2. Із історії створення та розвитку виробництва елементів радіоелектронної апаратури

Історія розвитку виробництва елементів радіоелектронної апаратури починається після винаходу радіо і поділяється на три періоди: радіотелеграфний, радіотехнічний та період електроніки.

У перший період розвивалася радіотелеграфія та розроблялися наукові основи радіотехніки. З метою спрощення будови радіоприймача та підвищення його чутливості у різних країнах світу велись інтенсивні розробки та дослідження різних типів простих і надійних виявників високочастотних коливань - детекторів.

У 1904 р. Джоном Флемінгом була створена перша двохелект­родна лампа (діод), котра довгий час використовувалася як детектор високочастотних коливань і випрямляч струму технічної частоти.

Триелектродну лампу (тріод) було запропоновано у 1907 р. американським вченим Лі де Форестом. У 1913 р. було розроблено схему лампового регенераторного приймача і за допомогою тріода були одержачі незатухаючі електричні коливання. Нові електронні генератори дозволили замінити іскрові та дугові радіостанції ламповими, що практично вирішило проблему радіотелефонізації. З 1913 р. по 1920 р. радіотехніка стає ламповою.

У Росії перші радіолампи були виготовлені Н.Д. Папалексі у 1914 р. у Петербурзі, які були не вакуумними, а газонаповненими (з ртуттю). Перші вакуумні приймально-підсилювальні лампи були виготовленні у 1916 р. М.А. Бонч-Бруєвичем, який у 1918 р. очолив розробку вітчизняних підсилювачів і генераторних радіоламп у радіолабораторії Нижнього Новгорода, яка з часом стала справжньою кузнею радіоспеціалістів, там було визначено багато напрямів розвитку радіотехніки, які у майбутньому стали самостійними розділами радіоелектроніки.

У 1920 р. Бонч-Бруєвич закінчив розробку перших у світі генераторних ламп з мідним анодом і водяним охолодженням потужністю до 1кВт, а у 1923 р. - потужністю до 25кВт. У Нижньо­городській радіолабораторії О.В. Лосевим у 1922 р. була відкрита можливість генерувати і підсилювати радіосигнали за допомогою напівпровідникових приладів. Ним був створений безламповий приймач "кристадін". Однак в ті роки не було можливості отримати нішівпровідникові матеріали, і його винахід не отримав розповсюдження. Але це був початок розвитку напівпровідникової техніки.

У другий період продовжувала свій розвиток радіотелеграфія, Одночасно широкий розвиток і застосування отримали радіотеле» фонія, радіомовлення, були створені радіонавігація і радіолокиція, Перехід від радіотелефонії до інших областей застосування електромагнітних хвиль став можливим завдяки створенню різноманітних електронних та іонних приладів.

Перехід від довгих хвиль до коротких і середніх, а також винахід схеми супергетеродину вимагали застосування ламп більш досконалих, ніж тріод. У 1924 р. було розроблено лампу з двомп сітками (тетрод), а у 1930-1931 рр. - лампа з трьома сітками (пентод), Електронні лампи стали виготовляти з катодами побічного підігріву, Розвиток спеціальних методів радіоприйому вимагав створення нових типів багатосіткових ламп. Прагнення зменшити число ламп у схемі та підвищити економічність апаратури призвело "до розробки комбі­нованих електронних ламп, а також до розробки електровакуумних приладів з новими принципами керування електронним потоком -багаторезонаторних магнетронів, клістронів, ламп біжучої хвилі. Ці досягнення електровакуумної техніки обумовили розвиток імпульсного багатоканального радіозв'язку, телебачення та ін.

Одночасно відбувався розвиток іонних приладів, у яких вико­ристовувався електронний розряд у газі. Був значно удосконалений, винайдений ще у 1908 р. ртутний вентиль. З'явився газотрон (1922— 1929 рр.), тиратрон (1931 р.), стабілітрон та неонові лампи та ін.

Розвиток способів передачі зображень та вимірювальної техніки супроводжувався розробкою та удосконаленням різних фотоелектричних приладів (фотоелементів, фотоелектронних помножувачів, передавальних телевізійних трубок). У ці роки радіотехніка перетворилася у самостійну інженерну науку. Були розроблені інженерні методи розрахунків радіотехнічних схем, проведені широкі наукові дослідження, теоретичні й експериментальні роботи.

Третій період характеризується розвитком виробництва напівпровідникової техніки і електроніки. Електроніка в цей період впроваджується в усі галузі науки, техніки і господарства. Електроніка як комплексна наука тісно пов'язана з радіофізикою, радіолокацією, радіонавігацією, радіоастрономією, радіометеорологією, радіоспектроскопією, електронною обчислювальною технікою, радіо-керуванням на відстані, телевимірюваннями, квантовою радіоелектронікою тощо.

