Перспективы развития электроники

Развитие электронной науки и техники идёт по двум осн. направлениям, первое из к-рых связано с решением проблем информационно-вычислит. обеспечения, а второе — с проблемами получения и исполь­зования энергии.

Тенденция развития электронных приборов для создания информационно-вычислит. средств характе­ризуется непрерывной миниатюризацией приборов, повышением их быстродействия, снижением энерго­потребления, повышением качества и надёжности, ростом массового пром. выпуска, улучшением экономич. показателей, снижением стоимости электрон­ных приборов (точнее, стоимости процессов пере­работки информации). Все эти проблемы наиболее эффективно решаются в рамках микроэлектроники, к-рая за последние четверть века прошла путь от гибридных ИС до монолитных СБИС.

В микроэлектронике непрерывно происходят крупные изменения в методах и принципах проекти­рования, технологии изготовления и организации произ-ва ИС, напр, матричных СБИС. Распространение т. н. заказных микросхем приводит к принципиально новым взаимоотношениям между заказчиками и из­готовителями СБИС. Заказчик, проектируя микро­схему, выдаёт изготовителю записанную на носителе управляющую информацию, с помощью к-рой на автоматич. линиях в кратчайшие сроки выпускается необходимое количество нужных микросхем. Такая система требует стандартизир. формы представления информации, программной и аппаратной согласо­ванности автоматизир. систем заказчиков и изго­товителей.

Главным фактором интенсификации в микро­электронике является рост степени интеграции и быстродействия ИС. В перспективе можно рас­считывать (за счёт уменьшения размеров элементов, увеличения площади кристалла, использования трёх­мерных структур и др. решений) на создание ИС со степенью интеграции 10⁷—10⁹ элементов на кристалле при быстродействии до долей нс на вентиль. Использование доменных структур (ферро­магнитных, сегнетоэлектрических и др.) позволяет прогнозировать создание запоминающих устройств на ультрабольших ИС (УБИС) с объёмом памяти 10¹²—10¹⁵ бит. УБИС могут быть использованы для создания систем искусств, интеллекта и ЭВМ высокого уровня, предназначенных для решения глобальных задач (прогнозирования погоды, расчёта космогонич. систем, оптимизации народнохозяйств. планов и т. п.). Вычислит, машины на УБИС будут располагать интеллектуальным интерфейсом и логич. анализом. Интеллектуальный интерфейс позволит обращаться с машиной на естеств. языке. Объём информации, хранящейся в банке данных, достигнет 10²—10³ Гбит при быстродействии порядка неск. млрд. операций в с. Достижение высокого быстродействия связано с совершенствованием архитектуры построения ЭВМ и созданием ССИС на основе арсенида галлия, фосфида индия, сверхпроводниковых (включая высокотемпературные) структур. Появление ЭВМ, способных воспринимать речевую и визуальную информацию при высоком быстродействии, будет означать новый качеств, скачок в развитии информац. техники, характеризуемый переходом от обработки массивов данных к восприятию знаний.

Успехам микроэлектроники сопутствует развиваю­щаяся Планарная технология на основе ионно-плазменных («сухих») процессов замкнутого типа (безлюдная и экологически чистая технология), произ-во сверхчистых материалов, разработка автоматич. прецизионного оборудования, высокочастот­ных средств измерений и диагностики, матем. моделирование и проектирование с использованием иерархич. систем ЭВМ. Модульный принцип орга­низации произ-ва электронных приборов открывает путь к созданию заводов-автоматов. Решающее значение для выпуска УБИС и ССИС на основе кремния и материалов группы А В будет иметь технология ИС с субмикронными размерами отдель­ных элементов (десятки и сотни нм), доступная для массового произ-ва. Отдалённый прогноз развития микроэлектроники связывают с исполь­зованием упорядоченных молекулярных структур и электронных систем на основе искусств, биол. образований.

Энергетич. направление связано с развитием почти всех осн. видов электронных приборов. При этом использование достижений в области твердотельной электроники имеет огранич. характер из-за отно­сительно невысоких кпд полупроводниковых прибо­ров (солнечные батареи, полупроводниковые преоб­разователи и др.). Более перспективными для энергетич. целей (напр., направленной передачи энергии из космоса), решения технологии, задач (напр., радиац. нагрева) и медицинских целей (лазерной хирургии, СВЧ терапии и др.) являются вакуумные СВЧ приборы (магнетроны, амплитроны и др.) и приборы квантовой электроники (лазеры на основе стекла с неодимом, СO₂ и др.).

Прогнозируется развитие приборов сверхмощной СВЧ электроники на основе релятивистских эффек­тов (гиротронов, пролётных суперклистронов и др.) с уровнями мощности, достаточными для осущест­вления управляемого термоядерного синтеза (до 10¹⁴ Вт при длительности импульсов ок. 50 нс). Ожи­дается создание сверхмощных лазеров рентгенов­ского и гамма-излучений.

Среди важных направлений развития электроники следует отметить оптоэлектронику (создание опто-электронных ИС в монолитном исполнении), откры­вающую перспективы создания трёхмерных (объём­ных) быстродействующих микросхем, приборов отображения информации для стереоскопич. теле­видения и др. применений. Ожидается дальнейшее совершенствование твердотельных электронных при­боров на основе одномерных и трёхмерных сверхрешёток, имеющих крист. структуру с периоди­чески (с периодом неск. нм) изменяющейся кон­центрацией легирующих примесей (сверхрешётки на гетероструктурах GaAs — AlAs, Ge — Si и др.). Подобные приборы имеют уникальные электрич. и оптич. св-ва (эффективное генерирование и уси­ление колебаний, умножение частоты излучения в СВЧ и оптич. диапазонах и др.). Будет развиваться акустоэлектроника на поверхностных и объёмных акустич. волнах и др. направления твердотельной электроники, совместное развитие к-рых приведёт к появлению новых видов многофункциональных электронных систем. В этом отношении определённые надежды возлагаются на т. н. функциональную электронику, связанную с изучением динамич. неоднородностей. Использование в электронных приборах структур с динамич. неоднородностями (доменами, солитонами, вихрями магн. потока в сверхпроводниках и др.) частично снимает огра­ничения по быстродействию и миниатюризации (напр., за счёт уменьшения тепловыделения, повы­шения эффективности связи).

Ожидается значит. прогресс в развитии электрон­ных приборов и устройств отображения информации. Наряду с совершенствованием электронно-лучевых приборов и высокояркостных проекц. приборов получают широкое распространение плоские экраны на жидких кристаллах, электролюминесцентных материалах и др.

Одна из тенденций развития электроники — всё большее проникновение её методов и средств в био­логию и медицину. Возникающие в этих областях знаний проблемы ставят перед электроникой задачи выбора оптим. путей моделирования биол. процессов, эффективных способов диагностики и ле­чения болезней, рациональных способов получения, передачи, приёма и обработки информации.

Достижения в области электроники становятся неотъемлемым условием успешного развития мн. сфер человеческой деятельности. При этом масштабы и темпы развития электроники вызывают необходи­мость своевременного и как можно более полного предвидения совокупности всех последствий этого процесса. Ожидается, что к 2000 году электронная пром-сть развитых стран по объёму продукции выйдет на первое место в мире среди др. отраслей пром-сти; в сфере электронной науки и техники будет занята значит. часть трудового населения. Эти изменения ещё более повысят требования к профессиональным знаниям, квалификации, организац. способностям, а также к общему культурному и интеллектуальному уровню работников, роли моральных стимулов и заинтересованности в труде. Глубокое проникновение электроники в жизнь чело­веческого общества настоятельно требует развития международного сотрудничества в этой области знаний, объединения усилий учёных и политич. деятелей всех стран мира на то, чтобы величайшие достижения в области электроники использовались только в мирных целях и являлись бы неисчер­паемым источником удовлетворения материальных и духовных потребностей людей.

Задания для самоподготовки

Прочитайте лекцию. Выучите новые термины и формулировки и ответьте на вопросы

1 Что такое электроника?

2 Область применения электроники?

3 Составные элементы электроники?

Ответы присылать в письменном виде