Негатроника. Исторический обзор 3 - Каталог статей

Негатроника. Исторический обзор 3

Исследование эффекта лавинного умножения в коллекторном переходе биполярного транзистора привело к созданию лавинного транзистора, на в.а.х. которого имеется участок отрицательного сопротивления [20]. Теоретические исследования таких негатронов и импульсных устройств на их основе, проведенные В.П. Дьяконовым [21], показали возможность формирования импульсов с временем нарастания 0,1...1 нс и амплитудой до 15 В и более на сопротивлении нагрузки в 750 Ом. Некоторые транзисторы позволяют при меньшей амплитуде генерировать импульсы с частотой повторения до 1 ГГц, другие, при значительно меньших частотах повторения, способны формировать импульсы с амплитудой по напряжению до 100 В на нагрузке 50 Ом или импульсы с амплитудой по току до 50 А на сопротивлении нагрузки в 0,5...1 Ом. Наличие между эмиттером и коллектором лавинного транзистора индуктивного импеданса с отрицательной вещественной составляющей стало предпосылкой использования его в качестве высокодобротного полупроводникового аналога индуктивности [22]. Однако большие шумы таких негатронов, обусловленные лавинным эффектом, и низкая температурная стабильность сделали применение лавинных транзисторов в таком качестве бесперспективным. Технологические методы создания планарных полупроводниковых приборов достигли высокого совершенства. Поэтому негатроны на p-n переходах могут обладать относительно высокой надежностью и воспроизводимостью. Однако процесс их изготовления трудоемкий, поскольку требует проведения от двух до четырех высокотемпературных процессов окисления и диффузии, и соответствующего количества процессов фотолитографии. С этой точки зрения более интересны аморфные и поликристаллические полупроводниковые пленки, в которых наряду с ОС (отрицательным сопротивлением) существует и переключение с памятью. При приложении к пленке определенного порогового напряжения, она скачком переходит в низкоомное состояние и сохраняет его даже в случае отключения питания. Первое сообщение в 1969 г. о наблюдении ОС в стеклообразных полупроводниках дало толчок к созданию различных негатронов на основе халькогенидных материалов [23]. Однако до сих пор физические механизмы возникновения ОС в таких полупроводниках окончательно не изучены. Исследования в этом направлении активно ведутся в Азербайджанской научной школе под руководством профессора Ф.Д. Касимова [24], где в 1991 году была проведена первая Всесоюзная научно-техническая конференция по негатронике [2]. Общим существенным недостатком всех выше рассмотренных полупроводниковых негатронов является зависимость их отрицательного сопротивления от физических свойств полупроводниковых кристаллов и физических процессов в них. А стремление реализовать 100% внутреннюю положительную обратную связь внутри кристалла накладывает жесткие требования к технологии изготовления таких негатронов, затрудняет производство идентичных приборов и дальнейшее их применение. Эти недостатки при создании транзисторных негатронов были частично преодолены путем реализации комбинированной 100% положительной обратной связи: частично внутренней, за счет временной задержки неосновных носителей в базе транзистора; частично, за счет введения цепи внешней обратной связи. Началом этого направления, видимо, следует считать 1956 г., когда Ямагучи (J. Jamaguchi) исследовал негатрон на транзисторе с общим коллектором и индуктивной цепью обратной связи между базой и коллектором [25]. В дальнейшем были исследованы различные модификации такого негатрона, получившего наименование «индуктивный транзистор», т. к. он оказался перспективным в качестве полупроводникового аналога индуктивности. Следует отметить успешное применение этого негатрона в различных аналоговых СВЧ устройствах (активных фильтрах, генераторах, преобразователях частоты, мультиплексорах, активных антеннах и др.). Основы проектирования таких устройств были заложены в работах Дилла (Н. Dill) [22], Адамса и Хо (D.K. Adams, R.Y.С. Ho) [26] и др. Систематизация и дальнейшее развитие этого научного направления сделано автором этой статьи в работах [24, 27], где предложено рассматривать транзистор как обобщенный преобразователь иммитанса, и обоснован физический механизм возникновения динамического отрицательного сопротивления на его клеммах. Другим направлением негатроники, направленным на преодоление недостатков однокристальных полупроводниковых негатронов, является создание аналогов негатронов на базе различных схемотехнических комбинаций активных приборов. Видимо, одной из первых работ в этом направлении следует считать монографию С.