Файл: Федотов, Я. А. Инженер электронной техники.pdf

Я. А. Ф Е Д О Т О В

ИНЖЕНЕР

ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Москва, «Советское радио», 1976

Ф 34 Инженер электронной техники. М., «Сов. радио», 1976.

96 с.

В популярной форме рассказано о значении электроники для на­ учно-технического прогресса и о роли, которую играет в ней полу­ проводниковая электроника. На доступных школьнику примерах пока­ зана сложность этой отрасли науки и техники, рассказано о том, что такое современное радиоэлектронное предприятие и как интересно работать в электронной промышленности и рабочему, и технику, и

инженеру.

Книга будет интересна широкому кругу читателей: и юноше, стоящему. перед выбором профессии, и студенту вуза, и специалисту смежных профессий, интересующемуся, что такое полупроводниковая

электроника.

Редакция литературы по электронной технике

ЯКОВ АНДРЕЕВИЧ ФЕДОТОВ

Инженер электронной техники

Редактор И. М. Волкова Художественный редактор А. Н. Алтунин Обложка художника В. В. Волкова Технический редактор В. А. Силаева Корректор И. Г. Багрова

Издательство «Советское радио», Москва, Главпочтамт, а/я 693

Московская типография N t 10 «Союзполиграфпрома»

при Государственном Комитете Совета Министров СССР

по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва. Шлюзовая наб.. 10.

© Издательство «Советское радио», 1976 г,

6 т а в т о р а

В период работы Государственных экзаменационных комиссий во многих вузах страны звучат слова: « ... и при­ своить квалификацию .инженера электронной техники ...».

На предприятия электронной промышленности приходят молодые инженеры, и в их дипломах — те же слова. Однако в понятие «квалификация» в данном случае входит широкий круг самых различных, часто очень непохожих друг на дру­ га специальностей. Рассказать о всех них в одной брошюре или книге нелегко.

Полупроводники. Полупроводниковая электроника. Ми­ кроэлектроника. Полупроводниковые приборы. Электроника твердого тела. Все чаще и чаще приходится сталкиваться с этими понятиями, используемыми электронной техникой. Еще не так давно полупроводниковая электроника занимала в элек­ тронной технике весьма скромное место. Быстрые темпы раз­ вития этого нового и перспективного направления вывели его сегодня практически на первое место. Микроэлектроника, по­ лупроводниковая электроника, электроника твердого тела раз­ виваются гигантскими темпами. В Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы гово­ рится о необходимости обеспечить создание и выпуск новых видов приборов и радиоэлектронной аппаратуры, основанных на широком применении микроэлектроники и лазерной техники.

Растут объемы производства — растет численность пер­ сонала, растут ассигнования на научные исследования. Расту­ щей отрасли промышленности нужны все новые и новые кадры. Многое, о чем будет, говориться в брошюре, может быть отнесено к работе любого инженера электронной техники.

3

И в то же время в первую очередь и в основном мы будем говорить о тех специальностях, которые принято объ­ единять понятием «полупроводниковые». Сюда входят такие специальности, как «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы», «Полупроводники и диэлектрики» и частично «Тех­

нология специальных материалов электронной техники».

Итак, в этой брошюре пойдет речь об электронике и ее роли в техническом прогрессе, о полупроводниках и их месте в электронной технике, о задачах и проблемах, с которыми придется иметь дело и рабочему, и технику, и инженеру элек­ тронной техники.

Если ты! кончаешь десятилетку и выбираешь профессию, прочти эту брошюру: возможно, она поможет тебе сделать выбор. Если ты собираешься на работу, пусть пока еще не инженером, тебе будет интересно и полезно узнать, с чем ты будешь иметь дело, когда придешь работать в электронную промышленность. Сегодня — рабочий, завтра — техник, после­ завтра— инженер. Это вполне естественный путь становле­ ния советского специалиста. И чем лучше представляешь ты себе свою профессию, чем более сознательно сделал ты свой выбор, тем больших успехов можно ожидать от твоей дея­ тельности.

Стране нужны все квалификации и все специальности. Какой бы выбор ты ни сделал, твои старшие товарищи всег­ да будут рады и твоему выбору, и твоим успехам. Они с радостью встретят тебя и в аудиториях института, и в це­ хах завода.

Однако не только «к юноше, обдумывающему житье», адресована брошюра. Можно надеяться, что она представит определенный интерес для широкого круга читателей. На предприятия полупроводниковой промышленности приходят специалисты не только в области полупроводников. Химика и оптика могут заинтересовать проблемы, которыми живет его предприятие.

Возможно, прочтут ее и потребители изделий электронной техники (ИЭТ). Эти изделия используют в Советском Союзе

4

ТВОЯ ПРОФЕССИЯ

«Листы и корни...»

