Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Шемшученко Ю.С. - директор Інституту держави і права ім.В.М.Корецького НАН України, доктор юридичних наук, професор, академік НАН України та Націонал...полностью>>
'Закон'
Приказ Федеральной службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникацийот 1 декабря 2009 г. N 630"Об утверждении А...полностью>>
'Учебно-тематический план'
Основные характеристики нормотворчества субъектов Российской Федерации в сфере природопользования, охраны окружающей среды и безопасности жизнедеятел...полностью>>
'Документ'
Возмещение расходов по служебным командировкам. Налогообложение суточных (К.В. Лунякин, "Новое в бухгалтерском учете и отчетности", N 8, апр...полностью>>

План: стр (3)

Главная > Реферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Первая проблема — освоение дальнего и сверхдальнего ИК диапазонов для приема естественных и лазерных ИК излучений. Это позволяет расширить спектральные границы систем для изучения природных ресурсов Земли и планет и поставить новые твердотельные охлаждаемые лазеры, эффективно работающие в ИК диапазонах на службу человеку.

Вторая проблема—создание криоэлектронных индикаторов слабого теплового излучения на базе интегральных приборов с зарядовой связью для тепловидения в промышленности, геологии и в медицине. Есть основание полагать, что криоэлектронные индикаторы дадут возможность осуществить раннюю диагностику ряда раковых заболеваний.

Третья проблема—создание массовых малогабаритных сверхчувствительных приемников, воспринимающих с высокой избирательностью по частоте и помехозащищенностью такие слабые радиосигналы, которые обычные приемники даже не в состоянии обнаружить. Эти приборы находят самое широкое применение в системах оповещения, управления, связи, телевидения, телеметрии, пассивной локации и навигации, космической техники, радиоастрономии, приборостроения и системах наведения. При этом, например, дальность обнаружения пассивной локации, связи, телеметрии возрастает в 2—3 раза, защита от помех в 10—100 раз. Прием сверхдальнего телевидения через спутник в любой точке страны в новых высокоинформативных участках СВЧ диапазона возможен непосредственно домашними телевизорами с помощью небольшой коллективной антенны. Разработка твердотельных перестраиваемых и модулируемых лазеров дальнего ИК диапазона и создание нового тина твердотельных СВЧ генераторов, имеющих при высоком к. п. д. стабильность частоты, присущую квантовым генераторам, в десятки и сотни раз большую выходную мощность во всем СВЧ диапазоне, является четвертой проблемой.

Криоэлектроника позволила создать большие и сверхбольшие интегральные схемы нового типа на основе сверхпроводящих пленочных структур для разработки нового класса электронных вычислительных машин со сверхбольшой памятью, меньших по габаритам и в 10— 100 раз более производительных, чем ранее существующие. В результате успешного решения технологических проблем в 1980—1985 гг. были изготовлены ЗУ с емкостью 256 Кбит на кристалле, временем записи и считывания 620 и 340 нс соответственно и потребляемой мощностью 7 мкВт.

Согласно прогнозам давних лет сверхпроводниковая ЭВМ могла бы быть изготовлена к 1990 г., причем память большой емкости - к 1983—1985 гг., а Центральный криоэлектронный процессор - к 1985—1987 гг. Однако из-за необходимости охлаждения сверхпроводниковые вычислительные устройства имеют ограниченные специальными целями применения. Значительный прогресс в разработке и выпуске, холодильных устройств (криостатов и рефрижераторов с замкнутым циклом на температуру 4,2 К) существенно удешевляет затраты, связанные с охлаждением. Действительно, ЗУ емкостью 108 бит состоит из 5*103 пластин размером 1 см2 содержащих каждая 2*104 бит. Мощность, потребляемая одной платой 10-4 Вт, полным ЗУ—0,5 Вт.

