Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Шляхи подальшого розвитку електроніки

Найближчі перспективи розвитку науки стосуються наступних технологій: суперкомп’ютери та альтернативні комп’ютери; мікро- та нанотехнології, мікроелектроніка; лазерні технології; голографія та розпізнавання образів; ракетно-космічні технології; біотехнології та біофізика; енергетика та альтернативна енергетика; роботехніка тощо.

Вочевидь, важливе місце в цьому переліку займає електроніка, яка розуміється як наука про взаємодію електронів з електромагнітними полями, методи створення електронних приладів і пристроїв для перетворення електромагнітної енергії, в основному для прийому, передачі, обробки та зберігання інформації.

Серед важливих напрямків електроніки ХХ1 сторіччя слід відзначити:

1. Квантову електроніку – область фізики, що вивчає методи посилення і генерації електромагнітного випромінювання, засновані на використанні явища вимушеного випромінювання в нерівноважних квантових системах, а також властивості одержуваних таким чином підсилювачів і генераторів та їх застосування в електронних приладах.

2. Оптоелектроніку – розділ фізики та техніки, пов’язаний з перетворенням світлового випромінювання в електричний струм і навпаки. Оптоелектроніка використовує ефекти взаємодії електромагнітних хвиль оптичного діапазону з електронами в речовинах для створення нового класу приладів. Це відкриває перспективи створення тривимірних (об’ємних) швидкодіючих оптоелектронних інтегральних схем, приладів відображення інформації для стереоскопічного телебачення й інших застосувань. У таких пристроях роль електронів частково або цілком буде передана фотонам. Це дозволить істотно підвищити швидкодію, завадостійкість, інформаційну ємність.

3. Очікується подальший прогрес твердотільної електроніки та основі нового наукового напряму – квантово-розмірних структур або наноелектроніки. Наноелектроніка – область електроніки, що займається розробкою фізичних і технологічних основ створення інтегральних електронних схем з характерними топологічними розмірами елементів менше 100 нанометрів.

Квантово-розмірні структури мають унікальну сукупність властивостей дуже далеких від тих, які можна спостерігати в масивних зразках. В основі нанорозмірних приладових структур лежать квантово-розмірні ефекти в обмежених по одній, двох або трьох координатах, точність виготовлення яких досягає одного атомного шару або моношару Такі структури можуть служити основою для створення нових типів напівпровідникових приладів, в першу чергу для опто- та наноелектроніки.

4. Новими перспективними матеріалами для електроніки є органічні, і в першу чергу полімерні, сполуки з напівпровідниковими, діелектричними та провідними властивостями, у тому числі у виді тонких (мономолекулярних) плівок складного складу (так званих плівок «Ленгмюра-Блоджетта»). Полімери – це природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних угруповань, з’єднаних між собою хімічними або координаційними зв’язками в довгі лінійні або розгалужені ланцюги.

5. Прогнозується розвиток приладів надпотужної надвисокочастотної електроніки на основі релятивістських ефектів з рівнями потужності, достатніми для керованого термоядерного синтезу.

6. Очікується створення надпотужних лазерів рентгенівського та гамма-випромінювань.

7. Передбачається, розвиток напрямку копіювання процесів у живій матерії (клітині), і їй уже привласнені терміни «молекулярна електроніка» або «біоелектроніка». Цей напрям ґрунтується на саморегульованих фізико-хімічних процесах. Для його реалізації розроблюються методи синтезу молекулярних структур з допомогою біотехнології та технологій органічної хімії. Молекулярна електроніка – це напрям електроніки, що охоплює вивчення принципів роботи і побудову штучних молекулярних впорядкованих структур для зберігання, обробки і передачі великих обсягів інформації. Сформувалася на стику твердотільної електроніки, квантової електроніки та молекулярної біофізики. Перспективи розвитку пов’язані зі створенням молекулярних інформаційно-обчислювальних систем, що наближаються за принципом дії і своїми можливостями до людського мозку.

8. Прогнозується розвиток акустоелектроніки на об’ємних і поверхневих акустичних хвилях. Акустоелектроніка – розділ електроніки, пов’язаний з дослідженням взаємодії акустичних хвиль з електромагнітними полями і електронами провідності в конденсованих середовищах, а також зі створенням акустоелектронних пристроїв, що працюють на основі цих ефектів.

9. Подальшого розвитку отримає функціональна електроніка, що охоплює питання використання різноманітних фізичних явищ у твердих середовищах для інтеграції різноманітних схемотехнічних функцій в об’ємі одного твердого тіла і створення електронних пристроїв із такою інтеграцією. При функціональній інтеграції складні схемотехнічні функції і їхні комбінації можуть реалізуватися фізичними процесами, що протікають в усьому робочому об’ємі твердого тіла. Тут можливий прогрес у зв’язку з частковим зняттям обмежень на швидкодію і мініатюризацію.

Розуміння перспектив подальшого розвитку фізики та, зокрема, електроніки покликані зорієнтувати майбутніх вчених до вибору напрямку дослідження, майбутніх вчителів – до необхідності ретельного розуміння процесів, що лежать в основі даної теми, діючих вчителів – до звернення уваги учнів на основи електроніки шляхом добору влучних прикладів та демонстрацій.