Основная проблема развития электроники и пути ее решения
Электроника – это наука, занимающаяся изучением взаимодействия между заряженными частицами и электромагнитными полями, а также способов создания электронных приборов, в которых данное взаимодействие применяется для преобразования электромагнитной энергии, главным образом для передачи, хранения и обработки информации.
Одна из основных проблем развития электроники связана с требованием увеличения объема обрабатываемой информации управляющими и вычислительными системами с одновременным уменьшением их габаритов. В настоящее время решить эту проблему пытаются посредством:
- Разработки приборов сверхвысоких частот и лазеров с высоким коэффициентом полезного действия, использующиеся для энергетического воздействия на вещество, а также направленной передачи энергии.
- Создания электронных приборов, которые функционируют в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн, для широкополосных систем передачи информации и линий оптической связи.
- Разработки средств и принципов стереоскопического телевидения, обладающие большей информативностью по сравнению с обычным.
- Перехода от планарной технологии интегральных схем к объемной и использовании сочетания разнообразных свойств твердого тела в одном приборе.
- Расширения функций интегральных схем, например, переход от микропроцессора к мини электронно-вычислительной машине на одном кристалле.
- Использования электронно-лучевой и лазерной коммутации.
- Разработки запоминающих устройств, емкость которых достигает нескольких гигабайт на одном кристалле.
- Использования сверхпроводников, устройств оптической связи, оптоэлектронных преобразователей в интегральных схемах.
- Увеличения интеграции на одном кристалле нескольких миллионов транзисторов, размер которых менее 1 мкм на основе использования достижений наноэлектроники и молекулярной электроники.
- Создания полупроводниковых интегральных схем, которые обеспечивают минимальное время подключения.
Направления, факторы и тенденции развития электроники
В настоящее время развитие электроники происходит по двум основным направлениям:
- Решение проблем с получением и использованием энергии.
- Решение проблем информационно-вычислительного обеспечения.
Тенденция развития современных электронных устройств и приборов для создания электронно-вычислительных средств характеризуется уменьшением размеров составляющих, увеличение быстродействия, увеличение степени надежности и качества, снижение объемов потребляемой энергии, рост массового промышленного выпуска, снижение стоимости процессов переработки информации. Наиболее успешно данные вопросы решаются в рамках микроэлектроники.
Энергетическое развитие электроники связано почти со всеми видам электронных устройств. Самым перспективным решением энергетических проблем являются вакуумные приборы сверхвысоких частот и приборы квантовой электроники. Согласно прогнозам ожидается бурное развитие сверхмощной электроники сверхвысоких частот, которая основана на релятивистских эффектах с уровнем мощности, достаточного для осуществления термоядерного управляемого синтеза.
К важным направлениям развития электроники также относится оптоэлектроника, открывающая перспективы создания объемных микросхем, обладающих быстродействием, а также приборов отображения для стереоскопического телевидения. Ожидается совершенствование твердотельных электронных устройств и приборов с кристаллической структурой, концентрация легирующих примесей в которой периодически изменяется. Такие приборы обладают уникальными оптическими и электрическими свойствами (эффективное усиление и генерирование колебаний, умножение частоты в оптических и сверхвысокочастотном диапазона).
Оптоэлектроника – это область электроники, посвященная практике и теории разработки устройств и приборов, работа которых основана на преобразовании электрических сигналов в оптические.
Также предполагается активное развитие акустической электроники на объемных и поверхностных акустических волнах и твердотельной электроники. Их совместное развитие должно привести к появлению новых видов многофункциональных схем. Определенные надежды возлагаются на функциональную электронику, которая связана с изучением динамических неоднородностей. Использование в электронных устройствах и приборах структур с динамическими неоднородностями (солитонами, доменами и вихрями магнитного потока в сверхпроводниках) частично снимает ограничения, связанные с быстродействием и миниатюризацией, например, за счет увеличения эффективности связи или уменьшения выделения тепла.