В эти же годы, по прогнозу, должны были быть созданы комбинированные (с газовым каскадом) и электронные твердотельные микроохладители на различные уровни криогенных температур, вакуумные и твердотельные приборы со сверхпроводящими соленоидами для освоения новых СВЧ диапазонов (миллиметровых и субмиллиметровых волн), измерительные приборы с разрешающей способностью и чувствительностью в 100—1000 раз лучше существующих.

Характерной чертой электроники являлось разнообразие материалов, применяемых в электронной технике. Наряду с диэлектриками и широкозонными полупроводниками все большую роль в электронике играли узкозонные полупроводники, материалы с температурой Кюри, лежащей в области криогенных температур, и сверхпроводящие материалы. Если ранее широкому внедрению сверхпроводников в электронику препятствовало то, что сверхпроводимость в них наступала при очень глубоком охлаждении, близком к абсолютному нулю, то теперь положение коренным образом изменилось. Синтезированы новые материалы, которые уже при Т~20 К становятся сверхпроводниками, созданы узкозонные полупроводниковые твердые растворы, полуметаллы, тонкие пленки, гетеро- и варизонные структуры на их основе, параэлектрические пленки на SrTiO3 с высокой нелинейностью, примесные пленки. Для выполнения столь обширной программы в области криоэлектроники необходима консолидация научных сил, занимающихся низкотемпературным материаловедением, низкотемпературной электроникой твердого тела и криогенным приборостроением, а также проведение фундаментальных работ по основным направлениям криоэлектроники, без которых нельзя ликвидировать создавшийся разрыв между большими открытиями в физике низких температур, прежде всего по сверхпроводимости и свойствам узкозонных полупроводников, полуметаллов и параэлектриков при криогенных температурах, и возможностью их широкого практического использования. Вместе с тем очевидно, что развитие криоэлектроники обогащало научно-техническую оснащенность страны, способствовало более быстрому развитию физики, химии, радиотехники, связи, автоматики, приборостроения. С каждым годом увеличивалось влияние криоэлектроники на другие области электронной техники. Это обусловлено тем, что непрерывное улучшение параметров электронных приборов постепенно приближает их к теоретически возможному пределу при обычных температурах. Глубокое охлаждение позволяет намного перешагнуть эти пределы и применять охлажденные приборы в едином модуле с криоэлектронными, что приводит к комплексной микроминиатюризации сложной радиоэлектронной аппаратуры.

Приборы криоэлектроники, как и приборы вакуумной, полупроводниковой, квантовой электроники и микроэлектроники, должны непрерывно дополнять и расширять возможности электроники. Это открыло огромные перспективы. На рубеже 1985—1995 гг. планировалось осуществить разработку и выпуск многоспектральных криоэлектронных приемных устройств, перекрывающих средний, дальний и сверхдальний ИК диапазоны для комплексов изучения природных ресурсов Земли и планет. А также следующее:

  • промышленный выпуск приемных и приемопередающих ИК и СВЧ криоэлектронных модулей с твердотельными и электронными охладителями, которые находят широкое применение во многих наземных, космических и орбитальных системах связи, в радиолокации, телеметрии, управлении, автоматике, приборостроении, ракетной технике;

  • широкое внедрение криоэлектронных приборов, обеспечивающих непосредственный прием через космос многих программ телевидения в любой точке Земли домашними телевизорами, а также прием сверхдальнего телевидения в салонах самолетов дальних рейсов, поездах и пароходах дальнего следования, в автомобилях. Возможен прием в любой точке Земли цветного телевидения, передаваемого как земными телецентрами, так и телецентрами других объектов;

— Возможно также создание крупных орбитальных криогенных вычислительных центров единой системы навигации и прогноза погоды; сооружение криогенных вычислительных центров на Луне и других планетах, а также комплексов, работающих в открытом космическом пространств с охлаждением за счет радиации и твердых газов;

— приближение к. п. д. многих электронных приборов СВЧ к 100%; освоение новых участков спектра в дальнем ИК диапазоне;