Вы помните, конечно, басню Крылова, утверждаю­ щую, что красивая зеленая листва обязана своим существо­ ванием непрерывной работе скрытых глубоко в земле корней. Современная наука, техника, промышленность представляют собой исключительно пышно развившееся дерево, « сегодня они уже немыслимы без электроники.

Электроника — это и вычислительная техника, и радио­ связь, и проводная связь, и навигация, и автоматика, и ме­ дицина, и, что самое главное, это огромное количество наи­ более современных средств исследования. Ни микромир, ни макромир нельзя исследовать сегодня без электроники. От исследований космоса до наиболее тонких физических и био­ логических исследований — все основано сегодня на электро­ нике. В науке буквально «шага шагнуть» нельзя без нее.

И это не удивительно. Мы сегодня вступили в такую фа­ зу изучения природы, что стали понимать, что электрические и магнитные силы и процессы действуют повсюду. Не только в физике, но и в биологии, проникая в глубь клеток, молекул ферментов, нервных процессов, мы начинаем понимать элек­ трохимический характер процессов, протекающих в живом организме.

Короче говоря, сегодня ни научный, ни технический про­ гресс невозможны без электроники. И в то же время совре­ менный размах и степень проникновения электроники во все области науки, техники, народного хозяйства, обороны опре­ деляется появлением в электронике полупроводников. Это не «перегиб». Именно полупроводники явились теми корнями, на

6

которых развилось пышное дерево электроники. Это легко доказать.

Итак, что же было в электронике в «дополупроводниковый» период? Можно сказать, что ничего ... Поскольку в радиотехнике полупроводниковый детектор появился на несколько лет раньше радиолампы, можно считать, что полу­ проводники используются в электронике с самого ее появ­ ления, хотя термина «полупроводники» в его современном смысле еще не существовало.

Более того. Открытие основных эффектов в полупровод­ никовых веществах, явившихся основой последующего раз­ вития полупроводниковой электроники, предшествовало открытию аналогичных эффектов в вакууме. Так, в 1873 г. было обнаружено, что столбик селена изменяет свое сопро­

жущая сила на концах селенового элемента при его осве­ щении. Эти эффекты позже легли в основу создания фоторезисторов, полупроводниковых детекторов (диодов), первых точечных транзисторов, фотоэлементов и солнечных батарей.

В 1883 г. знаменитый изобретатель Эдисон обнаружил, что нить накаливания электрической лампочки «выбрасывает» в пространство электроны, способные переносить заряд через пустое пространство — вакуум. Сам Эдисон не обратил серьезного внимания на это открытие, считая это явление — эффект термоэлектронной эмиссии — совершенно бесполезным.

Только изобретение А. С. Поповым в 1895 г. радио при­ влекло интерес к названным выше эффектам. Можно считать, что в 1895 г. родилась электроника. В 1904 г. появился ва­ куумный диод, в 1906- -1907 гг. — вакуумный триод. С этого момента электроника начинает развиваться как вакуумная электроника.

Использование полупроводников в электронике до 1948 г. было весьма ограниченным. С 1948 г., т. е. с момента изобре-

7

С особым нетерпением ждали транЗис4ор в вЫч«ели1;еЛь*

ной технике и в оборудовании самолетов и ракет. В 1947 г. в США была создана первая электронная вычислительная машина (ЭВМ). Оценивая перспективы развития электронной вычислительной техники, многие ученые рисовали весьма мрачную картину. Сколько ламп должна содержать элек­ тронная машина? Первые большие машины (например, БЭСМ) имели около 5—6 тысяч ламп. Расчеты показывали, что этого я в н о недостаточно и что число ламп необходимо довести хотя бы до 10—15 тысяч. Машина при этом превра­ тилась бы в громоздкое еоооружение* занимающее помеще­ ния площадью в несколько сотен квадратных метрей) плотно набитые электронными лампами. Каждая лампа потребляет и превращает в тепло единицы ватт электрической мощно­ сти. Киловатты электроэнергии, выделяемые в ограниченных объемах, требовали решения сложных задач: вентиляции, ухода за оборудованием и т. д.

Но главное было не в этом. Главной проблемой была проблема надежности. Электронные лампы того времени име­ ли срок службы порядка 500—1000 ч. За это время выходило из строя не менее 2% работающих ламп*. Если в простейшей машине (например, «Урал») используется около 1000 ламп, то за 1000 ч выйдет из строя около 20 ламп. Считая отказы распределенными во времени равномерно, получаем, что сред­ нее время безотказной работы составит в этом случае 50 ч.

ния ... И вот уже снова выход из строя и снова ремонт ...

В то же время расчеты показывали, что возникает реальная

* По американским данным, высококачественные лампы 1963—1964 гг. за 1000 ч работы давали около 3,5% выходов из строя. По истечении этого времени лампы вырабатывали ресурс. Выходы из строя учащались. Лампы надо было ме­ нять.

9