У цей період здійснювалося подальше удосконалення електровакуумних приладів. Значна увага приділялася підвищенню їх надійності та довговічності. Розроблялись безцокольні (пальчикові) і мініатюрні лампи, що дало змогу знизити габарити приладів, які нараховували велику кількість радіоламп. Продовжувались інтенсивні роботи в галузі фізики твердого тіла та теорії напівпровідників, Розроблялись способи одержання монокристалів напівпровідників, і методи їх очищення і введення домішок. Великий внесок у розвиток фізики напівпровідників внесла радянська школа академіка А.Ф. Йоффе. Було введено поняття електронної і діркової провідності, досліджено вплив домішок і температури на механізм електро­провідності, а також розроблено теорію випрямлення змінного електричного струму в постійний.

У 50-70 роки напівпровідникові прилади швидко і широко розповсюдилися в усі галузі народного господарства. Було розроб­лено напівпровідниковий випрямляч змінного струму із закису міді. Пізніше з'явились випрямлячі із селену і сірчистої міді. Бурхливий розвиток радіотехніки (особливо радіолокації) в період Другої ; світової війни дав новий поштовх дослідженням в галузі напів­провідників. Були розроблені точкові випрямлячі змінних струмів на основі кремнію та германію, а пізніше з'явилися площинні германієві діоди. У 1948 р. американські вчені Д. Бардін, У. БраттейНі У. Шонлі створили германієвий точковий тріод (транзистор), придатний для підсилювання і генерування електричних коливань. Винахідники транзистора були нагороджені Нобелівською премією. Пізніше був розроблений кремнієвий точковий тріод. На початку 70-х років точкові транзистори практично не застосовувалися, а основним типом транзистора був площинний, вперше виготовлений у 1951 р. До кінця 1952 р. було запропоновано площинний високочастотний тетрод, польовий транзистор та інші типи напівпровідникових приладів. У 1953 р. було розроблено дрейфовий транзистор. На той час широко розроблялись і проводились дослідження нових технологічних процесів обробки напівпровідникових матеріалів, способів виготовлення р-п переходів і створення напівпровідникових приладів. У колишньому Радянському Союзі транзистори були розроблені в 1949 р. вченими О.В. Красиловим і С.Г. Мадояном, до 1968 р. були створено та впроваджено у виробництво вже більше 50 типів транзисторів, значна кількість діодів, тиристорів та інших напів­провідникових виробів.

На початку 70-х років, крім площинних і дрейфових германіпіих І кремнієвих транзисторів, знайшли широке розповсюдження й інші прилади, які використовували властивості напівпровідникових мито« ріалів: тунельні діоди, керовані та некеровані чотиришарові перемикичі приладів, фотодіоди і фототранзистори, варикапи, терморезистори та ін,

Розвиток і удосконалення напівпровідникових приладів супро­воджувались підвищенням робочих частот і збільшенням допустимої потужності. Перші транзистори мали обмежені можливості (граничні робочі частоти - близько сотень кГц і потужності розсіювання у межах 100-200мВт) і могли виконувати лише деякі функції елект­ронних ламп.

Одночасно здійснювалися роботи щодо розширення діапазону робочих температур. Транзистори, які було виготовлено на основні германію, мали початкові робочі температури не вищі за +55... +70°С, а на основі кремнію не вище за +100 та +120°С. Створені пізніше зразки транзисторів на основі арсеніду галію були праце­здатними при температурах до +250°С, а їх робочі частоти становили до 1000 мГц. Розроблено було транзистори на основі карбіду, які працювали при температурах до +350°С. Транзистори і напівпро­відникові діоди за багатьма показниками перевершували електронні лампи і з часом повністю витиснули їх із сфери електроніки.

Перед проектувальниками складних електронних систем, які нараховували десятки тисяч активних та пасивних компонентів, стояло завдання зменшення габаритів, маси, споживаної потужності та вартості електронних пристроїв, удосконалення їх робочих характеристик і, найголовніше, досягнення високої надійності роботи. Ці завдання успішно вирішила мікроелектроніка - напрям електро­ніки, який охоплює широкий комплекс завдань, пов'язаних з проекту­ванням та виробництвом електронної апаратури у мікромініатюрному виконанні.

Основною тенденцією мікромініатюризації є "інтеграція" елект­ронних схем, тобто прагнення до виготовлення значної кількості елементів та вузлів електронних схем, нерозривно пов'язаних у окремій мікросхемі. Тому із різних галузей мікроелектроніки найбільш ефективною виявилася інтегрована мікроелектроніка, яка є одним із основних напрямів сучасної електронної техніки.