплементарных МОП-транзисторов (КМОП, CMOS);

логика на основе сочетания комплементарных МОП- и би­полярных транзисторов (BiCMOS).

Кроме того, различают:

положительную логику, или систему высоких потенциалов;

отрицательную логику, или систему низких потенциалов;

смешанную .

При положительной логике напряжение высокого уровня со­ответствует логической «1», а при отрицательной логике - «О».

Логические элементы, функционирующие в системе высоких потенциалов, дуальны элементам, работающим в системе низких потенциалов. Например, в системе высоких потенциалов эле­мент реализует функцию «ИЛИ-HE», а в системе низких потен­циалов - «И-НЕ».

Рассмотрим рис. 1.16, на котором достаточно упрощенно представлены транзисторные сборки «И» (последовательно вклю­ченные транзисторы) и «ИЛИ» (параллельное включение). Вход­ные и выходные сигналы «1» представляются высоким уровнем напряжения на коллекторе транзистора (практически равным на­пряжению питания). Сигналу «О», наоборот, соответствует низ­кий уровень выходного напряжения.

Рис. 1.16. Пример реализации сборок «И» (о) и «ИЛИ» (б)

Поскольку, например, в большинстве современных персо­нальных компьютеров напряжение питания составляет 3,3 В (в более ранних версиях, до Pentium - 5 В), то выходная «1» за­дается напряжением 3,3 В.

На рис. 1.17 приводится иллюстрация так называемого «за­кона/правила Мура» , с высокой точностью демонстрирующего удвоение за 18-24 мес. количества транзисторов в процессо­рах . Основой этой закономерности является объективный про­цесс увеличения плотности упаковки элементов микросхем (рис. 1.18).

Ключевыми выражениями при описании микросхемных эле­ментов (рис. 1.18) являются такие, как «технология 130 нм», «технологический процесс 0,5 мкм» и т. д. Это означает, что раз­меры транзисторов или других элементов соответственно не пре­вышают 130 нанометров (1 нм = 10~ 9 м) либо же 0,5 микрон (1 мкм = 10" 6 м) - рис. 1.19.

В процессоре Intel 4004 (1971 г.) использовалась технология 10мкм] в процессоре Pentium II (1998 г.) - технология 0,25мкм\ в процессорах Intel Pentium IV Prescott и AMD Athlon 64 Toledo (2004 г.) - нанотехнологии 0,09 мкм (90 нм) (см. также табл. 3.3 и 3.6).

Рис. 1.17. Правило Мура (количество транзисторов в интегральной схеме удваивается каждые 18 мес.)

Рис. 1.18. Динамика изменений размеров схемных элементов

Рис. 1.19. Нанотехнологии наглядно: а - транзистор (90 нм); б - ви­рус гриппа (100 нм)

Микропроцессоры

Microprocessor - процессор, выполненный в одной либо не­скольких взаимосвязанных интегральных схемах.

Процессор полностью собирается на одном чипе из кремния. Электронные цепи создаются в несколько слоев, состоящих из различных веществ, например, диоксид кремния может играть роль изолятора, а поликремний - проводника.

В частности, транзистор представляет собой простейшее уст­ройство, размещающееся на поверхности кремниевой пластины и функционирующее как электронный ключ (рис. 1.20, а). Обыч­но он содержит три вывода - источник (эмиттер), сток (коллектор) и затвор (база). Заметим, что в ламповых элементах соответствующие электроды именовались - катод, анод, сетка. Источник и сток образуются путем внедрения в поверхность кремния определенных примесей, а затвор содержит материал, именуемый полисиликоном. Ниже затвора расположен слой диэлектрика, изготовленного из диоксида кремния. Данная структура получила название «кремний-на-изоляторе» (silicon- on-insulator - SOI). Когда к транзистору приложено напряжение, затвор «открыт», и транзистор пропускает ток. Если напряжение снято, затвор «закрыт» и тока нет.

Рис. 1.20. Обычный транзистор (а), терагерц-транзистор (б)

Традиционная технология. Технология микропроцессоров в простейшем случае включает следующие обязательные этапы производства:

выращивание кремниевых заготовок и получение из них пластин;

шлифование кремниевых пластин;

нанесение защитной пленки диэлектрика (Si0 2);

нанесение фоторезиста;

литографический процесс;

травление;

диффузию;

металлизацию .

Все перечисленные этапы используются для того, чтобы на кремниевой основе создать сложную структуру полупроводнико­вых планарных транзисторов (CMOS-транзисторов) и связать их должным образом между собой.

Процесс изготовления любой микросхемы начинается с вы­ращивания кремниевых монокристаллических болванок цилинд­рической формы (кремниевых заготовок). Это лишенный приме­сей монокристалл.

В дальнейшем из таких монокристаллических заготовок на­резают круглые пластины, «таблетки» (waffer - вафля, облатка), толщина которых составляет приблизительно от 0,2 до 1,0 мм, а диаметр - от 5 см (ранние технологии) до 20 см (современные технологии), поверхность которых отполировывается до зеркаль­ного блеска, а затем покрывается тончайшим слоем оксидной пленки (Si0 2), выполняющей функцию диэлектрика и защитной пленки при дальнейшей обработке кристалла кремния.

После того как кремниевая основа покроется защитной пленкой диоксида кремния, необходимо удалить эту пленку с тех мест, которые будут подвергаться дальнейшей обработке. Удаление пленки осуществляется посредством травления, а для того, чтобы в результате травления оксидная пленка удалялась избирательно, на поверхность пленки наносят слой фоторе­зиста (состава, чувствительного к воздействию света). Облу­ченные области становятся растворимыми в кислотной среде.

Процесс нанесения фоторезиста и его дальнейшее облучение ультрафиолетом по заданному рисунку называется фотолито­графией. Для засветки нужных участков слоя фоторезиста ис­пользуется шаблон-маска, который содержит рисунок одного из слоев будущей микросхемы. Свет, проходя сквозь такой шаблон, засвечивает только нужные участки поверхности слоя фоторези­ста. После облучения фоторезист подвергается проявлению, в результате которого удаляются ненужные участки слоя.

По мере возрастания плотности размещения транзисторов, формируемых в кристалле, литографический процесс усложняется. Минимальная толщина линии, получаемая в процессе ли­тографии, определяется размером пятна, в который удается сфокусировать лазерный луч. Поэтому при производстве совре­менных микропроцессоров для облучения используют ультра­фиолетовое излучение. Для производства микросхем по 130-на- нометровому технологическому процессу используется глубокое ультрафиолетовое излучение (Deep UltraViolet - DUV) с длиной волны 248 нм. На подходе литографический процесс с длиной волны 13 нм, получивший название EUV-литографии (Extreme UltraViolet - сверхжесткое ультрафиолетовое излучение). Обыч­ная литографическая технология позволяет наносить шаблон с минимальной шириной проводников 100 нм, а EUV-литография делает возможной печать линий гораздо меньшей ширины - до 30 нм.

После засвечивания слоя фоторезиста осуществляется трав­ление (etching) с целью удаления пленки диоксида кремния. По­сле процедуры травления, т. е. когда оголены нужные области чистого кремния, удаляется оставшаяся часть фотослоя, и на кремниевой основе остается рисунок, выполненный диоксидом кремния.

Процесс внедрения примесей осуществляется посредством диффузии - равномерного внедрения атомов примеси в кри­сталлическую решетку кремния. Для диффузии легирующей примеси применяется ионная имплантация, которая завершает­ся созданием необходимого слоя полупроводниковой структуры, в котором сосредоточены десятки миллионов транзисторов.

Осуществить требуемую разводку в пределах того же слоя, где расположены сами транзисторы, нереально - неизбежны пересечения между проводниками, потому для соединения тран­зисторов друг с другом применяют несколько слоев металлиза­ции, т. е. слоев с металлическими проводниками, причем, чем больше транзисторов насчитывается в микросхеме, тем больше слоев металлизации используется (см. рис. 1.23, б).

Для соединения транзисторов друг с другом прежде всего не­обходимо создать проводящие контакты стоков, истоков и затво­ров. Для этого по маске в нужных местах вытравливается слой диоксида кремния, и соответствующие окна заполняются атома­ми металла. Для создания очередного слоя на полученном ри­сунке схемы выращивается дополнительный тонкий слой диок­сида кремния. После этого наносится слой проводящего металла и еще один слой фоторезиста. Ультрафиолетовое излучение про­пускается сквозь вторую маску и высвечивает соответствующий рисунок на фоторезисте. Затем опять следуют этапы растворения фоторезиста и травления металла. В результате в новом слое об­разуются нужные проводящие полоски, напоминающие рельсы, а для межслойных соединений, т. е. соединений слоев друг с другом, в слоях оставляются окна, которые затем заполняются атомами металла. К примеру, при 0,25-микронном технологиче­ском процессе для осуществления разводки используется пять дополнительных слоев.

Процесс нанесения слоев заканчивается, когда схема собрана полностью. Поскольку за один раз на одной «таблетке» создается несколько десятков процессоров, на следующем этапе они разде­ляются на матрицы (dice), которые тестируются. Если на ранних этапах развития технологий отбраковывалось более 50 % схем, сейчас процент выхода выше, но никогда не достигает 100 %.

Прошедшая тестирование матрица помещается в керамиче­ский прямоугольный футляр, из которого выходят «ножки», микроразъемы (pin grid arrays - PGA) интерфейса процессора, с помощью которых процессор помещается и закрепляется в гнезде (socket) на системной плате компьютера (иногда интер­фейс оформляется в виде линейного разъема - slot). Количест­во контактов - от 169 (Socket 1, процессор Intel 80486) до 940 (Socket 940, AMD Opteron). В последнем случае часть соедине­ний зарезервирована для последующего расширения возможно­стей - размещения на плате процессора кэш-памяти уровня 3 (L3-cache), соединения с другими процессорами (для много­процессорных систем) и пр.

В настоящее время используется технология микроразъемов (micro pin grid array - (iPGA), существенно снижающая физиче­ские размеры интерфейса процессора.

В новом поколении процессоров используются такие ново­введения, как SOI-транзисторы (Silicon On Isolator - «кремний на изоляторе»), в которых за счет дополнительного слоя оксида снижаются емкость и токи утечки, а также транзисторы с дву­мерными затворами и другие новшества, позволяющие повысить быстродействие транзисторов при одновременном уменьшении их геометрических размеров.

Чипы памяти DRAM изготовляются на основе технологии, сходной с изготовлением процессора, - кремниевая основа с нанесенными примесями обрабатывается с маской, которая об­разует множество пар «транзистор-емкость», каждая из которых размещает 1 бит информации. Стоимость этих схем гораздо ниже, чем процессоров, поскольку они состоят из однородных повторяющихся структур, а также дешевле схем SRAM, посколь­ку в последних содержится в 2 раза больше транзисторов (каж­дый бит здесь содержится в триггере, который требует по мень­шей мере два транзистора).

Терагерц-технологии. Основная стратегия поставщиков мик­росхем всегда заключалась в уменьшении размера транзистора (схемного элемента) и повышении плотности упаковки на кри­сталле. В конечном итоге критическими факторами стали энер­гопотребление и разогрев платы.

В конце 2002 г. Intel Corporation объявила, что ее инженеры разработали инновационную структуру транзисторов и новые материалы, позволяющие снизить потребление энергии и выде­ление тепла. Новые структуры получили название Intel TeraHertz transistor (терагерц-транзисторы), в связи с их способностью пе­реключаться со скоростью выше триллиона раз в секунду. Пред­полагается, что новая технология позволит увеличить плотность в 25 раз, использовать «технологию 20 нм» (элемент схемы в 250 раз меньше толщины человеческого волоса) и разместить на кристалле до миллиарда транзисторов.

Терагерц-транзистор отличается от обычного (см. рис. 1.20, а) тремя важными особенностями (см. рис. 1.20, б):

источник и сток образуются из более толстых слоев в крем­ниевой пластине , что уменьшает электрическое сопротив­ление, потребление электроэнергии и тепловыделение;

ниже источника и стока помещается сверхтонкий слой изолятора . Это обеспечивает более высокие интенсивности тока в открытом состоянии транзистора и увеличивает ско­рость переключения. Кроме того, изолятор понижает утеч­ки тока при закрытом транзисторе (в 10 тыс. раз по сравне­нию с SOI). Это уменьшает вероятность случайного пере­ключения под влиянием блуждающих тепловых электронов и повышает надежность схемы;

химическое соединение, расположенное между затвором, источником, стоком, заменяется на новый материал «high-к gate dielectric» (оксид алюминия или титана), для нанесения которого используется технология наращивания слоя по одной молекуле.

Диэлектрико-металлические затворы транзисторов. Исполь­зование затвора из диэлектриков с высокой диэлектрической по­стоянной (High-k Gate Dielectrics) и металлических электродов затворов транзисторов (Metal Gate Electrodes) было впервые представлено в процессоре Intel Penryn (технология 45 нм) и по­зволило уменьшить размеры транзисторов и снизить энергопо­требление.

В обычном транзисторе снижение толщины слоя диоксида кремния необходимо для уменьшения размера и увеличения плотности размещения транзисторов на кристалле. Однако при достижении определенного предела возникает утечка тока под воздействием «туннельного эффекта» - когда электроны поки­дают транзистор и рассеиваются, что понижает надежность и увеличивает рассеяние мощности. Поэтому уменьшение разме­ров ниже данного предела становится нецелесообразным.

Диэлектрик (high-k dielectric или материал с высокой диэлек­трической постоянной) в новой технологии замещает слой диок­сида кремния в транзисторе и позволяет снизить токи утечки в технологии 45 нм в 5 раз по сравнению с технологией 65 нм.

Относительная легкость использования оксидов кремния в транзисторах ограничивала в течение многих лет применение других материалов при производстве микропроцессоров. Анало­гично, традиционная технология использования поликремния для затвора существенно проще, чем внедрение других, возможно более эффективных веществ в процесс производства (рис. 1.21, а).

Рис. 1.21. Обычный транзистор (а); транзистор с диэлектрическим затвором (б)

Использование металлического затвора в процессорах Penryn «сломало» эту традицию; эта технология позволяет улучить эф­фективность и снизить токи неконтролируемой утечки, посколь­ку проводимость металлического затвора существенно выше (рис. 1.21, б).

Технология медных проводников. Транзисторы на поверхности чипа - сложная комбинация из кремния, металлов и микродо­бавок, точно расположенных, чтобы образовать миллионы кро­хотных переключателей. Поскольку создавались все меньшие и быстрые транзисторы, упакованные все плотнее, их соединение между собой стало превращаться в проблему.

Для установления соединений длительное время использо­вался алюминий, однако к середине 1990-х гг. стало очевидным, что скоро будут достигнуты технологические и физические пре­делы существующей технологии. Относительно высокое удель­ное сопротивление алюминия при уменьшении диаметра про­водников приводит к потерям и перегреву схем. Однако длитель­ное время никому не удавалось создать конкурентоспособный чип с медными проводниками.

Основное преимущество медных соединений в данном слу­чае заключается в том, что медь обладает меньшей удельной проводимостью по сравнению с алюминием. При уменьшении площади сечения проводников (с уменьшением размера транзи­сторов) увеличивается и сопротивление проводников. Кроме того, медные проводники способны выдерживать значительно большую плотность тока, чем алюминиевые, и к тому же облада­ют более высокой устойчивостью к разрушению под воздействи­ем тока, что позволяет продлить время жизни микросхемы.

Наряду с рассмотренными преимуществами медь обладает рядом свойств, создающих немало сложностей в процессе про­изводства микросхем. Медь легко диффундирует в глубь кри­сталла, что вызывает порчу микросхемы и, в отличие от алю­миния, плохо поддается травлению, поэтому технологии созда­ния медных и алюминиевых внутрислойных соединений в корне различаются. В случае использования алюминия травле­нию по маске подлежит собственно алюминий, а при примене­нии меди травлению подлежит оксидная пленка, в результате этого образуются бороздки, которые впоследствии заполняются медью. Эта технология получила название Damascus, или узор­ная инкрустация. Поэтому процесс изготовления микросхем с использованием алюминиевых соединений технологически не совместим с аналогичным процессом с использованием медных соединений.

В сентябре 1998 г. IBM объявила о разработке нового техно­логического процесса, включающего создание медных провод­ников на чипе (Damascene процесс - 0,18 мкм CMOS 7SF). Создание каждого нового слоя начинается с получения оксид­ной пленки, которая покрывается слоем фоторезиста. Далее, по­средством литографического процесса, в оксидной пленке вы­травливаются бороздки и углубления требуемой формы. Эти бо­роздки и углубления необходимо заполнить медью. Но прежде, для предотвращения нежелательной диффузии меди, они запол­няются тонким слоем антидиффузионного вещества (diffusing barrier), изготовленного из устойчивого материала - титана или нитрида вольфрама. Толщина такой антидиффузионной плен­ки - всего 10 нм. Микроскопическая начальная пленка меди размещается выше, чтобы удерживать медный слой, который за­тем наносится на весь чип (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Технология медных проводников: а - вытравливание соединений путем фотолитографии; б - нанесение защитно­го слоя; в - нанесение микроскопической пленки меди; г - нанесение рабочего слоя меди; д - удаление избыточного металла

Для осаждения меди используют гальванизацию из раствора медного купороса Cu 2 S0 4 , причем сама пластина, на которую осаждаются ионы меди Си ++ , выступает в роли катода. При галь­ванизации необходимо, чтобы медь равномерно осаждалась по всей пластине, поэтому подбирают такую плотность электроли­та, чтобы минимизировать разницу тока в центре и по краям и тем самым обеспечить равномерность осаждения меди. При электролизе происходит постепенное заполнение атомами меди вытравленных канавок, в результате этого образуются проводя­щие «рельсы». После заполнения медью канавок лишний слой меди удаляется с пластины посредством шлифования, а затем наносится очередной слой оксидной пленки и проводится фор­мирование следующего слоя. В результате образуется много­слойная система.

Технологический процесс 65 нм. Intel довела данную техноло­гию до стадии промышленного производства к концу 2005 г. В 65-нм процессе Intel использует УФ-литографию с длиной волны 193 нм, комбинируемую с технологией фазового сдвига. При этом удалось уменьшить до 35 нм эффективную ширину за­твора транзисторов (рис. 1.23, а), что приблизительно на 30% меньше, чем при производстве по технологии 90 нм.

Рис. 1.23. Транзисторы поколения 65 нм (в); восемь слоев медных соединений (б)

Остались прежними в новом процессе и используемые для создания транзисторов материалы. Дополнительные усилия были направлены на борьбу с токами утечки. Появившаяся в 90-нм тех­нологическом процессе технология напряженного кремния обре­ла в 65-нм технологии свою усовершенствованную версию - при сохранении толщины изоляционного слоя затвора на уровне 1,2 нм примерно на 15 % увеличилась деформация каналов тран­зисторов. Это дало четырехкратное уменьшение токов утечки, ко­торое в конечном итоге создает возможность примерно 30%-ного увеличения частоты срабатывания транзисторов без возрастания их тепловыделения.

И последнее изменение - увеличение числа слоев медных соединений. В новом процессе их восемь, что на один больше, чем в ядрах, выпускаемых по 90-нм процессу (рис. 1.23, б). Бла­годаря этому Intel надеется упростить проектирование будущих кристаллов.

Печатные платы

Плата, или printed circuit board, - изоляционная пластина, на которой устанавливаются и соединяются друг с другом элек­тронные элементы, перечисленные выше, и приборы меньшей степени интеграции - отдельные транзисторы, резисторы, кон­денсаторы и др.

Печатная плата изготавливается из пластмассы, гетинакса, текстолита либо другого изолятора (керамика).На плате с одной либо обеих сторон размещаются интегральные схемы, резисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы. Для их соединения на поверхности платы наносятся тонкие электропроводящие по­лоски. Печатная плата может быть двух- либо многослойной.

Существует несколько технологий монтажа элементов (в том числе и интегральных схем) на печатных платах. Наиболее ста­рая из них - монтаж в сквозные отверстия. Здесь элементы соз­даваемой схемы устанавливаются с одной стороны платы. Вслед за этим появился способ укладки интегральных схем прямо на поверхности этой платы. Вначале интегральные схемы припаи­вались к печатным платам. Теперь все чаще они приклеиваются без использования припоя. Малая высота интегральных схем, монтируемых на поверхность, позволяет устанавливать их на обеих сторонах платы.

Печатные платы перестают быть только плоскими. Происхо­дит переход от двух измерений к криволинейным поверхностям и созданию печатных дорожек на геометрически изогнутых фор­мах. Все это связано с тем, что по мере усложнения электронных компонентов становится все трудней размещать плоские платы в корпусы, удовлетворяющие требованиям потребителя. Для изго­товления основы трехмерных печатных плат используется пласт­масса, пригодная для литья.