— разработка массивов криотронных микропереключателей с внутренней логикой для создания автоматической телескопной связи, охватывающей в единой системе народное хозяйство и население страны. Одной из причин, вынуждающих уже сегодня все шире применять криоэлектронные приборы, является резкое усложнение условий, в которых должны работать электронные приборы. С каждым годом область рабочих температур непрерывно расширяется, и если когда-то температура —80°С была пределом для интегральной схемы, то теперь рабочие температуры понижаются до —200°С и даже —270°С, т. е. почти до абсолютного нуля. Космическое пространство с его условиями вакуума, холода, радиации, а также ракетные криогенные жидкости (жидкий кислород, водород) гелий и отвердевшие замороженные газы - вот примеры сред, в которых должны функционировать современные приборы электроники.

Развитие в мире нового вида энергетики, основанного на промышленном использовании криогенного водородного топлива (газа, жидкой и твердой фазы) вместо минерального топлива и электроэнергии, стремительное освоение космоса делают все более обычным внедрение криоэлектронных изделий в народное хозяйство.

В заключение необходимо отметить, что развитие криоэлектроники, конечно, не приводит к замене существующих методов создания электронных приборов, а лишь расширяет возможности электронной техники, особенно там, где не требуется сверхминиатюрность, а высокие электрические параметры интегральных устройств являются определяющим фактором.

Вывод

Применение криогенных температур в электронике в промышленных масштабах началось в 50-х гг. ХХ в. в СССР, США и др. странах, когда были получены важные для радиоэлектроники практические результаты исследований низкотемпературных явлений в твердом теле и достигнуты успехи в области криогенной техники по разработке малогабаритных, экономичных и надежных систем охлаждения. Существенную роль в развитие криоэлектроники сыграли потребности радиоастрономии и космической связи в радиотелескопах и земных станциях, обладающих высокочувствительными приемными трактами, с помощью которых можно было бы компенсировать затухания радиоволн при распространении на протяженных трассах. Применение криогенного оборудования позволило снизить собственные тепловые шумы входных цепей радиоэлектронных устройств, предназначенных для работы при малом отношении сигнал-шум. В СССР результатом комплексных исследований свойств охлажденного твердого тела стало создание в 1967 системы земных станций космической связи "Орбита" для приема программ центрального телевидения через спутник связи "Молния" в диапазоне частот около 1 ГГц. В составе приемной аппаратуре земных станций применялся многокаскадный широкополосный малошумящий параметрический усилитель, первые каскады которого охлаждались жидким азотом. Важным этапом в развитие криоэлектроники явились разработка в СССР первого в мире приемника субмиллиметрового диапазона длин волн с гелиевым охлаждением и его успешные испытания в 1978 на борту научно-исследовательского комплекса "Салют-6" - "Союз-27". Установленный в 1979 на радиотелескопе АН СССР (РАТАН-600) криоэлектронный радиометр вывел этот радиотелескоп в разряд одного из самых чувствительных в мире и позволил на порядок увеличить объем информации о радиоизлучении Галактики. В 1984-86 в процессе реализации многоцелевого международного проекта "Венера - комета Галлея" криоэлектронный параметрический усилитель в составе радиоприемной аппаратуры обеспечил прием с расстояния более 100 млн. км радиолокационного изображения планеты Венера и крупномасштабных телевизионных изображений кометы Галлея с космических аппаратов "Венера-15","Венера-16","Вега-1","Вега-2".

Приложение

Таблица № 1

Некоторые свойства веществ при криогенных температурах.

Газы

(«криогенные»)

Диэлектрики, параэлектрики, сегнетоэлектрики

Полупроводники, полуметаллы, безщелевые и узкозонные полупроводники

Нормальные металлы

Сверхпроводники

Ожижение азота

Фазовые переходы

Изменение подвижности и концентрации носителей

Увеличение проводимости при Т<<QD

Исчезновение активного сопротивления

Отвердевание азота

Аномальный рост e и изменения tg d у ионных кристалов вблизи температуры Кюри – Вейсса

Ударная ионизация при kT< Ei

Эффекты шнурования тока

Магнитно-диодный эффект

Аномальный скин-эффект на СВЧ

Спонтанное возникновение ферромагнетизма у металлов с низкими температурами Кюри

Идеальный диамагнетизм, макроскопические эффекты

Квантование магнитного потока

Вихревая структура у сверхпроводников 2 рода и пленок

Отвердевание кис-лорода, парамагнетизм кислорода

Ожижение и отвердевание неона

Возникновение спонтанного электрического дипольного момента

Вымораживание примесей

Образование примесных зон и явления перескока

Наведенная сверхпроводимость

Резонансные явления

Изменение теплоемкости и теплопроводности

Взаимодействие внешнего поля с энергентической щелью

Реактивность поверхностного импеданса

Критические параметры

Скачки теплоемкости и теплопроводности

Ожижение и отвердевание водорода

Ожижение гелия

Эффект «отрицательного сопротивления объема»

Образование экситонов

Появление проводимости в примесной зоне

Сверхтекучесть гелия

Рост подвижности

Аномалии теплопроводности и теплоемкости

Аномалия теплоемкости и теплопроводности

Дисперсионные явления в ИК диапазоне

Резонансные явления

Магнитоплазменные волны, геликоны

Квантовые осцилляции поверхностного импданса

Поверхносная сверхпроводимость

Аномалии распространения звука в гелии

Влияние нулевых колебаний

Отклонение от закона Кюри-Вейсса

Туннелевое прохождение

Электронный парамагнитный, ядерный магнитный и циклотронный резонансы

Неравновесная сверхпроводимость

Генерация и детектирование фонов больших энергий

Электронный термомагнитный эффект

Изменения границ поглощения ИК области

Поглощение ИК волн «мелкими» примесными уровнями

Аномалии эффектов, связанных с переносом зарядов (гальваномагнитный, термоэлектрический, гальванотермомагнитный)

Геликоны

Уменьшение потерь

Релаксационные механизмы при воздействии СВЧ облучений

Увеличение электронов фононами

Наведенная сверхпроводимость

Явления "пиннинга"

"Туннельный эффект"

Образование "горячих носителей" и плазменных явлений

Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона

Электрокалорические явления

Аномалии теплопроволности

Сверхпроводимость при наличии давления

Сверхпроводимость в вырожденных материалах

Туннельные эффекты в пленочных структурах с диэлектрической прослойкой

Инверсии подвижности и типа проводимости

Сверхпроводимость при наличии большого давления

Охлаждение ультразвуком

Нелинейные явления в слабосвязанных сверхпроводниках

(Рис. 1) Типы возможных структур и интегральных устройств на основе контактов сверхпроводниковых материалов с полупроводниками:

Приемники сверхдальнего ИК диапазона

Интегральные гене-раторные схемы с перестройкой

Приемники радиовидения

Запоминающие устройства

Усилители- преселекторы



У С Т Р О Й С Т В А

С-П криотрон-ные БИС с Джо-зефсоновскими переходами

Приемники и генераторы фононов

С-П интегральные СВЧ фильтры

Гибридные ПЗС дальнего ИК

Детекторы и и преобразователи СВЧ

С-П лазеры




М а т е р и а л ы


Сверхпроводники (С) Полупроводники (П)



На сверхпроводящих П-С

Узкозонные П-С

Полуметаллические П-С

Широкозонные

П-С

П-С-П

С-П-С

С полупроводниковой мембраной


С Т Р У К Т У Р Ы

На основе Сп (А-15)

Туннельные

Планар-ные

Слоистые высокотемпературные

Двухмерные сверхрешетки

Трехмерные сверх-

решетки


(Рис.2)
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.

Космическая связь, локация и наведение кораблей, поиск и обнаружение теплоизлучающих объектов, дистанционное измерение температур, спектральный анализ атмосферы планет, тепловидение в медицине, промышленности и геологии - все эти задачи может успешно решать криоэлетронная техника.

******** Здесь было два рисунка(американский спутник и криогенная лаборатория)**********

(
Рис. 3) Металлические гелиевые криостаты

Криостат ( от крио… и греч. Statos – стоящий, неподвижный), термостат, рабочий объем которого поддерживается при криогенных температурах за счет постороннего источника холода. Обычно в качестве источника холода (хладагента) применяют сжиженные или отвержденные газы с низкими температурами конденсации ( азот, водород, гелий и др.). По уровню поддерживаемой температуры и роду используемого хладагента различают криостат гелиевого, водородного и азотного уровней охлаждения. Температуру помещенного в криостат объекта регулируют изменением давления паров хладагента либо с помощью системы терморегулирования, установленной между источником холода и объектом.

(Рис. 4) Сверхпроводящий криоэлектронный резонатор

-резонатор с высоким значением добротности (до 1011)

Список литературы

  1. Алфеев В.Н. "Радиотехника низких температур", М., 1966г.

  2. Алфеев В.Н. "Полупроводники, сверхпроводники и параэлектрики в криоэлектронике", М., 1979г.

  3. "Большая советская энциклопедия", М., 1985г.

  4. Вендак О.Г., Гарин Ю.Н. "Криогенная электроника, М., 1977г.

  5. Губанков В.Н. "Итоги науки и техники, серия радиоэлектроника, т.38", М., 1987г.

  6. Джалли У.П. "Криоэлектроника", М., 1975г.

  7. " Криогеника", М., 1986г.

  8. Интернет: сервер NASA (www.nasa.gov)

  9. " Электроника: Энциклопедический словарь", М., 1991г.

1 Proceeding of the IEEEE, №10, 1964

2 В.Н. Алфеев, Радиотехника низких температур, М., изд-во "Советское радио", 1964

3 Точнее: 4,216 К (гелий); 20,39 К (водород); 77,3 К (азот), 90,2 (кислород).—Прим. перев

4 Эффект Джозефсона - протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой изолятора, разделяющий два сверхпроводника ( так называемый контакт Джозефсона). Если ток не привышает критического значения то падение напряжения на контакте отсутствует, если привышает то возникает падение напряженияи контакт излучает ЭМ волны.

5 Приложение (таблица № 1 )

6 См. приложения: рис. 3

7 См. приложения: рис. 2

8 См. приложения: рис. 4

9 Приложение (Рисунок 1)



Скачать документ

Похожие документы:

  1. План: Стр (2)

    Документ
    Есть те, кто считает буддизм столь возвышенным и величественным учением, что обычные мужчины и женщины не могут практиковать его в нашем мире каждодневной работы, и что тот, кто желает быть истинным буддистом, должен удалиться от
  2. План: стр. Вступление 3 Начало царствования Николая II 4 «Бессмысленные мечтания» либералов 4 (1)

    Документ
    Начиная писать реферат, я поставила перед собой задачу через деяния Императора Николая II разобраться, справедливо ли его обвиняли в том, что он был виновником всех трагедий, происходивших в России в период его правления.
  3. План: стр. Вступление 3 Начало царствования Николая II 4 «Бессмысленные мечтания» либералов 4 (2)

    Документ
    Начиная писать реферат, я поставила перед собой задачу через деяния Императора Николая II разобраться, справедливо ли его обвиняли в том, что он был виновником всех трагедий, происходивших в России в период его правления.
  4. План. Стр. Введение. 3 Горимость лесов России. 4-5 Структура и характеристики функционирования систем охраны леса. 6-7

    Документ
    По данным Рослесхоза на 11 мая 2 года зарегистрировано 3952 лесных пожара, почти на 300 больше, чем на эту же дату в прошлом году. Основным источником огня в лесах по-прежнему остается человек - по различным регионам эта причина составляет
  5. План: стр (1)

    Курсовая
    Начать эту работу я хотел бы с очень наглядного исторического примера. Вспомним самую крупную мировую катастрофу - гибель Античной цивилизации. Можно выделить целый спектр причин, повлекших за собой социально-экономический катаклизм

Другие похожие документы..