А. Гаряинова и И.Д. Абергауза [19], опубликованную в 1966 г. Дальнейшее развитие это направление получило в широко известных работах Х. Стедлера [28], Л.Н. Степановой с соавторами [29], О.Н. Негоденко [30], Нильсона и Уильсона и др. Развитая в работах этих авторов теория синтеза аналогов статических негатронов N- и S-типа позволила создать большое количество различных схемотехнических решений для широкого класса как аналоговых, так и ключевых электронных устройств различного функционального назначения. Их можно разделить на три группы. В первой группе объединяются транзисторные аналоги, состоящие из транзисторов одной структуры. Вторую группу составляют аналоги, выполненные на транзисторах разной структуры, но не составляющих эквивалент p-n-p-n-структуры. Третья группа состоит из транзисторных эквивалентов p-n-p-n-структуры. Использование в таких схемах перекрестных связей ограничивает их применение частотами до 1 ГГц. Приведенный выше исторический экскурс далеко не всеобъемлемо охватывает пути развития негатроники и роль ученых разных стран в ее развитии. В заключении нельзя не обратить внимание читателя на ряд фундаментальных обобщающих работ в области негатроники. Прежде всего это монография С.А. Гаряинова и И.Д. Абергауза «Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением» (М.: Энергия, 1974) в которой сформулирован ряд основополагающих положений, касающийся статических R-негатронов. Основы теории вакуумных негатронов обобщены И.В. Лебедевым в книге «Техника и приборы СВЧ» (т.2., М.: Высшая школа, 1972). Теория и применение лавинных транзисторов детально рассмотрены в монографии В.П. Дьяконова «Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах» (М.: Советское радио, 1975). В работе «Отрицательные сопротивления в электронных схемах» (М.: Сов. радио, 1973) Ф. Бенингом анализируются обобщенные свойства не только R-, но и L-, C-негатронов и их схемотехническая реализация. Физика работы и вопросы применения полупроводниковых статических и динамических R-негатронов рассматриваются в монографии «Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ», (М.: Мир, 1979) под редакцией М. Хауэса и Д. Моргана. В монографии А.С. Тагера и В.М. Вальд-Перлова «Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ» (М.: Советское радио, 1968), дается детальный анализ физики работы ЛПД и СВЧ устройств на их основе. Вопросы практического использования статических R-негатронов в информационных устройствах обобщены В.И. Стафеевым, К.Ф. Комаровских и Г.И. Фурсиным в монографии «Нейристорные и другие функциональные схемы с объемной связью» (М.: Радио и связь, 1981). Общая теория динамических транзисторных негатронов и активных СВЧ фильтров на их основе рассмотрена в монографии Н.А. Филинюка «Активные СВЧ фильтры на транзисторах» (М.: Радио и связь, 1987). Широкому кругу вопросов теории анализа и синтеза негатронов и их схемотехнических аналогов посвящена монография коллектива авторов из России, Украины и Азербайджана «Негатроника» (под ред. Л.Н. Степановой, Новосибирск: Наука, 1995). В монографиях Н.А. Филинюка «Аналіз і синтез інформаційних пристроїв на базі потенційно-нестійких узагальнених перетворювачів імітанса» (Вінниця, ВДТУ, 1998) и «Физико-технические и схемотехнические особенности проектирования кремниевых микроэлектронных преобразователей на основе негатронов» (Баку, ЭЛМ, 1999), авторов Ф.Д. Касимова, Ф.Г. Агаева и Н.А. Филинюка, обобщены результаты теоретических исследований кристаллических и полупроводниковых негатронов и электронных устройств на их основе. В настоящее время негатроника сформировалась как научное направление, результаты исследований в котором получили широкое практическое применение. Организационно это научное направление объединило ученых стран СНГ в международном координационном центре по проблеме «Негатроника», организованном в Винницком государственном техническом университете в 1986 году, в состав которого входят такие известные ученые, как профессора С.А. Гаряинов, В.П. Дьяконов, Л.Н. Степанова, Ф.Д. Касимов, Н.А. Филинюк, Л.И. Биберман и др. Автор понимает, что сделанный им исторический обзор, в связи со сложностью поставленной задачи, далеко не полный. Поэтому будет благодарен всем, кто внесет свои пожелания или критические замечания по теме статьи. Источник: http://www.izobretem.ru/
Категория: Наука \| Добавил: vitalg (31.Янв.2011)
Просмотров: 299

E-mail:
Пароль: