История развития криоэлектроники

План:

1. Введение

2.Часть 1. Исторические аспекты криоэлектроники

3. Часть 2. Основные направления криоэлектроники

4.Часть 3. Микроэлектроника и холод

Перспективы применения структур на основе контактов сверхпроводников с полупроводниками в криогенной микроэлектронике

5.Заключение

Новые проблемы и пути их решения

6. Вывод

7. Приложение

8. Список литературы

1. Введение

Криогенная (от греческого «криос» — холод, мороз) электроника, или криоэлектроника, направление электроники, охватывающее исследование при криогенных температурах (ниже 120 К) специфических эффектов взаимодействия электромагнитного поля с носителями зарядов в твердом теле и создание электронных приборов и устройств, работающих на основе этих эффектов, — криоэлектронных приборов.

Криоэлектроника — одна из основных и весьма перспективных отраслей науки. Её интенсивному развитию способствовали, с одной стороны, широкие исследования явлений, происходящих в твёрдом теле при низких температурах, и практическое применение полученных результатов в различных отраслях радиоэлектроники (в первую очередь в космической радиоэлектронике), а с другой — определенные достижения криогенной техники, позволившие на основании как новых, так и ранее известных принципов разработать экономичные, малогабаритные и надежные системы охлаждения.

Значительным стимулом к развитию криоэлектроники послужило также и то немаловажное обстоятельство, что при создании современных электронных устройств — высокочувствительной радиоприемной аппаратуры, быстродействующих электронных вычислительных машин и др. — конструкторы подошли буквально к пределу возможностей радиоэлектроники, принципиально достижимому в обычном интервале температур. Использование низких температур позволяет преодолеть это препятствие и открывает новые пути в разработке радиоэлектронных систем.

Во-первых, глубокое охлаждение способствует значительному улучшению технических и экономических параметров радиоэлектронных устройств — преимущества компактных сверхпроводящих запоминающих устройств большой емкости и быстродействия для ЭВМ, сверхпроводящих магнитов и другой аппаратуры неоспоримы. Во-вторых, возникающие в условиях глубокого охлаждения явления, которые присущи только такому состоянию вещества, позволяют создавать принципиально новые приборы. Именно так, например, был сконструирован мазер, успешно используемый в спутниковых системах связи, радиоастрономии и т. д.

Криоэлектроника изучает особенности поведения радиоэлектронных компонентов и материалов при очень низких температурах (0−20 К), в частности такие необычные явления, как сверхпроводимость.

Для работ в области криоэлектроники характерен большой размах лабораторных исследований. Показательными являются работы по созданию сверхпроводящих накопителей энергии большой ёмкости. Предназначенные первоначально для пузырьковых камер, сверхпроводящие накопители энергии также успешно применяются в качестве генераторов накачки для мощных лазеров и другой радиотехнической аппаратуры. Выходят из стен лабораторий сверхпроводящие линии задержки различного назначения, криоэлектронные запоминающие устройства, охлаждаемые усилители и т. д.

Поскольку криоэлектроника возникла на стыке нескольких различных научных направлений, первые публикации в этой области были связаны с традиционными направлениями. Однако уже с начала 60-х годов начинают появляться специальные издания, целиком посвященные криоэлектронике, и первые монографии.

Часть 1. Исторические аспекты криоэлектроники

Вопрос о минимально возможной температуре впервые привлек внимание исследователей еще около ста лет назад. Ныне охлаждение до низких температур широко используется на практике в различного рода устройствах и системах, особенно в радиоэлектронной аппаратуре. Это стало возможным благодаря успешному решению проблемы сжижения газов.